專利名稱：半導體生產中摻雜劑的稱量系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種用于直拉硅單晶制造的摻雜劑類物質的稱量系 統，特別適合需要使用多種類摻雜劑如磷、砷、銻的重摻單晶制造。
背景技術：
Czochralski方法首先將原料多晶硅熔化在石英坩堝中，在多晶硅已 完全熔化并且溫度達到平衡之后，將一個被稱為籽晶的晶種浸入熔體并且 隨后慢慢提起，通常在提起的同時要不斷地轉動晶體，這樣單晶就逐漸生 長成大的硅晶體。
重摻直拉硅單晶用來制做外延襯底(Substrate)。外延硅片一般是在 低電阻率的重摻襯底上生長一層高電阻率的外延層。使用外延片可以解決 雙極晶體管要求的高擊穿電壓(要求高電阻率材料)與低集電極電阻(要 求低電阻率材料)的矛盾，可以降低雙極晶體管的功率損耗，改善高頻性 能。外延技術應用在CMOS工藝中可以有效的解決元件閉鎖的問題。
制備高品質的外延襯底(Substrate)需要使用重摻雜的硅晶體，那 些影響晶體生長的條件比如溫度、壓力、提拉速度和熔體中的雜質必須小 心地加以控制。為了控制晶體材料的導電類型和導電能力， 一些特定的雜 質會被有意識地加到熔融態硅中做摻雜劑。
為了獲得重摻雜的低電阻率硅晶體材料，低熔點的高純(通常要求純 度>99.9999%，6^元素如磷、砷、銻作為摻雜劑分別被導入熔融態硅中， 此過程稱為摻雜。為了理想的低電阻率(摻磷0.0007-0.003 Q.cra;摻 砷O. 0015-0. 005 Q. cm;摻銻O. 007-0. 025 Q . cm)硅晶體材料，當直拉單 晶設備裝料量達到60—80kg/爐時重摻的慘雜量在數十克一到數百克之 間，這個慘雜量比常規輕慘單晶品種需要的摻雜量要多1000-10000倍。 輕摻單晶品種一般使用合金(P型的硼-硅合金；N型的磷-硅合金)作為 摻雜劑， 一般情況合金摻雜劑在進行多晶硅原料裝料時一起放入石英坩堝 中，在多晶硅原料熔化過程中進行摻雜。
重摻雜的低電阻率硅晶體材料由于使用低熔點(或升華點)的磷、砷、 銻慘雜元素做摻雜劑，因此在硅熔化后再分別加入摻雜劑，可以顯著減少摻雜劑由于升華蒸發帶來的損失，從而有利于改善晶錠的電阻率調控。當 摻雜劑加入熔融態的硅后進入引晶、放肩、轉肩、等徑的晶體生長過程， 在這個過程中熔融態的硅中的摻雜元素仍然再繼續以氣態的形式揮發。揮 發產生氣態物質在晶體生長的空間區域形成顆粒，這類顆粒接觸到生長中
晶體將產生位錯使晶體生長失敗；晶體產生位錯后需要將已經成長固態部 分重新熔化，這個過程稱為回熔。回熔過程中慘雜元素進一步揮發，揮發 使熔融態的硅中的摻雜元素含量減少、濃度降低。這時如果熔融態的硅中 的慘雜元素的濃度達不到低電阻率要求的濃度時，工藝要求進行再次摻 雜，是熔融態的硅中的摻雜元素的濃度恢復到低電阻率要求的濃度，然后 再入引晶、放肩、轉肩、等徑的晶體生長過程。再摻雜需要的摻雜量與已 經從熔融態的硅中揮發掉的摻雜元素重量相當， 一般為第一次摻雜重量的 四份之一到三分之一，這是重摻直拉硅單晶制備的另一個特點。
高純度的摻雜元素如磷、砷、銻被存放在有惰性氣體如氮氣、氬氣保 護的密閉容器中，在進行取用、稱量等過程時將暴露在空氣中，這些高純 度的材料表面與氧氣接觸后將被緩慢的氧化，形成一層自然氧化膜影響摻
