Устройство для высокотемпературной обработки полупроводниковых пластин

Полезная подель относится к полупроводниковой технике, а именно к технологии изготовления полупроводниковых структур для производства транзисторов, интегральных схем, тиристоров и т.д.
Известно устройство для высокотемпературной обработки пластин, представляющее собой установку диффузионной сварки УДС-2. l .
Камера установки состоит из герметичного колпака, высокочастотного ввода энергии, к которому с помсщью штуцерного соединения присоединен индуктор, верхнего упора, нижнего герметичного колпака, имеющего сильфонный ввод для штока, соединенного с гидроцилиндром. Верхний фланец сильфонного ввода служит столом, на котором устанавливают технологическую оснастку со свариваемыми деталями. В камеру также входит технологическая оснастка: нижняя центрирующая подставка, верхняя качающаяся опора, шарик, нижняя и верхняя керамические прокладки, цшшндрический экран и термопара.
Данное устройство при попарном термосоединении полупроводниковых пластин через слой стекла имеет следующий недостаток. Шток в камере передвигается в вертикальном направлении, поэтому полупроводниковые пластины в пакете укладывают горизонтально, одна на другую. В результате расплавленное стекло при сжатии вытекает из зазора между пластинами, стекает по торцу пластин и склеивает их в пакет, а не попарно.
Известно устройство для высокотемпературной обработки полупроводниковых пластин, включакщее печь с горизонтальной трубой, графитовую кассету, в которую помещают обрабатываемые пластины, и которая также представляет собой средство для центровки и удержания пластин, и груз.23 .
Груз в данном устройстве выполняет функцию регулировки усилия сжатия. Для того, чтобы изменить усилие сжатия, нужно менять вес груза.
Данное устройство имеет следующие недостатки: Так как процесс термообработки проводят в серийной диффузионной печи с гвризонтальнойтрубой, пластины в кассете располагает горизонтально, а это затрудняет попарное термосоединение пластин из-за вытекающего из зазора между соединяемыми пластинами материала соединения, например, стекла. Усилие сжаззм (вес груза) постоянно и его невозможно изменить в технологическом процессе термообработки.
Предлагаемое уотройство для высокотемпературной обработки полупроводниковых плаотин позволяет проводить процессы на серийном диффузионном оборудовании, применяемом в полупроводниковом производстве, располагая пластины вертикально, равномерно распределять усилие сжатия по площади пластин, а также задавать требуемый прогиб пластин.
На чертеже показана схема устройства.
Предлагаемое устройство для высокотемпературной обработки псхлупроводниковых пластин состоит из кварцевой трубы печи I, кассеты 2 в виде трех жесткосваренных между собой кварцевых труб разной длины и диаметра, средства для центровки и удержания пластин, выполненное в виде двух кремниевых шайб 3 и 4, у которых одна сторона плоская, другая - вогнутая (шайба 3) или выпуклая (шайба 4), двух кварцевых чашек 5 и 6, кварцевого упора 7, узла регулировки усилия сжатия пластин 8 и продольно наклоненной кварцевой скобы 9 в виде изогнутого штапика, на, котором расположено средство для центровки и удержания пластин и пакет пластин 10. Кварцевая чашка 5 имеет в центре дна углубление, в которое входит кварцевый упор 7. Край чашки (торец), который соприкасается с кремниевой шайбой 4, имеет диаметр больше одной трети диаметра кремниевой шайбы. Вторая кварцевая чашка 6, опирающаяся на задшою стенку кассеты, имеет по краю диаметр меньше, чем диаметр кварцевой трубы, через которую вставляют и вынимают кварцевый упор.
Кварцевая кассета 2 состоит из трех, сваренных между собой, отрезков труб разной длины и диаметра.
Средняя труба кассеты имеет длину и диаметр, позволяющие разместить в ней пакет пластин и средство для центровки и удержания плаотин. Для этого вверху она имеет вырез.
Длинная труба кассеты имеет диаметр и длину позволящие разместить в ней кварцевый удор и узел регулировки усилия сжатия, причем конец трубы, в котором расположен узел регулировки усилия сжатия, имеет закругление для опоры узла сжатия в конец трубы.
