Reattore del forno a semiconduttore

I reattori per forni a semiconduttore sono apparecchiature fondamentali nei processi di produzione di semiconduttori, utilizzati principalmente per processi critici come l'ossidazione termica, la diffusione, la ricottura e la deposizione di vapori chimici. Un tipico sistema di forno (forno a diffusione orizzontale/verticale) comprende principalmente i seguenti componenti principali: un sistema di riscaldamento, un sistema di controllo della temperatura, un sistema di trasporto, un sistema di controllo del flusso di gas (MFC) e un sistema di scarico dei gas di scarico.

Da un punto di vista architettonico generale, i forni ad alta temperatura sono suddivisi in tipi orizzontali e verticali, determinati dalla posizione del tubo di quarzo e dei componenti di riscaldamento all'interno del sistema. Un forno ad alta temperatura comprende generalmente cinque componenti di base: un sistema di controllo, un tubo del forno di processo, un sistema di erogazione del gas, un sistema di scarico del gas e un sistema di caricamento. Il sistema di controllo è costituito da un computer collegato a diversi microcontrollori, responsabili del controllo preciso dell'intero processo.

Per quanto riguarda la selezione dei materiali, i materiali dei tubi del forno includono principalmentequarzo(resistente alle alte temperature e alla corrosione),allumina (Al₂O₃), carburo di silicio (SiC), o leghe metalliche (come Inconel). Gli elementi riscaldanti del sistema di riscaldamento utilizzano generalmente fili di resistenza (come Kanthal, MoSi₂), barre di carburo di silicio (SiC) o riscaldatori a infrarossi. La zona di riscaldamento può essere progettata come zona a temperatura singola o zone a temperatura multipla per ottenere un controllo preciso della temperatura. Il sistema di controllo della temperatura utilizza termocoppie (tipo K, tipo S) per monitorare la temperatura in tempo reale, ottenendo una precisione di controllo della temperatura di ±1℃ tramite un controller PID o utilizza il controllo della temperatura programmabile tramite PLC.

Gamma dei parametri di processo e materiali applicabili

Intervallo dei parametri di temperatura: l'intervallo di temperatura varia a seconda del processo. L'intervallo di temperatura di processo del riscaldatore standard è 300-1100 ℃, mentre quello del forno a bassa temperatura è 250-500 ℃. Le temperature di processo tipiche sono 400-1100℃, con processi di ossidazione e diffusione tipicamente a 800-1100℃, processi LPCVD a 500-800℃ e processi di ricottura a 400-500℃.

Nella crescita epitassiale, i wafer di silicio vengono riscaldati in un forno epitassiale a circa 1200°C. Tetracloruro di silicio vaporizzato (SiCl₄) e triclorosilano (SiHCl₃) vengono aggiunti al forno per indurre la crescita epitassiale sulla superficie del wafer.

Il processo di ossidazione termica più utilizzato prevede una procedura eseguita ad alte temperature di 800-1200°C per formare uno strato sottile e uniforme di biossido di silicio. L'ossidazione termica può essere umida o secca, a seconda dei gas utilizzati per la reazione di ossidazione.

Sistemi di materiali applicabili: i processi dei tubi del forno sono adatti per una varietà di materiali semiconduttori, tra cui silicio (Si), silicio germanio (SiGe) e quarzo. Nei processi SiGe, il metodo CVD è il processo principale. Riscaldando il substrato di silicio e introducendo una miscela di gas SiH₄ e GeH₄, lo strato di silicio-germanio si decompone e si deposita ad alte temperature (500-800°C), richiedendo un controllo preciso della concentrazione di drogaggio di germanio e dello spessore dello strato epitassiale.

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