專利名稱：半導(dǎo)體生產(chǎn)中摻雜劑的稱量系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于直拉硅單晶制造的摻雜劑類物質(zhì)的稱量系 統(tǒng)，特別適合需要使用多種類摻雜劑如磷、砷、銻的重?fù)絾尉е圃臁?
背景技術(shù)：
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(dá)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(zhuǎn)動晶體，這樣單晶就逐漸生 長成大的硅晶體。
重?fù)街崩鑶尉в脕碇谱鐾庋右r底(Substrate)。外延硅片一般是在 低電阻率的重?fù)揭r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(shù)應(yīng)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(zhì)的外延襯底(Substrate)需要使用重?fù)诫s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(zhì)必須小 心地加以控制。為了控制晶體材料的導(dǎo)電類型和導(dǎo)電能力， 一些特定的雜 質(zhì)會被有意識地加到熔融態(tài)硅中做摻雜劑。
為了獲得重?fù)诫s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(dǎo)入熔融態(tài)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(dāng)直拉單 晶設(shè)備裝料量達(dá)到60—80kg/爐時重?fù)降膽K雜量在數(shù)十克一到數(shù)百克之 間，這個慘雜量比常規(guī)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(jìn)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(jìn)行摻雜。
重?fù)诫s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(fā)帶來的損失，從而有利于改善晶錠的電阻率調(diào)控。當(dāng) 摻雜劑加入熔融態(tài)的硅后進(jìn)入引晶、放肩、轉(zhuǎn)肩、等徑的晶體生長過程， 在這個過程中熔融態(tài)的硅中的摻雜元素仍然再繼續(xù)以氣態(tài)的形式揮發(fā)。揮 發(fā)產(chǎn)生氣態(tài)物質(zhì)在晶體生長的空間區(qū)域形成顆粒，這類顆粒接觸到生長中
晶體將產(chǎn)生位錯使晶體生長失??；晶體產(chǎn)生位錯后需要將已經(jīng)成長固態(tài)部 分重新熔化，這個過程稱為回熔。回熔過程中慘雜元素進(jìn)一步揮發(fā)，揮發(fā) 使熔融態(tài)的硅中的摻雜元素含量減少、濃度降低。這時如果熔融態(tài)的硅中 的慘雜元素的濃度達(dá)不到低電阻率要求的濃度時，工藝要求進(jìn)行再次摻 雜，是熔融態(tài)的硅中的摻雜元素的濃度恢復(fù)到低電阻率要求的濃度，然后 再入引晶、放肩、轉(zhuǎn)肩、等徑的晶體生長過程。再摻雜需要的摻雜量與已 經(jīng)從熔融態(tài)的硅中揮發(fā)掉的摻雜元素重量相當(dāng)， 一般為第一次摻雜重量的 四份之一到三分之一，這是重?fù)街崩鑶尉е苽涞牧硪粋€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(hù)的密閉容器中，在進(jìn)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(zhì)。例如，6N的砷暴露在空氣中經(jīng)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(jié)果。因此生產(chǎn)工藝 要求備好的摻雜劑要及時的加入到熔融態(tài)的硅中。
