Brevet FR2545985A1 — publié le 19841116

La présente invention concerne un appareil pour le chauffage de diodes, de disques semi-conducteurs de silicium ou de germanium, ou de produits analogues, pour obtenir une diffusion contrôlée ou un dopage des disques. Les brevets des Etats-Unis suivants consituent une illustration caractéristique de l'art antérieur connu de l'inventeur à la date de dépôt de la demande de brevet américaine dont la priorité est revendiquée Brevet des Etats-Unis NI Déposant(s) Délivré le 3.183 130 Reynolds et al 11 Mai 1965 3.570 827 Breedon 16 Mars 1971 3.705-714 Alliegro 12 Décembre 1972 3 811 829 Wesson 21 Mai 1974 3.951 587 Alliegro et al 20 Avril 1976 Les brevets des Etats-Unis no 3 183 130 et 3 951 587 décrivent chacun un appareil pour le chauffage de disques semi-conducteurs qui commencent par être inclus dans une chambre glissée au-dessus de la pile de disques à traiter. Les disques sont convenablement préparés en vue du chauf- fage, après quoi l'enceinte ou le logement de diffusion est amené par glissement au-dessus de la pile avec le risque que le logement et le support des disques frottent l'un contre l'autre tandis que se fait l'ajustement Il existe une possibilité que des parties solides du logement et du support de disques viennent en contact l'une avec l'autre, qu'une ou plusieurs particules de poussière ou d'autres impuretés soient détachées de l'un des éléments et soient dispersées dans l'atmosphère du logement pour venir en contact direct avec la surface de l'un des disques ou de plusieurs d'entre eux Lorsqu'une impureté indésirable est en contact avec un disque tandis qu'il est en cours de chauffage, il peut se produire une diffusion nuisible de cette impureté dans le produit final La présence d'impure- tés indésirables dans un disque chauffé est habituellement nuisible aux performances du disque et cela entraîne son 2 2545985 rejet. Les brevets des Etats-Unis 3 570 827 et 3 705 714 montrent des chariots supportés par des roues et destinés à recevoir des disques devant être chauffés, ces chariots étant adaptés à être poussés directement dans une chambre de chauffage Tout produit semi-conducteur à chauffer qui se trouve exposé sur la surface supérieure de l'un quelconque des chariots de ces structures encourt le risque d'être exposé à des particules d'impuretés flottant dans l'atmos- phère de la chambre de chauffage par suite de l'action des roues qui supportent le chariot lors de son déplacement le long du plancher du four Une telle dispersion possible d'impuretés dans l'atmosphère et sur les surfaces du produit en cours de chauffage peut entraîner le rejet indésirable du produit incorrectement dopé. Le brevet des Etats-Unis no 3 811 829 décrit un cycle de chauffage typique pour produire des semi-conducteurs du type concerné par la présente invention, mais il ne comprend aucune description de la façon selon laquelle la nacelle destinée à supporter les disques est construite ni aucune description du procédé de chargement permettant d'introduire la nacelle chargée de disques dans une chambre en vue du chauffage. L'appareil représenté ici est conçu pour supporter une série de disques, tels que des disques de silicium ou analogues, sur des moyens adaptés à transporter les disques dans une chambre de diffusion devant être soumise à une atmosphère particulière, aux fins de chaufferies disques en minimisant, autant que possible, la création et/ou l'exci- tation de toute impureté L'invention a pour but d'apporter un appareil dans lequel l'atmosphère de la chambre de chauffage est maintenue aussi pure que possible grâce à quoi l'on peut obtenir une diffusion plus parfaite, non contami- née, de l'agent ou des agents dopants à l'intérieur des disques individuels. Plus particulièrement, les moyens porteurs ou trans- porteurs décrits ici adaptés à supporter le produit devant 3 2545985 être dopé, ont été conçus pour être montés en porte-à-faux à partir d'un convoyeur déplaçable qui permet l'introduction des moyens porteurs en bout dans la zone de chauffage et de diffusion L'insertion des moyens porteurs