Кассета для групповой диффузионной обработки полупроводниковых пластин


 


Владельцы патента RU 2408949:

Ершова Елена Федоровна (RU)
Колесников Вячеслав Алексеевич (RU)
Кислякова Марина Александровна (RU)
Взнуздаев Евгений Александрович (RU)
Корнеева Галина Ильинична (RU)
Зырянова Светлана Григорьевна (RU)
Корнеева Ольга Николаевна (RU)
Липина Татьяна Владимировна (RU)

Изобретение относится к устройствам, предназначенным для удержания полупроводниковых пластин во время диффузионной термообработки при изготовлении полупроводниковых приборов. Сущность изобретения: кассета для групповой диффузионной обработки полупроводниковых пластин выполнена из трех поликремниевых стержней, два боковых стержня размещены по бокам обрабатываемых в кассете пластин и один нижний стержень, выполняющий роль дна кассеты, размещен внизу обрабатываемых в кассете пластин, боковые стержни размещены так, что их продольные оси и центры обрабатываемых в кассете пластин находятся в одной плоскости, пазы в стержнях совмещены таким образом, что обеспечивают размещение каждой обрабатываемой пластины в вертикальной плоскости, перпендикулярной продольным осям стержней, пазы в обоих боковых стержнях имеют в сечении П-образную форму, при этом ширина боковых пазов больше толщины обрабатываемой пластины на 50-90%, глубина боковых пазов составляет 2-4,5 ширины боковых пазов, при этом пазы в нижнем стержне для размещения обрабатываемых пластин имеют в сечении форму полукруга с радиусом, составляющим 0,8-1,1 толщины обрабатываемой пластины. Изобретение позволяет исключить потери пластин на операции диффузионной термообработки за счет исключения залипания пластин в пазах при одновременной надежной фиксации их в боковых стержнях.

 

Изобретение относится к устройствам, предназначенным для удержания полупроводниковых пластин во время диффузионной термообработки при изготовлении полупроводниковых приборов.

Известна кассета для групповой диффузионной обработки полупроводниковых, в частности кремниевых пластин, содержащая основание, на внутренней поверхности которого продольно расположены ребра с пазами для размещения пластин, выполненные определенным образом (см. RU 2018190, опубликовано 15.08.1994). Известная кассета имеет ряд недостатков, связанных с тем, что кассета выполнена в виде сплошного основания, что утяжеляет конструкцию и усложняет обработку из-за термических напряжений в системе. Недостатком известной кассеты является также и то, что для пластин большого диаметра применение ее затруднено тем, что для удержания пластины в вертикальном положении нужны основания, охватывающие значительную часть пластины, и узкие и глубокие пазы, при этом требуется увеличить расстояние между пазами, что снижает производительность процесса. Наличие узких пазов превращает их из опорных в заклинивающие, а это приводит к потерям пластин, как при термической обработке, так и на операциях транспортировки и перегрузки пластин.

Известна кассета для групповой диффузионной обработки кремниевых пластин, состоящая из четырех стержней с нарезанными в них пазами, причем два стержня расположены выше по отношению к двум другим стержням (FR 2248764, опубликовано 16.05.1975). Такая конструкция кассеты более проста и легка в исполнении. Основания пазов нижних стержней, в которых стоят пластины, выполняют опорную функцию для пластин, а боковые стенки пазов верхних стержней удерживают пластины в вертикальном положении, выполняют поддерживающую функцию для пластин. Такая конструкция кассеты позволила увеличить ширину пазов верхних поддерживающих стержней, что, в свою очередь, снимает проблему загрузки пластин в лодочки с использованием загрузочных устройств, поскольку увеличивает степень свободы перемещения пластин в пазах.

К недостаткам конструкции таких кассет следует отнести недостаточную степень свободы перемещения пластин в пазах кассеты как в процессе непосредственной диффузионной обработки, так и при загрузке или выгрузке всех пластин. А это значит, что при несоответствии проекций пазов пластина не может занять нужное положение в кассете, что приводит к потере пластин как на операции перегрузки пластин в кассеты, так и при последующей высокотемпературной диффузионной обработке. Даже при попадании пластин в пазы возможно их заклинивание в пазу при высокотемпературной обработке, следствием чего являются бой, сколы или царапины на пластинах.

