CS268072B1

CS268072B1 - Flat plate annealing furnace

Info

Publication number: CS268072B1
Application number: CS867623A
Authority: CS
Inventors: Milos Ing Rothbauer; Zdenek Rndr Tomiak; Josef Prof Ing Drsc Rada
Original assignee: Rothbauer Milos; Zdenek Rndr Tomiak; Rada Josef
Priority date: 1986-10-22
Filing date: 1986-10-22
Publication date: 1990-03-14
Also published as: CS762386A1

Abstract

Sestává z vytápěné vyhřívací desky, která je spojena s krycí deskou v pevnou soustavu, otočně podle vodorovné osy uloženou v čepech. Ve spoji mezi vyhřívací a krycí deskou je vytvořena Štěrbina, před níž je uložena chladicí deska. Na chladicí desku se položí polovodičová deska, která se po naklopení pece zasune do štěrbiny. Zpětným naklopením se pec uvede do vodorovné polohy. Po ohřevu se pec naklopí tak, aby polovodičová deska vyjela na chladicí desku. Plochá pec má uplatnění v mikroelektronice, zejména při vytváření ohmických kontaktů na polovodičových deskách z polovodičových materiálů, popřípadě i jiných, např. z keramických materiálů.It consists of a heated heating plate, which is connected to a cover plate in a fixed system, rotatable along a horizontal axis mounted in pins. A slot is created in the connection between the heating and cover plates, in front of which a cooling plate is mounted. A semiconductor plate is placed on the cooling plate, which is inserted into the slot after tilting the furnace. By tilting it back, the furnace is brought into a horizontal position. After heating, the furnace is tilted so that the semiconductor plate moves onto the cooling plate. A flat furnace is used in microelectronics, especially in creating ohmic contacts on semiconductor plates made of semiconductor materials, or other materials, e.g. ceramic materials.

Description

i Vynález se týká ploché pece pro žíhání desek, zejména z polovodičových materiálů, 'i a vytváření ohmických kontaktů na polovodičových materiálech skupinyThe invention relates to a flat furnace for annealing plates, in particular of semiconductor materials, and to the formation of ohmic contacts on semiconductor materials of the group

Běžně jsou známy průmyslové odporové pece s křemennou trubicí, proplachovanou vhodnou ochrannou atmosférou. Do zóny pece se polovodičové desky zasouvají v křemenném držáku a po stanovené době se ze zóny vytáhnou a nechají zchladnout. Ohřev desek se děje sáláním tepla z tělesa pece a jeho absorpcí, částečně i přenosem tepla plynem ochranné atmosféry. Základním nedostatkem je malá rychlost ohřevu desek, dále nehomogenní ohřev po ploše desky a pomalé chlazení. To způsobuje, že kontaktní odpor kovových vrstev na polovodičové desce je příliš vysoký, kontakty po ploše desky Jsou nehomogenní a důsledkem je potom nízká reprodukovatelnost a výtěžnost při výrobě součástek. Výhodnějším způsobem se polovodičové desky ohřívají, za účelem žíhání kovových vrstev na nich nanesených nebo slévání ohmických kontaktů, na ploché peci (hot-plate). Je známa plochá pec sestávající z plochého elementu s průměrem asi 200 mm, který je vytápěn tekutým draslíkem. Dosahovaná přesnost rozložení teploty na ploše s průměrem asi 100 mm může být í 2°C s přesností regulace teploty i 1 °C v rozsahu 550 až 500 °C. Nevýhodou této ploché pece je velká tepelná setrvačnost celého systému s tekutým draslíkem, vysoká cena zařízení, rizikový provoz s tekutým proudícím kovem. Nevýhodou všech podobných dosud užívaných plochých pecí, třeba i a jinými vyhřívacími soustavami, je volně proudící ochranná atmosféra nad vyhřívanou polovodičovou deskou. Volně proudící atmosféra působí těžko definovatelné ochlazování povrchu desky, a tím povrchové teplotní gradienty, přestože regulace teploty ploché pece je přesná. Při výrobním provozu není možné chlazení pece mezi žíháním jednotlivých desek. To znamená udržovat teplotu pece konstantní a manipulovat s horkými deskami. Tato manipulace způsobí další náhodné změny v průběhu teplotního cyklu v polovodičové desce a zkomplikuje možnosti automatizace. Navíc manipulace s horkými deskami snižuje bezpečnost provozu. .Industrial resistance furnaces with a quartz tube purged with a suitable protective atmosphere are commonly known. The semiconductor plates are inserted into the furnace zone in a quartz holder and, after a set time, are removed from the zone and allowed to cool. The heating of the plates takes place by radiating heat from the furnace body and its absorption, partly also by heat transfer by the gas of the protective atmosphere. The basic disadvantage is the low heating speed of the boards, as well as inhomogeneous heating over the surface of the board and slow cooling. This causes the contact resistance of the metal layers on the semiconductor board to be too high, the contacts over the board surface are inhomogeneous, and the result is low reproducibility and yield in component production. More preferably, the semiconductor plates are heated, in order to anneal the metal layers deposited thereon or to cast the ohmic contacts, on a hot-plate. A flat furnace is known consisting of a flat element with a diameter of about 200 mm, which is heated by liquid potassium. The achieved accuracy of temperature distribution on an area with a diameter of about 100 mm can be 2 ° C with a temperature control accuracy of 1 ° C in the range of 550 to 500 ° C. The disadvantage of this flat furnace is the high thermal inertia of the whole system with liquid potassium, the high cost of the equipment, the risky operation with liquid flowing metal. The disadvantage of all similar flat furnaces used so far, for example with other heating systems, is the free-flowing protective atmosphere above the heated semiconductor plate. The free-flowing atmosphere causes the surface of the plate to be difficult to define, and thus the surface temperature gradients, although the temperature control of the flat furnace is precise. During production operation, it is not possible to cool the furnace between annealing individual plates. This means keeping the oven temperature constant and handling hot plates. This manipulation causes further random changes during the temperature cycle in the semiconductor board and complicates the automation options. In addition, handling hot plates reduces operational safety. .

