Панфилов Ю.В. и др. - Оборудование производства интегральных микросхем и промышленные роботы (1053470), страница 13
Текст из файла (страница 13)
Вакуумная система установки содержит вакуумный агрегат 16 (модель АВР-150 или АВР-50), состоящий из двухроторного насоса 17 н механического насоса 15 с масляным уплотнением. Перед агрегатом расположены ловушка 21 и фильтр 20, улавливающие продукты реакции, регулятор быстроты откачки 19, вакуум- 64 ный вентиль 18. Маслоочиститель 14 необходим для увеличения ресурса работы насоса.
Система очистки выброса состоит из маслоотражателя 13, фильтра 12 и поглотителя 11. Вакуумный агрегат АВР-150, маслоочнститель и система очистки выброса объедииены в единый откачной пост, размещенный во вспомогательном помещении. Газовая и вакуумная системы обеспечивают проведение основных операций цикла осаждения слоев в соответствии с циклограммой (рис. 4.12). После загрузки подложек в рабочую зону (этап !) и откачки реактора до предельного остаточного давления 1...3 Па (2) следует его продувка аргоном (3) и контроль натекания (4). . :Регулировка элементов газовой системы сопровождается напуском реагентов в байпасную линию (5), вслед за чем следует переклю, чение потока в реактор и осаждение слоев (6). После осаждения ,, слоя требуемой толщины поток реагентов снова переключают на ! байпасную линию и после откачки реактора до предельного дав- !,1 ления и его продувки следует разгерметизация (7) н выгрузка пластин из реактора (8).
Откачиваемый из реактора газовый поток содержит непрореа! гнровавшие исходные вещества, газообразные продукты реакций и твердые частицы либо осаждаемого материала (нитрида кремния, поликремния, диоксида кремния), либо рабочих продуктов реакции (например, хлористый аммоний). Поэтому вакуумные насосы должны быть стойкими к воздействию корродирующих веществ и механических загрязнений, иметьвысокуюнадежность,малый вес и габариты.
Вакуумные агрегаты обычно включают двухроторный насос (насос Рутса) и механический насос с вакуумным уплотнением (пластинчато.роторный или золотннковый). Конструкции насосов, их возможности н ограничения рассмотрены в $6.1. 8 — 6281 88 Осаждение слоев в реакторах пониженного давления связано с появлением осадков продуктов реакции на стенках реактора, в вакуумной ловушке, на входной сетке насоса, в котором вакуумное масло загустевает или разлагается. Кроме того, весьма серьезной проблемой является обеспечение безопасности работы на оборудовании при использовании токсичных, взрыво- и пожароопасных веществ.
К ним относятся: силан $!Нь фосфин РНз, диборан В,На и др. Взрывоопасная ситуация может возникнуть при откачке кислорода Оз и его смесей с другими газами. В связи с этим следует обеспечить герметичность всех узлов установки, предусмотреть периодическую очистку реактора, ловушки, входной сетки насоса„ замену масла в насосе, а при откачке кислорода — использование вместо горючего вакуумного масла инертных синтетических жидкостей — фторированных полиэфиров. Нагреватель установки осаждения слоев при пониженном давлении должен обеспечить,воспроизводимость температурных режимов процесса, поскольку они существенно влияют на воспроизводимость скорости осаждения. При изменении температуры в реакторе всего на один градус скорость осаждения оксида, нитрида кремния и поликремния изменяется на 1,5 ...
2 о?о. Установки осаждения слоев при пониженном давлении конструируются в основном на базе диффузионных печей с резистивными нагревателями, для контроля используются платино-платинородиевые термопаРы с максимальной погРешностью менее -+0,25 о?о измеРЯемой температуры. Промышленные установки осаждения слоев имеют рабочую зону длиной 550...600 мм, пластины в кассете располагаются на расстоянии 3...20 мм друг от друга. Для дополнительного выравнивания скорости осаждения по длине рабочей зоны предусмотрена возможность изменения температуры в рабочей зоне, давления реагентов и скорости движения газа. Наиболее простым и эффекти~вным способом регулирования скорости осаждения является использование температурного градиента, т.