Известна кассета для групповой диффузионной обработки полупроводниковых, в частности кремниевых, пластин, содержащая скрепленные по торцам три поликремниевых стержня с пазами, два боковых стержня которой размещены по бокам обрабатываемых в кассете пластин, а один нижний стержень, выполняющий роль дна кассеты, размещен внизу обрабатываемых в кассете пластин, боковые стержни размещены так, что их продольные оси и центры обрабатываемых в кассете пластин находятся в одной плоскости, пазы для размещения каждой обрабатываемой кремниевой пластины совмещены таким образом, что находятся в одной вертикальной плоскости и выполнены для размещения обрабатываемых пластин в этой плоскости перпендикулярно продольной оси стержней, пазы в обоих боковых стержнях имеют П-образную форму, при этом ширина паза больше толщины обрабатываемой пластины на 30-80%, пазы в нижнем стержне имеют в сечении форму перевернутой трапеции так, что верхнее (большее) основание трапеции больше толщины обрабатываемой пластины на 100-200%, а нижнее (меньшее) основание трапеции при этом также больше толщины обрабатываемой пластины, чтобы при размещении обрабатываемых пластин в кассете они не заклинивали, доходя до дна паза в нижнем стержне [RU 2357319].

В известной кассете для групповой диффузионной обработки полупроводниковых пластин в основном устранены перечисленные выше недостатки и только частично исключены потери пластин на операции диффузионной термообработки.

Нами установлено, что известные формы и размеры пазов не обеспечивают 100% исключение залипания пластин в пазах нижнего стержня при одновременной надежной фиксации их в боковых стержнях.

Задачей, на решение которой направлено данное изобретение, является достижение технического результата, заключающегося в исключении потерь пластин на операции диффузионной термообработки за счет исключения залипания пластин в пазах при одновременной надежной фиксации их в боковых стержнях.

Поставленная задача решается тем, что в кассете для групповой диффузионной обработки полупроводниковых пластин, содержащей скрепленные по торцам три поликремниевых стержня с пазами, два боковых стержня размещены по бокам обрабатываемых в кассете пластин и один нижний стержень, выполняющий роль дна кассеты, размещен внизу обрабатываемых в кассете пластин, боковые стержни размещены так, что их продольные оси и центры обрабатываемых в кассете пластин находятся в одной плоскости, пазы в стержнях совмещены таким образом, что обеспечивают размещение каждой обрабатываемой пластины в вертикальной плоскости, перпендикулярной продольным осям стержней, причем пазы в обоих боковых стержнях имеют в сечении П-образную форму, ширина боковых пазов больше толщины обрабатываемой пластины на 50-90%, глубина боковых пазов составляет 2-4,5 ширины боковых пазов, при этом пазы в нижнем стержне для размещения обрабатываемых пластин имеют в сечении форму полукруга с радиусом, составляющим 0,8-1,1 толщины обрабатываемой пластины.

Указанные соотношения размеров и формы пазов, а также их соотношение с толщинами обрабатываемых пластин, позволяют решить задачу обеспечения воспроизводимого исключении потерь пластин на операции диффузионной термообработки за счет исключения залипания пластин в пазах нижнего стержня при одновременной надежной фиксации их в боковых стержнях.

При таком расположении боковых поддерживающих стержней происходит последовательная загрузка пластин в кассету, сначала в пазы боковых стержней, а затем в пазы нижнего стержня. Используемая форма нижнего паза придает пластине максимальную степень свободы перемещения, а размеры пазов боковых стержней обеспечивают надежную самоцентровку пластин в пазах.

На практике бывает сложно воспроизводимо получить форму паза в виде усеченной трапеции из-за технологических особенностей самого процесса нарезания пазов. В результате размеры пазов могут несколько отличаться, что приведет к возможным заклиниваниям пластин в процессе высокотемпературных обработок. Понятно, что в этом случае при термической обработке полупроводниковая пластина или заклинивает, или растрескивается, особенно если коэффициенты термического (линейного) расширения материала пластины и кассеты значительно различаются. Для устранения указанного недостатка приходится выполнять заведомо широкие пазы.

Предлагаемая форма пазов в нижнем стержне в виде полукруга приведет к надежной фиксации пластин в процессе высокотемпературных операций только в том случае, когда будут определены размеры и форма пазов в боковых стержнях. А именно, необходимо однозначно задать не только ширину паза в боковых стержнях, но и его глубину.