重?fù)诫s的低電阻率硅晶體材料要求摻雜元素在熔融態(tài)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?？量?。如果N型重?fù)诫s 的低電阻率硅晶體材料被硼(P型)沾污，該材料的導(dǎo)電型號仍然為N型， 沾污的硼將在襯底與外延層間擴(kuò)散，與N型材料補(bǔ)償后造成導(dǎo)電能力極大 的降低導(dǎo)致材料報廢。重?fù)诫s的低電阻率硅晶體材料對同為N型導(dǎo)電類 型的摻雜元素的唯一性要求也非常嚴(yán)格，原因是磷、砷、銻摻雜元素在器 件的高溫工藝中同樣要發(fā)生擴(kuò)散，磷、砷、銻元素在硅晶格中的擴(kuò)散能力 不同，例如在同樣的溫度條下磷在硅中的擴(kuò)散能力比砷在硅中的擴(kuò)散能力 要高一個量級。如果N型重?fù)降纳榈碗娮杪使杈w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(kuò)散，由于磷在硅中的 擴(kuò)散比砷在硅中的擴(kuò)散要快，擴(kuò)散使磷進(jìn)入外延層而降低了器件的耐電壓 能力，使器件性能惡化，嚴(yán)重時再次造成器件報廢。

發(fā)明內(nèi)容
針對上述的重?fù)街崩鑶尉Р牧现苽涞奶攸c和工藝技術(shù)對摻雜元素 的唯一性的苛刻要求，本發(fā)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(tǒng)，用于重?fù)诫s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(tǒng)稱量準(zhǔn)確、快速，可避免不同摻雜劑在 稱量時產(chǎn)生的交叉污染。
為達(dá)到上述發(fā)明的目的，本發(fā)明釆用以下技術(shù)方案這種半導(dǎo)體生產(chǎn) 中摻雜劑的稱量系統(tǒng)，它包括多臺電子秤，計算機(jī)，打印機(jī)，所述的電 子秤與計算機(jī)之間接串口擴(kuò)張卡，卡的一端為接口，該接口接電子秤數(shù)據(jù) 傳輸線，另一端為輸出端，該輸出端接電腦主機(jī)，電子秤與電腦的數(shù)據(jù)傳 輸采用標(biāo)準(zhǔn)的TCP/IP協(xié)議，計算機(jī)接帶不干膠帶的打印機(jī)。
本系統(tǒng)的優(yōu)點是稱量準(zhǔn)確、快速，可避免不同摻雜劑在稱量時產(chǎn)生 的交叉污染。


圖1:本系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖
圖2:軟件界面設(shè)置示意圖
圖3:膠貼條(標(biāo)簽)樣式圖
圖4:本系統(tǒng)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(yīng) 于磷、銻、砷三種摻雜元素的稱量；4為串口擴(kuò)張卡(RS232)，它的一端為 9孔接口，該接口接電子秤數(shù)據(jù)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(jī)5主機(jī)，電子秤與計算機(jī)的數(shù)據(jù)傳輸 采用標(biāo)準(zhǔn)的TCP/IP協(xié)議，計算機(jī)接打印機(jī)6。
圖2中，計算機(jī)界面有以下顯示最上方為菜單區(qū)；其下方為稱量
數(shù)值顯示區(qū)、產(chǎn)品類型-名稱(以不同顏色、形狀顯示)、預(yù)覽區(qū)(標(biāo)簽樣
式)、稱量范圍預(yù)警區(qū)(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(tǒng)會覺察報警；再下方為產(chǎn)品 信息輸入?yún)^(qū)和產(chǎn)品用途輸入?yún)^(qū)，以及測量范圍設(shè)定值；最下方為記錄區(qū)。
數(shù)據(jù)經(jīng)接收后，合格則保存數(shù)據(jù)同時向打印機(jī)發(fā)出 令打印標(biāo)簽，不 合格則保存該條稱重數(shù)據(jù)，以便分析處理。
具體實施方式
實施例1
系統(tǒng)開機(jī)自檢完成后，操作人員在電腦(PC-586以上兼容機(jī))上操 作，在三個稱量系統(tǒng)(電子秤JZC-TAC-1.5) (As、 Sb、 Rp)中選擇一個 稱量系統(tǒng)，在"產(chǎn)品類型"里選擇稱量的種類，選擇種類時，界面上會出 現(xiàn)相對應(yīng)的標(biāo)簽樣式，更有顏色和形狀等加以區(qū)分，杜絕誤選。例如選擇 As。在"產(chǎn)品名稱"的空白框輸入摻雜劑的編號；在"產(chǎn)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(yīng)電子稱上，按目標(biāo)重量進(jìn)行摻雜劑的增減直到 數(shù)值穩(wěn)定在誤差的范圍，按"保存/打印"，打出標(biāo)簽；退出系統(tǒng)。