雜劑的純度和品質。例如，6N的砷暴露在空氣中經過一定的時間，金屬光
澤的表面將逐漸變成黑色，這就是砷的表面被氧化的結果。因此生產工藝 要求備好的摻雜劑要及時的加入到熔融態的硅中。
重摻雜的低電阻率硅晶體材料要求摻雜元素在熔融態的硅中具備高
的摻雜濃度外，對摻雜元素的唯一性的要求也非常苛刻。如果N型重摻雜 的低電阻率硅晶體材料被硼(P型)沾污，該材料的導電型號仍然為N型， 沾污的硼將在襯底與外延層間擴散，與N型材料補償后造成導電能力極大 的降低導致材料報廢。重摻雜的低電阻率硅晶體材料對同為N型導電類 型的摻雜元素的唯一性要求也非常嚴格，原因是磷、砷、銻摻雜元素在器 件的高溫工藝中同樣要發生擴散，磷、砷、銻元素在硅晶格中的擴散能力 不同，例如在同樣的溫度條下磷在硅中的擴散能力比砷在硅中的擴散能力 要高一個量級。如果N型重摻的砷低電阻率硅晶體材料被磷沾污，在器件 的高溫工藝過程中，沾污的磷將在襯底與外延層間擴散，由于磷在硅中的 擴散比砷在硅中的擴散要快，擴散使磷進入外延層而降低了器件的耐電壓 能力，使器件性能惡化，嚴重時再次造成器件報廢。
發明內容
針對上述的重摻直拉硅單晶材料制備的特點和工藝技術對摻雜元素 的唯一性的苛刻要求，本發明的目的是提供一種用于直拉硅單晶制備的摻 雜劑的智能稱量系統，用于重摻雜的低電阻率硅晶體材料制備中對摻雜元 素磷、砷、銻的分別稱取，該系統稱量準確、快速，可避免不同摻雜劑在 稱量時產生的交叉污染。
為達到上述發明的目的，本發明釆用以下技術方案這種半導體生產 中摻雜劑的稱量系統，它包括多臺電子秤，計算機，打印機，所述的電 子秤與計算機之間接串口擴張卡，卡的一端為接口，該接口接電子秤數據 傳輸線，另一端為輸出端，該輸出端接電腦主機，電子秤與電腦的數據傳 輸采用標準的TCP/IP協議，計算機接帶不干膠帶的打印機。
本系統的優點是稱量準確、快速，可避免不同摻雜劑在稱量時產生 的交叉污染。
圖1:本系統結構示意圖
圖2:軟件界面設置示意圖
圖3:膠貼條(標簽)樣式圖
圖4:本系統程序流程圖
圖1中，1、 2、 3為三臺1500g/0. lg電子秤(天平)，它們分別對應 于磷、銻、砷三種摻雜元素的稱量；4為串口擴張卡(RS232)，它的一端為 9孔接口，該接口接電子秤數據傳輸線纜(屏蔽線)C0M1、 COM2、及C0M3， 另一端為輸出端，該輸出端接計算機5主機，電子秤與計算機的數據傳輸 采用標準的TCP/IP協議，計算機接打印機6。
圖2中，計算機界面有以下顯示最上方為菜單區；其下方為稱量
數值顯示區、產品類型-名稱(以不同顏色、形狀顯示)、預覽區(標簽樣
式)、稱量范圍預警區(重量不合格有聲音報警或合格顯示；樣品放錯秤 臺有聲音手艮警。如果重量超過某一范圍，軟件系統會覺察報警；再下方為產品 信息輸入區和產品用途輸入區，以及測量范圍設定值；最下方為記錄區。
數據經接收后，合格則保存數據同時向打印機發出 令打印標簽，不 合格則保存該條稱重數據，以便分析處理。
具體實施方式
實施例1
