氫氧合成氧化爐管改POCL3摻雜爐管

李志成(重慶中科渝芯電子有限公司 重慶401332)

引言

摻雜工藝就是將可控?cái)?shù)量的所需雜質(zhì)摻入硅片中的特定區(qū)域內(nèi)，從而改變半導(dǎo)體的電學(xué)性能，利用摻雜工藝，可以制作PN結(jié)、晶體管的源漏區(qū)、電阻、歐姆接觸等，這些是制造大規(guī)模集成電路的基礎(chǔ)。擴(kuò)散和離子注入是半導(dǎo)體摻雜的兩種主要工藝。兩者都被用來制作分離器件與集成電路，互補(bǔ)不足，相得益彰。擴(kuò)散是較早時(shí)期采用的參雜工藝，并沿用至今，離子注入是20世紀(jì)60年代發(fā)展起來的在很多方面都優(yōu)于擴(kuò)散的摻雜工藝。擴(kuò)散的優(yōu)點(diǎn)在于設(shè)備簡單，工藝簡單，操作方便，成本低。由于生產(chǎn)線上POCL3液態(tài)源摻雜設(shè)備產(chǎn)量不能滿足生產(chǎn)的需求，故對較為空閑的氫氧合成爐管進(jìn)行了改造，使其滿足POCL3液態(tài)源摻雜工藝，以解決該工序產(chǎn)量不足的問題。

一、系統(tǒng)配置

1.原氫氧合成氧化工藝爐管配置

原氫氧合成氧化工藝爐管配置有四種氣體六路管道。四種氣體包括有：氮?dú)狻⒀鯕狻錃庖约奥然瘹錃怏w；六路管道包括有：針閥調(diào)節(jié)的氮?dú)庖宦贰?0SLM的氮?dú)庖宦贰?0SLM的氫氣一路、20LSM的氧氣一路、2SLM的氧氣一路以及500SCCM的氯化氫一路，其氣路圖如圖一所示。由于原爐管做氫氧合成工藝故該爐管還包括有外點(diǎn)火系統(tǒng)以及氫氧合成工藝時(shí)需要的多種保護(hù)措施。

圖1 氧化工藝氣路圖

2.新POCL3工藝爐管配置

POCL3工藝配置需要三種氣體六路管道。三種氣體包括有：氮?dú)狻⒀鯕庖约奥然瘹錃怏w；六路管道包括有：針閥調(diào)節(jié)的氮?dú)庖宦贰?0SLM的氮?dú)庖宦贰?SLM氮?dú)庖宦贰?0LSM的氧氣一路、2SLM的氧氣一路以及500SCCM的氯化氫一路。由于新系統(tǒng)要做POCL3液態(tài)源摻雜工藝故該新系統(tǒng)還包括源瓶溫度控制系統(tǒng)。

二、系統(tǒng)機(jī)械結(jié)構(gòu)改造

1.部件拆除

拆除系統(tǒng)中不需要的部件：主要包括20SLM的氫氣質(zhì)量流量計(jì)和外點(diǎn)火系統(tǒng)。在拆除氫氣質(zhì)量流量計(jì)后要用堵頭把氫氣管道出氣口堵了，防止有人誤開氫氣閥從而引起氫氣泄漏事故。

2.氣路改造

從20SLM的氮?dú)夤艿肋M(jìn)口，通過加裝一個(gè)三通閥分一路氮?dú)庥米鱌OCL3液態(tài)源的攜帶氣體源。由于設(shè)備所用POCL3液態(tài)源瓶為石英件，其可長期忍耐的壓力為15PSI左右，而設(shè)備總氮?dú)鈮毫σ话阏{(diào)節(jié)在25PSI左右，故在POCL3液態(tài)源的攜帶氮?dú)夤苈芳友b一調(diào)壓閥，控制其輸出壓力5～7PSI。