de disques dans la zone de chauffage est accomplie sans qu'il y ait de contact par frottement ou roulement entre le transporteur des disques et la paroi ou le plancher de la chambre de chauffage, ce qui élimine toute possibilité de création et/ou d'élévation de toute particule imperceptible d'impure- té qui pourrait autrement être créée et/ou excitée et dispersée dans l'atmosphère de la chambre de chauffage. En éliminant la nécessité d'avoir un contact par frottement ou roulement entre le porteur de disques et la paroi de la chambre de diffusion, on peut obtenir un chauffage plus parfait des disques, tandis que, en même temps, on simplifie la structure du four. Le convoyeur des moyens porteurs peut être monté à glissement sur un support fixe en relation fixe avec le four, de manière à permettre l'introduction et le retrait des moyens porteurs dans la zone de chauffage sans contact avec les parois de celle-ci En variante, les moyens convoyeurs peuvent être constitués par un dispositif sur roues, monté de préférence dans un jeu de pistes ou de guides à paliers à billes qui permet aux moyens porteurs 2.5 attachés au dispositif ou convoyeur sur roues de rouler dans et hors du four Dans encore une autre variante, le convoyeur et les moyens porteurs peuvent être fixés en permanence et rigidement l'un à l'autre et, à leur tour, fixés en permanence et rigidement à un support, le four étant monté mobile D'autres variantes et permutations de caractéristiques selon l'invention seront évidentes à l'homme de l'art tout en entrant dans le cadre de la présente invention. L'invention est décrite ci-après en référence aux dessins annexés, dans lesquels: la figure 1 est une vue en coupe verticale éclatée prise au travers des moyens de transport de disques, et de la 4 2545985 combinaison de chambre de diffusion et de four selon l'invention, et la figure 2 est une vue en coupe prise le long de la ligne 2-2 de la figure 1. Le chauffage des éléments semi-conducteurs, tels que des cristaux de germanium, des pastilles de silicium, des diodes, etc, pour les doper est habituellement accomplie comme le montrent plusieurs des brevets précités Une série de disques ou de pastilles à doper est supportée sur des moyens montés dans un convoyeur ou un transporteur en vue de leur introduction longitudinale dans une chambre allongée formant four La chambre de diffusion est disposée à l'intérieur du four qui peut être du type à chauffage par résistances, pour porter la température du produit à chauffer dans la gamme voulue afin d'introduire un dopant dans le produit, puis, après qu'une diffusion convenable ait été obtenue, les disques ou pastilles sont retirés du four et refroidis Dans l'appareil selon l'invention, une nacelle renfermant une série de disques 12 empilés en relation parallèle est portée sur un transporteur 14 Le transporteur est formé d'un corps allongé rigide qui est conçu pour être déplacé en bout dans la chambre de diffusion 16 à l'intérieur du récipient de diffusion 18 sans qu'une partie quelconque du transporteur, de la nacelle ou des disques vienne en contact avec la paroi définissant la chambre 16. Comme on le voit mieux à la figure 2, le transporteur a, de préférence, un fond rond 20 qui est écarté de la paroi 22 et qui est substantiellement concentrique à cette paroi, laquelle définit la chambre 16, et le transporteur a une surface supérieure concave 24 adaptée à supporter une ou plusieurs nacelles 10 et les disques en place sur les nacelles, de telle sorte que les disques sont à l'écart des parois de la chambre Un transporteur d'une telle structure peut être fait d'un matériau réfractaire inerte non poreux tel que, par exemple, du carbure de silicium ou du nitrure de silicium comme cela est bien connu, le transporteur ayant une configuration lisse qui peut être facilement nettoyée et 2545985 lavée à l'acide pour éliminer les produits de contamination superficielle. Le récipient 18 est pourvu d'un passage d'entrée 26 pour introduire une atmosphère gazeuse dans la chambre 16 pendant le procédé de chauffage, comme l'enseigne le brevet des Etats-Unis