Účelem vynálezu je odstranit uvedené nevýhody. Podle podstaty vynálezu se toho dosahuje tím, že plochá pec pro žíhání desek obsahuje krycí desku, která je spojena s vyhřívací deskou v pevnou soustavu, otočně podle vodorovné osy uloženou v čepech. Ve spoji mezi vyhřívací a krycí deskou je vytvořena štěrbina, před kterou je umístěna chladicí deska. S výhodou jsou ve vyhřívací desce a/nebo krycí desce vytvořeny kanály pro ohřev pracovního plynu.The purpose of the invention is to obviate said disadvantages. According to the invention, this is achieved in that the flat plate annealing furnace comprises a cover plate which is connected to the heating plate in a fixed system, rotatably along a horizontal axis mounted in the pins. A slot is formed in the connection between the heating plate and the cover plate, in front of which a cooling plate is placed. Preferably, channels for heating the working gas are formed in the heating plate and / or the cover plate.

Plochá pec podle vynálezu zajišťuje velkou rychlost ohřevu i chlazení polovodičové desky, čímž je splněn základní požadavek na dosažení nízkého kontaktního odporu kovové vrstvy na polovodičové desce. Homogenní rozložení teploty v celé štěrbině pece a nespor- ně větší tepelná kapacita pece než polovodičové desky zaručují rychlé a rovnoměrné prohřátí polovodičové desky, a tím i malý rozptyl vlastností součástek na jejím povrchu. Naklápění ploché pece umožňuje velmi rychlé, jednoduché, bezpečné a spolehlivé zasunu- ti a vyjmutí desky ze štěrbiny. Slévání a žíhání na ploché peci .zlepšuje kvalitu ohmických kontaktů, zvyšuje reprodukovatelnost a výtěžnost výroby, je lacinější a mnohem méně energeticky náročné.The flat furnace according to the invention ensures a high heating and cooling rate of the semiconductor board, whereby the basic requirement for achieving a low contact resistance of the metal layer on the semiconductor board is met. The homogeneous temperature distribution in the entire furnace gap and the undeniably larger heat capacity of the furnace than the semiconductor boards guarantee fast and even heating of the semiconductor board, and thus a small dispersion of the properties of the components on its surface. The tilting of the flat furnace allows very fast, simple, safe and reliable insertion and removal of the plate from the slot. Casting and annealing in a flat furnace improves the quality of ohmic contacts, increases reproducibility and production yield, is cheaper and much less energy-intensive.

Příklad provedení vynálezu je schematicky znázorněn na připojeném výkrese, kde na obr. 1 je plochá pec v bočním pohledu a na obr. 2 je příčný řez plochou pecí.An exemplary embodiment of the invention is schematically shown in the accompanying drawing, in which Fig. 1 is a side view of a flat furnace and Fig. 2 is a cross-section of a flat furnace.

