一種用于硅熱氧反應的供應源裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型提供一種用于硅熱氧反應的供應源裝置，至少包括：分別用于輸送氫氣和氧氣的第一、第二進氣管道；所述第一、第二進氣管道含有出口的部分為同心管道；氣體反應腔；所述第一、第二進氣管道的出口相齊平且相通于所述氣體反應腔內部，該出口設有水蒸氣形成裝置；出口與所述氣體反應腔內部相通且用于輸送氮氣的第三進氣管道；一端與所述氣體反應腔連接的出氣管道。該裝置將現有技術中位于下游的氮氣進氣管道改為將氮氣輸送入氣體反應腔內，新裝置將氮氣在反應腔內與所述氫氣及氧氣在高溫下一同預熱，使氫氣與氧氣反應生成的水蒸氣不至于在所述氮氣的低溫環境下凝結為水，提高了水蒸氣的使用率同時提高了所述水蒸氣與硅發生熱反應的效率。
【專利說明】—種用于硅熱氧反應的供應源裝置
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種半導體制造設備，特別是涉及一種用于硅熱氧反應的供應源裝置。【背景技術】
[0002]在半導體制造工藝中，硅熱氧化工藝是在硅片表面產生一層致密的二氧化硅薄膜。該工藝是硅平面技術中的一項重要的工藝。
[0003]硅熱氧化工藝一般有干氧反應和濕氧反應。在集成電路制造工藝中，一般以濕氧反應為主。所謂的濕氧反應指的是以氧氣和水蒸氣的混合氣氛作為反應的供應源并且和硅片反應形成二氧化硅薄膜。而生成水蒸氣的裝置為所述硅熱反應的供應源裝置。通常，氫氣和氧氣在溫度為700°C至900°C的高溫環境下反應生成水蒸氣；再將水蒸氣通入硅的反應裝置中，使得水蒸氣與硅反應生成二氧化硅。
[0004]一般情況下，生成的二氧化硅薄膜厚度小于20埃，因此水蒸氣與硅反應的速度需要調節，同時水蒸氣的量需要把握適當，因此一般將氮氣作為稀釋氣體。如圖1所示，該裝置包含有用于輸送氫氣的第一進氣管道10和用于輸送氧氣的第二進氣管道100 ;所述第一、第二進氣管道含有出口的部分為同心管道；氣體反應腔11 ;所述第一、第二進氣管道的出口相齊平且與所述氣體反應腔內部相通，該出口設有水蒸氣形成裝置101 ;通常情況下，所述水蒸氣形成裝置為點火裝置，該點火裝置將氫氣與氧氣點燃，該反應腔為700°c至900°C之間的高溫環境，而當反應生成水蒸氣之后，所述水蒸氣通過與所述反應腔11相連接的出氣管道13被輸送出。
[0005]為了調節水蒸氣與硅的反應速度來達到控制生成二氧化硅薄膜的厚度的目的。所述水蒸氣用氮氣進行稀釋，含有氮氣的進氣管道14與所述出氣管道13的出口相連接，而通常情況下，溫度為23°C左右的氮氣被輸送入該供應源裝置的出氣管道中。當在高溫環境下生成的水蒸氣在所述出氣管道中遇到溫度較低的氮氣時，所述水蒸氣則會預冷凝結為液體水，這些水則會流入硅熱反應裝置中，而硅熱氧反應中水蒸氣起著決定作用，水蒸氣變為水后將嚴重影響其與硅進行熱氧反應，使得反應過程極其不穩定。如果在該裝置的基礎上再增加一個預熱氮氣的裝置則成本較高，同時保存氮氣也不方便；另一方面現有技術也可以將高純度的水加熱生成水蒸氣作為所述硅熱氧化反應的供應源，但是雖然水的純度較高，還是達不到硅表面形成高純度二氧化硅薄膜的目的，在制造過程中會給用于制造器件的硅的表面帶來雜質，從而降低產品的良率。因此有必要提出一種新的用于硅熱氧反應的供應源裝置來解決目前存在的問題。
