半導(dǎo)體外延爐溫度精度通常要求在±1℃之內(nèi),一部分高端數(shù)控機(jī)床或特定加工工藝下能做到±0.5℃/200mm得更加高精密。以下屬于對(duì)半導(dǎo)體外延爐環(huán)境溫度精度的詳細(xì)描述:
一、典型性環(huán)境溫度精度范疇
基本精密度:大部分半導(dǎo)體外延爐溫度精度設(shè)計(jì)成±1℃,這一精密度可以滿足大部分半導(dǎo)體器件外延生長(zhǎng)的需要,如硅基、GaAs等材料的外延性加工工藝。
精密度:在一些高端數(shù)控機(jī)床或特定加工工藝下,如氮化硅(SiC)外延性爐或大規(guī)格氫化物液相外延性(HVPE)設(shè)備上,環(huán)境溫度精度可提升到±0.5℃/200mm。這類高精密操縱針對(duì)生長(zhǎng)發(fā)育高品質(zhì)、均勻度要求極高的外延層尤為重要。
二、危害環(huán)境溫度精度的影響因素
機(jī)械設(shè)備設(shè)計(jì):半導(dǎo)體外延爐的設(shè)計(jì)原理,如控溫區(qū)劃、加熱方法、保溫措施等,直接關(guān)系溫控的精度。比如,選用多一點(diǎn)溫度測(cè)量、按段加熱設(shè)計(jì)方案可以更加有效地控制爐膛內(nèi)溫度分布。
傳感器精度:溫度感應(yīng)器的精度和布置方式對(duì)溫度精度有直接影響。高性能的溫度感應(yīng)器可以更有效地體現(xiàn)爐膛內(nèi)具體環(huán)境溫度,為自動(dòng)控制系統(tǒng)提供可靠的數(shù)據(jù)支撐。
自動(dòng)控制系統(tǒng)優(yōu)化算法:溫度控制系統(tǒng),如PID優(yōu)化算法、控制器設(shè)計(jì)優(yōu)化算法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型等,可以更快、清晰地調(diào)溫度,提升精度。
環(huán)境要素:工作溫度轉(zhuǎn)變、爐墻排熱、氣體壓力起伏等外在因素也有可能對(duì)溫度精度造成影響。因而,在實(shí)際工作中必須采取相應(yīng)的措施來(lái)減少這種條件的限制。
三、高精密溫控的應(yīng)用案例
氮化硅外延性爐:碳化硅材料具備高鍵能、高熔點(diǎn)等優(yōu)點(diǎn),其外延生長(zhǎng)需要更高的溫度與更的溫控。一部分氮化硅外延性爐的環(huán)境溫度精度達(dá)到±1℃,甚至更多,以適應(yīng)生長(zhǎng)發(fā)育高品質(zhì)氮化硅外延層的需要。
大規(guī)格氫化物液相外延性(HVPE)機(jī)器設(shè)備:這類設(shè)備用以生長(zhǎng)發(fā)育大規(guī)格、高質(zhì)量氮化鎵(GaN)等化合物半導(dǎo)體材料。其溫控范疇一般為50~1100℃,環(huán)境溫度非均勻性<±2℃,部分設(shè)備甚至能達(dá)到±0.5℃/200mm的精度,以保證長(zhǎng)期平穩(wěn)生長(zhǎng)發(fā)育高質(zhì)量外延層。