Процесс загрузки пластин, удерживаемых в пазах держателя пластин загрузочного устройства, в поддерживающие пазы двух боковых стержней кассеты и в опорные пазы нижнего стержня кассеты происходит следующим образом. Пластины, удерживаемые в пазах держателя пластин загрузочного устройства, опускаясь вертикально вниз между боковыми стержнями, подходят к пазам нижнего стержня, одновременно углубляясь в поддерживающие пазы. Вхождение пластин в поддерживающие пазы в дальнейшем исключает выпадание пластин из поддерживающих пазов при наличии несоответствия в совмещении пластины с одним из опорных пазов нижнего стержня кассеты.

Когда пластины подходят к пазам нижнего стержня, они освобождаются от удерживающих пазов держателя пластин загрузочного устройства. Держатели пластин загрузочного устройства, освободившись от пластин, покидают пределы кассеты. Выгрузка пластин происходит в обратной последовательности.

Снижение числа одновременно загружаемых пазов за счет последовательной загрузки пластин в лодочку сначала в пазы боковых стержней, а затем в пазы нижнего стержня, увеличение ширины пазов боковых стержней за счет увеличения высоты расположения боковых стержней, а также форма пазов нижнего стержня в виде полукруга придают пластине максимальную степень свободы перемещения в пазах, что позволяет пластинам занять нужное положение в кассете и в конечном итоге решает проблему по исключению брака как на данной операции загрузки/выгрузки, так и в самом процессе диффузионной обработки полупроводниковых пластин.

Скрепленные по торцам стержни с пазами выполнены из поликристаллического кремния. Два боковых стержня размещены по бокам обрабатываемых в кассете полупроводниковых пластин и расположены друг от друга на расстоянии, обеспечивающем установку кремниевых пластин в пазах. Нижний стержень, выполняющий роль дна кассеты, размещен внизу обрабатываемых в кассете полупроводниковых пластин. Боковые стержни размещены так, что их продольные оси и центры обрабатываемых в кассете пластин находятся в одной плоскости. Пазы для размещения каждой обрабатываемой кремниевой пластины совмещены таким образом, что находятся в одной плоскости, пазы в обоих боковых стержнях выполнены в направлении, перпендикулярном продольной оси боковых стрежней, и имеют в сечении плоскостью, содержащей обе продольные оси боковых стрежней, П-образную форму.

При этом ширина боковых пазов больше толщины обрабатываемой пластины на 50-90%, глубина боковых пазов составляет 2-4,5 ширины боковых пазов, при этом пазы в нижнем стержне для размещения обрабатываемых пластин имеют в сечении форму полукруга с радиусом, составляющим 0,8-1,1 толщины обрабатываемой пластины.

Стержни кассеты могут быть выполнены диаметром порядка 5-10 мм. Ширина пазов боковых стержней в кассете составляет 50-90% от стандартной толщины используемых кремниевых пластин. Для определения размера паза нижнего стержня в кассете также следует ориентироваться на толщину используемых кремниевых пластин.

Кассету с загруженными кремниевыми пластинами диаметром 76 мм размещают в лодочке, которую затем загружают в диффузионную установку для проведения непосредственно операции диффузии. Количество обрабатываемых в кассете пластин обычно выбирают порядка 50 штук. Зазор между пластинами может быть установлен порядка 3-6 мм.

Предложенная конструкция стержней с пазами строго определенной формы в сечении исключает зависание кремниевой пластины в пазу нижнего стержня при минимальных его размерах, что, с одной стороны, исключает залипание и заклинивание пластин в пазах кассеты как во время термообработки, так и при перегрузке, с другой стороны, позволяет оптимизировать ширину самого паза и количество обрабатываемых пластин без брака.

Предложенная кассета для групповой диффузионной обработки кремниевых пластин предназначена для промышленного применения, проста в исполнении.

Предложенная кассета для групповой диффузионной обработки кремниевых пластин позволяет на 50% увеличить число пластин, обрабатываемых в одном процессе, и исключить их запинание и заклинивание в пазах кассеты.