系統開機自檢完成后，操作人員在電腦(PC-586以上兼容機)上操 作，在三個稱量系統(電子秤JZC-TAC-1.5) (As、 Sb、 Rp)中選擇一個 稱量系統，在"產品類型"里選擇稱量的種類，選擇種類時，界面上會出 現相對應的標簽樣式，更有顏色和形狀等加以區分，杜絕誤選。例如選擇 As。在"產品名稱"的空白框輸入摻雜劑的編號；在"產品用途"中填寫 要摻雜的爐號和第幾次摻雜；在"正常值范圍"里輸入稱量的范圍，即 允許誤差的范圍，例如要稱量240克，誤差土5,即最小值為235，最大值245; 將待稱量的摻雜劑放在對應電子稱上，按目標重量進行摻雜劑的增減直到 數值穩定在誤差的范圍，按"保存/打印"，打出標簽；退出系統。
數據經軟件接收后，合格則保存數據同時向打印機(Zebra 888-TT) 發出指令打印標簽，不合格則保存該條稱重數據，以便分析處理。
一、 準備工作
啟動計算機進入計算機桌面后，啟動軟件即將進入以下登陸畫面 在軟件運行前，計算機操作人員先預置好當次電子秤所稱物品的相關 信息(信息包含名稱、規格、等級、班次等)，如每臺秤所稱物品的名稱 或規格不同， 一定要在對應的秤臺上稱重，操作人員并在對應的秤臺上設 定上先限范圍。
備注以上功能需管理員授權方可設定及修改。
二、 系統操作
操作人員把物品放在對應的秤臺上(根據設定的摻雜劑種類打開相對 應的秤(天平)，否則稱量時不會被計算機識別)，待數據穩定幾秒鐘后， 秤臺聲音提示物品是否屬于對應產品的正常值范圍，軟件系統也將同步與 預置產品正常值范圍比對，屏幕信號燈將提示是否"超重"或"偏輕"， 并有聲音報警。
如產品在正常值范圍，操作人員將手動點擊界面上的確認打印按鈕， 系統將打印一張設定好格式的不干膠標簽，并記錄這次計量的重量及稱重 日期及時間，如產品不合格，有聲音報警，系統將自動保存這條記錄，并 備注產品和合格的類型是"超重"還是"偏輕"，(此時不打印標簽)。
當需要切換秤臺時，可在系統中選中所需秤臺號如(砷、銻、磷)， 即可進入該秤臺界面。(此時其他兩臺秤所有稱重數據均視為無效，若"砷"正在操作時，操作人員誤把所稱物品錯放在"銻"或"磷"上時系統將出
現聲音報警。
注每臺秤只允許稱重指定產品，如在該秤臺輸入其他品名時，系統 將出現操作錯誤提示。
査詢分析時期末企業管理人員可以根據需要提取不同規格、批號的 產品的匯總統計資料，也可以圖形分析某一時間段的合格率等情況，方便 決策者對生產的響應時間，提高管理效率，促進企業信息化管理。
權利要求
1、一種半導體生產中摻雜劑的稱量系統，其特征在于它包括多臺電子秤，計算機，打印機，所述的電子秤與計算機之間接串口擴張卡，卡的一端為接口，該接口接電子秤數據傳輸線，另一端為輸出端，該輸出端接電腦主機，電子秤與電腦的數據傳輸采用標準的TCP/IP協議，計算機接帶不干膠帶的打印機。
2.根據權利要求1所述的一種半導體生產中摻雜劑的稱量系統，其特征 在于所述的電子秤為三臺。
全文摘要
一種半導體生產中摻雜劑的稱量系統，它包括多臺電子秤，計算機，打印機，所述的電子秤與計算機之間接串口擴張卡，卡的一端為接口，該接口接電子秤數據傳輸線，另一端為輸出端，該輸出端接電腦主機，電子秤與電腦的數據傳輸采用標準的TCP/IP協議，計算機接帶不干膠帶的打印機。本系統的優點是稱量準確、快速，可避免不同摻雜劑在稱量時產生的交叉污染。
文檔編號G01G17/00GK101625253SQ200810116568
公開日2010年1月13日 申請日期2008年7月11日 優先權日2008年7月11日
發明者楠 張, 峰 方, 鄧德輝, 沉 鄭, 愷 高 申請人:北京有色金屬研究總院;有研半導體材料股份有限公司;國泰半導體材料有限公司