扩散炉压力自动平衡结构制造技术

本实用新型专利技术公开了一种扩散炉压力自动平衡结构，应用于半导体工艺设备扩散炉，本实用新型专利技术通过设置管内压力检测端和管外压力检测端，对扩散炉石英管内外压力进行对比，并设置受质量流量控制器控制的工作气源，来对排废小管及管内气体进行补充；使用相关技术和装置的扩散炉，可以实现炉管内气场稳定，使设备在工艺过程中保持恒定的压力差，从而保证恒定的流速，进而保证扩散元素的稳定，使硅片内产生的ＰＮ结厚薄均匀，有比较一致的方块电阻。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及半导体工艺设备扩散炉，尤其涉及扩散炉的压力自动平衡装置。
技术介绍
扩散炉是一种半导体工艺设备，主要用于掺杂工艺，特别在晶体硅太阳能电池生 产中，扩散炉是唯一的掺杂设备，是制造工艺中对PN结的生成、转换效率的提高起决定性 的关键设备。扩散工艺的要求是反应管内温场稳定、气场稳定，但是传统的扩散炉，由于没有实 施自动压力平衡技术，在石英管进气口压力、流量得以精确控制的情况下，外部环境会影响 到石英管出气口。当出气口的压力发生变化，石英管内的压力和流量均会变化，从而影响到 石英管内的温场和气场的稳定，继而影响到PN结的质量。所以，在设备的使用过程中存在 着一些不足，会影响到扩散工艺质量。而自动压力平衡的技术应用，会很大程度提升扩散工 艺质量，将会在扩散设备中广泛应用。综上所述，现在尚未使用相关技术和装置的扩散炉，主要技术问题有1、炉内温场、气场不稳定，受外部影响大；2、扩散工艺质量差，均勻性仅为5% ；3、无法做出高质量的高阻值PN结。
技术实现思路
本技术为了解决现有扩散炉内温场和气场不稳定，易影响到PN结质量的缺陷，提供一种扩散炉压力自动平衡结构，通过控制稳定温场和气场有效提高扩散工艺质量， 对高阻值扩散工艺尤其有效。为解决上述技术问题，本技术采用如下技术方案一种扩散炉压力自动平衡 结构，包括带进气口、排废小口的石英管，其中进气口与气体输送管路系统连接，排废小口 通过管路依次与手动调节阀及大排废管连接；其还包括有工作气源、工作气源与排废小口 之间通过管路依次连接有减压阀、过滤器、质量流量控制器及气动截止阀；在石英管管内和 管外设有管内压力检测端和管外压力检测端，两检测端均与一压差传感器联接；一个与计 算机连接的压控仪，分别与压差传感器质量流量控制器联接，起控制作用。所述过滤器与质量流量控制器之间还设有一手动阀。所述气动截止阀驱动机构为一连接过滤器的压缩气源。所述工作气源为压缩空气气源。本技术通过设置管内压力检测端和管外压力检测端，对扩散炉石英管内外压 力进行对比，并设置受质量流量控制器控制的工作气源，来对排废小管及管内气体进行补 充；使用相关技术和装置的扩散炉，可以实现炉管内气场稳定，使设备在工艺过程中保持恒 定的压力差，从而保证恒定的流速，进而保证扩散元素的稳定，使硅片内产生的PN结厚薄 均勻，有比较一致的方块电阻。以下结合附图和实施例对本技术做进一步的说明附图说明图1为本技术结构示意图。具体实施方式如图1图2所示本技术扩散炉压力自动平衡结构，包括安装在炉管(石英管8)内外的压力传感器(管内压力检测端15和管外压力检测端9)、压差传感器10、压控仪 17、补充气路(工作气源1、压缩气源12)及质量流量控制器5(质量流量计、自动控制阀门) 等压力控制系统及其控制软件。本技术包含两大部分气路部分和控制部分。气路部 分组成为工作气源1通过进气管流到减压阀2，通过调节减压阀就可以获得稳定的工作气 压；工作气源再经过过滤器3，滤掉气体中的水气和油，以保证气路系统的清洁、防腐；然后 流入质量流量控制器5。为维修、保养的方便，在过滤器3和质量流量控制器5之间窜接有 一个手动阀4，可以开关气路供维修、保养之用；气体由受控的质量流量控制器5控制，可以 改变流出的大小。质量流量控制器5的后面接有气动截止阀6，由连接一过滤器13的压缩 气源12驱动，参与到自动控制的过程中，起打开和关闭之用。比如，在非工艺时间，该阀就 应关闭，以节约气体，方便石英管8的排废；气路从气动截止阀6接出后连接到石英管8的 排废小口 7上，气路与排废管相连同时经手动调节阀14接到设备的大排废管11上。排废 小口 7用于石英管8内废气排放，手动调节阀14用于调节排废流速，由于扩散设备为多管 结构，为保证各管工艺的一致性，就要调节手动调节阀14，保证各管(主要是进气口 16与排 废小口 7)流速一致。