Кассета для групповой диффузионной обработки полупроводниковых пластин, содержащая скрепленные по торцам три поликремниевых стержня с пазами, два боковых стержня размещены по бокам обрабатываемых в кассете пластин и один нижний стержень, выполняющий роль дна кассеты, размещен внизу обрабатываемых в кассете пластин, боковые стержни размещены так, что их продольные оси и центры обрабатываемых в кассете пластин находятся в одной плоскости, пазы в стержнях совмещены таким образом, что обеспечивают размещение каждой обрабатываемой пластины в вертикальной плоскости, перпендикулярной продольным осям стержней, причем пазы в обоих боковых стержнях имеют в сечении П-образную форму, отличающаяся тем, что ширина боковых пазов больше толщины обрабатываемой пластины на 50-90%, глубина боковых пазов составляет 2-4,5 ширины боковых пазов, при этом пазы в нижнем стержне для размещения обрабатываемых пластин имеют в сечении форму полукруга с радиусом, составляющим 0,8-1,1 толщины обрабатываемой пластины.



 

Похожие патенты:
Изобретение относится к технологии изготовления силовых кремниевых транзисторов и полупроводниковых приборов, в частности к способам обработки карбид-кремниевой трубы, применяемой для проведения высокотемпературных процессов в диффузионных печах.
Изобретение относится к технологии получения полупроводниковых приборов и интегральных схем (ИС), в частности к способам диффузии фосфора. .
Изобретение относится к технологии получения силовых кремниевых транзисторов, в частности для формирования активной базовой области. .
Изобретение относится к технологии полупроводниковых приборов, в частности может быть использовано для глубокой диффузии фосфора при формировании диффузионных кремниевых структур.
Изобретение относится к устройствам, предназначенным для удержания кремниевых пластин во время диффузионной термообработки при изготовлении полупроводниковых приборов.

Изобретение относится к области проводящих полимеров, в частности полианилина, и может быть использовано для получения высокопроводящих полианилиновых слоев, волокон, проводящих элементов и устройств на их основе.

Изобретение относится к приборостроению и может применяться для изготовления конструктивных элементов микромеханических приборов на кремниевых монокристаллических подложках, а именно упругих элементов микромеханических датчиков, например подвесов чувствительных маятниковых элементов интегральных акселерометров.

Изобретение относится к полупроводниковой электронике и может быть использовано в производстве полупроводниковых лазерных диодов и светодиодов. .
Изобретение относится к устройствам, предназначенным для удержания полупроводниковых пластин во время диффузионной обработки

Изобретение относится к технологии изготовления оптоэлектронных приборов, в частности солнечных фотоэлектрических элементов (СФЭ)
Изобретение относится к технологии создания полупроводниковых приборов, в частности к области конструирования и производства мощных биполярных кремниевых СВЧ-транзисторов

