一种可提升硅片方阻均匀性的扩散炉的制作方法

1.本实用新型涉及半导体扩散工艺设备领域，特别是涉及一种可提升硅片方阻均匀性的扩散炉。


背景技术：

2.扩散炉是半导体生产线前工序的重要工艺设备之一，常用于大规模集成电路、电力电子行业中。光伏产业中，扩散炉主要用于太阳能电池热扩散工艺，通过预热的含有p、n的工艺气体扩散到硅片，形成太阳能电池结，而结的质量直接影响太阳能电池的转换效率，因此扩散工艺好坏对太阳能电池质量起关键性作用。
3.扩散过程中，扩散方阻的均匀性是扩散工艺的关键指标，温度和气流是影响均匀性的两个关键因素。经验证，扩散炉炉口处方阻均匀性较差，而影响炉口均匀性的原因主要为以下两方面：
4.首先，传统扩散炉炉门一般采用橡胶密封圈来密封，橡胶在高温下容易膨胀变形，进而需要对密封圈进行冷却，对炉门的冷却将影响工艺气体扩散，温度低气体分子扩散能力下降，此时炉口处工艺气体分子扩散能力低于炉体中部，进而形成炉尾扩散方阻较大。
5.其次，传统扩散炉反应管只有一路进气，受气体流向影响，容易形成管口和管尾工艺气体含量差异，即反应管尾部扩散工艺气体浓度大，而炉口部分工艺气体浓度相对较小，由于扩散炉内各个位置的温度恒定，工艺气体的浓度越大扩散电阻越小，导致采用上述扩散方法后方阻自炉口到炉尾递减，炉体内扩散方阻的一致性较差。


技术实现要素：

6.本实用新型的目的是提供一种可提升硅片方阻均匀性的扩散炉，以改善上述现有技术扩散工艺中炉口硅片方阻均匀性差的问题。
7.为实现上述目的，本实用新型提供了如下方案：
8.本实用新型提供了一种可提升硅片方阻均匀性的扩散炉，包括炉门、炉体、进气管、出气管和隔热部，所述炉体一侧开口，所述炉门安装在所述炉体的开口处，所述炉门一端与所述炉体铰接，所述进气管和所述出气管分别与所述炉体连通，所述进气管至少为两个，所述炉体内靠近炉门一侧活动设置有所述隔热部。
9.进一步的，所述隔热部为隔热板，所述隔热板中间开设有通孔，所述隔热板外边缘与所述炉体内壁贴合。
10.进一步的，还包括连接杆和止挡部，所述连接杆的一端与所述炉门固定连接，所述炉门上端与所述炉体铰接，所述连接杆的另一端与所述隔热板固定连接，所述炉体内壁下侧向上凸起形成止挡部，所述止挡部包括结合面和止挡面，所述结合面与所述隔热板下边缘抵接，所述止挡面与所述隔热板侧面抵接，用以限制所述隔热板向远离炉门一侧移动。
11.进一步的，所述出气管与所述炉体下端连通，所述出气管设置在所述炉门与所述隔热板之间。
12.进一步的，所述炉体远离炉门的端面设置两个所述进气管，两个所述进气管相对于所述炉体轴心对称布置。
13.进一步的，还包括分流结构，设置于远离炉门侧，所述分流结构将所述炉体逐级分隔成多个腔室。
14.进一步的，所述分流结构包括固定杆和多个分流板，多个所述分流板均平行布置，并与所述固定杆垂直固定连接，所述固定杆两端与所述炉体固定连接，所述分流板侧边与所述炉体侧壁固定连接。
15.进一步的，多个所述分流板包括一块第一分流板、两块第二分流板、四块第三分流板，多个所述分流板靠近炉门的一端对齐设置，所述第二分流板的长度介于所述第一分流板的长度与所述第三分流板的长度之间，所述第三分流板的长度小于第二分流板所述的长度，所述第一分流板设置在所述炉体轴线上，两块所述第二分流板分别设置在两个所述进气管轴线上，所述第三分流板设置在每个所述第二分流板相邻两侧，多个所述分流板之间的间距相等。
16.进一步的，还包括引流板，固定设置在炉体内壁中段上方。
17.进一步的，所述炉体内壁固定设置有石英反应管。
18.本实用新型公开了以下技术效果：
19.设置隔热板减少了炉口的温度下降梯度，使炉口气体浓度以及停留时间增加，并采用多路进气管，改善炉口处气体均匀性，提升了炉口附近硅片方阻扩散的均匀性。