Plochá pec na obr. 1 a obr. 2 sestává z vyhřívací desky 2 s topným tělesem 1. a z krycí desky 2« Obě desky 2 a 5 Jsou spojeny v pevnou soustavu, která je otočně podle vodorovné osy uložena v čepech 6 na podstavci 7. Ve spoji mezi vyhřívací a krycí deskou 2 a 5 Je vytvořena štěrbina 4, která umožňuje zasunutí polovodičové desky do pracovní polohy. Před štěrbinou 4 je ve stejné rovině umístěna chladicí deska 8. Plnicí otvor 2 spojuje štěrbinu 4 s vnějším prostředím pece. K zasunutí termočlánku pro měření teploty uvnitř štěrbiny 4 slouží otvor 2» procházející čepem 6. Kanály pro ohřev pracovního plynu vytvořené ve vyhřívací a/nebo krycí desce nejsou na výkrese znázorněny.The flat furnace in Fig. 1 and Fig. 2 consists of a heating plate 2 with a heating element 1 and a cover plate 2. The two plates 2 and 5 are connected in a fixed system which is rotatably mounted in pins 6 on a base 7 along a horizontal axis. In the connection between the heating plate and the cover plate 2 and 5, a slot 4 is formed, which allows the semiconductor plate to be inserted into the working position. In front of the slot 4, a cooling plate 8 is placed in the same plane. The filling opening 2 connects the slot 4 to the external environment of the furnace. An insertion 2 passing through the pin 6 serves to insert the thermocouple for measuring the temperature inside the slot 4. The channels for heating the working gas formed in the heating and / or cover plate are not shown in the drawing.

Plochá pec se umístí v laboratorním boxu,- který Je naplněn ochrannou atmosférou pra-The flat oven is placed in a laboratory box, - which is filled with a protective atmosphere

- 2 - CS 268 072 B1 covního plynu, kterou může být například směs dusíku a vodíku. Zapnutím topného tělesa £ se pec vyhřeje na požadovanou teplotu 400 °C, která se změří termočlánkem, zasunutým v otvoru 2· Teplota v peci se stabilizuje. Potom se na chladicí desku 8 položí polovodičová deska, štěrbina 4 pece se přes plnicí otvor 2 propláchne pracovním plynem a naklopením pece v čepech 6 se deska zasune do štěrbiny 4. Při žíhání již pracovní plyn neproudí nebo po průchodu kanály v krycí nebo vyhřívací desce 2, 2 ohřátý pomalu protéká štěrbinou 4, ale neovlivňuje v ní rovnoměrné rozložení teploty. Zpětným naklopením se pec uvede do vodorovné polohy. Rychlost ohřevu polovodičové desky na požadovanou teplotu žíhání nebo slévání kontaktů je minimálně 150 °C/s. Po uplynutí požadované doby se pec naklopí v čepech 6 tak, aby polovodičová deska vyjela ze štěrbiny 4 na chladicí desku 8 a tam se rychle ochladí. Rychlost a doba chlazení odpovídá rychlosti a době ohřevu. Po ochlazení se deska sejme z chladicí desky 8.- 2 - EN 268 072 B1 gas, which may be, for example, a mixture of nitrogen and hydrogen. By switching on the heating element £, the furnace is heated to the desired temperature of 400 ° C, which is measured by a thermocouple inserted in the opening 2. The temperature in the furnace is stabilized. Then a semiconductor plate is placed on the cooling plate 8, the slot 4 of the furnace is flushed with working gas through the filling opening 2 and by tilting the furnace in pins 6 the plate is inserted into slot 4. During annealing no working gas flows or after passing through channels in cover or heating plate 2. , 2 heated slowly flows through the slit 4, but does not affect the uniform temperature distribution therein. By tilting back, the furnace is brought to a horizontal position. The heating rate of the semiconductor board to the required annealing or casting temperature of the contacts is at least 150 ° C / s. After the required time has elapsed, the furnace is tilted in the pins 6 so that the semiconductor plate extends from the slot 4 onto the cooling plate 8 and cools there quickly. The cooling rate and time correspond to the heating rate and time. After cooling, the plate is removed from the cooling plate 8.

Plochá pec podle vynálezu má uplatnění v mikroelektronice, zejména při vytváření 'ohmických kontaktů na deskách z polovodičových materiálů skupiny A^^B^ jako je arsenid galia GaAs, žíhání kcvových vrstev pro Schottkyho diody a ohmické kontakty. Také i při žíhání vrstev pro úpravu jejich vlastností na polovodičových deskách nebo i z jiných materiálů, například keramických.The flat furnace according to the invention has applications in microelectronics, in particular in the formation of ohmic contacts on plates of semiconductor materials of group A ^^ B ^ such as gallium arsenide GaAs, annealing of metal layers for Schottky diodes and ohmic contacts. Also when annealing layers to modify their properties on semiconductor boards or from other materials, such as ceramic.

Claims

OBJECT OF THE INVENTION

Flat furnace for annealing plates, in particular of semiconductor material, with a heated heating plate, characterized in that it comprises a cover plate (3) which is connected to the heating plate (2) in a fixed system, rotatably along a horizontal axis mounted in pins (6), wherein in the joint between the heating plate (2). and a cover (4) is formed by the cover plate (3), in front of which a cooling plate (8) is placed.

2. A flat furnace according to claim 1, characterized in that ducts for heating the working gas are formed in the heating plate (2) and / or the cover plate (3).