е. изменение по заданному закону температуры внутри зоны Следует учитывать, что температура, измеренная в реакторе при атмосферном давлении, после откачки может измениться на 10...30'С. Кроме того, значительное изменение температуры в рабочей зоне имеет место.' при загрузке в реактор очередной лодочки с подложками.
Так, после загрузки партии из двухсот подложек диаметром 100 мм общей массой 2,3 кг на кварцевой лодочке (0,7 кг) для восстановления температуры в рабочей зоне требуется около 20 мин. Для уменьшения дефектности осаждаемых слоев в последних моделях установок применяют автоматизированные системы загрузки-выгрузки подложек, исключающие трение лодочки с подложками о горячие стенки реактора, покрытые слоем осаждаемого материала. КОНТРОДБИЫЕ ВОПРОСЫ 1, Перечислите освовные этапы работы установки термической диффузии, ее основные функциональные узлы. 2.
Опишите устройство нагревателя диффузионной установки, применяемые в нем датчики температуры и принцип действия системы автоматического регулирования температуры. 3. Какие элементы входят в блоки диффузии и окисления системы газораспределения диффузионной термической установки? 4. Назовите основные требования к устройствам загрузки-выгрузки диффузионных установок, опишите их принципиальные схемы. 6. В чем заключается сузь хлоридного метода эпигаксии? 6.
Перечислите основные этапы работы установки эпитаксии, ее основные узлы. 7. Какие каналы системы газораспределения эпитакснальной установки используются при проведении основных и вспомогательных операций цикла? 8. Опишите конструкции реакторов эпитаксиальных установок УНЭС-2П-В и УНЭС-2П-КА. 9.
Каковы принцип действия и основные этапы работы устройства для эпитаксии из жидкой фазы? 1О. Чем объясняются преимущества установок для осаждения слоев при пониженном давлении? 11. Опишите газовую и вакуумную системы установки осаждения слоев при пониженном давлении. Гл ав а 5 ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ЗЛИОННОЙ ОБРАБОТКИ 5.1. УСТАНОВКИ ДЛЯ ИОННОИ ИМПЛАНТАЦИИ етод ионной имплантации (легирования) получил широкое раси)?остранение при изготовлении ИС, так как он обладает рядом реимуществ по сравнению с диффузионным способом создания -п-переходов. Сущность метода заключается в том, что при бомбардировке полупроводниковой подложки ионами легирующей примеси (донорной или акцепторной) поверхностный слой насыщается атомами, создающими определенный тип проводимости полупроводника. Особенностью ионной имплантации является то, что изменение свойств облучаемого материала происходит в тонком (несколько микрометров) приповерхностном слое, в который можно вводить ионы заданного типа и строго контролировать дозу облучения, т.е.
количество внедренных ионов. Кроме того, можно создавать легированную зону с заданным распределением концентрации примесей, вводить плохо диффундируемые примеси в количествах, существенно превышающих предел растворимости. Параметрами ионного пучка: энергией, плотностью тока, углом падения, можно управлять с помощью электрических и магнитных полей, поэтому возможна полная автоматизация процесса ионного легирования.
бэ 67 Ионной нмплантацией получают элементы ИС, которые трудно илн даже невозможно изготовить обычной диффузией. Так, резис'торы, созданные диффузней, имеют удельное поверхностное сопротивление порядка сотен Ом/кв. и меньше. Высокоомный резистор с удельным поверхностным сопротнвлением до 104...10' Ом/кв. может быть создан имплантацией ионов в кремний через защитную маску, создающую его конфигурацию. При изготовлении резисторов с электронной электропроводностью (п-типа) в кремний внедряют ионы бора, а с дырочной электропроводностью (р-типа) — ионы фосфора.
