氢气退火炉关键部件研究与开发

赵志然，李 明，黄志海，闫海莲

（湖南红太阳光电科技有限公司，湖南 长沙410000）

半导体技术的发展对半导体器件的品质要求越来越高，近十年来研究发现的硅中微小的原生缺陷如晶体的原生颗粒缺陷（COP）、激光散射层析缺陷（LSTD）等，都与硅中的氧有关。提升硅片质量的关键是使制作器件的硅表层中形成低氧区，以减少晶格缺陷。途径之一就是采用氢气退火工艺，在氢气中进行高温退火，通过氢促进氧的外扩散并与氧反应将氧消耗掉，以改善硅片质量。研究表明，氢气退火能降低硅片中氧化层错密度约一个数量级，对于减少硅片COP、LSTD等缺陷也有明显效果[1]。

氢气退火工艺主要在氢气退火炉中完成，传统工艺由96%的氮气与4%的氢气组成，在高温条件下，通过混合气体中微量氢气与硅片中的氧发生反应，使硅片表层形成低氧区。这种混合性气体具有非易爆性，属于安全气体[2]，反应完的废气可直接进行排放。在氢气退火工艺过程中，退火形成的低氧区的质量和厚度除受退火温度和退火时间影响外，还与氢气浓度相关，氢气纯度越高，杂质越容易从金属表面逸出，杂质去除的速度越快，效果越好。随着现代半导体技术的发展，纯氢气退火的需求日益明显[3]。在纯氢气退火中，工艺过程排放的废气中含有高含量的残余氢气，直接排放至空气中很容易达到氢气爆炸极限4%～72%，稍有不慎即有可能发生着火或爆炸事故[4]。对氢气退火炉炉门密封高温密封及尾气处理系统的处理有着较高的要求。……