一种具有稳定气流作用的LPCVD石英管结构的制作方法

一种具有稳定气流作用的lpcvd石英管结构
技术领域
1.本实用新型属于半导体芯片制造领域，是一种用于lpcvd（low pressure chemical vapor deposition，化学气相沉积）工艺的石英管，该工艺属于在基片如硅片、氮化镓片、砷化镓片、碳化硅片等的表面进行特定薄膜的沉积以提高其电性能，具体为一种具有稳定气流作用的lpcvd石英管结构。


背景技术：

2.自20世纪中期晶体管实用新型以来，人类社会就进入了电子时代，电力电子器件也开始大量应用。随着工艺、技术和材料等方面的不断进步，电力电子器件的应用在日益广泛的同时也对产品的性能提出了更高的要求。尤其是随着科技的迅猛发展，在国防军事、航空航天、工业电气化、自动驾驶等领域，迫切需要具有更高耐压和更高可靠性的器件。
3.要实现更高的耐压和更高的可靠性，传统的表面保护（电子元器件的表面保护是指在pn结表面进行化学或物理处理以对其进行保护以提高其耐压和可靠性）如玻璃保护、硅橡胶保护、聚酰亚胺保护等已经不能满足要求。
4.在这种背景下，人们实用新型了用lpcvd的方式在硅片或其他材质的基板表面沉积保护膜进行表面钝化。lpcvd的工艺原理为：利用特气如硅烷、二氯二氢硅、笑气、氧气等在一定温度（400～1000℃）和压力（低于大气压）下，发生化学反应，反应物沉积在硅片表面，对特定区域进行保护，以实现其与外界环境的“隔离”以及对其表面的可动离子进行“捕获”和“固定”，从而提高器件的耐压并能够提升其可靠性。
5.常规的lpcvd的主反应腔是一支置于加热炉体中心的石英管，其两端采用法兰密封，炉口部位连接有进气管路，炉尾部位连接废气排放装置。硅片通过石英舟装载送入石英管的指定区域，从炉口通入规定流量的一种或多种气体，气体在高温下发生化学反应，反应物通过气流的携带的沉积到硅片表面。气体在向炉尾流动的过程中，由于气体遇到硅片阻挡，正常的流动状态被打破，在硅片与石英管之间形成一层稳定的气流，称之为“层流”。层流的作用有多个，主要有两个：一是携带反应物到硅片表面；二是将反应产生的中间物带离硅片表面；再就是层流的稳定与否对于硅片与硅片之间的“气体涡流”状态起着决定性作用。所以层流是否稳定对于lpcvd的质量非常重要，尤其是靠近炉口部位也就是靠近进气端的产品。常规的做法是在进气端放置一定数量的假片（也叫“假片”）以便让气体的在达到“正片”时达到理想状态。如图5、6所示常规的lpcvd做法。其中101 为石英管， 102为正片（硅片或其他材质基片），103为“假片”，104为装载硅片的石英舟。石英舟的前端装有一定数量的“假片”，进入石英管的工艺气体在“假片”的阻挡下，形成了多种气流状态，包括硅片与石英管内壁之间的层流和硅片与硅片之间的涡流等，“假片”数量越多，到达“正片”的气流越稳定，越能得到理想的cvd膜厚均匀性。但是这种做法的缺点是大量的“假片”占用了石英管反应腔内的有效利用空间，导致设备产出率降低生产效率下降。