附图说明
20.为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
21.图1为本实用新型扩散炉的结构第一实施例示意图；
22.图2为图1所示的扩散炉第一实施例沿线a
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a截取横截面的右视图；
23.图3为图1所示的扩散炉第一实施例沿线b
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b截取横截面的左视图；
24.图4为图1所示的扩散炉第一实施例沿线c
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c截取横截面的左视图；
25.图5为图1所示的扩散炉第一实施例沿线c
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c截取横截面的右视图；
26.图6为图1所示的扩散炉第一实施例区域d的局部放大图；
27.图7为本实用新型扩散炉的结构第二实施例示意图；
28.图8为本实用新型扩散炉的结构第三实施例示意图；
29.图9为本实用新型扩散炉的结构第四实施例示意图。
30.附图标记说明：
31.1为炉门；2为连接杆；3为隔热板；4为炉体；5为引流板；6为分流结构；7为进气管；8为出气管；9为石英反应管；31为通孔；41为止挡部；61为固定杆；62为第一分流板；63为第二分流板；64为第三分流板；65为导流部；66为加热部；411为结合面；412为止挡面。
具体实施方式
32.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
33.为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。
34.第一实施例：
35.参照图1至6所示，本实用新型提供了一种可提升硅片方阻均匀性的扩散炉，包括炉门1、炉体4、进气管7、出气管8和隔热部，炉体4左侧(即炉口)开口，炉门1安装于炉体4的左侧开口处，炉门1一端与炉体4铰接，炉门在驱动结构的作用下能够开启和关闭，用以开放和封闭炉体4左侧开口，进气管7和出气管8分别与炉体4连通，进气管7至少为两个，用来输入和输出工艺气体，炉体4靠近炉门1侧活动设置有隔热部，隔热部为能够阻滞热流传递的材料，可以使用石棉板、真空板等隔热材料制成的隔热部件。此外，扩散炉具有加热装置，可采用外部加热或者炉体内加热的方式，加热装置属于现有技术，此处不再赘述。
36.隔热板的主要作用是对炉门1进行隔热，低压扩散过程对扩散炉的气密性要求较高，若要保持炉门1的气密性，炉门1附近需要进行降温处理，通常情况下，气体扩散系数与系统的温度、压力、浓度以及物质的性质有关，在相同条件下，温度越低，气体扩散越慢，若不设置隔热部，炉门1处温度梯度下降过快，将造成炉口处的硅片方阻均匀性降低，进而造成硅片的电阻增大，将造成扩散方阻的一致性变差，设置隔热部，将阻断炉体4中部对炉门1的热作用，同时增加了工艺气体在炉口处的停留时间和扰动，既可以使炉门1温度不会过高，使炉口的温度下降梯度减小，同时对到达炉口的气流有缓冲和引流的作用，有利于提升硅片方阻的均匀性。
37.此外，传统扩散炉仅有一个进气管，本方案提供至少两个进气管，进气管均匀通入工艺气体，这样相对于一个进气管而言，相当于进入扩散炉的工艺气体通过进气管就进行了分流，可以理解的是进气管不仅可以设置在炉尾端，也可以设置在炉中或炉口处，多方向进气可以实现工艺气体均匀扩散。
