Reator de forno semicondutor

Os reatores de forno semicondutor são equipamentos essenciais nos processos de fabricação de semicondutores, usados ​​principalmente para processos críticos, como oxidação térmica, difusão, recozimento e deposição química de vapor. Um sistema de forno típico (forno de difusão horizontal/vertical) compreende principalmente os seguintes componentes principais: um sistema de aquecimento, um sistema de controle de temperatura, um sistema de transporte, um sistema de controle de fluxo de gás (MFC) e um sistema de exaustão de gases residuais.

Do ponto de vista arquitetônico geral, os fornos de alta temperatura são divididos em tipos horizontais e verticais, determinados pela posição do tubo de quartzo e dos componentes de aquecimento dentro do sistema. Um forno de alta temperatura geralmente inclui cinco componentes básicos: um sistema de controle, um tubo do forno de processo, um sistema de fornecimento de gás, um sistema de exaustão de gás e um sistema de carregamento. O sistema de controle consiste em um computador conectado a diversos microcontroladores, responsáveis ​​pelo controle preciso de todo o processo.

Em relação à seleção de materiais, os materiais dos tubos do forno incluem principalmentequartzo(alta temperatura e resistente à corrosão),alumina (Al₂O₃), carboneto de silício (SiC), ou ligas metálicas (como Inconel). Os elementos de aquecimento do sistema de aquecimento normalmente usam fios de resistência (como Kanthal, MoSi₂), hastes de carboneto de silício (SiC) ou aquecedores infravermelhos. A zona de aquecimento pode ser projetada como uma zona de temperatura única ou zonas de temperatura múltipla para obter um controle preciso da temperatura. O sistema de controle de temperatura usa termopares (tipo K, tipo S) para monitorar a temperatura em tempo real, alcançando uma precisão de controle de temperatura de ± 1 ℃ por meio de um controlador PID ou usa controle de temperatura programável por PLC.

Faixa de parâmetros do processo e materiais aplicáveis

Faixa de parâmetros de temperatura: A faixa de temperatura varia dependendo do processo. A faixa de temperatura do processo do aquecedor padrão é de 300-1100°C, e a do forno de baixa temperatura é de 250-500°C. As temperaturas típicas do processo são 400-1100°C, com processos de oxidação e difusão normalmente entre 800-1100°C, processos LPCVD entre 500-800°C e processos de recozimento entre 400-500°C.

No crescimento epitaxial, os wafers de silício são aquecidos em um forno epitaxial a aproximadamente 1200°C. Tetracloreto de silício vaporizado (SiCl₄) e triclorossilano (SiHCl₃) são adicionados ao forno para induzir o crescimento epitaxial na superfície do wafer.

O processo de oxidação térmica mais amplamente utilizado envolve um procedimento realizado a altas temperaturas de 800-1200°C para formar uma camada fina e uniforme de dióxido de silício. A oxidação térmica pode ser úmida ou seca, dependendo dos gases utilizados para a reação de oxidação.

Sistemas de materiais aplicáveis: Os processos de tubo de forno são adequados para uma variedade de materiais semicondutores, incluindo silício (Si), silício germânio (SiGe) e quartzo. Nos processos SiGe, o método CVD é o processo principal. Ao aquecer o substrato de silício e introduzir uma mistura de gases SiH₄ e GeH₄, a camada de silício-germânio decompõe-se e deposita-se a altas temperaturas (500-800°C), exigindo um controlo preciso da concentração de dopagem de germânio e da espessura da camada epitaxial.

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