УСТРОЙСТВО ИМПУЛЬСНОЙ ОБРАБОТКИ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ПЛАСТИН Российский патент 1995 года по МПК H01L21/268 

Изобретение относится к микроэлектронике и может быть использовано при изготовлении полупроводниковых приборов и интегральных схем.

Известно устройство для импульсной световой обработки полупроводников, включающее в себя блоки питания и управления, излучатель и держатель полупроводниковой пластины (патент США N 4151008, 1982).

Недостатком указанного устройства являются отсутствие непосредственного контроля температуры облучаемой пластины, низкий выход годных изделий из-за деформации пластины и ограниченные технологические возможности, связанные только с термическим воздействием излучения на полупроводниковую пластину.

Известно устройство импульсной термообработки (В. А. Лабунов и др. "Зарубежная электронная техника", 1983, N 1, с.26), включающее источник питания излучателя, задатчик длительности облучения, задатчик температуры пластины, коммутирующее устройство, датчик температуры, усилитель, рабочую камеру с излучателями и держателями полупроводниковых пластин.

Недостатками указанного устройства являются неоднородность температурного поля по пластине, большой разброс параметров приборов, приводящий к низкому выходу годных приборов, и ограниченные технологические возможности установки из-за использования при обработке пластин только теплового механизма, возникающего при облучении некогерентным светом поверхности полупроводника.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому объекту является устройство импульсной обработки полупроводниковых структур (Светличный А.М. и др. а.с. СССР N 1492398), включающее источник питания излучателя, задатчик длительности облучения, задатчик температуры пластин, коммутирующее устройство, переключатель, датчик температуры, усилитель, рабочую камеру с излучателями, электродами и держателем полупроводниковых пластин, высоковольтный источник постоянного напряжения.

Недостатком указанного устройства являются недостаточно высокий выход годных изделий из-за большого разброса параметров приборов и ограниченные функциональные возможности устройства из-за использования только импульсного нагрева полупроводниковых структур в постоянном электрическом поле.

Целью изобретения является увеличение выхода годных изделий и расширение функциональных возможностей устройства.

Цель достигается тем, что устройство, включающее источник питания излучателя, задатчик длительности облучения, задатчик температуры пластин, коммутирующее устройство, переключатель, датчик температуры. усилитель, высоковольтный источник постоянного напряжения, рабочую камеру с излучателями некогерентного излучения, электродами и держателями полупроводниковых пластин, содержит установленную над излучателями и отделенную от них кварцевой перегородкой водоохлаждаемую камеру с ультрафиолетовой лампой, соединенной через задатчик длительности с источником напряжения, и дополнительный источник питания переменного напряжения, соединенный с электродами.

Сравнение признаков заявляемого объекта с признаками прототипа позволяет выделить следующие существенные признаки: новая совокупность конструктивных элементов и узлов: дополнительная водоохлаждаемая камера с ультрафиолетовой лампой, причем камера имеет кварцевую перегородку; дополнительный источник питания переменного напряжения; задатчик длительности и источник напряжения ультрафиолетовой лампы; взаимное расположение (взаимосвязь) деталей и узлов; дополнительная водоохлаждаемая камера расположена над излучателями; ультрафиолетовая лампа соединена через задатчик длительности с источником напряжения; дополнительный источник питания переменного напряжения, соединенный с электродами.

Поскольку заявленное решение имеет существенные признаки по сравнению с прототипом, то оно отвечает критерию "новизны".

Поскольку отмеченные существенные признаки не обнаружены в известных технических решениях, то заявленное техническое решение соответствует критерию "существенные отличия".

На чертеже приведена структурная схема предлагаемого устройства.

Устройство содержит сетчатый электрод 1, пластину 2, высоковольтный источник 3 постоянного напряжения, задатчик 4 температуры, переключатель 5, коммутирующее устройство 6, излучатель 7, источник 8 питания излучателя, датчик 9 температуры, усилитель 10, задатчик 11 длительности облучения, держатель 12, рабочую камеру 13, источник 14 питания переменного напряжения, источник 15 питания ультрафиолетовой лампы, задатчик 16 длительности излучения ультрафиолетовой лампы, водоохлаждаемую камеру 17, кварцевую перегородку 18, ультрафиолетовую лампу 19.

Устройство состоит из сетчаного молибденового или платинового электрода 1, полупроводниковой пластины 2, высоковольтного источника 3 постоянного напряжения типа УИП-1, задатчика 4 температуры пластины, переключателя 5, коммутирующего устройства 8, излучателя 7 из двенадцати ламп КГ220-1500 с отражателем, источника 8 питания излучателя, датчика 9 температуры, усилителя 10 операционного типа с малым дрейфом, задатчика 11 длительности облучения, держателя 12, электрически изолированного от рабочей камеры 13, выполненной из нержавеющей стали, источника 14 питания переменного напряжения, источника 15 питания ультрафиолетовой лампы, задатчика 16 длительности излучения ультрафиолетовой лампы, водоохлаждаемой камеры 17 с кварцевой перегородкой 18 и ультрафиолетовой лампы 19 типа ДРЛ или ПРК-2М.