N O 3 183 130 par exemple, et il comporte une extrémité ouverte 28 par laquelle le transporteur 14 et sa charge de nacelle(s) de disques peuvent être introduits longitudinalement dans la chambre 16 Pour introduire le transporteur dans la chambre, il est supporté par des moyens convoyeurs déplaçables longitudinalement 30 d'une manière invariable, de telle sorte que le transporteur 14 constitue une poutre en porte-à-faux Lorsque le convoyeur est déplacé en direction de la chambre de diffusion 16, l'extrémité libre de la poutre du transporteur en porte-à-faux se déplace longitudinalement dans l'extrémité ouverte 28 de la chambre et continue à se déplacer en longueur dans le récipient 18 pour introduire la ou les nacelles chargées 10 dans la chambre de diffusion sans qu'une quelconque partie du transporteur ou des disques portés par les nacelles vienne en contact avec la paroi 22 de la chambre 16 Lorsque l'extrémité libre du transporteur a été introduite à l'intérieur jusqu'à proximité immédiate de l'entrée 26, mais sans la toucher, un couvercle 32 d'une seule pièce avec le transporteur est déplacé dans une position propre à fermer l'extrémité ouverte 28 de la chambre 16 On voit que le transporteur 14 et sa charge de nacelle(s) de disques est ainsi entièrement positionné dans la chambre de diffusion, les disques ayant été mis en place dans la chambre de diffusion sur le transporteur à poutre en porte-à-faux 14 sans qu'il y ait une quelconque possibilité d'une agitation nuisible, comme cela pourrait être le cas s'il y avait un contact de roulement ou de frottement du transporteur et de sa charge de nacelle(s) de disques dans l'appareil tandis que le transporteur est introduit dans la chambre. Après que la chambre de diffusion 16 ait été chargée, le procédé de dopage peut être accompli comme il est connu, 6 2545985 l'énergie étant fournie par les moyens de chauffage par induction 34 pour amener les disques à la température de chauffage voulue Un composant gazeux peut être insufflé par l'ouverture 26 au travers de la chambre 16 pour sortir par l'évent 36 aux fins de régler l'atmosphère à l'intérieur de la chambre, d'éliminer toute impureté gazeuse et de fournir un dopant, si nécessaire, l'excès de gaz continuant à s'écouler hors de la chambre 16 par l'évent 36 prévu dans le couvercle 32 fermant-l'extrémité 28 du récipient 18 Après que le cycle de chauffage ait été terminé, les disques sont retirés de la chambre et refroidis. Comme cela est connu, la nacelle 10, le récipient 18, le transporteur 14 et les autres éléments du four peuvent être faits en carbure de silicium recristallisé non poreux imprégné de silicium ou de nitrure de silicium ou de n'importe quel autre matériau réfractaire inerte aux hautes températures, qui ne se boursoufle pas, ne s'affaisse pas ou ne se distord pas en cours d'utilisation et qui est capable de résister aux chocs thermiques créés par l'introduction et le retrait du four. La structure du convoyeur 30 n'est pas critique car cette partie de l'appareil reste dans un milieu à la température ambiante Le convoyeur ne demande qu'à être un élément entraîné ayant une voie de déplacement précisément commandée pour supporter et diriger le transporteur en porteà-faux 14 dans la chambre 16 sans une quelconque déviation à partir de ce chemin prévu pour garantir que ni le transporteur ni sa charge n'aient aucun contact avec la paroi 22 de la chambre 16 pendant le chargement ou l'étape de chauffage. 7 2545985 REVENDICATIONS 1 Appareil pour le chauffage d'éléments semi-conduc- teurs et analogues ayant des moyens de chauffage adaptés à chauffer les éléments et une chambre de diffusion adaptée à inclure les éléments devant être chauffés, caractérisé en ce que ladite chambre de diffusion ( 16) est constituée par un récipient ( 18) défini par une paroi ( 22) ayant une extrémité ouverte ( 28) adaptée à recevoir les éléments ( 12) à chauffer, lesdits moyens chauffants coopérant avec ladite chambre pour chauffer les éléments semi-conducteurs disposés dans ladite chambre à leur température de chauffage, un transporteur ( 14) adapté