Устройство для термической обработки полупроводниковых пластин

 

Изобретение может быть использовано для термической обработки полупроводниковых материалов. Цельповышение выхода годных пластин и эффективности обработки. Устройство содержит полностью закрытый со всех сторон изотермический реактор для ведения процесса в печи компактной конструкции, причем в пространстве для ведения процесса находится с самого начала процесса определенная технологическая газовая среда и исключена обратная диффузия. Используется система с двойной стенкой и с регулируемой продувкой пространства между стенками. 2 з.п. ф-лы, 5 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 Н 01 1 21/68

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАТЕНТУ

ЬЗ

«4 (, П

1ф

С) (21) 4613491/21 (22) 08.02.89 (31) g 88017850 (32) 11.02.88 (33) DE (46) 15,04.92. Бюл. hL 14 (71) Хейнрих Селбранд (DE) (72) Хейнрих Селбранд (DE) ,(53) 621.793.14 (088.8) (56) Обзоры по электронной технике. Сер, 7.

Технология, организация производства и оборудования, вып, 4 (1088). Васильев В.В, и др, Аппаратура и методика осаждения слоев при пониженном давлении, ч. 2. — М.:

ЦНИИ Электроника, 1985, с. 32 — 42.

Патент ФРГ ДЕ С1 3539981, кл. Н 01 1 21/68, 1985.

Изобретение относится к термической обработке полупроводниковых материалов и может быть использовано для термической обработки при низких, средних и высоких температурах полупроводниковых пластин в микроэлектронике и радиоэлектронике,.

Цель изобретения — повышение выхода годных пластин и эффективности обработки.

На фиг, 1 изображено устройство, продольный разрез; на фиг. 2 — вариант установки механизма загрузки пластин в расширении трубы-реактора; на фиг. 3— разрез А-А на фиг. 2; на фиг. 4 — другой вариант установки механизма загрузки пластин в расширении трубы-реактора; на фиг.

5 — вариант закрепления лопаты механизма загрузки пластин. Ж, 1727540 АЗ (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ТЕРМИЧЕСКОЙ

ОБРАБОТКИ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ

ПЛАСТИН (57) Изобретение может быть использовано для термической обработки полупроводниковых материалов, Цель — повышение выхода годных пластин и эффективности обработки. Устройство соДержит полностью закрытый со всех сторон изотермический реактор для ведения процесса в печи компактной конструкции, причем в пространстве для ведения процесса находится с самого начала процесса определенная технологическая газовая среда и исключена обратная диффузия. Используется система с двойной стенкой и с регулируемой продувкой пространства между стенками. 2 з.п. ф-лы, 5 ил. ф

Устройство представляет собой диффузионную печь для термической обработки полупроводниковых пластин, Диффузионная печь состоит из трубы-реактора 1 для ведения процесса, являющейся одновременно внутренней стенкой диффузионной печи, из наружной трубы 2, зафиксированной установочными блоками 3 и 4 в своем

: положении по отношению к трубе-реактору

1 и к нагревателю 5. На открытом конце со стороны загрузки труба-реактор 1 расширена, в то время как на другом конце труба-реактор 1 сужена по направлению к газовыпускному патрубку 6. Удаление газа из трубы-реактора 1 осуществляется либо через трехходовый клапан 7 и вакуумный насос 8, либо через специальную вытяжную систему с азотным шлюзом 9. Таким образом, обе трубы 1 и 2 образуют зафиксиро1727540

10

50 ванную трубчатую систему с двойной стенкой. Внутренняя и наружная трубы изготовлены из кварца, кремния, карбида кремния, окиси алюминия, поликристаллического кремния или из других материалов, подходящих для использования в качестве полупроводников и обладающих жесткостью формы до 1300 С. При этом окись алюминия не подходит для изготовления внутренней трубы 1. Поскольку не предусмотрено никаких жестких, т.е. сварных, соединений труб

1 и 2, последние не надо изготавливать из идентичного материала..Блок 3 выполнен пружинящим в осевом направлении, чтобы он смог имитировать движения трубы-реактора 1, обусловленные температурой, в то время как блок 4 выполнен неподвижным.

