УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ДИСКРЕТНЫХ ЗОН РАСТВОРИТЕЛЯ В КРЕМНИЕВЫХ ПОДЛОЖКАХ

Полезная модель относится к полупроводниковой технологии и предназначена для получения методом термомиграции монокристаллических кремниевых объемных элементов в приборных структурах различного назначения.
Известно устройство-аналог для получения дискретных зон растворителя в кремниевых подложках с помощью возратно-поступательного движения слайдера (Лозовский, В.Н. Зонная перекристаллизация градиентом температуры полупроводниковых материалов. В.Н. Лозовский, Л.С. Лунин, В.П. Попов. - М.: Металлургия. - 1987. - 232 с. ), состоящее: из вакуумной камеры, в которой на корпусе в виде горизонтально расположенной консоли, находятся тигель с растворителем, слайдер и закреплены бункеры для загрузки подложек и для их приемки; нагревательного элемента на каркасе. После нагрева деталей устройства до температуры плавления растворителя и образования в капиллярной щели тигля мениска растворителя слайдер перемещают по корпусу устройства. Назначение слайдера - зафиксировать заранее подготовленную подложку в бункере загрузки и переместить ее под капиллярной щелью тигля с расплавленным растворителем и выгрузить подложку в бункер приемки. Подготовка подложки включает в себя формирование вскрытых от двуокиси кремния областей кристалла необходимой топологии.
1
n
1
n
n
К недостаткам этого устройства относятся: а) большая потребляемая мощность нагревательного элемента устройства за один цикл работы из-за его больших продольных размеров и расположения бункеров приемки и загрузки подложек по разные стороны слайдера (для обеспечения функционирования устройства длина нагревательного элемента L не может быть меньше 6d и его диаметр D - менее 2d, где d - диаметр используемой подложки); б) невысокий процент выхода годных изделий, поскольку пластины после нанесения растворителя опускаются в бункер приемки под действием собственного веса, где частично разбиваются (уменьшение высоты бункера повышает процент выхода годных изделий, но уменьшает производительность устройства).
Известно устройство (прототип) для получения дискретных зон растворителя в кремниевых подложках избирательным капиллярным нанесением растворителя на локально вскрытую от двуокиси кремния поверхность кристалла с помощью вращающегося диска. Устройство состоит из вакуумной камеры, в которой размещены следующие детали: основание корпуса; бункеры для загрузки и для приема подложек; крышка, совмещенная с тиглем в виде полости для растворителя с капиллярной щелью в ней и имеющая полость для направленной кристаллизации при погружении растворителя в кристалл; вращающийся диск; шток для вращения диска и нагревательный элемент на каркасе. (Балюк, А.В. Термический модуль для формирования дискретных зон на поверхности кремниевых подложек / А.В. Балюк, Л.М. Середин, Б.М Середин // Кристаллизация и свойства кристаллов. Межвуз. сб. науч. тр. Юж. - Рос. гос. техн. ун-т (НПИ). - Новочеркасск, Набла, 1999. - С. 63-66.).
2
n
2
n
К недостатку этого устройства относится: а) достаточно большая потребляемая мощность нагревательного элемента устройства за один цикл работы из-за того, что бункер приемки и бункер загрузки подложек расположены по разные стороны вращающего диска, при этом высота нагревательного устройства L не может быть менее 2d, диаметр D - меньше 3d; в) невысокий процент выхода годных изделий, поскольку пластины после нанесения растворителя опускаются в приемный бункер под собственным весом, где частично разбиваются, уменьшая процент выхода годных изделий.
Задачей изобретения является повышение эффективности работы устройства.
