立式真空扩散炉与卧式真空扩散炉有何不同？

立式真空扩散炉与卧式真空扩散炉有何不同？

扩散过程是一种将杂质引入硅材料的方法。在高温（通常为900-1200℃）条件下，利用热扩散原理将掺杂元素（通常为液体源或固体源）掺入硅衬底所需深度，使其具有特定的浓度分布，从而改变硅晶片的电性能并形成PN结。在实际工艺中，主要使用硼掺杂、磷掺杂和砷掺杂。硼掺杂是指三价元素硼（b）扩散并掺杂到硅晶片中以形成p型半导体。载流子是空穴。常用的硼源是二硼烷和三氟乙基硼；磷掺杂和砷掺杂是将五价元素磷或砷引入硅晶片以形成n型半导体。载流子是自由电子。常用的磷或砷源是砷化氢和磷化氢。

扩散过程中使用的设备是扩散炉。基本结构由四部分组成：净化工作室、主柜、气源柜和控制柜。最常用的是水平扩散炉，少数是垂直立式扩散炉。水平扩散炉主要用于200mm及以下的硅片。其特点是加热炉体、反应管和石英舟载硅晶片水平放置，因此具有晶片间均匀性好的工艺特性。

扩散炉是集成电路生产线前工序的重要工艺设备之一。其主要目的是掺杂半导体，即在高温条件下将掺杂材料扩散到硅晶片中，从而改变和控制半导体中杂质的类型、浓度和分布，从而建立不同的电特性区。虽然离子注入可以用于某些工艺中的掺杂，但热扩散仍然是最重要和最常用的掺杂方法。硅的热氧化是使硅片表面在高温下与氧化剂反应，生长一层二氧化硅膜。有两种氧化方法，干氧氧化和水蒸气氧化（用氢和氧合成）。扩散炉是这两种氧化方法制备氧化层的必要设备。扩散炉是半导体集成电路工艺的基本设备。信息技术与半导体工艺相互依存，相互促进，共同发展。

普通卧式扩散炉的主要技术指标有：工作温度范围600-1300℃，恒温区长度600-1100mm，恒温区精度±0.5℃，最大可控温升速率不小于15℃/min等。

立式真空扩散炉主要用于制造200/300mm晶片。立式垂直扩散炉的结构特点是加热炉体、反应管和石英舟载硅晶片垂直放置。它具有晶片均匀性好、自动化程度高、系统性能稳定等特点。可满足大规模集成电路生产线的要求。

立式扩散炉的主要结构包括硅晶片装卸口、储存系统、微环境水平层流净化系统、自动传输系统、热处理反应室系统等。热处理反应系统包括加热炉体、反应室、石英舟及其部件、石英舟升降装置、石英舟提升装置、热处理炉体、石英舟和石英舟提升系统，用于实现晶片的热处理工艺和石英舟的升降功能。

立式扩散炉适用于干氧氧化、氢氧合成氧化、二氯乙烯氧化、氮氧化硅氧化等氧化工艺，以及二氧化硅、多晶硅、氮化硅和原子层沉积等薄膜生长工艺。也可应用于高温退火、铜退火、合金等工艺。在性能指标方面，立式扩散炉工艺范围为300-1200℃，恒温区温度均匀性不低于±0.5℃，恒温区长度约800-1000mm，MTBF为≥ 1200小时。