Панфилов Ю.В. и др. - Оборудование производства интегральных микросхем и промышленные роботы (1053470), страница 12
Текст из файла (страница 12)
4.7), выполненный из кварцевой трубы 7. Соосно расположенная труба 8 из оргстекла образует водяную рубашку для охлаждения стенок реактора и предотвращает осаждение на них продуктов реакции. Торцы обеих труб через уплотнения 2, 3, 12 и мембрану 14 из резины ИРП-1225 состыкованы с фланцами 6 и 13. Водоохлаждаемый ВЧ-индуктор 9совместно с реактором закреплен на кронштейне 4, связанном с гидроприводом подъема реактора.
Реактор прижимается к основанию 1 винтовым зажимом 58 Рис. 4.7. Реактор установки УНЭС-2П-В 19 через резиновые прокладки 15. Подложкодержатель выполнен в виде многогранной графнтовой пирамиды 10, закрепленной через кварцевую подставку 11 на вращающемся валу 16, проходящем через уплотнение 17. Грани пирамиды наклонены под углом 5... ...7 к ее вертикальной оси и покрыты слоем карбида кремния.
ПГС подается через верхний, а удаляется через нижний фланцы реактора. Контроль температуры нагрева подложек проводится с помощью пирометра 5, установленного над кварцевым окном в верхнем фланце реактора. Реактор размещается в замкнутом отсеке с экранированными стенками для уменьшения радиопомех от ВЧ-генератора и обеспечения безопасности работы. Включение ВЧ-генератора блокируется микровьтключателем 18: питание на генератор не подается до тех пор, пока реактор не закреплен винтовыми зажимами. Развитием установки УНЭС-2П-В является промышленная установка УНЭС-2П-КА, предназначенная для крупносерийной обра- оэ ботки эпитаксиальных структур кремния. Реактор этой установки также выполнен по вертикальной схеме и включает цилиндрическую камеру 2 (рнс. 4.8), закрепленную между фланцами 1 и 5.
Подложкодержатель 3 в виде полого графитового цилиндра, закрепленного через кварцевую вставку 4 на валу 8. На внешней поверхности подложкодержателя выполнены наклонные гнезда для подложек 15, а внутри него размещен кварцевый стакан 14 с ВЧ-индуктором 13. Подача ПГС производится через штуцер 10 в нижнем фланце. Штуцер 11 предназначен для подачи водорода при продувке зоны между реактором и подложкодержателем. Штуцеры 6, 9, 17 подают водород в кольцевые полости между концентрическими уплотнениями 16 и 12 обоих фланцев, а также к манжете 7 уплотнения вала 8. Это обеспечивает повышение надежности герметизации реактора.
рад ~ .д. Рис. 4.6. Реактор установки УНЗС-аП КА 60 Регулировка температуры по высоте подложкодержателя может проводиться за счет изменения шага витков индуктора. Оборудование для эпитаксии из жидкой фазы. Жидкофазная эпитаксия в основном применяется для получения слоев двойных (например, ОаАз) и тройных (С85пРа) полупроводниковых соединений. Процесс эпитаксии из жидкой фазы включает следующие основные этапы. Готовится шихта из вещества наращиваемого слоя н металла- растворителя. Этот металл должен иметь низкую температуру плавления, хорошо растворять полупроводник, на который наращивается слой.
Например, эпитаксиальные слои ОаАз, ОаР наращивается из растворов в галлии, слои С68пРп — из растворов в олове. Шихта расплавляется до образования однородного равновесного раствора, при этом поверхности подложки и раствора очищаются от оксидов восстановлением в потоке водорода. При нанесении раствора на поверхность подложки он смачивает и частично растворяет ее, удаляя с поверхности загрязнения и дефекты. После выдержки при максимальной температуре (около 1050'С) начинается медленное охлаждение. Раствор из насыщенного переходит в перенасыщенное состояние, что ведет к кристаллизации избытков полупроводника из раствора на поверхность пластины, выполняющей роль затравки.
Растущий эпитаксиальный слой продолжает кристаллическую решетку подложки, однако может отличаться от нее по типу проводимости. Для этого в шихту илн газовую фазу добавляют легирующие добавки. После достижения слоем заданной толщины расплав удаляют с поверхности подложки и она быстро охлаждается до комнатной температуры. Оборудование для реализации рассмотренного технологического процесса должно обеспечивать нагрев кассеты с подложками в интервале 300...1100'С с погрешностью ~0,75 'С, иметь несколько температурных зон, соответствующих перечисленным этапам процесса. Необходимо предусмотреть устройства для нанесения раствора-расплава из тигля на поверхность подложки, при этом материалы тигля и реакционной камеры не должны взаимодействовать с раствором-расплавом и подложкой.
Процесс эпитаксии из жидкой фазы должен вестись в защитной среде или вакууме. Реакторы установок для жидкофазной эпитаксии обычно изготавливаются из кварца, внутренняя аппаратура — тнгли или ванны для расплава, кассеты для подложек — из графита. Размещаемые внутри реакторов устройства позволяют проводить нагрев шихты и подложки, перемещение расплава на поверхность подложки в его последующее удаление. Эти операции могут выполняться поворотом контейнера с ванной и подложкодержателем, а также с использованием устройств пенального или шиберного типов (рнс 4.9).
