扩散炉的基本结构与应用，扩散炉

扩散炉是半导体生产线前工序的重要工艺设备之一，用于大规模集成电路、分立器件、电力电子、光电器件和光导纤维等行业的扩散、氧化、退火、合金及烧结等工艺。

类型

扩散炉有垂直扩散炉(vertical)和水平扩散炉(horizontal)两种类型。

垂直扩散炉是石英舟垂直于水平面，更加有利于机械手传送硅片，片内工艺参数一致性更好。

水平扩散炉是石英舟平行于水平面，一台可以4个或4个以上的工艺炉管，平均炉管的占地面积更小，片间的工艺参数较垂直扩散炉更好。

基本结构

扩散炉由控制系统、进出舟系统、炉体加热系统和气体控制系统等组成。

控制系统

控制部分包括：温控器、功率部件、超温保护部件、系统控制。

系统控制部分有四个独立的计算机控制单元，分别控制每层炉管的推舟、炉温及气路部分，是扩散/氧化系统的控制中心。

辅助控制系统，包括推舟控制装置、保护电路、电路转接控制、三相电源指示灯、照明、净化及抽风开关等。

较先进的扩散炉控制系统均已更新或升级到微机控制，管机与主机间通过串口RS232或网线进行通信。控制系统软件大多基于Windows系统，实用性和可操作性大大提高，能够实现日志记录，曲线记录，程序编辑，远程控制等多种功能。

进出舟系统

水平扩散炉进出舟系统有两种方式：1)悬臂桨系统;2)软着陆系统。

悬臂桨系统结构比较简单，SiC桨携带舟和硅片进入石英炉管后，就停留在石英炉管内，直到工艺程序结束，SiC桨就携带舟和硅片慢慢回到原位，悬臂桨系统缺点是桨对炉管温度的均匀性有一定的影响，另外，工艺气体也会对桨沉积，影响颗粒。

软着陆系统较悬臂桨系统更加先进，SiC桨进入石英工艺炉管后，桨自动下沉放下石英舟和硅片，然后慢慢运行回原点，最后石英炉管的门自动关闭。软着陆系统优点是没有SiC桨对腔体的影响，使得温度均匀性更好，减少了工艺气体在SiC桨上的沉积，从而颗粒更少。

推舟净化柜的顶部装有照明灯;正面是水平层流的高效过滤器及四层推舟的丝杠、导轨副传动系统及SiC悬臂桨座，丝杠的右端安装有驱动步进电机，导轨的两端是限位开关。柜子的下部装有控制电路转接板及净化用风机。

炉体加热系统

炉体加热系统共有六层。顶层配置有水冷散热器及排热风扇，每层加热炉体间也配置一层水冷系统，隔绝每层炉管的温度相互影响，废气室顶部设有抽风口，与外接负压抽风管道连接后， 可将工艺过程残 余的废气带走,中间部分分四层放置四个加热炉体， 每层由四个坡面支架托起并固定住加热炉体，其位置在安装时已经与推拉舟系统——丝杠、导轨副传动系统及SiC悬臂桨系统或软着落系统等对准中心。

气体控制系统

气源柜分为五层。顶部设置有排毒口， 用以排除在换源 过程中泄漏的有害气体。 柜顶设置有三路工艺气体及一路压缩空气的进气接口， 接口以下安装有减压阀、截止阀， 用以对进气压力进行控制及调节。对应于气路，各层分别装有相应的电磁阀、 气动阀、过滤器、单向阀、质量流量控制器、 及DCE源瓶和冷阱等。柜子的底部装有质量流量(MFC)控制器电源、控制开关、保险等电路转接板以及设备总电源进线转接板。

应用

扩散炉用于大规模集成电路、分立器件、电力电子、光电器件和光导纤维等行业的扩散、氧化、退火、合金及烧结等工艺。

扩散工艺的主要用途是在高温条件下对半导体晶圆进行掺杂，即将元素磷、硼扩散入硅片，从而改变和控制半导体内杂质的类型、浓度和分布，以便建立起不同的电特性区域。

最新的低压磷扩散利用低压氛围可以得到更好的方块电阻均匀性和更大的生产批量，同时对环境的影响最小。

氧化工艺是使硅片表面在高温下与氧化剂发生反应，生长一层二氧化硅膜。

氧化方法有干氧和湿氧，湿氧包括水汽氧化和氢氧合成两种。