КАССЕТА ДЛЯ ВЫСОКОЧАСТОТНОГО ОТЖИГА И АКТИВАЦИИ ИОННО-ЛЕГИРОВАННЫХ СЛОЕВ В КАРБИДКРЕМНИЕВЫХ ПЛАСТИНАХ

Полезная модель относится к области микроэлектроники, а более конкретно: к производству диодов Шоттки, высоковольтных, мощных биполярных транзисторов и других полупроводниковых приборов на основе карбида кремния.
Известны кассеты для отжига карбидкремниевых пластин, состоящие из основания с полостью под пластины, размеры которой больше, чем размеры пластины, использующиеся для импульсного высокотемпературного отжига (интернет-источник http://micromagazine.fabtech.org/archive/04/07/shovilin.html).
Полость под пластину исключает выпадание пластины при транспортировке и манипуляциях. Полость выполнена в виде цилиндрической выемки глубиной несколько большей, чем толщина пластины. Обрабатываемые пластины полупроводникового материала имеют форму плоских цилиндрических дисков.
Импульсный отжиг карбидкремниевых пластин используется при формировании омических и Шоттки-контактов. Если не превышает 1200°C, то в качестве материала кассеты может быть использован Ti, AlN или SiC.
Если же температура нагрева превышает 1200°C, то кассета выполняется из графита, так как графит практически не взаимодействует с карбидом кремния.
Тем не менее, в таких конструкциях не удается достичь высоких температур отжига, так как кассета забирает часть тепла.
Указанный недостаток устраняется в кассетах, состоящих из основания на котором установлены три поддерживающих штыря, расстояние между которыми позволяет поддерживать пластину (См. патент США №6345150, класс F26B 3/30). Недостаток данной конструкции в том, что при неточной установке пластины на выступы возможен перекос.
Для устранения данного недостатка в кассете можно использовать множество выступов, расположенных по кругу (патент США №7070660, классов H01L 21/00, C23C 16/00).
Однако, при температурах больших 1200°C происходит эрозия поверхности вследствие сублимации с выпариванием кремния, что не позволяет получать качественные полупроводниковые переходы.
Наиболее близкой к предлагаемой является кассета для высокочастотного отжига и активации ионно-легированных слоев в карбидкремниевых пластинах, состоящая из графитового цилиндрического основания с полостью под пластину, отверстием в основании, соединяющей объем печи, в которой производят отжиг, и полость в основании под пластины (См. патент США №5981900, класс B23K 10/00).
В качестве материала для кассеты выбран графит, так как он позволяет производить отжиг вплоть до температуры 2200°C и слабо взаимодействует с карбидом кремния. Кроме того, он легко нагревается до таких температур бесконтактным высокочастотным индукционным нагревом. Высокочастотный нагрев применяют для исключения взаимодействия пластин карбида кремния с конструктивными материалами печи отжига.
Через отверстие с края кромки в полость кассеты, где находится пластина, производится откачка газа при отжиге либо данная полость заполняется инертным газом аргоном при работе в среде аргона.
Для обеспечения равномерного высокочастотного нагрева кассета выполнена в виде цилиндра, а пластины - в виде дисков. Рабочая зона пластины расположена на одной из ее сторон и диаметр этой зоны на 2-4 миллиметра меньше диаметра пластины. Нерабочая зона на пластине образуется из-за повреждения краев пластины и снятия фаски по краю пластины. Для предотвращения выпадания пластины при манипуляциях с кассетой, ее края делаются толще, чем стенка кассеты в дне полости, где находится пластина.
Тем не менее, и в такой конструкции существуют недостатки. В силу наличия полости в кассете, рабочая зона кассеты имеет сопротивление выше, чем края кассеты, что, в свою очередь, при нагреве приводит к образованию радиального градиента температуры. Таким образом, карбид кремния начинает сублимировать из более нагретых участков пластины и осаждаться на более холодные участки в центре пластины, что приводит к эрозии поверхности. Это сказывается на качестве, например, контактов Шоттки.