實用新型內容
[0006]鑒于以上所述現有技術的缺點，本實用新型的目的在于提供一種用于硅熱氧反應的供應源裝置，用于解決現有技術中由于高溫環境中的水蒸氣遇到溫度較低的氮氣而凝結為水，從而影響水蒸氣與硅進一步發生熱氧化反應的問題。[0007]為實現上述目的及其他相關目的，本實用新型提供一種用于硅熱氧反應的供應源裝置，該裝置至少包括:用于輸送氫氣的第一進氣管道和用于輸送氧氣的第二進氣管道；所述第一、第二進氣管道含有出口的部分為同心管道；氣體反應腔；所述第一、第二進氣管道的出口相齊平且與所述氣體反應腔內部相通，該出口設有水蒸氣形成裝置；出口與所述氣體反應腔內部相通且用于輸送氮氣的第三進氣管道；一端與所述氣體反應腔連接的出氣管道。
[0008]作為本實用新型的一種用于硅熱氧反應的供應源裝置的一種優選方案，設置于所述第一、第二進氣管道出口的所述水蒸氣形成裝置為點火裝置，與所述氣體反應腔內部相通的所述第三進氣管道的出口與該點火裝置具有一設定距離；所述設定距離滿足防止點火熄滅。
[0009]作為本實用新型的一種用于硅熱氧反應的供應源裝置的一種優選方案，所述第三進氣管道的出口到所述出氣管道的距離小于所述第一、第二進氣管道的出口到所述出氣管道的距離。
[0010]作為本實用新型的一種用于硅熱氧反應的供應源裝置的一種優選方案，所述第一、第二進氣管道的出口與所述第三進氣管道的出口位于所述氣體反應腔的同側。
[0011]作為本實用新型的一種用于硅熱氧反應的供應源裝置的一種優選方案，所述氣體反應腔內部的溫度為600°C至900°C。
[0012]作為本實用新型的一種用于硅熱氧反應的供應源裝置的一種優選方案，所述出氣管道的出口連接有一軟管。
[0013]作為本實用新型的一種用于硅熱氧反應的供應源裝置的一種優選方案，所述出氣管道與所述軟管的連接端設有一密封圈。
[0014]如上所述，本實用新型的用于硅熱氧反應的供應源裝置，具有以下有益效果:將所述氮氣在反應腔內與所述氫氣以及氧氣在高溫下一同進行預熱，使得氫氣與氧氣反應生成的水蒸氣不至于在所述氮氣的低溫環境下凝結為水，提高了水蒸氣使用率的同時也提高了所述水蒸氣與硅發生熱反應的效率。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0015]圖1為現有技術中的用于硅熱氧反應的供應源裝置示意圖。
[0016]圖2為本實用新型的一種用于硅熱氧反應的供應源裝置示意圖。
[0017]圖3為本實用新型的另一種用于硅熱氧反應的供應源裝置示意圖。
[0018]元件標號說明
[0019]10 第一進氣管道
[0020]100第二進氣管道
[0021]101水蒸氣形成裝置
[0022]11 氣體反應腔
[0023]12 第三進氣管道
[0024]121 出口
[0025]13 出氣管道
[0026]131 軟管[0027]132密封圈
[0028]14 氮氣進氣管道
【具體實施方式】
[0029]以下通過特定的具體實例說明本實用新型的實施方式，本領域技術人員可由本說明書所揭露的內容輕易地了解本實用新型的其他優點與功效。本實用新型還可以通過另外不同的【具體實施方式】加以實施或應用，本說明書中的各項細節也可以基于不同觀點與應用，在沒有背離本實用新型的精神下進行各種修飾或改變。