à porter les éléments semi-conduc- teurs, un convoyeur ( 30) déplaçable vers, et en s'éloignant de, l'extrémité ouverte de ladite chambre pour supporter ledit transporteur, ledit transporteur étant monté sur ledit convoyeur de manière à s'en projeter à la façon d'une poutre en porte-à-faux dont l'extrémité libre est disposée à l'opposé de l'extrémité ouverte dudit récipient, et ledit transporteur et les éléments à chauffer qui sont supportés étant conçus de telle sorte que l'extrémité libre du transporteur peut passer au travers de ladite extrémité ouverte et que le transporteur peut être introduit dans le récipient et à y rester pour positionner les éléments se trouvant sur le transporteur à chauffer à l'intérieur dudit récipient sans qu'une quelconque partie dudit transporteur ou des éléments qu'il supporte vienne en contact avec la paroi qui définit le récipient, et lesdits transporteurs supportant lesdits éléments tandis qu'ils sont en cours de chauffage. 2 Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit récipient ( 18) est allongé et en ce que ledit transporteur ( 14) est un dispositif également allongé grâce à quoi les éléments reposant sur ledit transporteur peuvent être disposés le long dudit récipient. 3 Appareil selon la revendication 2 caractérisé en ce que ledit transporteur -( 14) supporte une nacelle allongée 8 2545985 ( 10) chargée des éléments ( 12) à chauffer. 4 Appareil selon la revendication 1, caractéré en ce que ledit transporteur ( 14) supporte une nacelle ( 10) chargée des éléments ( 12) à chauffer. 5 Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit récipient ( 18) comporte un passage d'entrée ( 26) et des moyens pour introduire un courant gazeux dans ledit passage d'entrée pour le faire circuler au travers dudit récipient vers son extrémité ouverte ( 28). 6 Appareil selon la revendication 5, caractérisé en ce que ledit transporteur ( 14) comporte un couvercle ( 32) pour fermer ladite extrémité ouverte ( 28) dudit récipient, ledit couvercle comprenant un passage de sortie ( 36) pour permettre la circulation dudit courant gazeux provenant de l'intérieur dudit récipient. 7 Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que le convoyeur ( 30) est monté coulissant sur un support. 8 Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit convoyeur est un dispositif sur roues. 9 Appareil selon la revendication 8, caractérisé en ce que, ledit dispositif sur roues voyage sur un jeu de guides à palier. Appareil pour le chauffage d'éléments semi-conduc- 2.5 teurs et analogues comportant des moyens de chauffage pour chauffer les éléments et une chambre de diffusion pour inclure les éléments à chauffer, caractérisé en ce que la chambre de diffusion ( 16) est constituée d'un récipient ( 18) défini par une paroi ( 22) ayant une extrémité ouverte ( 28) adaptée à recevoir les éléments ( 12) à chauffer, et les éléments de chauffage coopérant avec ladite chambre pour chauffer les éléments semi-conducteurs disposés dans ladite chambre jusqu'à leur température de chauffage, un transpor- teur ( 14) adapté à porter lesdits éléments semi-conducteurs, un convoyeur ( 30) dirigé vers l'extrémité ouverte ( 28) de ladite chambre pour supporter ledit transporteur, ledit transporteur étant monté sur ledit convoyeur, de manière à 9 2545985 s'en projeter à la façon d'une poutre en porte-à-faux dont l'extrémité libre est disposée à l'opposé de l'extrémité ouverte dudit récipient, ledit transporteur et lesdits éléments à chauffer qui sont portés par ce dernier étant conçus de telle sorte que l'extrémité libre du transporteur peut passer au travers de l'extrémité ouverte et que lesdits moyens de chauffage de la chambre de diffusion peuvent être déplacés relativement par rapport audit transporteur, de façon à positionner les éléments sur le transporteur à chauffer à l'intérieur dudit récipient sans qu'une partie quelconque dudit transporteur ou des éléments qu'il supporte vienne en contact avec la paroi qui définit le récipient, et ledit transporteur supportant lesdits éléments tandis qu'ils sont en cours de chauffage.