При изготовлении лавинопролетного диода необходимо создавать неглубокий и достаточно резкий р-п-переход. Ионной нмплантацией можно получить толщину легированного слоя 0,2 мкм. При производстве МОП-транзисторов с индуцнрованным каналом диффузионной технологией не удается точно совместить затвор и канал, имплантация же позволяет обеспечить самосовмещение затвора и канала и избежать ттоявления паразнтной емкости, снижающей рабочую частоту ИС. Имплантация успешно используется также для снижения порогового напряжения МОП-транзнсторов за счет внедрения в область канала через окнсел (до нанесения затвора) соответствующих ионов. Прн создании биполярного транзистора с помощью на(- плантации можно получить базу после эмиттера, избежав тем сат мым вытеснения базовой примеси эмнттерной, что может проис-,, ходить при диффузионной технологии.
Для получения, формирования н ускорения до необходимых энергий ионных пучков легирующих веществ, а также для размещения обрабатываемых подложек используются конно-лучевые установки. У пас в стране созданы высокопроизводительные промышленные установки ионной имплантации, различающиеся по конструкции и компоновке отдельных систем, по тяпу ионных источников и приемных камер, по значениям генерируемого ионного тока, энергиям конов н дозам имплантируемой примеси. Установки, ионной имплантации применяются в производстве ВИС, СВИС и/ СВЧ полупроводниковых приборов с размерами элементов 1,5..: ...2 мкм н менее, повышенной концентрацией носителей зарядов. При этом создаются предпосылки для уменьшения контакта оператора с пластинами.
В зависимости от требуемой дозы легирования (количества ионов внедряемого вещества, ударяющегося о единицу поверхности подложки) и энергии ионов разработано несколько типов установок ионной имплантации; больших, средних н малых доз, сильно- и слаботочных, высокоэнергетических. Современные установки позволяют получать дозу легировання от 10'о до 10'т нон/сме, энергия конов может достигать значений от 30 кэВ до 1 МэВ при токах от 1 мкА до 20 мА.
Установки ионной имплантации содержат ионный источник, 68 ж П 1б 5 б 7 б 5 4 5 к Рис. 6.1. Установка «Везувий-8» экстрагнрующую и фокуснрующую оптику, устройства ускорения, сепарации по массам и сканирования ионного пучка, приемную камеру, вакуумную систему, источнаки питания, устройства контроля н управления технологическим процессом. На рис. 5.1 изображена схема установки ионной имплантации «Везувий-8», предназначенной для имплантации больших доз (5,25 10" ион/сма) ионов массой до 200 а. е. м и током 2...5 мА при энергии ионов до 100 кэВ в производстве ИС ма подложках диаметром 75, 100 н 150 мм.
Основные элементы установки: ионный источник 1, электромагнитный масс-сепаратор 2, устройство магнитного сканирования 3, система ускорения 5, приемная камера 10. Ионный источник 1 предназначен для получения легирующнх ионов В+, Ре, Аз+, Хп4 н ЬЬ4. По принципу действия является дуговым с прямоканальным катодом. Дуговой разряд возбуждается в магнитном поле напряженностью Н=15 кА/и (1200 Э), что необходимо для повышения эффективности ионизации газов н паров рабочих веществ.
Извлечение ионного пучка осуществляется при помощи трехэлектродной щелевой оптики, Ионный пучок, вышедший из источника ионов, ускоряется н поступает в устройство, чувствительное к массе ионов,— масс-сепаратор. Оно необходимо для удаления многозарядных ионов и ионов нежелательных примесей. Масс-сепаратор 2 представляет собой электромагнит секторного типа с углом поворота пучка 110', радиусом равновесной траектории 300 мм и межполкюным зазором 50 мм. Наибольшая на- 69 пряженность магнитного поля на равновесной траектории составляет 100 кА/м (8000 Э), что позволяет разделять пучки ионов в диапазоне масс 1...200 а. е. м. на промежуточной энергии ионов 15 кзВ. Питание обмоток электромагнита осуществляется от стабилизированного источника питания.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