Устройство работает следующим образом. Устанавливается требуемое расстояние между сетчатым электродом 1 и полупроводниковой пластиной 2, подается от источников постоянного 3 и переменного 14 напряжений питание на сетчатый электрод 1. Включается источник 15 питания ультрафиолетовой лампы и с помощью задатчика 16 длительности ультрафиолетового излучения устанавливается длительность подаваемого питания на ультрафиолетовую лампу 19. Одновременно с включением ультрафиолетовой лампы 19 включаются лампы излучателя 7. Для этого импульс начала облучения поступает от задатчика температуры пластины и через переключатель 5 - в коммутирующее устройство 6, которое подключает излучатель 7 к источнику 8 питания. Излучение нагревает пластину 2, тепловое излучение которой попадает на датчик 9. Датчик 9 вырабатывает аналоговый сигнал, пропорциональный температуре полупроводниковой пластины. Сигнал усиливается в усилителе 10, преобразуется и поступает на вход задатчика 4 температуры, в котором происходит сравнение текущего и заданного значений температуры. При совпадени указанных значений задатчик 4 вырабатывает импульс прекращения облучения пластины 2 и коммутирующее устройство 6 отключает излучатель от источника 8 питания.

Предлагаемое устройство применяют для очистки полупроводниковых пластин, выращивания диэлектрических пленок, эпитаксиального наращивания пленок, отжига ионно-легированных слоев, диффузионного перераспределения примеси, улучшения качества полупроводниковых пленок, формирования контактов к p-n-переходам.

При этом применение высокотемпературного импульсного нагрева совместно с ультрафиолетовым облучением полупроводниковых структур при приложении к ним постоянного и переменного напряжений создает новый суммарный эффект, который заключается не только в расширении функциональных возможностей устройства, но и в повышении качества выполнения технологических процессов, приводящих к увеличению выхода годных изделий.

Так как ультрафиолетовое излучение как более жесткое в полупроводнике вызывает фотоионизацию носителей заряда, а в газовой среде - ионизацию частиц газа, то это может быть использовано при выполнении технологических процессов. Например, если в рабочую камеру подать кислород, то под действием ультрафиолетового излучения образуется озон, который осуществляет очистку поверхности от органических соединений. Если ультрафиолетовое облучение осуществлять при импульсном нагреве с приложением постоянного и переменного напряжений, то качество очистки возрастет вследствие появления дополнительной энергии частиц за счет увеличения температуры пластины, а также направленного ускоренного движения частиц в электрическом поле. При этом эффективность очистки возрастает благодаря получению частицами дополнительной энергии за счет переменного поля, что в итоге приводит к увеличению ионизации газа и эффективности процессов.

В твердом теле при импульсном нагреве под действием ультрафиолетового излучения происходит фотостимулированная диффузия примеси, а под действием постоянного и переменного электрических полей наблюдается ускоренная диффузия примеси.

Постоянное и переменное электрические поля в газовой фазе вызывают ускоренный массоперенос ионизированных ультрафиолетом частиц, а в полупроводнике - ускоренную фотостимулированную диффузию. По этой причине при выполнении технологических операций полупроводниковая пластина располагается на держателе рабочей стороной к сетчатому электроду, излучателям и ультрафиолетовой лампе.

Сравнительный анализ прототипа показывает преимущества предлагаемого устройства, которые заключаются в дополнительном использовании ультрафиолетового излучения и переменного электрического поля при импульсном нагреве пластин для улучшения качества технологических процессов и расширения функциональных возможностей устройства.

Применение: относится к микроэлектронике и может быть использовано при изготовлении полупроводниковых приборов и интегральных схем. Сущность: устройство содержит источник питания излучателя, задатчик температуры пластин, коммутирующее устройство, переключатель, датчик температуры, усилитель, высоковольтный источник постоянного напряжения, рабочую камеру с излучателем некогерентного излучения, электродами и держателями полупроводниковых пластин, установленную над излучателями и отделенную от них кварцевой перегородкой водоохлаждаемую камеру с ультрафиолетовой лампой, соединенной через задатчик длительности с источником напряжения, и дополнительный источнмк питания переменного напряжения, соединенный с электродами. 1 ил.

УСТРОЙСТВО ИМПУЛЬСНОЙ ОБРАБОТКИ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ПЛАСТИН, включающее источник питания излучателя, задатчик длительности облучения, задатчик температуры пластин, коммутирующее устройство, переключатель, датчик температуры, усилитель, высоковольтный источник постоянного напряжения, рабочую камеру с излучателями некогерентного излучения, электродами и держателями полупроводниковых пластин, отличающееся тем, что, с целью увеличения выхода годных изделий и расширения функциональных возможностей, оно дополнительно содержит установленную над излучателями и отделенную от них кварцевой перегородкой водоохлаждаемую камеру с ультрафиолетовой лампой, соединенной через задатчик длительности с источником напряжения, и дополнительный источник питания переменного напряжения, соединенный с электродами.