[0030]請參閱圖2?圖3。需要說明的是，本實施例中所提供的圖示僅以示意方式說明本實用新型的基本構想，遂圖式中僅顯示與本實用新型中有關的組件而非按照實際實施時的組件數目、形狀及尺寸繪制，其實際實施時各組件的型態、數量及比例可為一種隨意的改變，且其組件布局型態也可能更為復雜。
[0031]如圖2所示，本實用新型提供一種用于硅熱氧反應的供應源裝置，該裝置中，所述第一進氣管道10用來輸送氫氣，所述第二進氣管道100用來輸送氧氣,所述第一、第二進氣管道含有出口的部分為同心管道；如圖2所示；該裝置還包括氣體反應腔11 ;所述第一、第二進氣管道的出口相齊平且與所述氣體反應腔11內部相通，也就是說，所述第一進氣管道10的出口與所述第二進氣管道100的出口都與所述氣體反應腔內部相通，同時該倆個出口在所述氣體反應腔內部的長度相同，氫氣與氧氣在進入所述氣體反應腔內的同時在該兩個出口處匯合。本實用新型中，所述第一、第二進氣管道含有出口的部分為同心管道，即如圖2或圖3所示，含有氧氣的第二進氣管道包圍在所述含有氫氣的第一進氣管道外，二者含有出口的部分相互穿套。
[0032]本實施例中，所述氣體反應腔11的形狀為圓柱形，所述第一進氣管道10、所述第二進氣管道100與所述氣體反應腔11的連接端位于所述圓柱的一個底面；所述第一進氣管道10和所述第二進氣管道100的出口可以是恰好與所述氣體反應腔的該底面相連接，也可是出口伸入所述氣體反應腔內部。本實施例中，所述第一進氣管道10和第二進氣管道100的出口伸入所述氣體反應腔內部。由于硅熱氧反應的供應源為水蒸氣，所述水蒸氣的來源為氫氣和氧氣反應所形成，所述第一進氣管道和第二進氣管道100的出口設有水蒸氣形成裝置101，通常情況下，在硅的熱氧反應過程中，所述水蒸氣形成裝置為點火裝置，在所述點火裝置的作用下，氫氣與氧氣在點燃的條件下反應生成水，由于硅的熱氧反應需要的供應源為水蒸氣，之所以用水蒸汽是因為高溫下水蒸氣與硅反應的氧化速率比硅與水的反應速率大。雖然水蒸氣與硅反應生成二氧化硅能提高反應效率，但是為了控制反應生成的二氧化硅薄膜的厚度，還必須控制反應的速度，反應速度一般由通入所述氣體反應腔11并且在高溫下不易與氫氣和氧氣反應的氣體作為稀釋氣體。
[0033]由于所述氣體反應腔11中需要稀釋氣體來對氫氣與氧氣反應生成的水蒸氣進行稀釋，因此，該裝置還包括出口與所述氣體反應腔11內部相通的第三進氣管道12，所述第三進氣管道12與所述氣體反應腔11的連接方式可以是出口恰好與所述氣體反應腔的所述一個底面相連接，也可以是出口由所述一個底面伸入該氣體反應腔11內部的連接方式，本實施例中，所述第三進氣管道12的出口與所述氣體反應腔的連接方式為伸入所述氣體反應腔的內部。所述第三進氣管道12用來輸送氮氣；所述氫氣與氧氣在點火的條件下反應并在所述氣體反應腔11的高溫環境中生成水蒸氣，而所述第三進氣管道12將純凈的氮氣輸送入所述氣體反應腔的目的將氮氣作為該反應的稀釋氣體，以此來控制所述氣體反應腔中水蒸氣的濃度從而達到控制最終生成的二氧化硅薄膜的厚度。本實用新型中，所述氣體反應腔11中的溫度為600°C至900°C，本實施例中，所述氣體反應腔11中的溫度為700°C。
[0034]由于該氣體反應腔11作為所述硅熱氧反應的供應源裝置，因此該裝置的作用是將硅熱氧反應所需要的供應源氣體最終送入硅的熱氧反應裝置中，因此，該氣體反應腔有必要將氮氣和生成的水蒸氣等輸出，因此該裝置還包括一端與該所述氣體反腔11連接的出氣管道13。所述出氣管道13與所述氣體反應腔連接的一端可以是恰好與所述氣體反應腔的另一個底面相連接，也可以是所述出氣管道13的一端伸入所述氣體反應腔11的所述另一個底面內部的連接方式。
