2.3.6. Пути совершенствования диффузионного оборудования .

Диффузионные печи являются оборудованием, необходимым для производства ИС и имеющим на рынке достаточно устойчивый сбыт.

На пути своего становления диффузионные печи претерпели большое количество видоизменений от многозонных, конвейерных, индивидуальных, “лучистых”, с реактором виде опаянной ампулы, открытой трубы и др.

На сегодняшний день сложилась “классическая “ схема печи: резистивная печь сопротивления, однозонная с металлическим спиральным нагревателем из трех или пяти секций, с легированием из паровой или газовой фазы и микропроцессорным управлением, с развитой системой контроля и диагностики не только параметров процесса, но и состояния системы с широким использованием автоматической загрузки-выгрузки пластин.

Особое место занимает в рассматриваемом вопросе занимает диаметр обрабатываемых пластин. Уровень современности развития технологии изготовления ИС определяется уровнем освоенности производства динамических и запоминающих устройств (ДОЗУ). С ростом ёмкости ДОЗУ увеличивается площадь занимаемого им кристалла. Однако отечественные специалисты имеют свой подход к выбору диаметра обрабатываемых пластин, основанный основанный на минимизации себестоимости кристалла .

В середине 90-х годов прошлого века появились сообщения о проведении процесса на пластинах диаметром 200 мм.

В настоящее время целый фирм (BTV, DISKO SEIER, SVG, TEMPRESS, ASM, AST и др.) производителей диффузионного технологического оборудования перешли на выпуск установок под диаметр 200 - 250 мм

Переход на пластины диаметром 200 мм обнаружил следующие специфические проблемы:

• увеличение диаметра пластин приводит к необходимости увеличения диаметра реакционной камеры, который при традиционном горизонтальном их расположении приводит к возникновению значительной неоднородности температурных полей в объеме реактора;

• при проведении процессов загрузки-выгрузки пластин в печь наличие естественной конвекции приводит к проникновению (в рабочий объем печи) окружающей атмосферы, приводящей к привнесенным дефектам;

• с увеличением диаметра пластин увеличивается и толщина их, что, в свою очередь, (при сохранении количества одновременно загружаемых в печь пластин) приводит к значительному увеличению нагрузки на консоль бесконтактного загрузчика и даже вероятному прогибу её.

Исходя из выше сказанного, следует признать перспективным использование вертикальных диффузионных печей.

Ведущие западные фирмы уже перешли к новой компоновке печей.

Некоторые характерные особенности вертикальной ориентации диффузионных печей приведены в таблице 2.

Таблица 2. Особенности вертикальных диффузионных печей

№ п/п	Преимущества	Недостатки
1	Отсутствие вертикально направленной естественной конвекции устраняет гравита- ционное расслоение рабочей газовой смеси и градиент температуры по сечению реактора	Горизонтальное расположение увеличивает вероятность привнесённой дефектности за счет “осыпания “ частиц
2	Упрощается конструкция загрузчика, так как его элементы работают только на сжатие (растяжение). Изгиб, как в горизонтальных печах, исключён	Выгружаемая горячая садка (в виде «столба» пластин) приводит к возникновению дополнительного конвективного потока, способствующего привнесённой дефектности
3	Бесконтактный загрузчик не увеличивает диаметра реактора, так как отсутствует носитель лодочек	Новый тип оборудованиятрудно встраивается в существующие производственные площади
4	Имеется возможность значитель ного ускорения охлаждения садки путем подъема нагревателя бе з подъема реакционной камеры

Термическая камера представляет собой спиральный нагреватель из сплава сопротивления, витки которого дистанционированы керамическими изоляторами.

Современные камеры используют расположенные по спирали изоляторы, что предоставляет возможность, по мнению авторов идеи, обеспечить дополнительное механическое крепление нагревателя от провисания при высоких температурах его.

Срок службы нагревателя существенно зависит от его рабочей температуры и составляет до 10000 часов и более при относительно низких температурах. Повышение рабочей температуры до уровня 1200 - 1250 ⁰ С приводит к значительному сокращению срока службы нагревателя, дохожящего до 2000 - 4000 часов / 4 /. Наилучшим отечественным материалом, используемым для нагревателя, является сталь марки ОХ23Ю5Т.

Для снижения повышенной тепловой нагрузки крайних секций нагревателя в торцах реактора используются трубки с теплоизоляцией.

С цель улучшения динамических характеристик ( охлаждения) печи некоторые из фирм используют реакционные камеры , имеющие двойные стенки, в зазор между которыми подается охлаждающий воздух. При этом скорость осаждения достигает величины 15 - 20 ⁰ С

Усилия производителей диффузионных печей направлены также и на снижение теплоёмкости рабочей камеры путем снижения веса материала нагревателя.

Достижения изготовителей печей по нестабильности температуры во времени процессов и распределении её изменялись от ± 5 ⁰ С (на начальном этапе разработок) до ± 0,5 ⁰ С. Для контроля и управления температурой печи используются платино-платинородиевые термопары.

В связи с неустановившимися подходами к конструкциям вертикальных печей невозможно однозначно указать какие-либо определенные технологические режимы и рекомендации. Определенным является лишь то, что загрузка печи производится снизу.

Имеются сообщения / 5 /, что в вертикальных печах удается достичь высоких результатов по привнесенной

дефектности: одна частица размером 0,3 мкм на одной пластине диаметром 150 мм.