Целью полезной модели является исключение образования радиального градиента температуры на пластине и исключение эрозии рабочей поверхности обрабатываемых пластин.
Указанная цель достигается тем, что в предлагаемой кассете для высокочастотного отжига и активации ионно-легированных слоев в карбидкремниевых пластинах, состоящей из графитового цилиндрического основания с полостью под пластину и отверстия в основании, соединяющей объем печи, в которой производят отжиг, и полость в основании под пластину, отверстия выполнены в цилиндрической поверхности основания в виде пропилов, расположенных попарно по осям симметрии шириной 1-3 мм и глубиной до рабочей зоны пластины.
Положительный эффект предложенного решения достигается за счет того, что пропилы выполняются по осям симметрии кассеты попарно. Уменьшение радиального градиента температуры происходит за счет увеличения сопротивления утолщенной части кассеты, достигаемого за счет пропилов. Они выполняются до рабочей зоны, поскольку при большей глубине пропила будет происходить снижение температуры и, как следствие, увеличение радиального градиента, а при меньшей глубине пропила температура краев повышается, что также увеличивает радиальный градиент. Размер пропилов 1-3 мм выбран для удобства работы манипулятором при съеме пластины с кассеты, а попарно-осевое расположение - для полного исключения влияния разогрева краев кассеты на градиент температуры и для равномерной откачки воздуха при вакуумировании или для равномерного заполнения инертным газом аргоном при работе в среде аргона.
На фигуре 1 изображен вид сверху кассеты, на фигуре 2 изображен разрез кассеты, на фигуре 3 приведен пример группового использования кассет.
Позиция 1 - пропилы.
Позиция 2 - отверстия под манипулятор для перемещения кассеты в пространстве.
Позиция 3 - фаска.
Позиция 4 - пластина карбида кремния.
Позиция 5 - выемка с внешней стороны дна основания.
Позиция 6 - полость под пластину.
Позиция 7 - рабочая зона.
На фигурах 1 и 2 приведена конструкция кассеты для отжига и активации ионно-легированных слоев карбидкремниевых пластин, состоящая из графитового основания, в котором выточена полость под пластину 6. Диаметр полости на 1-2 мм больше диаметра пластины. В основании кассеты выполнены пропилы 1 глубиной до расположения рабочей зоны 7 пластины 4. Пластину в виде диска 4 n-типа проводимости с ионно-легированным слоем бора, располагают в полости под пластину 6. При групповой обработке (см. фигуру 3) кассету с загруженной пластиной 4 накрывают второй кассетой, захватывая ее манипулятором для перемещения кассеты в пространстве, за отверстия 2. Выемка 5 с внешней стороны дна основания обеспечивает равномерность толщины основания под рабочей зоной 7 пластины. Затем стопку кассет помещают в реактор ВЧ-печи, производят откачку воздуха из реактора и включают ВЧ-нагрев. Для пяти кассет с пластинами диаметром 100 мм подводимая мощность должна быть 40 кВт. Разогревают пластины до температуры 1650°C и выдерживают их в течение 20 минут, а затем, отключая ВЧ-нагрев, охлаждают до комнатной температуры, напустив в реактор аргон при почернении стопки кассет. Произведя разгерметизацию реактора, снимают кассеты манипулятором за отверстия 2 и разгружают пластины пинцетом через один из пропилов 1. Кроме того, пропилы 1 служат для откачки воздуха из полости 6 под пластину при вакуумировании реактора. Применение таких кассет позволяет одновременно обрабатывать до 20 пластин.
Проверка показала, что в кассете диаметром 113 мм без пропилов 1 при отжиге пластин диаметром 100 мм радиальный градиент температуры достигает 5-7°C. Если выполнить пропилы шириной 2 мм глубиной 8 мм до рабочей зоны пластины диаметром 96 мм, то градиент не превышает 0.8°C, что подтверждает эффективность предлагаемого технического решения.