[0035]作為本實用新型的用于硅熱氧反應的供應源裝置的一種優選方案，與所述氣體反應腔11內部相通的所述第三進氣管道12的出口與該點火裝置101具有一設定距離；所述設定距離滿足防止點火熄滅，當氮氣通過所述第三進氣管道12的入口進入該第三進氣管道中后，再通過該第三進氣管道出口 121進入所述氣體反應腔內部，由于氮氣在所述第三進氣管道中的溫度較低，一般為23°C左右，而該氣體反應腔內部的溫度高達700°C至900°C，因此如果當溫度較低的氮氣遇到點火裝置的火焰時，并且當氮氣的流速達到一定程度有可能將氫氣在氧氣中燃燒的火焰撲滅，因此所述第三進氣管道12的出口 121與位于所述第一、第二進氣管道10的出口處的點火裝置101具有一設定距離，該設定距離需要滿足防止點火熄滅的條件。
[0036]所述第一進氣管道10中的氫氣被輸送至其出口處并與所述第二進氣管道100中的氧氣在該出口處混合，如圖2中，氫氣與氧氣在所述點火裝置處混合后被點燃。
[0037]本實用新型將現有裝置中如圖1所示的位于原裝置出氣管道13下游的氮氣進氣管道14改裝為將輸送氮氣的管道與所述氣體反應腔連接的目的是為了將溫度較低的氮氣利用所述氣體反應腔中的高溫環境來預熱。因此為了達到較好的預熱效果同時又不影響氫氣與氧氣反應生成水蒸氣，因此作為本實用新型的用于硅熱氧反應的供應源裝置的一種優選方案，所述第三進氣管道12的出口 121到所述出氣管道13的距離小于所述第一、第二進氣管道的出口到所述出氣管道的距離，設置該優選方案的作用一是可以防止所述第一、第二進氣管道出口處的點火裝置的火焰被氮氣撲滅，二是不影響氫氣與氧氣的反應效率，并同時使得所述第三進氣管道中的氮氣有更好的預熱效果。
[0038]本實用新型的用于硅熱氧反應的供應源裝置是盡量降低原有技術中裝置的復雜度的情況下將原裝置進行改進，因此作為本實用新型的用于硅熱氧反應的供應源裝置的一種優選方案，所述第一、第二進氣管道的出口與所述第三進氣管道12的出口位于所述氣體反應腔的同側。本實施例中，由于所述氣體反應腔的形狀為圓柱形，如圖2所示，因此所述第一、第二進氣管道的出口與所述第三進氣管道12的出口都位于所述圓柱形的氣體反應腔的一個所述底面上。除此以外，所述第一、第二進氣管道與所述第三進氣管道12與所述氣體反應腔11的連接端的相對位置在不影響該裝置正常工作的情況下可以任意變動，如圖3所示，所述第三進氣管道12也可是位于所述形狀為圓柱形的所述氣體反應腔的側壁，同時只要保持所述第三進氣管道12的出口 121與所述第一、第二進氣管道出口處的水蒸氣形成裝置101的距離大于或等于所述設定距離即可，以防止點火裝置的火焰被所述氮氣撲滅。所述第一、第二進氣管道的出口與所述第三進氣管道12的出口都是通過所述圓柱形的氣體反應腔的所述一個底面進入所述氣體反應強內部的作用的是為了減小該裝置設計的復雜程度，同時所述第一、第二進氣管道與所述第三進氣管道12的出口都位于所述氣體反應腔的同一側可以使得氫氣、氧氣以及氮氣的流向一致以減小氮氣撲滅火焰的可能性。所述設定距離不為定值，當該裝置工作時，所述第三進氣管道12通入氮氣的過程中，根據氮氣的流速來適當調節所述出口 121與所述點火裝置101的距離使得火焰不被撲滅。