38.进一步优化方案，隔热部为隔热板3，隔热板3的两侧材料为石英，两层石英之间填充有保温材料，保温材料可以为矿物棉等材料，此种设计使隔热板3具有耐高温和隔热的属性，隔热板3外边缘与炉体4贴合，隔热板3中间开设有通孔31，通孔31作为气体通道，工艺气体可以在此气体通道内流通。
39.进一步优化方案，扩散炉还包括连接杆2和止挡部41，连接杆2的一端与炉门1固定连接，炉门1上端与炉体4铰接，连接杆2的另一端与隔热板3固定连接，由此可知：炉门1、连接杆2和隔热板3设置为合件，可一同绕炉体1左上角向外翻转，增加了操作的便利性，炉体4内壁下侧向上凸起形成止挡部41，止挡部41包括结合面411和止挡面412，结合面411与隔热板3下边缘抵接，止挡面412与隔热板3侧面抵接，用以限制隔热板3向远离炉门1一侧移动，同时可以防止工艺气体和热量从隔热板3下边缘流出，由于设置止挡部41，进而提升隔热板3在炉体4内的高度，可以防止炉门1向外翻转时，隔热板3与炉体4发生干涉。
40.正常情况下，不设置止挡部41，隔热板3将无法正常开启，此时解决的方式可以采
用在炉门1处增大炉体4直径，炉门1设置在大径端处，隔热板3设置在小径端处，进而方便炉门1和隔热板3同时开启，而本方案增加止挡部41无需改变炉门1处炉体4直径即可实现炉门1和隔热板3同时开启，节约了使用空间和工作空间，同时可在传统扩散炉基础上改进即可实现，经济性好。
41.进一步优化方案，炉体4左侧设置有出气管8，出气管8与炉体4下端连通，出气管8设置在炉门1和隔热板3之间。当工艺气体流经过炉口时，因为隔热板3外边缘与炉体4内壁紧密贴合，而在中间留有气体通道，到达隔热板3处的上部工艺气体将向下移动，下部工艺气体将向上运动，工艺气体将集中通过通孔31后从出气管8排出，这样进一步增加工艺气体在炉口处的停留的时间，提升炉口处硅片方阻的均匀性。
42.进一步优化方案，炉体4右侧(即炉尾)设置两个进气管7，两个进气管7相对于炉体4轴心上下对称布置，两个进气管7通常设置在炉体四等分处，此时通过两个进气管7的流量相等，相比于设置单个进气管7，工艺气体可以更加均匀流入至炉体4内，使工艺气体更加均匀的分布在炉尾，有利于提升炉尾处硅片方阻的均匀性。
43.进一步优化方案，本方案还包括分流结构6，分流结构6设置在炉体4内部右侧，并设置在进气管7的左侧，分流结构6可以为蜂窝状分流板、网状分流板，也可以为均匀平行分布的分流板，或以上结构的组合模式等。由于现有扩散设备在扩散过程中，工艺气体直接从炉管尾进气管进入炉管，没有分散，造成炉管内气流不均匀，最终造成扩散后方阻均匀性较差，通过在炉尾进气管添加分流结构6，可以有效地改善气流均匀性，最终达到改善方阻均匀性的效果。
44.进一步优化方案，本方案分流结构6包括固定杆61和多个分流板，多个分流板均水平布置，固定杆61与分流板垂直固定连接，固定杆61两端与炉体4固定连接，分流板侧边与炉体4侧壁固定连接，固定连接可以理解为焊接等固定方式，固定杆61主要起加固作用，同时也可起到分流作用，设置分流板可以将气流分成多份，进一步改善气流的均匀性。
45.进一步优化方案，多个分流板包括一块第一分流板62、两块第二分流板63和四块第三分流板64，分流板左端均对齐设置，第一分流板62长度大于第二分流板63的长度，第二分流板63的长度大于第三分流板64的长度，第一分流板62的长度小于炉体4长度的三分之一，且第一分流62板右端面与炉体4右侧壁固定连接，将工艺气体均匀的分成上下两部分，以便更好的利用炉体4内空间，第一分流板62设置在炉体4轴线上，两个第二分流板63设置在两个进气管7轴线上，第三分流板64设置在每个第二分流板63两侧，两个进气管7将产生两个气流，上述设置方式可以将两个气流逐渐分成四份，进而分成八份，使气体均匀的分布在炉体4内部。
