Панфилов Ю.В. и др. - Оборудование производства интегральных микросхем и промышленные роботы (1053470), страница 11

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 11)

Тетрахлорид кремния и водород подаются в зону реакции в виде парогазовой смеси (ПГС), в которой водород выполняет роль газа-носителя и участвует в реакции в качестве восстановителя. Качество эпитаксиальных слоев (совершенство кристаллической структуры, электрофизические параметры) зависят от точности поддержания температуры, состава ПГС и стабильности смеси по сечению потока и во времени. Для эпитаксии обычно применяют трехкомпонентные ПГС, содержащие газ-носитель Нь соединения полупро- 54 водника ЯС!4 и легирующие добавки НВгм РС!з для получения требуемого типа проводимости. Эпитаксиальный процесс предъявляет весьма высокие требования к используемому оборудованию.

В установках для эпитаксии погрешность температуры в зоне реакции не должна превышать .+5'С, необходимо обеспечить стабильную во времени подачу в газ-носитель микродоз реагента с расходом (15 ... 30) 10 з кг/с и погрешностью дозирования ~5%. Следует также обеспечить надежную работу всех узлов установок, контактирующих с высокоагрессивными и токсичными средами при удовлетворении требований безопасности эксплуатации оборудования. Основные системы современных эпитаксиальных установок компонуются в виде отдельных, функционально законченных блоков- шкафов с реакционными камерами, узлами нагрева подложек и механизмами их подъема, газораспределительной системой, системой управления. В комплект установки также входят скруббер (устройство для сжигания отходящих газов) и диффузионный очиститель водорода. Так как подготовительное время эпитаксиальпых процессов равно рабочему (около 1,5 — 2 ч), промышленные установки обычно имеют два последовательно работающих реактора: в то время как в одном из них идет процесс, на другом проводятся подготовительно-заключительные операции.

Это позволяет максимально полно использовать большинство узлов установки: ВЧ-генератор, установку диффузионной очистки водорода, элементы газовой системы и ряд других. Промышленная установка УНЭС-2П-В позволяет последовательно проводить три технологические операции: травление подложек хлористым водородом, наращивание эпитаксиальных слоев методом восстановления тетрахлорида кремния, осаждение пленок диоксида кремния.

Цикл работы установки включает следующие этапы. После очистки реактора, заправки дозаторов хлоридами и подсоединения их к газовой системе проводится загрузка подложек, герметизация реактора, проверка его герметичности. Далее следует продувка реактора азотом и водородом, нагрев и выдержка пластин в водороде для удаления оксидов с поверхности подложек и газовое травление подложек с последующей продувкой реактора водородом. Основной технологической операцией является наращивание эпитакснальных слоев кремния, которое проводится при температуре 1100 ...

1300 'С. После завершения этой операции производится отключение доваторов ПГС и продувка реактора водородом для удаления остатков реагентов. В ряде случаев на эпитаксиальный слой наносится оксидная пленка ЯОа. Для этого в реактор подается углекислый газ, который взаимодействует с тетрахлоридом с образованием диоксида кремния. По окончании оксидирования производится продувка реактора водородом.

Заключительными операциями цикла являются охлаждение зз кв ~ к» кв тн о о о О оо о о о о о о о о оо оо кг' кз' В5 ВЬ ДР РВ РВ Р7 Р4 Р5 Рг Рг Рз В4 б КР7 7 В г з крв аг вг РДб РД5 Рдг Рз н н акг ак~ КР5 Крб кр~ крг крз крб иг и, Точка Марло А расы -4а'с иг лг кы сот Точка Точка росы росы -та С -«а с Рис. 4.6. Система газораспределения эпитаксиальной установки подложек в потоке водорода при плавном снижении мощности нагревателя и выгрузка пластин, которой предшествует прекращение подачи водорода, продувка реактора азотом и его разгерметизация. Система газораспределения эпитаксиальной установки (рис. 4.6) предназначена для подготовки и подачи в реактор ПГС, водорода и других газов, необходимых для проведения как основных, так и вспомогательных операций.

В газовых каналах установлены: ручные запорные краны Кр, вентили В, фильтры Ф, обратные клапаны ОК, регуляторы давления РД, понижающие давление газа от 100 ... 250 до 5 ... ... 40 кПа, ротаметры Р для контроля расхода газов, доваторы нспарительного типа И, клапаны К с электромагнитным управлением, скруббер С, дроссель Др, реакторы 1 и 11.