在原氫氣MFC處配置一個(gè)2SLM的氮?dú)釳FC，其進(jìn)氣端與經(jīng)過調(diào)壓的POCL3液態(tài)源攜帶N2相連，出氣端經(jīng)過一常閉氣動(dòng)閥V3與POCL3液態(tài)源瓶的進(jìn)氣端相連。考慮到POCL3的腐蝕性，防止由于意外情況POCL3倒灌而引起其攜帶N2的管路、閥門以及MFC的損壞，故在POCL3液態(tài)源的進(jìn)氣端加一聚四氟乙烯單向閥門CV3。該攜帶氮?dú)釳FC的控制線路用原氫氣MFC的控制線路。

為了保證工藝的穩(wěn)定性和重復(fù)性需要確保POCL3液態(tài)源的溫度受控，不能受環(huán)境的溫度變化而影響。選用UHL系列源瓶恒溫冷阱UHL-2型，控溫精度±0.5℃，對源瓶溫度進(jìn)行控制。

在液態(tài)源瓶出氣口與石英管進(jìn)氣連接管道間接一常閉、常開組合聚四氟乙烯閥門V9,常閉閥門接于石英管進(jìn)氣管路，常開閥門接于源瓶VENT管道。由于POCL3液態(tài)源要吸潮，故在VENT管路接一路常通的吹掃N2，用針閥控制流量，并且在源瓶出氣口和閥組間接一個(gè)聚四氟乙烯單向閥門CV4，防止氣體倒壓進(jìn)源瓶。V9閥的控制氣體與POCL3液態(tài)源攜帶氣體的V3閥的控制氣體并接。改造后的氣路如圖2所示。

圖2 POCL3工藝氣路圖

三、系統(tǒng)軟件及電氣線路改造

系統(tǒng)軟件及電氣線路改造主要是對控制系統(tǒng)的配置進(jìn)行新的設(shè)置并屏蔽掉原氫氧合成工藝中的互鎖。

1.系統(tǒng)配置的更改

在系統(tǒng)軟件根目錄下點(diǎn)開Configuration setting文件T88KZ3.int：把其中Gas_3的Name=H2Rang=20Units=改為Name=POCL3Rang=2000Units=sccm，如圖3所示。

圖3 系統(tǒng)配置文件的更改

改完后保存并關(guān)閉該文件，然后進(jìn)入系統(tǒng)控制軟件Process Mandger頁面點(diǎn)擊Send New Config.命令，配置文件更改完成。

2.系統(tǒng)電氣線路的改造

系統(tǒng)電氣線路的改造主要包括下面幾個(gè)方面：一、屏蔽掉LOO2ALARM的互鎖；二、屏蔽外點(diǎn)火UNDERTEMPALARM的互鎖；三、屏蔽氫氧比例互鎖；四、屏蔽外點(diǎn)火NOTORCH的互鎖。

產(chǎn)生LOO2ALARM信號的電路如圖4所示，氧氣流量傳感器采集的電信號加于比較器LM339的反相端U3-6，在其正向端U3-7加一比較電壓。當(dāng)U3-6的電壓低于U3-7的電壓時(shí)比較器輸出管截止，則Q1三極管導(dǎo)通，繼電器K2動(dòng)作，觸發(fā)LOO2ALARM信號。為了屏蔽該信號則斷開J7-3即可。

圖4 LOO2ALARM信號電路圖

產(chǎn)生UNDERTEMPALARM信號的電路原理與產(chǎn)生LOO2ALARM信號的電路原理類似，屏蔽該信號則在氣體控制板上斷開J7-5即可。

在氣體控制板中氫氧比例互鎖電路如圖5所示。屏蔽該信號則需斷開跳線J341-2，短接跳線J281-2

圖5 氫氧比例控制電路圖

該系統(tǒng)采用的火焰探測器為LFE10，屏蔽NOTORCH信號即需要火焰探測器一直檢測到火焰的存在，則短接LFE10控制器的3腳和7腳即可。

結(jié)論

氫氧合成爐管經(jīng)過改造后，完全滿足了POCL3液態(tài)源摻雜工藝。經(jīng)過一年多的運(yùn)行，設(shè)備平穩(wěn)定可靠。

【1】SLC 99 Maintenance Manual，E.Romero，ICCI，Inc And JGA，Inc.