Механизм 10 загрузки пластин перемещается для введения и выведения полупроводниковых пластин 11 в осевом направлении. Блоки 3 и 4 изготовлены преимущественно из графита и имеют покрытие из нитрида бора, Благодаря этому достигается как абсолютная стойкость к большим тепловым нагрузкам, так и пригодность к использованию в качестве абсолютно чистого пространства, Система 12 продувки инертного газа между трубами 1 и

2 соединена с венцом газовпускных сопл

13 в блоке 3, Благодаря этому пространство между трубами 1 и 2 непрерывно продувается, т.е. оно продувается как в режиме работы, так и в режиме готовности к работе, чем предотвращается загрязнение в частности тяжелыми металлами из области нагревателя 5, Продувочные газы выходят через венец газовыпускных сопл 13 в блоке 4.

Блок 4 служит одновременно также в качестве приемника и подпятника расширенной на открытом конце трубы-реактора 1, Это позволяет почти полностью исключить излучение тепла со стороны загрузки, К блоку 4 плотно прилегает охлаждающая рубашка 14, образующая собственно конец трубы-реактора 1. Охлаждающая рубашка 14 содержит системы 15 воздушного охлаждения и 16 водяного охлаждения, а также систему 17 для подачи технологического газа. Посредством уплотняющего кольца 18 охлаждающая рубашка 14 вакуумплотно закрывается как только механизм 10 полностью введет пластины 11 в трубу-реактор 1. Выходящие из системы 17 технологические газы приводятся во вращения, проходя через кольцеобразный зазор между расширенным концом трубы-реактора 1 и стаканом 19 механизма 10, и входят в рабочую часть трубы-реактора 1. При этом они уже подогреты нагревателем 20. Механизм 10 установлен на каретке с монтажной платформой (не показаны) и состоит из лопаты 21 бесконтактной загрузки из карбида кремния, которая несет обрабатываемые полупроводниковые пластины 11 и, благодаря большой предельной допускаемой термической и механической нагрузке, специальный кварцевый стакан 19 с фланцем, в котором вмонтирован регулируемый и перемещающийся вместе с ним нагреватель 20, заполняющий патрубок по всему поперечному сечению со стороны загрузки.

Остающаяся полость заполнена кварцевой ватой 22. Стакан 19 зафиксирован с помощью металлической или керамической пластины 23 и стопорного кольца 24. Для предотвращения возможной термической перегрузки пластина 23 соединена с помощью установленного с геометрическим замыканием патрубка 25 с уплотняющим элементом с кольцом 26 круглого сечения и одно,".ременно зафиксирована в своем положении на лопате 21, Другой регулируемый нагреватель 27 неподвижно установлен в кварцевом патрубке в блоке 3. При этом остающаяся полость также заполнена кварцевой ватой 22. Посредством нагревателя

27 достигается изотермический режим со стороны выхода газа.

Механизм 10, а также его варианты, состоит из деталей, установленных с геометрическим замыканием и изготовленных из различных материалов. Эти детали вставляются друг в друга и тем самым создается работоспособная система. Предпочтительными материалами отдельных деталей механизма 10 являются кварц, поликристаллический кремний, карбид кремния, гомогенные смеси из кварца, тефлона или полиамидов, гомогенные смеси из кварца и окиси алюминия, нитрида бора, нитрида кремния, поликристаллического кремния, или гомогенные смеси из тефлона или полиамидов и окиси алюминия, нитрида кремния, поликристаллического кремния, карбида кремния, Вариант выполнения механизма 10 согласно фиг. 2 и 3 снабжен вставной лопатой

28, которую можно простым образом заменить другой. Такая вставная лопата 28 является особенно выгодной для осуществления процессов,. отличающихся большой нагрузкой на материал, например для сепарации,. диффузии и т.д. При этом после простого выведения одной лопаты 28 происходит простое введение другой новой лопаты.