Для проведения жидкофазной эпитаксии применяется установка непрерывного действия, компоновка которой показана на рив 6й Табл ива 4.1 Значения параметра реактора Параметр установки дия осажденяя слоев атмосбмриого давления пониженного давнеиия До 50 5...10 !О...!5 20...100 1,5...5 До 200 3...5 5...20 0,05 р в б Рис. 4хк Способы проведения жидкостной эвитаксии: в — с вращающимся контейнером; б — с устройством пеиааьного типа; в — щиберного типа 4.10,а. Загрузка и выгрузка шихты и подложек происходит в обеспыленных боксах 1 с помощью автоматизированных устройств 3, 7.
Газовые завесы 4 предотвращают попадание атмосферного воздуха в реактор 5, В корпусе установки размещены блоки управления газовой системой 2 и регулирования температуры 6. Реактор установки выполнен в виде трубы 3 (рис. 4!10,б), в которой закреплены кварцевые направляющие рейки 4 для переме.щения контейнеров пенального типа.
Контейнеры включают графитовые кассеты10дляподложек9 и графитовые ванны 1! с раствором-расплавом 8. В каждой кассете выполнена щель 2, через которую может проходить луч от источника 1 на светодиод 7. Сигнал от фотодиода через систему управления передается механизму 6, который перемещает ванну 11 до совмещения раствора- расплава с подложками 9. По истечении времени, необходимого для наращивания эпитаксиального слоя, механизм возврата 5 перемещает ванну 11 в исходное положение на кассете, удаляя остатки непрореагировавшего раствора-расплава. После прохождения зоны охлаждения контейнеры следуют в зону разгрузки пластин.
Процесс эпитаксии проводится в смеси газов азота и водорода. 2 3 4 5 б Ф 7 2 / !Рис. 4.10. Установив для жидкостной эпитаисии: а — обпгий внд; б — приниипиальиая схема 4.3. УСТАНОВКИ ДЛЯ ОСАЖДЕНИЯ СЛОЕВ ПРИ ПОНИЖЕННОМ ДАВЛЕНИИ Понижение давления газовых смесей в реакторе осаждения слоев до 25...2650 Па (0,2...20 мм рт. ст.) дает ряд преимуществ по сравнению с реакторами атмосферного давления. Как следует из табл. 4.1, понижение давления позволяет существенно увеличить количество одновремешю загружаемых подложек, повысить равномерность толщины наносимых слоев, резко уменьшить расход газа-носителя. В целом расходы на обработку одной подложки в реакторе пониженного давления в 5-10 раз меньше, чем при атмосферном давлении, причем различие усиливается при увеличении диаметра подложек.
Столь высокая эффективность реакторов пониженного давления объясняется тем, что в них скорость массопереноса (прокачки) газовых смесей значительно повышена посравнениюсоскоростью реакции осаждения слоев. В результате обеднение смесей при прохождении вдоль реактора сказывается значительно меньше, чем. прн атмосферном давлении, поскольку концентрация активных компонентов в газовой фазе остается практически постоянной псу всей длине зоны реакции.
Кроме того, прн переходе от атмосферного давления к пониженному скорость диффузии исходных реагентов в зазор между пластинами возрастает примерно в 1000 раз. Универсальная установка для осаждения слоев при понижениом давлении, схема которой показана на рнс. 4.11, изготовлена на базе однотрубного агрегата термической обработки подложек с трехзонным резистнвным нагревателем. Установка включает следующие основные узлы: нагреватель, реактор, вакуумную и газовую системы, систему очистки выбросов.
Газовая система установки содержит основные каналы для рабочих газов и вспомогательные для продувки инертными газами. В каждом газовом канале установлен запорный кран 9, регулятор давления 8, измеритель расхода газов 7, натекатель 6, электромагнитный клапан 5. Смеситель 4 предназначен для получения газо- Число одновременно загружаемых подложек Разброс толщины слоев: по пластине, .хгехге по партии пластин, +ага Скорость осаждения, нмгмин Расход газа носителя, маус Рис. 4.12. Циилограмма давлений в установке осаждения слоев при пониженном давлении !р' ак !О' ! ! ! ! !! !! ! ! ! ! !! 5 7 Ф 75 1,! ! ! ! !! ! Ы 5757 д Рис. 4.11.
Схема установки для осаждения слоев при пониженном давлении вых смесей требуемого состава. При настройке аппаратуры газовой системы смеситель через байпасную линию 10 соединяется с откачной системой, а я рабочем режиме — с реактором 1. Кварцевая труба реактора с помощью резиновых уплотнений закрепляется в водоохлаждаемых вакуумных шлюзах 3 и 24, между которыми размещен резистивный нагреватель (электропечь) 2. Подача газов в реактор н загрузка-выгрузка пластин осуществляется через шлюз 3. В откачном шлюзе 24 установлен датчик давления 22 и блок из трех термопар 23 для контроля температуры реактора. Количество и назначение каналов рабочих газов определяется видом процесса осаждения.
Требования к газовым системам установок осаждения слоев при пониженном и атмосферном давлении во многом схожи. Отличием является лишь то, что в системах с вониженным давлением между реактором н газовой системой устанавливают натекатели, с помощью которых регулируется расход газа. Более подробно конструкции основных элементов газовых снсФем рассмотрены в й 6.4, 6.5.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
