Оригинал (1230513), страница 5

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 5)

Такие жесткие требования к точности поддержания температуры определяются экспоненциальной зависимостью скорости диффузии от температуры [см. уравнение (3)]. Для большинства используемых диффузантов это означает, что при изменении температуры на 1°С скорость диффузии изменяется на 10 - 20 %.

Диффузию в проточной трубе можно проводить, используя твердые, жидкие и газообразные источники примеси.

При использовании раздельных твердых источников процесс ведут в двухзонных установках, так как при температурах диффузии источники (борный, фосфорный ангидрид) имеют высокое давление паров.

Контейнер с порошком источника помещают в низкотемпературной зоне (например, 200 - 300 °С для ), а кремниевые пластины - в высокотемпературной зоне (1000 - 1300 °С) (рис. 2.6).

Параллельные твердые источники примеси позволяют проводить, диффузию в однозонной установке. По две пластины полупроводника, находящиеся в контакте нерабочими сторонами, располагаю между пластинами-источниками так, чтобы расстояния между поверхностями источников и полупроводника были не более . Таким образом можно разместить в температурной зоне до 100 полупроводниковых пластин. Роль источника могут выполнять, например, пластины кремния или пластины с нанесенным на поверхность слоем или .

Рис. 2.6. Распределение температуры в двухзонной печи:

1 – реакционная кварцевая труба;

2 – камера источника с секционированным ( I, II, III ) нагревателем.

А – зона источника;

Б – зона диффузии;

а – допустимое распределение температуры при диффузии фосфора,

б – недопустимое распределение с “провалом” температуры.

Поверхностные твердые источники, главным образом легирован­ные оксиды, иногда металлы и слои легированного поликристаллического кремния, также позволяют проводить диффузию в однозонной установке.

Жидкие источники позволяют двухступенчато разбавлять пары ис­точника потоком газа, проходящим через дозатор, и общим потоком, идущим непосредственно в кварцевую трубу. При использовании жид­ких источников можно, прекратив подачу паров, проводить вторую стадию диффузии при наличии на поверхности пластины примесно – силикатного стекла.

Газообразные источники подаются из баллона и перед входом в кварцевую трубу смешиваются с азотом и кислородом.

Диффузия в ампулах. Полупроводниковые пластины и источник помещяются в отдельных лодочках в кварцевую ампулу, которая после откачки воздуха до предельного вакуума или после заполнения инертным газом запаивается и помещается в нагретую печь.

Диффузия в полугерметичном объеме (бокс-метод). Полупровод­никовые пластины и источник примеси помещают в контейнер. Кон­тейнер с неплотно закрытой крышкой ставят в нагретую проточную кварцевую трубу у выходного отверстия. После вытеснения из кон­тейнера воздуха инертным газом, которым продувают кварцевую тру­бу, крышку плотно закрывают и контейнер продвигают в темпера­турную зону, где идет процесс диффузии.

Диффузия в форвакууме. При диффузии в форвакууме газ-носи­тель не применяется.

2.6 Оборудование для диффузионных процессов

Рассмотренные способы диффузии осуществляют в одно- и двух­зонных печах. Основные требования к диффузионным печам:

• высокая точность поддержания температуры на заданном уров­не ( 0,5 °С);

• равномерное распределение температуры вдоль зо­ны диффузии не менее 500 мм, а вдоль зоны источника - не менее 100 мм;

• возможность регулирования температурного поля в широ­ком диапазоне (300 - 1400 °С);

• небольшое время выхода на за­данный режим и охлаждения (I - 3 ч.);

• высокая надежность ра­боты нагревателя ( 2-3 мес.);

• поддержание температуры поверх­ности кожуха, не превышающей 40-60. °С;

• исключение возможнос­ти загрязнения производственного помещения газами и пылью.

Наиболее широко в производстве микросхем в настоящее время применяется метод проточной трубы. Несмотря на существенные кон­структивные различия диффузионных печей для осуществления этого метода, все они имеют следующие основные элементы:

• реакционные , термические камеры;

• систему поддержания и регулирования темпе­ратуры;

• газовую систему;

• систему загрузки и выгрузки подло­жек.

Изучение конструкции в данной лабораторной работе проводится на примере однозонной диффузионной печи типа СДО-125/3-12. По классификации диффузионных печей серии СД: С - сопротивление (вид I нагрева); Д - диффузионная (технологическое назначение); O - однозонная (число зон); 125 - 1250. °С (максимальная температура);

3 - термических модулей, размещенных на одном основании; 12 - 120 мм (диаметр рабочей трубы).

2.7 Основные технические данные

• диапазон рабочих температур в реакторе 700 - 1250 °С;

• длина рабочей тепловой зоны не менее 450 мм с распределением температур 0,25 °С и не менее 600 мм о распределением температур 0,5 °С;

• стабильность поддержания температуры в пределах длины рабочей тепловой зоны 0,5 °С

• время разогрева не более 2 ч;

• максимальная электрическая мощность в установившем­ся режиме при максимальных температурах в трех реакторах не более 18 кВт;

• максимальная мощность в период разогрева - 50 кВт;

• габаритные размеры 1852х630х2150 мм;

• масса - 800 кг.