Короткий отрезок трубы с другой стороны кассеты имеет такой же диаметр, как у длинной трубы и предназначен для того, чтобы вставлять кварцевый урор в кассету.
Кварцевый упор 7 представляет собой конусообразно заостренный с одной стороны отрезок трубы.
тированный по базовому срезу, пакет кремниевых пластин.
Винт узла сжатия пластин 8, растягивая пружину, передает усилие через кварцевый упор 7 кварцевой чашке, упираясь конусообразным заостренным концш в углубление в дне чашки 5, она, в свою очередь, прижимает кремниевую вогнутую шайбу 4 к пакету пластин 10, пластины прижимаются к выпуклой стороне шайбы 3, которая плоской стороной прижимается к дну кварцевой чашки 6, которая противоположной изогнутой поверхностью опирается на стенку кассеты 2.
Обрабатываемые пластины прижимаются друг к другу, причем со стороны вогнутой шайбы усилие приложено по окружности ближе к краю пластин, а со стороны выпуклой шайбы - по центру, что позволяет более равномерно распределять усилие сжатия по площади пластин, а также задавать требуемый прогиб пластин.
В процессе термообработки пластины дефоряируются, пружина сжимается, подтягивая кварцевый упор и создавая требуемое давление на пластины, пластины же легко передвигаются по кварцевой скобе.
Данное устройство, имеющее жесткую конструкцию кассеты, позволяет проводить высокотемпературную обработку и попарную сварку пластин как в негерметичной, так и герметичной системе. При проведении процессов в герметичной системе узел регулировки усилия сжатия пластин находится в трубе печи, но вне зоны нагрева пластин. Пример использования.
Устройство содержит нагреваемую кварцевую трубу I диаметром 150 мм диффузионной печи СДОМЗ-ЮО и кварцевой кассеты 2, корпус которой выполнен из трех, сваренных между собой, кварцевых труб. Труба с диаметром НО мм и длиной 200 мм, в которой размещаются пластины, имеет в верхней части вырез, служащий дяя загрузки и выгрузки в кассету пакета пластин и средства для центровки и удержания пластин, а также частей узла регулировки уоилия сжатия. Короткая труба диаметром 60 мм предназначена для загрузки и выгрузки в кассету кварцевого упора. Длинная труба диаметром 60 мм приварена к трубе диаметром НО мм и предназначена дяя размещения внутри ее кварцевого упора 7 и узла регулировки усилия сжатия 8.
Кварцевый упор представляет собой трубу диаметром 40 мм, котороя имеет конусообразнре заострение в месте прижима к кварцевой чашке 5. В вырез кассеты, на дно трубы диаметром НО мм, под наклоном укладывается кварцевая скоба 9 из штапика диаметром 8 мм. На него устанавливаются две кварцевые чашки диаметром 100 мм, имеющие в дне углубление, чашка 6, имеющая притертый край с диаметром 40 мм, вставляется им в короткую трубу диаметром 60 мм, опираясь на заднюю
-bотенку каосеты, вторая чашка 5, имеющая притертый кра2 диаметром 60 мм помещается дном к кварцевому упору. Далее к притертому краю этой чашки, плоской строкой к чашке, ставится кремниевая термически окисленная шайба 4, диаметром 100 мм и толщиной 20 мм, противополсокная поверхность у которой имеет заданную вогнутость.
К дну чашки 6, плоской стороной к чашке, ставится кремниевая термически окисленная шайба 3, диаметром 100 мм и толщиной 20 мм, противоположная сторона которой имеет заданную выпуклость.
Между двумя этими шайбами на кварцевую скобу устанавливается, предварительно соориентированный по базовсжу срезу, пакет кремниевых пластин 10, диаметром 100 мм и толщиной 0,5 мм.
Устройство позволяет проводить термосоединение 75 пар пластин с хорошим качеством границы соединения по всей поверхности контакта,
Источникн информации :
1,Р,А,Муоин,Г,В,Конюшков,.. Соединение металлов с керамическими ма.териалаш - М.,Машиностроение, I99I,c,I73-I75.
2,А,Д,Булкин, Н,И,Якивчик, Технология и оборудование производства силовых полупроводниковых приборов-М. Энергоатомиздат,1984,с,103.
t