66 На вход газовой системы подаются 6 технологических газов, распределяемых на 9 технологических каналов. Каналы 1 ... 3 подают чистый водород '[точка росы 203 К ( — 70'С)1 и его смеси с парами тетрахлор~ида кремния (И1) и легирующей примеси (И2). Каналы 4, 5 — соответственно обеэвоженный хлористый водород для травления подложек н углекислый газ для нанесения диоксида кремния. Каналы 6, 7 подают азот для продувки реакторов и проверки их на герметичность, канал 8 — водород [точка росы 233 К ( — 40 ' С)1 для продувки реакторов, канал 9 подает технический водород марки А (ГОСТ 3022 — 70) в свечу скруббера.

Каналы 1 ... 5 являются основными, формирующими ПГС, а каналы 6 ... 9 — вспомогательными. Основные каналы включают ротаметры Р1 — Р5 и клапаны К1 ... К5, К9... К13, а также К2' и КЗ' и обеспечивают проведение основных операций технологического цикла в автоматизированном режиме. Клапаны К1 ... К5 объединены общим коллектором, в котором формируется ПГС, подаваемая затем по каналу 10 в реакторы. Для настроики каждого основного канала на заданный расход реагента параллельно основным клапанам установлены клапаны К9...

К13, объединенные каналом 11 для отвода реагентов в скруббер С. Для уменьшения длины трубопроводов и упрощения монтажа и обслуживания газовой системы клапаны К1 ... К5, К9 ... К13 объединены в блок клапанов У2, выполняющий функцию подготовки ПГС. Готовая ПГС поступает в другой блок клапанов УЗ, в котором она распределяется по реакторам 1 и 11. Последовательное подключение каждого из реакторов производится клапанами К! и К11. Клапаны Кб и К14, установленные в линии продувки азотом, являются нормально открытыми, т. е.

открытыми при отсутствии напряжения на их электромагнитах. При аварийном отключении питания установки эти клапаны обеспечивают продувку реакторов, заполненных ПГС. Основные операции технологического цикла выполняются в автоматическом режиме по заданной программе. Для этого в газовой системе используются д~вухпозиционные клапаны с электромагнитными или пневматическими приводами.

Последовательность срабатывания клапанов задается системой логико-программного управления. Реактор. По форме и расположению реакционных зон и подложкодержателей реакторы эпитаксиальных установок могут быть горизонтальными, колпаковыми и вертикальными. Наиболее широко применяются вертикальные реакторы, которые имеют наибольшую вместимость и вместе с тем обеспечивают наиболее симметричное распределение температурных и газовых полей. В таких реакторах ПГС может подаваться вдоль оси вращающегося многоярусного подложкодержателя или перпендикулярно ей.

В последнем случае применяются коллекторы для подачи и отвода смеси из реакционной зоны. 67 Реакторы обычно изготавливают из хромоникелевой стали или кварца, для уплотнения используют материал фторопласт-4. Подложкодержатели эпитаксиальных установок должны воспринимать подводимую энергию и передавать ее подложкам для их разогрева до заданной температуры. Важно предотвратить загрязнение подложек н растущего слоя при высоких температурах, поэтому подложкодержатели выполняют из химически стойких и малогазящих при нагреве материалов, таких как графит и стекло- графит. В случае использования графита его изолируют от подложек: помещают в чехол из кварца или подвергают карбидизацин, для чего покрывают слоем кремния и проводят термообработку при температуре 1450 С до образования слоя карбида кремния.

Узлы нагрева подложек. Наиболее широко для нагрева подложек в современных эпитаксиальных установках используются ВЧ- индукторы, которые воздействуют на графитовый подложкодержатель„выполняющий функции тепловоспринимающего блока. ВЧ-нагрев обеспечивает стерильность процесса, изоляцию нагревателя от камеры, простоту ее охлаждения, поэтому стенки кварцевой камеры остаются холодными и не зарастают продуктами реакции. Узлы нагрева с ВЧ-индуктором имеют малую инерционность, достаточную равномерность нагрева подложек, пригодны для встраивания в автоматические системы регулирования температуры.

К недостаткам ВЧ-нагрева можно отнести низкий КПД, сложность обслуживания, необходимость применения массивных тепловоспринимающих подложкодержателей. Для повышения экономичности ВЧ-нагрева индуктор размещают внутри реакционной камеры. В этом случае кварцевый корпус реактора может быть заменен более долговечным н дешевым корпусом из нержавеющей стали, который к тому же снижает радиопомехи и потери на излучение.

Для разогрева подложек в эпитаксиальных установках могут такгке применяться резистивный нагрев и ИК-нагрев кварцевыми галогенными лампами. Все три вида нагрева по удельным затратам мощности примерно одинаковы, однако ВЧ и ИК нагревательные системы менее инерционны, чем резистивные. В промышленных эпитаксиальных установках используются реакторы с различными сочетаниями рассмотренных функциональных узлов. В установке УНЭС-2П-В использован реактор вертикального типа (рис.

Характеристики

Список файлов книги