• обеспечение электропечью при температуре в реакторе до 1170 °С управления нагревом садки (лодочка + пластины) массой не более 500 г (при длине лодочки не более 500 мл) по следующей программе: прогрев садки после загрузки до температуры на 120 °С ниже заданной за время не более 30 мин, форсированный нагрев садки до заданной рабочей температуры за время не более 12 мин; выдержка садки при стабильности заданной рабочей температуры 0,5 °С в пределах задаваемого времени до 30 мин с последующим естественным охлаждением;

Конструктивно электропечь (рис.2.7) состоит из трех приборных оснований, расположенных в нижней части, и трех нагревательных камер, установленных над приборными основаниями в три яруса внутри каркаса, который представляет собой сборную конструкцию, состоящую из двух боковых рам. Сверху на рамы устанавливается теплообменник, придающий жесткость всей конструкции.

Собственно электропечь, расположенная в центре, и примыкающие к ее торцам: слева - устройство газораспределения и справа камера загрузки - образуют единую конструкцию диффузионной системы.

Рис. 2.7. Диффузионная система типа СДО – 125/3 – 12 ;

1 – приборное основание диффузионной печи

2 – нагревательные камеры;

3 – теплообменник

4 – устройство газораспредекления

5 – устройство загрузки

Нагревательная камера содержит цилиндрический нагревательный элемент, выполненный в виде двух коаксиально расположенных спиралей, соединенных между собой параллельно токоведущими шинами и разделенных на три самостоятельных секции. Нагревательный элемент футерованный слоем теплоизоляции из полос прессованного керамического волокна, помещен в цилиндрический алюминиевый па­трон, на поверхности которого установлены коробки для крепления контрольных и регулирующих термоэлементов. Внутри нагревательной камеры расположена составная алундовая труба, центральная часть которой имеет длину 700 мм, а крайние - по 470 мм и расположены симметрично относительно центральной. Места выходов алундовых труб из нагревательной камеры уплотняются теплоизолирующими кольцами.

Для обеспечения высокой точности поддержания температуры ис­пользуется трехканальная система регулирования (рис. 2.8) с подчиненным управлением крайними секциями нагревателя от центральной опорной, которой задается общий уровень температуры в нагрева­тельной камере 1. Каждая нагревательная камера имеет автономную систему регулирования.

Трехсекционный нагревательный элемент 2 создает равномерное температурное поле вдоль реактора. Его регулирование осуществляют по трем точкам в местах расположения датчиков температуры (термоэлементов) 3.

Центральный канал регулирования работает от двух термоэлементов градуировки ПР3016, размещенных в середине центральной секции нагревателя. С целью увеличения чувствительности сигнала термо-ЭДС эти термоэлементы соединены последовательно. Рядом с ними в центральной части нагревателя расположены в одинаковых условиям два дополнительных опорных термоэлемента градуировки ПП-1, кото­рые включены дифференциально (встречно) соответствующим термо­элементам градуировки ПП-1 крайних секций. В результате такого соединения каждая пара термоэлементов показывает отклонение тем­пературы той или иной крайней секции по отношению к текущему значению температуры центральной секции нагревателя. Термоэлементы подключаются через блок стабилизации холодных концов - термо­стат 4 к регуляторам температуры 5.

Система регулирования работает следующим образом. На централь­ном регуляторе температуры БПРТ-1 с помощью устройства задания температуры 6 устанавливают определенное значение постоянного милливольтового напряжения, соответствующего заданному уровню температуры в реакторе электропечи.

Это значение напряжения сравнивается с суммарным сигналом от двух центральных термопар ПР3016.

Если заданное значение на­пряжения и сигнал не равны между собой, т.е. температура в реак­торе не соответствует заданной, то разность между ними в виде постоянного напряжения разбаланса поступает на следующие каскады регулятора температуры - усилители постоянного тока 7 и мощнос­ти 8, где он увеличивается и преобразуется по пропорционально-интегральному закону в сигнал, необходимый для управления углом зажигания кремниевых управляемых симметричных вентилей (симисторов) 9, включенных во вторичную обмотку понижающего трансформатора 10.

Силовой блок, состоящий из трансформатора и симисторов, подает необходимую для поддержания заданного уровня температуры мощность на секции нагревателя.

Системы управления крайними секциями нагревателя работают аналогично центральной секции с тем отличием, что управление ведется по сигналу с дифференциальных термопар, фиксирующих отклонение температуры крайних секций от центральной. Крайние секции нагревателя компенсируют потери теша с торцов реактора.

Для защиты нагревательного элемента электропечи от перегрева применен блок ограничения температуры (БОТ) II, который работает с двумя термоэлементами градуировки ПР3016. Па вход БОТ подает суммарный сигнал с этих термоэлементов, установленных в крайних секциях нагревателя.

Рис. 2.8. Система регулирования : 1 – нагревательная камера; 2 – нагревательный элемент; 3 – датчики температуры; 4 – термостат; 5 – регуляторы температуры; 6 – устройство задания температуры; 7 – усилитель постоянного тока; 8 – усилитель мощности; 9 – вентили (семисторы); 10 – трансформаторы; 11 – блок ограничения температуры;

12 – коммутирующее устройство; 13 – устройства пусковые программные; 14, 15 – потенциометры – задатчики; 16 – реле времени; 17 – цепи смещения.

А
варийное отключение нагревателя с помощью коммутирующих устройств 12 и включение световой сигнали­зации "Перегрев" происходит при превышении заданного уровня тем­пературы не более, чем на 10 °С.

Рис. 2.9. Кинетика нагрева лодочки: I – загрузка, II – форсаж,

Характеристики

Список файлов ВКР