46.当工艺气体流量较小时，现有蜂窝状或网状分流板不能充分分散工艺气体，而本方案可以解决现有分流板的不足，本扩散炉可以将气流逐步分散，当气体流量较小时，效果更好。
47.进一步优化方案，扩散炉还包括引流板5，固定设置在炉体4内壁中段上方。
48.引流板5可以设置为沿炉体4的内壁延伸形成的弧形面，弧形面朝向进气管7，弧形面优选角度为90度，引流板5的材料为石英，引流板5设置在炉体4中部，炉体4内部上端平行气流会受到引流板5的引流作用，形成垂直的气流，并与下侧平行气流发生对冲，增加炉体4中段的气体扰动，而且使工艺气体横掠硅片表面，进一步提升中段硅片方阻均匀性。
49.进一步优化方案，炉体4内壁固定设置有石英反应管9，载有硅片的石英舟方阻扩散时在石英反应管9内完成。
50.下面对扩散炉的具体使用方式及有益效果进行详细说明：
51.扩散工艺前，炉门1连同隔热板3在驱动结构的作用下开启，送料机构将载有硅片的石英舟送入石英反应管9内，送料机构退出，炉门1关闭，隔热板边缘与炉体4贴合；扩散工艺时，炉体4进行电加热，同时在炉尾处进气管7输入工艺气体，通过分流结构6对工艺气体进行分流，经引流板5对工艺气体进行扰动，工艺气体到达隔热板3后，集中通过隔热板3与炉体4之间的通孔31后进而由出气管8排出。
52.分流结构6具有使进气管7气体均匀分布炉尾的作用，引流板5具有使气流在炉中段发生对冲的作用，隔热板3可使炉口温度梯度不受炉门要求气密性而需要降温的影响，同时对到达炉口的气流有缓冲和引流的作用。本方案具有易实现、操作简单、能够高效提高扩散炉炉口、炉中、炉尾段硅片均匀性等优点。
53.第二实施例
54.如图7所示，本实施例与第一实施例的区别在于：第二分流板63右端设置有锥形的导流部65。
55.当工艺气体流量较小时，炉体4侧壁及第一分流板62两侧的气流仍会出现工艺气体浓度相对较低的现象，为了更好的对工艺气体进行分流，在第二分流板63右端设置有锥形的导流部65，将工艺气体导流到炉体4侧壁及第一分流板62两侧，使得工艺气体分散更加均匀。
56.第三实施例
57.如图8所示，本实施例与第一实施例的区别在于：在第二分流板63上下两端设置有加热部66。
58.通入炉体4内的工艺气体需要预热，由于本方案的分流板为水平放置，可以在分流板上放置电加热器，例如使用电炉丝，当加热板上放置电炉丝时，不仅可以提升工艺气体的温度，而且电加热可以增大对工艺气体的扰动，进一步分散工艺气体。优选地，本方案在第二分流板63上下两端设置有加热部66，可以有效提升炉体4侧壁及第一分流板62两侧的气流工艺气体浓度。
59.第四实施例
60.如图9所示，本实施例与第一实施例的区别在于：引流板5可以设置成可以翻转的且可以自由伸缩。
61.当进入气体流速改变时，或需要扩散的硅片在扩散炉中位置发生变化时，或放入扩散炉中的硅片的整体高度发生改变时，可以通过改变引流板5引流方向，或调整引流板5的长度，将更多的工艺气体在硅片上方进行扰动，进而提升硅片方阻均匀性。
62.在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
63.以上所述的实施例仅是对本实用新型的优选方式进行描述，并非对本实用新型的
范围进行限定，在不脱离本实用新型设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本实用新型的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本实用新型权利要求书确定的保护范围内。