技术实现要素：

6.本实用新型所要解决的技术问题是提供一种节约石英管利用空间、减少假片数量、改善cvd膜厚均匀性、提高生产效率的lpcvd石英管结构。
7.为了解决以上技术问题，本实用新型提供一种具有稳定气流作用的lpcvd石英管结构，包括lpcvd石英管，以及石英连接件，lpcvd石英管内径150～250mm,长度2000～2500mm；lpcvd石英管进气端，在石英舟前方设置石英内套管；石英内套管通过石英连接件与lpcvd石英管内壁连接；石英连接件与lpcvd石英管内壁连成一体；lpcvd石英管与石英内套管之间设置间隙。石英内套管长度为200～500mm。
8.通过采用上述技术方案，在一根lpcvd石英管内设置一段石英内套管，即局部是双层管或准双层管。此石英内套管与lpcvd石英管焊为一体，减少石英舟前端的假片，节约lpcvd石英管反应腔内的空间，提高生产效率并改善cvd膜厚均匀性。
9.进一步的，石英内套管前端距离lpcvd石英管口部100～400mm；石英内套管壁厚3～5mm。
10.通过采用上述技术方案，壁厚3～5mm的石英内套管与lpcvd石英管进气端配合，对进入lpcvd石英管内部气体进行干扰，使参与化学反应的气体流动状态在沉积到硅片（或基板）表面以前趋向于稳定，在硅片区域内得到一个尽可能接近理想的层流状态，该层流状态非常有利于靠近进气端的产品所沉积薄膜的均匀性和重复性，有效提高了产品的工艺质量。
11.进一步的，间隙为lpcvd石英管与c型截面内套管之间设置的c形间隙，或lpcvd石英管与o型截面内套管之间设置的环形间隙，间隙的环宽为5～25mm。
12.通过采用上述技术方案，lpcvd石英管与石英内套管之间形成环宽为5～25mm环形间隙，在气体进入lpcvd石英管后受热膨胀，部分气体进入这个间隙向前流动，剩下的气体则通过石英内套管截面流动。间隙起到了一个提前模拟硅片与lpcvd石英管之间的层流气体的作用，在气体到达硅片所处位置之前已经有一个相对稳定的层流状态，从而减少石英舟上面“假片”的数量，提高生产效率。
13.进一步的，石英内套管为截面为c型的半封闭的c型截面内套管，或截面为o型的全封闭的o型截面内套管。
14.通过采用上述技术方案，半封闭的c型截面内套管或全封闭的o型截面内套管，这两种内套管分别适用于石英舟的进出形式，其中，c型截面内套管适用于石英舟直接进出方式，即石英舟与石英管是接触的；o型截面内套管适用于石英舟加悬臂进出方式，即石英舟与石英管是非接触的。
15.进一步的，c型截面内套管的开口位于lpcvd石英管底部。
16.通过采用上述技术方案，c型截面内套管的开口位于lpcvd石英管底部，给石英舟进出石英管留出让位空间。
17.进一步的，c型截面内套管的开口宽度范围为80～160mm。
18.通过采用上述技术方案，开口宽度范围为80～160mm，以适用不同直径的硅片和与之配套的石英舟以及石英管。
19.本实用新型相对于现有技术，具有如下有益效果：
20.1.本实用新型在一根lpcvd石英管内设置一段石英内套管，即局部是双层管或准
双层管。此石英内套管与lpcvd石英管通过连接件焊为一体，减少石英舟前端的假片，节约lpcvd石英管反应腔内的空间，提高空间利用率。
21.2. 本实用新型壁厚3～5mm的石英内套管与lpcvd石英管进气端配合，对进入lpcvd石英管内部气体进行干扰，使参与化学反应的气体在沉积到硅片（或基板）表面以前趋向于稳定，在lpcvd石英管内得到一个尽可能接近理想的层流状态，该层流状态非常有利于靠近进气端的产品所沉积薄膜的均匀性和重复性，有效提高了产品的工艺质量。
22.3. 本实用新型通过lpcvd石英管与石英内套管之间环宽为5～25mm的间隙，在气体进入lpcvd石英管后受热膨胀，部分气体进入这个环形间隙向前流动，其余的气体则通过石英内套管截面流动。间隙起到了一个提前模拟硅片与lpcvd石英管之间的层流气体的作用，在气体到达硅片所处位置之前已经有一个相对稳定的层流状态，从而减少石英舟上面“假片”的数量，提高生产效率。
附图说明
23.图1为本实用新型采用c型截面内套管的结构示意图（石英管轴向剖面图）。
24.图2为图1的侧视图。
25.图3为本实用新型采用o型截面内套管的结构示意图（石英管轴向剖面图）。
26.图4为图3的侧视图。
27.图5为本实用新型背景技术图（石英管轴向剖面图）。
28.图6为图5的侧视图。
29.图中，201为lpcvd石英管，202为c型截面内套管，203为石英连接件，204为c形间隙，205为c型截面内套管的开口，301为o型截面内套管，302为环形间隙。
具体实施方式
30.下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步详细描述。
31.实施例1：如图1所示，一种具有稳定气流作用的lpcvd石英管结构，包括lpcvd石英管201和位于lpcvd石英管进气端的石英内套管202；石英内套管截面为c型，为半封闭的c型截面内套管202，c型截面内套管202通过石英连接件203与lpcvd石英管201内壁焊接为一体；lpcvd石英管201与石英内套管之间设置c形间隙204；石英内套管长度为200～500mm，石英内套管的前端距离lpcvd石英管201进气端100～400mm；石英内套管壁厚3～5mm。c形间隙204的环宽为5～25mm。
32.如图2所示，c型截面内套管202的开口位于lpcvd石英管201底部。c型截面内套管的开口205的宽度范围为80～160mm。
33.实施例2：如图3所示，一种具有稳定气流作用的lpcvd石英管结构，包括lpcvd石英管201和位于lpcvd石英管进气端的石英内套管301；石英内套管截面为o型，为o型截面内套管301，o型截面内套管301通过石英连接件203与lpcvd石英管201内壁焊接为一体；lpcvd石英管201与石英内套管之间设置环形间隙302；石英内套管长度为200～500mm，石英内套管的前端距离lpcvd石英管201进气端100～400mm；石英内套管壁厚3～5mm。
34.如图4所示，环形间隙302的环宽为5～25mm。
35.工作原理：石英内套管位于lpcvd石英管201进气端，在硅片前方，lpcvd石英管201
与石英内套管之间具有一个间隙，在气体进入lpcvd石英管201后受热膨胀，部分气体进入这个间隙向前流动，剩下的气体则通过石英内套管截面流动。间隙起到了一个提前模拟硅片与lpcvd石英管201之间的层流气体的作用，在气体到达硅片所处位置之前已经有一个相对稳定的层流状态，有效减少石英舟上面的“假片”数量，提高生产效率。
36.以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本实用新型的保护范围。