Техническим результатом устройства является уменьшение потребляемой мощности и повышение процента выхода годных изделий.
n
n
Поставленная задача решается благодаря тому, что для уменьшения потребляемой мощности нагревательного элемента устройства, имеющего бункеры приемки и загрузки подложек и вращающийся диск, бункеры располагаются снизу вращательного диска, а для обеспечения подачи подложек к вращающемуся диску в бункере загрузки применяется выталкивающая цилиндрическая пружина высотой, равной высоте бункера, и коэффициентом жесткости , а для повышения процента выхода годных в бункере приемки подложек используется принимающая цилиндрическая пружина высотой, равной высоте бункера, и коэффициентом жесткости , где m; h - соответственно масса и толщина подложки, g - ускорение свободного падения.
На Фиг. 1 представлена схема устройства для получения дискретных зон растворителя в кремниевых подложках.
На Фиг. 2 приведены основные детали и схема работы термического модуля.
Устройство для получения дискретных зон растворителя в кремниевых подложках состоит из: бункера для загрузки 1; бункера приемки 3; крышки 4 с полостями для растворителя 5 и направленной кристаллизации при погружении растворителя в подложку 2; основания 6, соединенного с крышкой 4 штифтами 13; вращающегося диска 8, который имеет отверстие под подложку; штока 7 для вращения вращающегося диска 8; выталкивающей цилиндрической пружины 9; принимающей цилиндрической пружины 10; каркаса 11 нагревателя 12.
Устройство получения дискретных зон растворителя в кремниевых подложках работает следующим образом (см. Фиг. 2).
Для работы устройства необходимо заранее подготовить кремниевые подложки 2. Подготовка включает в себя стандартные операции получения в слое диоксида кремния с помощью фотолитографии вскрытых в диоксиде кремния окон топологического рисунка на поверхности кристалла.
Перед загрузкой в устройство с подготовленными поверхностями подложек 2, снимают крышку 4 и вращающийся диск 8. Подлежащие обработке подложки 2 укладывают стопкой в бункер загрузки 1 на выталкивающую цилиндрическую пружину 9, поджимая ее массой подложек 2. Для функционирования устройства необходима пружина с .
2
В бункер приемки 3 размещают принимающую цилиндрическую пружину 10 в свободном состоянии так, чтобы ее высота была равна высоте бункера приемки 3. Коэффициент жесткости k этой пружины должен быть в диапазоне .
Опускают на основание 6 вращающийся диск 8, дополнительно дожимая выталкивающую цилиндрическую пружину 9 и совмещая вращающийся диск 8 с приводом штока 7 для его вращения. Затем, придерживая вращающийся диск 8, опускают крышку 4 и закрепляют ее штифтами 13.
Цикл формирования дискретных растворителя зон происходит за один оборот вращающегося диска 8 вокруг своей оси. Вращающийся диск 8 располагают так, чтобы он находился в области I (см. Фиг. 2, б). Это положение вращающегося диска 8 в цикле является исходным. Далее проворачивают вращающийся диск 8 против часовой стрелки посредством штока 7. Из бункера загрузки 1 подложка 2 под действием выталкивающей цилиндрической пружины 9 попадает в отверстие вращающегося диска 8, захватывается им и при повороте ложится на основание 6 (область II, б). Следующая в бункере загрузки 1 подложка 2 упирается во вращающийся диск 8 и находится в режиме ожидания. Затем вращающийся диск 8, равномерно поворачивается штоком 7, протягивает подложку 2 под капиллярной щелью с расплавленным растворителем 5. За время контакта расплава с поверхностью подложки 2 он смачивает кремний в окнах защитной маски, растворяет кремний. В результате формируются жидкие зоны растворителя 5 (область III на Фиг. 2, б). При дальнейшем вращении вращающегося диска 8 подложка 2 проходит участок, где обеспечивается сток тепла с верхней поверхности подложки 2, направленное растворение кремния и погружение дискретных зон в объем подложки 2 (область IV на Фиг. 2, б). Далее подложка 2 оказывается над отверстием в основании и плавно опускается в бункер приемки 3, поджимая принимающую цилиндрическую пружина 10. На этом цикл формирования заканчивается, а дальнейшее вращение вращающегося диска 8 приводит его в исходное положение (область I рис. 3, б).