Благодаря этому диффузионная печь в течение очень короткого времени, приблизительно через 1-2 мин, опять готова к работе.

Вариант выполнения механизма 10 согласно фиг. 4 предназначен для частных

1727540

10

20

30

40

55 случаев применения, например, для сепарации. Лопата 21 в этом случае имеет особенно низкий вес.

Вариант выполнения механизма 10 согласно фиг. 5 пригоден особенно для низкотемпературных процессов, плазменных сепараций, имплантаций и т.п. При этом лопата 21 жестко приварена к стакану 19.

Данное устройство также подходит для встраивания в имеющиеся уже в распоряжении диффузионные печи без использования большого числа переходных приспособлений.

Устройство работает следующим образом.

Работа. устройства поясняется на примере процесса окисления. До начала самого процесса нагреватели 5 и 27 доводят до температур около 300 С, а нагреватель 20— до комнатной температуры. Одновременно систему 12 продувки инертным газом регулируют на больший расход в целях обеспечения дополнительного быстрого охлаждения рабочей части трубы-реактора.

Затем помещенные на механизм 10 полупроводниковые пластины 1 вводят в рабочую часть трубы-реактора 1. При этом с помощью уплотняющего кольца 18 достигается вакуумплотное закрытие трубы-реактора

1. Находящуюся еще в трубе-реакторе 1 неопределенную газовую среду отсасывают за счет плавного откачивания насосом 8, заменяя ее определенной технологической газовой средой за счет вдувания через систему 17 определенной газовой смеси. В случае надобности этот газообмен можно несколько раз повторить. Далее подключают регулируемый нагреватель 20, который вместе с нагревателями 5 и 27 создает в рабочей части трубы-реактора 1 равномерный температурный режим. Одновременно систему 12 продувки инертным газом регулируют на меньший расход. Затем протекает сам процесс окисления со всеми промежуточными стадиями, После окончания процесса сначала отключают нагреватель 20. Затем нагреватели 5 и 27 доводят до температур ниже 400 С, а систему 12 продувки инертным газом регулируют на больший расход. Через короткое время выдержки, обусловленное предыдущим процессом, механизм 10 с полупроводниковыми пластинами 11 выводят из трубыреактора 1. После этого процесс можно повторять.

Данное устройство позволяет увеличить выход годных изделий и повысить эффективность обработки за счет изотермического нагрева обрабатываемых изделий по всей длине загрузки и площади каждого изделия.

Формула изобретен ия

1. Устройство для термической обработки полупроводниковых пластин, содержащее трубу-реактор с одним открытым концом, а другим — в виде патрубка, наружную трубу, расположенную коаксиально трубе-реактору, кольцевой нагреватель, расположенный с внешней стороны наружной трубы коаксиальноей, механизм загрузки с лопатой бесконтактной подачи пластин, систему подачи рабочих газов в трубу-реактор, систему продувки газов между наружной трубой и трубой-реактором и систему удаления продуктов реакции и газов, соединенную с патрубком трубы-реактора, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения процента выхода годных пластин и эффективности обработки, оно снабжено двумя дополнительными нагревателями, один из которых установлен на механизме загрузки, а второй — co стороны закрытого конца трубы-реактора, при этом на открытом конце трубы-реактора выполнено расширение, механизм загрузки снабжен стаканом, выполненным с возможностью установки с кольцевым зазором внутри расширения, система подачи рабочих газов выполнена с возможностью подачи газов через кольцевой зазор, а система продувки — в виде двух венцов сопл, расположенных на противоположных концах наружной трубы.

2. Устройство поп,1,отл ича ю щеес я тем, что система подачи рабочих газов выполнена с возможностью вращения подаваемых газов в зазоре между стаканом и расширенным концом трубы-реактора.

3, Устройство по и. 1, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что система удаления продуктов реакции выполнена в виде трехходового клапана и вакуумного насоса.

1727540

1727540

1727540

Составитель И.Фишель

Редактор М.Кобылянская Техред M.Ìîðãåíòàë Корректор О.Кравцова

Заказ 1285 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб„4/5 роизводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101