數(shù)據(jù)經(jīng)軟件接收后，合格則保存數(shù)據(jù)同時向打印機(jī)(Zebra 888-TT) 發(fā)出指令打印標(biāo)簽，不合格則保存該條稱重數(shù)據(jù)，以便分析處理。
一、 準(zhǔn)備工作
啟動計算機(jī)進(jìn)入計算機(jī)桌面后，啟動軟件即將進(jìn)入以下登陸畫面 在軟件運行前，計算機(jī)操作人員先預(yù)置好當(dāng)次電子秤所稱物品的相關(guān) 信息(信息包含名稱、規(guī)格、等級、班次等)，如每臺秤所稱物品的名稱 或規(guī)格不同， 一定要在對應(yīng)的秤臺上稱重，操作人員并在對應(yīng)的秤臺上設(shè) 定上先限范圍。
備注以上功能需管理員授權(quán)方可設(shè)定及修改。
二、 系統(tǒng)操作
操作人員把物品放在對應(yīng)的秤臺上(根據(jù)設(shè)定的摻雜劑種類打開相對 應(yīng)的秤(天平)，否則稱量時不會被計算機(jī)識別)，待數(shù)據(jù)穩(wěn)定幾秒鐘后， 秤臺聲音提示物品是否屬于對應(yīng)產(chǎn)品的正常值范圍，軟件系統(tǒng)也將同步與 預(yù)置產(chǎn)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(chǎn)品在正常值范圍，操作人員將手動點擊界面上的確認(rèn)打印按鈕， 系統(tǒng)將打印一張設(shè)定好格式的不干膠標(biāo)簽，并記錄這次計量的重量及稱重 日期及時間，如產(chǎn)品不合格，有聲音報警，系統(tǒng)將自動保存這條記錄，并 備注產(chǎn)品和合格的類型是"超重"還是"偏輕"，(此時不打印標(biāo)簽)。
當(dāng)需要切換秤臺時，可在系統(tǒng)中選中所需秤臺號如(砷、銻、磷)， 即可進(jìn)入該秤臺界面。(此時其他兩臺秤所有稱重數(shù)據(jù)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(tǒng)將出
現(xiàn)聲音報警。
注每臺秤只允許稱重指定產(chǎn)品，如在該秤臺輸入其他品名時，系統(tǒng) 將出現(xiàn)操作錯誤提示。
査詢分析時期末企業(yè)管理人員可以根據(jù)需要提取不同規(guī)格、批號的 產(chǎn)品的匯總統(tǒng)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(chǎn)的響應(yīng)時間，提高管理效率，促進(jìn)企業(yè)信息化管理。
權(quán)利要求
1、一種半導(dǎo)體生產(chǎn)中摻雜劑的稱量系統(tǒng)，其特征在于它包括多臺電子秤，計算機(jī)，打印機(jī)，所述的電子秤與計算機(jī)之間接串口擴(kuò)張卡，卡的一端為接口，該接口接電子秤數(shù)據(jù)傳輸線，另一端為輸出端，該輸出端接電腦主機(jī)，電子秤與電腦的數(shù)據(jù)傳輸采用標(biāo)準(zhǔn)的TCP/IP協(xié)議，計算機(jī)接帶不干膠帶的打印機(jī)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種半導(dǎo)體生產(chǎn)中摻雜劑的稱量系統(tǒng)，其特征 在于所述的電子秤為三臺。
全文摘要
一種半導(dǎo)體生產(chǎn)中摻雜劑的稱量系統(tǒng)，它包括多臺電子秤，計算機(jī)，打印機(jī)，所述的電子秤與計算機(jī)之間接串口擴(kuò)張卡，卡的一端為接口，該接口接電子秤數(shù)據(jù)傳輸線，另一端為輸出端，該輸出端接電腦主機(jī)，電子秤與電腦的數(shù)據(jù)傳輸采用標(biāo)準(zhǔn)的TCP/IP協(xié)議，計算機(jī)接帶不干膠帶的打印機(jī)。本系統(tǒng)的優(yōu)點是稱量準(zhǔn)確、快速，可避免不同摻雜劑在稱量時產(chǎn)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(yōu)先權(quán)日2008年7月11日
發(fā)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(dǎo)體材料股份有限公司;國泰半導(dǎo)體材料有限公司