Изобретение относится к области полупроводниковой микроэлектроники, в частности к технологии изготовления р-п-переходов в кремнии методом "закрытой трубы" - методом откачанной запаянной кварцевой ампулы. Кварцевая ампула для диффузии легирующих примесей в кремний методом закрытой трубы состоит из кварцевой колбы 3, в которую загружаются кремниевые пластины 1 и источник диффузии 2, кварцевой шлиф-пробки 4, служащей для герметизации ампулы со стороны загрузки ее кремниевыми пластинами 1 и источником диффузии 2, и кварцевого штенгеля 6, через который происходит вакуумирование ампулы с последующей отпайкой ампулы от вакуумной системы. Шлиф-пробка 4 выполнена в виде открытой полости 13, что позволяет извлеченную из диффузионной печи 8 после высокотемпературного диффузионного отжига кварцевую ампулу принудительно охлаждать определенным объемом холодной воды, заливая ее в полость 13 с помощью специального устройства 14, находящегося над ампулой. Изобретение обеспечивает управление и стабилизацию режима охлаждения кварцевой ампулы с кремниевыми планарными р-п-структурами непосредственно после высокотемпературного отжига. 6 ил., 1 табл.
Изобретение относится к технологии получения мощных кремниевых транзисторов, в частности к способам получения фосфоросиликатного стекла для формирования p-n-переходов. Изобретение обеспечивает получение равномерного значения поверхностной концентрации по всей поверхности кремниевой пластины и уменьшение длительности процесса. Способ диффузии фосфора включает образование фосфоросиликатного стекла на поверхности кремниевой пластины. В качестве источника диффузанта используют нитрид фосфора. Процесс проводят при расходе газов: O2=70 л/ч, азот N2=700 л/ч, при температуре 1020°C и времени проведения процесса 30 минут. Контроль процесса проводят путем измерения поверхностного сопротивления (RS). Поверхностное сопротивление равно RS=155±5 Ом/см.
Изобретение относится к технологии изготовления кремниевых мощных транзисторов, в частности может быть использовано для формирования активной ρ-области. Техническим результатом изобретения является уменьшение разброса значений поверхностных концентраций и получение равномерного легирования по длине лодочек. В способе диффузии бора процесс проводят с применением газообразного источника - диборана (В2Н6) при температуре 960°С и времени 35 минут на этапе загонки, при следующем соотношении компонентов: азот N2=240 л/ч, кислород O2=120 л/ч и водород Н2=7,5 л/ч, а на этапе разгонки при температуре 1100°С и времени разгонки - 2 часа. Поверхностное сопротивление равно Rs=155±5 Ом/см.
Изобретение относится к технологии проведения диффузии галлия для формирования р-области при изготовлении полупроводниковых приборов. Изобретение обеспечивает уменьшение разброса значений поверхностной концентрации и получение равномерного легирования по всей поверхности подложек. В способе формирования р-области в качестве источника диффузанта используют окись галлия (Ga2O3) в виде порошка. Процесс проводят в два этапа: 1 - загонка галлия и 2 - разгонка галлия в одной трубе. Загонку и разгонку проводят при температуре процесса 1220°С, время загонки равно 30 минут, а время разгонки - 130 минут. Поверхностное сопротивление на этапе загонки 320±10 Ом/см, а на этапе разгонки 220±10 Ом/см.

Изобретение относится к области полупроводниковой микроэлектроники, в частности к технологии изготовления р-n-переходов в кремнии методом "закрытой трубы" - методом откачанной запаянной кварцевой ампулы. При управлении и стабилизации скорости последиффузионного охлаждения низковольтных кремниевых р-n-структур ампулы с пластинами структур после высокотемпературного диффузионного отжига принудительно охлаждают потоком определенного количества воды, находящейся при определенной температуре. В этом случае достигается воспроизводимость количества легирующей примеси в диффузионном слое, находящейся в активном состоянии, что, в свою очередь, обеспечивает воспроизводимость значений напряжения пробоя низковольтных р-n-переходов и, соответственно, существенное увеличение выхода годных приборов. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 6 ил.

Изобретение относится к области синтеза тонких пленок на поверхности полупроводников AIIIBV и может быть применено в технологии создания твердотельных элементов газовых сенсоров. Технический результат изобретения заключается в создании на поверхности арсенида галлия тонкой оксидной пленки, содержащей прецизионно регулируемое количество легирующей примеси, с использованием простого оборудования экспрессным методом. В способе прецизионного легирования тонких пленок на поверхности арсенида галлия, включающем обработку поверхности пластины арсенида галлия концентрированной плавиковой кислотой в течение 10 минут, промывку пластины дистиллированной водой, сушку на воздухе, окисление пластины в присутствии активного хемостимулятора - оксида свинца (II) - при температуре 530°C, скорости потока кислорода 30 л/ч в течение сорока минут, согласно изобретению окисление проводится в присутствии оксида иттрия (III), причем его количественное содержание варьируется от 0 до 100 мол.% от оксида свинца (II). 1 ил.
Изобретение относится к технологии полупроводниковых приборов и, в частности, может быть использовано для глубокой диффузии фосфора при формировании диффузионных кремниевых структур. Способ диффузии фосфора из твердого планарного источника включает формирование диффузионных кремниевых структур с использованием твердого планарного источника фосфора. Процесс проводят при температуре 900°C на этапе загонки при следующем соотношении компонентов: O2=40±0,5 л/ч; N2=750 л/ч; H2=8 л/ч, и времени, равном 40 минут, на этапе разгонки процесс проводят при температуре 1000°C при следующем расходе газов: O2=40±0,5 л/ч; N2=750 л/ч, и времени разгонки, равном 75 часов. Техническим результатом изобретения является уменьшение температуры и времени проведения процесса, обеспечение точного регулирования глубины диффузионного слоя, получение глубины 180±10 мкм и повышение процента выхода годных изделий.
Наверх