[0039]作為本實用新型的一種優選方案，所述出氣管道的出口將用于連接硅熱氧反應裝置，為了便于調節本實用新型的供應源裝置與硅熱氧反應裝置之間的相對位置，因此所述出氣管道13的出口連接有一軟管131，該軟管將本實用新型的用于硅熱氧反應的供應源裝置與硅熱氧反應裝置連接，將本實用新型裝置中生成的水蒸氣輸送入所述硅熱氧反應裝置中。
[0040]為使本實用新型裝置中生成的水蒸氣及其他氣體在輸送入所述硅熱氧反應裝置的過程中不產生泄漏，所述軟管131與所述出氣管道13的連接端設有一密封圈132，所述密封圈132的設置使得輸送的氣體在硅熱氧化反應中達到很高的利用率，節省了大量資源。
[0041]綜上所述，本實用新型的用于硅熱氧反應的供應源裝置將現有技術的位于所述出氣管道下游的所述輸送氮氣的進氣管道改為與所述氣體反應腔相通，作用是將溫度較低的氮氣利用所述高溫環境的氣體反應腔進行預熱，使得氫氣與氧氣生成的作為硅的熱氧反應源的水蒸氣不至于遇冷凝結為液態水而影響硅的熱氧化反應，在提高反應效率的同時也節省使氮氣預熱的能源。所以，本實用新型有效克服了現有技術中的種種缺點而具高度產業利用價值。
[0042]上述實施例僅例示性說明本實用新型的原理及其功效，而非用于限制本實用新型。任何熟悉此技術的人士皆可在不違背本實用新型的精神及范疇下，對上述實施例進行修飾或改變。因此，舉凡所屬【技術領域】中具有通常知識者在未脫離本實用新型所揭示的精神與技術思想下所完成的一切等效修飾或改變，仍應由本實用新型的權利要求所涵蓋。
【權利要求】
1.一種用于硅熱氧反應的供應源裝置，其特征在于，該裝置至少包括: 用于輸送氫氣的第一進氣管道和用于輸送氧氣的第二進氣管道；所述第一、第二進氣管道含有出口的部分為同心管道； 氣體反應腔；所述第一、第二進氣管道的出口相齊平且與所述氣體反應腔內部相通，該出口設有水蒸氣形成裝置； 出口與所述氣體反應腔內部相通且用于輸送氮氣的第三進氣管道； 一端與所述氣體反應腔連接的出氣管道。
2.根據權利要求1所述的用于硅熱氧反應的供應源裝置，其特征在于:設置于所述第一、第二進氣管道出口的所述水蒸氣形成裝置為點火裝置，與所述氣體反應腔內部相通的所述第三進氣管道的出口與該點火裝置具有一設定距離；所述設定距離滿足防止點火熄滅。
3.根據權利要求2所述的用于硅熱氧反應的供應源裝置，其特征在于:所述第三進氣管道的出口到所述出氣管道的距離小于所述第一、第二進氣管道的出口到所述出氣管道的距離。
4.根據權利要求1所述的用于硅熱氧反應的供應源裝置，其特征在于:所述第一、第二進氣管道的出口與所述第三進氣管道的出口位于所述氣體反應腔的同側。
5.根據權利要求1所述的用于硅熱氧反應的供應源裝置，其特征在于:所述氣體反應腔內部的溫度為600°C至900°C。
6.根據權利要求1所述的用于硅熱氧反應的供應源裝置，其特征在于:所述出氣管道的出口連接有一軟管。
7.根據權利要求6所述的用于硅熱氧反應的供應源裝置，其特征在于:所述出氣管道與所述軟管的連接端設有一密封圈。
【文檔編號】H01L21/67GK203787395SQ201420169765
【公開日】2014年8月20日 申請日期:2014年4月9日 優先權日:2014年4月9日
【發明者】趙星 申請人:中芯國際集成電路制造(北京)有限公司