Reactor de horno semiconductor

Los reactores de horno de semiconductores son equipos centrales en los procesos de fabricación de semiconductores y se utilizan principalmente para procesos críticos como oxidación térmica, difusión, recocido y deposición química de vapor. Un sistema de horno típico (horno de difusión horizontal/vertical) comprende principalmente los siguientes componentes principales: un sistema de calefacción, un sistema de control de temperatura, un sistema de transporte, un sistema de control de flujo de gas (MFC) y un sistema de escape de gases residuales.

Desde una perspectiva arquitectónica general, los hornos de alta temperatura se dividen en tipos horizontales y verticales, determinados por la posición del tubo de cuarzo y los componentes de calentamiento dentro del sistema. Un horno de alta temperatura generalmente incluye cinco componentes básicos: un sistema de control, un tubo de horno de proceso, un sistema de suministro de gas, un sistema de escape de gas y un sistema de carga. El sistema de control consta de un ordenador conectado a varios microcontroladores, responsables del control preciso de todo el proceso.

En cuanto a la selección de materiales, los materiales de los tubos del horno incluyen principalmentecuarzo(alta temperatura y resistente a la corrosión),alúmina (Al₂O₃), carburo de silicio (SiC), o aleaciones metálicas (como Inconel). Los elementos calefactores del sistema de calefacción suelen utilizar cables de resistencia (como Kanthal, MoSi₂), varillas de carburo de silicio (SiC) o calentadores de infrarrojos. La zona de calentamiento se puede diseñar como una zona de temperatura única o zonas de temperatura múltiple para lograr un control de temperatura preciso. El sistema de control de temperatura utiliza termopares (tipo K, tipo S) para monitorear la temperatura en tiempo real, logrando una precisión de control de temperatura de ±1 ℃ a través de un controlador PID, o utiliza un control de temperatura programable por PLC.

Rango de parámetros del proceso y materiales aplicables

Rango de parámetros de temperatura: El rango de temperatura varía según el proceso. El rango de temperatura de proceso del calentador estándar es de 300-1100 ℃ y el del horno de baja temperatura es de 250-500 ℃. Las temperaturas de proceso típicas son de 400 a 1100 ℃, con procesos de oxidación y difusión típicamente a 800-1100 ℃, procesos LPCVD a 500-800 ℃ y procesos de recocido a 400-500 ℃.

En el crecimiento epitaxial, las obleas de silicio se calientan en un horno epitaxial a aproximadamente 1200°C. Se añaden al horno tetracloruro de silicio (SiCl₄) y triclorosilano (SiHCl₃) vaporizados para inducir el crecimiento epitaxial en la superficie de la oblea.

El proceso de oxidación térmica más utilizado implica un procedimiento realizado a altas temperaturas de 800 a 1200 °C para formar una capa delgada y uniforme de dióxido de silicio. La oxidación térmica puede ser húmeda o seca, dependiendo de los gases utilizados para la reacción de oxidación.

Sistemas de materiales aplicables: los procesos de tubos de horno son adecuados para una variedad de materiales semiconductores, incluidos silicio (Si), silicio germanio (SiGe) y cuarzo. En los procesos SiGe, el método CVD es el proceso principal. Al calentar el sustrato de silicio e introducir una mezcla de gases SiH₄ y GeH₄, la capa de silicio germanio se descompone y se deposita a altas temperaturas (500-800°C), lo que requiere un control preciso de la concentración de dopaje de germanio y el espesor de la capa epitaxial.

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