Оборудование для проведения термический диффузии в технологии изготовления имс

При проведении диффузионного процесса обычно используется нечистые легирующие элементы, а их соединения, обладающие более высоким коэффициентом диффузии, обеспечивающие больший поток легирующей примеси и являющиес более технологичным. Такие соединения получили название диффузантов. В зависимости от агрегатного состояния в котором диффузанты находятся при комнатной температуре различают твердые, жидкие и газообразные. Наибольшей технологичностью обладают газообразные диффузанты, которые легко достигают легирование примесей к поверхности п/п.

Рассмотрим упрощенную схему диффузионной печи.

1. кварцевая труба.

2. заслонка, необходимая для загрузки и выгрузки лодки с п/п

3. лодочка с п/п пластинами

4. нагреватель

5. ротаметр, с помощью которого устанавливается расход газа.

6. краны для перекрытия газовой магистрали.

7. барбатёр.

8. жидкий диффузант.

9. нагреватель, который задает температурный режим испарения жидкого диффузанта.

В качестве основного носителя газового потока в данной установке используется Ar. О₂ используется для смягчения режима диффузии путем незначительного окисления поверхности п/п пластины. Постановка диффузанта в диффузионные печи обеспечивается путем продувки Ar через жидкость, температура которой поддерживается в заданном диапазоне. Кварцевая труба имеет длину порядка 4-5м, причем рабочая зона, в которой происходит процесс диффузии составляет порядка 2-3 м. В районе рабочей зоны обеспечивается поддержание температуры с точностью до (диапазон Т°С до 1250°С). Для обеспечения групповой обработки пластин их загрузка в диффузионную печь осуществляется с помощью специальной технологической оснастки - лодочки.

1. кварцевые трубки

2. экраны, предназначены для теплового удара, которому подвержены пластины в момент загрузки и выгрузки, а так же для выравнивания газового потока в процессе диффузии.

3. п/п пластины, в которых проводится процесс диффузии.

4. кварцевый крючок, предназначен для загрузки и выгрузки лодочки с пластины из диффузионной печи.

Для повышения равномерности легирования по площади пластины и по лодочки в процессе диффузии лодочка с пластинами обычно совершает возвратно-поступательные движения внутри рабочей зоны кварцевой трубы.

Для обеспечения хорошей воспроизводимости технологического процесса диффузию примеси обычно проводят при полной загрузке лодочки. В случае небольшого количества легируемых пластин свободное место в лодочке заставляет балластом (нерабочими пластинами).

Упрощенный цикл диффузионного процесса можно представить в следующем виде:

1. межоперационная продувка кварцевой трубы Ar

2. загрузка лодочки с пластинами в диффузионную печь и выдержка в течение нескольких минут для достижения температурного баланса.

3. включение вместе с Ar кислорода и диффузанта и проведение процесса легирования.

4. включение диффузанта и выдержка п/п пластин среди Ar в течение нескольких минут.

Управление диффузионной печью (измерение t°С, вкл. и выкл. газов) автоматизировано и устанавливаются с помощью специального программатора. Для повышения производительности одна диффузионная печь обычно содержит 3 или 6 кварцевых труб, каждая из которых имеет автономное управление. Присутствие О₂ во время диффузионного процесса значительно повышает стабильность легирования, но при этом приводит к росту на поверхности п/п пластины тонкий окисной пленки, которая снижает коэффициент диффузии. В настоящее время для проведения диффузионных процессов на п/п пластинах большого Ø стали применяться диффузионные печи с вертикальным расположением каналов. Применение таких печей дает возможность улучшать равномерность легирования по всей площади пластины.