[發明專利]一種負壓擴散爐反應腔室壓力控制系統及控制方法

有效

• 申請號: 201310753162.8
• 申請日: 2013-12-31
• 公開（公告）號: CN103710758A
• 公開（公告）日: 2014-04-09
• 發明（設計）人: 孫朋濤;桂曉波
• 申請（專利權）人: 北京七星華創電子股份有限公司
• 主分類號: C30B31/18
• 分類號: C30B31/18
• 代理公司: 上海天辰知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 31275
• 代理人: 吳世華;陶金龍

技術領域

本發明涉及半導體器件及加工制造領域，更具體地說，涉及一種用于負壓擴散爐的反應腔室壓力控制系統。

背景技術

擴散爐是半導體、光伏生產線前道工序的最重要工藝設備，擴散工藝的主要用途是將元素磷或硼擴散入硅片，從而改變和控制硅片內雜質的類型、濃度和分布，以便建立起不同的電特性區域。而擴散爐尾氣壓力平衡系統是保證方塊電阻的均勻性的重要前提。

請參閱圖1,圖1所示為圖1為現有技術（中國專利申請號為201020666034）中擴散爐尾氣壓力平衡系統的結構示意圖。如圖所示，該系統包括真空反應室1、壓力傳感器2、PLC控制器3、蝶閥4、蝶閥后端管道5、真空泵6、蝶閥前端管道7。其中，真空反應室1與蝶閥前端管道7相連，蝶閥4接在蝶閥前端管道7與蝶閥后端管道5之間，蝶閥后端管道5與真空泵6相連，壓力傳感器2安裝在蝶閥前端管道7上，用于測量真空反應室1的氣壓，壓力傳感器2的信號線與PLC控制器3相連，PLC控制器3的蝶閥控制信號線與蝶閥4相連。

通過壓力傳感器測量真空腔室內的氣壓P_測，將氣壓信號傳入PLC控制器，PLC控制器將測得的氣壓值與預設的標準值P_標進行比較，若P_測>P_標,則PLC控制器發出增大蝶閥流通截面的信號，減小蝶閥的流阻，從而減小真空室內的氣壓；若P_測<P_標,則PLC控制器發出減小蝶閥流通截面的信號，增大蝶閥的流阻，從而增大真空腔室內的氣壓。

然而，當涉及到擴散工藝高溫真空氛圍控制時，由于經過擴散工藝后尾氣中含有偏磷酸（或溴蒸汽）等腐蝕性氣體和液體，上述專利申請文件所涉及的壓力平衡系統會出現如下問題：

①、常規的控制零部件（例如，傳感器、管道或蝶閥等），在酸性環境中容易腐蝕，會導致其使用壽命急劇下降，特別是蝶閥的閥門，在使用過程中長時間處于酸性環境狀態中，腐蝕很大，因此，使用蝶閥的成本很高；

②、蝶閥的開啟程度控制需要昂貴的PID算法控制器，算法復雜，雖然目前可以用PLD可編程控制器實現PID算法，但價格還是比較昂貴；

③、真空密封在800℃以上且不引入金屬離子的要求大大增加了技術難度，且耐腐蝕真空泵等因市場規模較小且較高端，成本也一直難以下降；此外，尾氣高溫會導致傳感器等部件快速失效，從而導致負壓擴散爐的反應腔室壓力控制失靈。

再加上，隨著太陽能電池向大尺寸、超薄化方向發展以及低的表面雜質濃度，傳統閉管擴散爐陳舊的設計已經不能滿足要求。經實驗室驗證，負壓狀態下的擴散技術優勢非常明顯，負壓工藝中低的雜質源飽和蒸汽壓，提高了雜質的分子自由程度，從而大幅提升了方塊電阻的均勻性，并能增倍提升產量，是高品質擴散的首選與環境友好型的生產方式，且N型硅片硼擴散在均勻性和功耗上優勢明顯。

但是，反應腔室的負壓效應，給控制的技術方案增加了很多的難度，目前業界還沒有切實可行的負壓擴散爐反應腔室壓力控制的技術方案出臺。因此，如何能精準控制負壓擴散爐反應腔室的壓力并大幅度地降低成本，是業界急需解決的難題。

發明內容

本發明的目的在于提供一種負壓擴散爐反應腔室壓力控制裝置及其控制方法，其能實現合理有效地控制負壓擴散爐反應腔室中的壓力平衡，且能大幅度地降低控制成本。

為達到上述目的，本發明的技術方案如下：

一種負壓擴散爐反應腔室壓力控制系統，包括尾氣管、真空泵和壓力控制單元；所述尾氣管與所述反應腔室的排氣輸出端相連，其輸入端接收所述反應腔室氣體輸出的尾氣；所述真空泵的一端通過第一控制閥與所述尾氣管的輸出端相連，另一端與排酸管道輸入端相連；其中，所述第一控制閥只具有完全打開或完全關閉兩種工作狀態；壓力控制單元包括至少一個壓力傳感器、判斷模塊和執行模塊。壓力傳感器用于檢測所述尾氣管中氣體的壓力；判斷模塊接收所述傳感器發送的壓力檢測結果，并與預定壓力值進行比較，得到壓力檢測結果值是否需要調整以及調整值的信息；執行模塊接收所述判斷模塊發出的信息，調整或保持所述真空泵的抽真空能力。

優選地，所述真空泵由帶有變頻器的泵電機驅動，所述壓力控制單元中的執行模塊通過改變所述變頻器的頻率，來改變所述泵電機的轉速。

優選地，所述真空泵為防腐蝕隔膜泵。

優選地，所述尾氣管的前端伸至反應腔室的爐口，其后端外側壁與所述反應腔室使用密封圈密封連接。

優選地，所述尾氣管的材料為聚四氟乙烯。

優選地，所述尾氣管的外圍安裝有至少一個降溫裝置。