大排废管11与厂房排废大系统相连。控制部分组成为石英管8内 设有管内压力检测端15，用于测石英管8内的压力大小；石英管8外部设有管外压力检测 端9，用于测石英管8外的压力大小(当地的大气压)，这两个压力信号均联接输入到压差 传感器10 ；压差传感器10再把压力压差信号及压差变化信号输送给计算机18 ；计算机处 理后把信号送给压控仪17，压控仪联接控制质量流量控制器5，改变气体流量，以维持石英 管内压力稳定。参照图1在现有设备扩散的过程中，要使得石英管8内的气场稳定，就要控制进气 口 16、出气口(排废小口 7)的压力稳定。石英管进气口 16的压力，通过设备气体输送管路 系统的压力调节和单独的流量调节、阀门控制，呈现稳定状态(设备另外的气路系统，不在 本专利技术之列)；但是，出气口(排废小口 7)若不用本专利技术，厂房的排废管路系统(设备外部 的管路系统)压力波动大，则会造成石英管8的排废小口 7(排废小口 7属于设备内部的， 可看作排废系统外的东西)处的压力波动大，石英管进口、出气口的压差变化，将使得管内 气体流速变化，气体分布也会变化。本技术构思时考虑的是要实现稳定，就要检测管 内压力和管外压力(大气压)。由于大气压是恒定的，石英管8的进气口 16进气压力是恒 定的，若要管内压力恒定，就必然需要排废小口 7压力恒定。压差传感器10检测到管内、管 外压力后，由于管外压力恒定，检测到的管内外压力差仅与管内压力有关。根据压力差，计 算机做自动计算，通过压控仪控制补充气路的流量，通过管道输送至石英管排废小口 7处， 以保证压力差恒定，实现真正的自动压力平衡处理。在管外压力恒定、石英管进气口 16压 力恒定的情况下，若大排废管11内排气增大(因为厂房的排废系统是有风机向外抽风的，有时大有时小，当电压大时大排废管11内排气会增大。另大排废管内的压力比排废小口7 的小，是因为排废系统的风机通过大排废管抽排废小口 7的气体)，会使排废流速增大，石 英管8的排废小口 7处的压力减小、石英管内压力减小，压差传感器通过管内压力检测端15 检测到管内压力后，经压差传感器10把压力压差信号及压差变化信号输送给计算机18，计 算机通过数据处理后，把控制信号发给压控仪17，压控仪控制质量流量控制器5，按需求的 量来调大气体流量，气体补充到石英管8的排废小口 7处后使得其压力升高，直到管内压力 回到需要的设定值为止；反之，若大排废管11内排气减小，会使排废流速减小，石英管排废 小口 7处的压力升高，管内压力升高，信号取出后，通过计算机18、压控仪17使质量流量控 制器5按需求的量来减小气体流量，从而降低石英管排废小口 7处的压力，以维持石英管8 内压力的恒定。管内压力恒定，工艺气体流动稳定，扩散过程稳定，PN结生长质量好。整个 过程自动控制。特别提出的是，补充到石英管排废小口 7处的气体为过滤了的压缩空气，取 代传统的氮气，可大大节约使用成本。权利要求一种扩散炉压力自动平衡结构，包括带进气口(16)、排废小口(7)的石英管(8)，其中进气口(16)与气体输送管路系统连接，排废小口(7)通过管路依次与手动调节阀及大排废管(11)连接，其特征在于还包括工作气源(1)、工作气源(1)与排废小口(7)之间通过管路依次连接有减压阀(2)、过滤器本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种扩散炉压力自动平衡结构，包括带进气口（１６）、排废小口（７）的石英管（８），其中进气口（１６）与气体输送管路系统连接，排废小口（７）通过管路依次与手动调节阀及大排废管（１１）连接，其特征在于：还包括工作气源（１）、工作气源（１）与排废小口（７）之间通过管路依次连接有减压阀（２）、过滤器（３）、质量流量控制器（５）及气动截止阀（６）；在石英管（８）管内和管外设有管内压力检测端（１５）和管外压力检测端（９），两检测端均与一压差传感器（１０）联接；一个与计算机（１８）连接的压控仪（１７），分别与压差传感器（１０）质量流量控制器（５）联接。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：伍波，张勇，李果山，
申请(专利权)人：深圳市捷佳伟创微电子设备有限公司，
类型：实用新型
国别省市：94[中国|深圳]