К.В. Фролов - Технологии, оборудование и системы (1062200), страница 71
Текст из файла (страница 71)
Для СУП используют два вида реакторов: реакторы атмосферного давления (РАД) и реакторы пониженного давления (РПД). В табл. 2.6.19 приведены обобшенныв характеристики наиболее отработанных процессов освждегпи слоев поликрисшллического кремния, иитрида и диоксида кремния в РАД и РПД. В целом РПД намного экономически эффективнее РАД. Затраты на обработку одной пластины в РПД примерно в 5 - 10 раз меньше, чем в РАД, причем разность затрат возрастает с увеличением диаметра пластин (рис.
2.6.23). ХИМИЧУОКОВ ОСЛжДВНИВ ПЦВНОК ИЗ ГЛЗОВОй ФЛЗЫ 20З РЛД в основном используется дги нанесения толстых слоев, коша требуется высокая скорость осаждения. Для нанесения тонких слоев предпочтительнее РПД благодаря дх значительным преимуществам. Одна иэ основных проблем техноложи осюхдения слоев из газовой фазы - получение однородных по толщине слоев на пластинах большого диаметра при высокой производительности процесса. Высокая производительность РПД дооцпается эа счет плотной, вертикальной расстановки пластин перпендикулярно диадему потоку (риа.
2.6.24). Причинами возникновения неравномерных по толщине слоев могут быть Формирование газовых потоков и диффузионные ограничения в зоне реакции, неравномерный прогрев пластин, обеднение газовой фазы ахтдвными компонентами по мере их расходования и тл. В реюсгоре понихенного давлении теоретически могут быль устранены всв перечисленные причины, приводшцие к неоднородному распределению скоростей осаждения по пластине, по следующим причинам: при переходе от атмосферного давления к низкому скорость диффузии возрастает примерно на три порядка и процесс, как правило, переходит в кинетическую область; за счет высокой скорости перемешеюи газа сощаются условия, при которых концентрация активных компонентов в газовой фазе остаетая прюггически постоянной по всей длине реакционной зоны, т. е.
не возникает обеднение и достигается однородный рост слоев по зоне; резистивный нагрев обеспечивает высокую однородность прогрева подложек, ивовой смеси и стабильность температуры. На пракппсе ди некоторых процессов не удастся найти условия равномерного роста слоев по поверхности пластины только за счет снижения давления без внесения специальных изменений в конструкцщо реактора. По наблюдаемым профилям скоростей роста по поверхности пластины условно эти процессы можно разделить на две группы.
В первой группе процессов (например, осалденне диоксида кремния из тетраэтокаиаилана или дихпораипана и эакнси азота; осаждение ингрида кремнии из гетр ахдорида кремния н аммиака дли днхлорсилана и аммиаха; палнхриатвлпнческого кремния - лиро- Рдс. 2.6.24. Вертваазьвее расаележееде ааасгав в РПД лизам моноаилана) при малых расстояниях мююгу пластинами ((г) набюодаетая вогнутый вид профилей - скорость роста слоя падает от края пластины к ее центру. У первой группы процессов лимитирующей стадией сложных химических реакций яюиется гетерогенная стадия - реакция на поверхности подложки.
Неравномерные по толщине пленки в тахдх процессах могут возникнуть в условиях, когда акороиь предшествующей стадии - диффузии исходных реагентов (чд даз) - уменьшается настолько, что становится сравнимой со скоростью поверхностной реакции (ч ), т.е. чд „= ч . Увеличение расстояния между пластинами облегчает диффузию походных реагентов, и профиль растущего слоя выравниваетая. Для выбора оптимальных условий проведения процесса следует пользоваться критерием Типе Ф = 2гв )г((Р)г), где гь - радиус пластины; аконстадта скорости гетерогенной реакции; Р- коэффициент диффузии. ПроФиль оаахдавмого слоя, близкий к плоакому, реализуется при ФГ/2 < В Ко второй группе процессов можно отнеспг, например, осаждение слоев диоксида хреьдпи из моносилдна и кислорода и слоев ингрида кремния из моносллана и аммиака.
Для этих процессов такхе характерен вогнутый профиль при малых значениях Ь. Однако, при увеличении гг профиль принимает выпукпую форму, которая практически не меняется при изменении температуры, давления и концентрации исходных реагентов, а зависит от соотношения радиусов пластин и реактора (Яо) и расстояния между пластинами. Дпя таких процессов харакюрны следующие стадии: диффузия исходных реыентов в зазор иенцу пластинами (чд д ); реакши в газовой фазе а образованием промежуточного продукта (ч ); диффузия проме:кугочного продукта к поверхности пластины (чд д); гетерогенная реакдйя, в результате которой из промежуточного продукта на поверхности пластины образуетая пленка (ч, ).
Соотношение характеристических скоростей всех стадий процесса представляется схеыой (чд ди » чг « 'чд д « чгег). Скоросп, осаждения слоя определяется лимитирующей стадией чг. Причина наблюдаемого неоднородного профиля заключается в том, что чд д « чтет. При этом профиль слоев, близкий к плоскому, получается при реализации условия (Яо - гб) / гг - 0,4 ... 0,6 (геометрический критерий). Реакторы пониженного даавеадя (РПД). Конструкция любой установки для осюкдения Глава 2.К ТЕХНОЛОГИЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ТОНКИХ ПЛЕНОК 204 Рве. 2УД25.
Пуввалввазмма схема РНЛ с "гюразвив еивааив" слоев при пониженном давлении имеет несколько узлов: натреватель (в частности, злектропечь), собственно реактор, вакуумную и пиовую системы. В ряде случаев установки оснащакпся системами очиспси выбросов. Для примера, на рис 2.6.25 изображен вариант принципиальной схемы РПД с "горячими стенками". В связи с тем, что для осаждения слоев могут исповьзовюься ырессивиые реатеиты, газовая, вакуумная системы и шлюзы реактора выполняются из коррозионно-стойкой стали.
В приведенном варианте РПД шзовая сисшма состоит иэ четырех незавшсимых пюовых линий для рабочих тазов и двух вспомоппельных для продувки вакуумной системы, продувки и заполнения реактора инертным газом. На каждой газовой линии установлены регулятор давления 1, измерипль расхода газа 2 с натекатслвм 3, электромагнитный клапан 4 (возможен газовый клапан или вакуумный вентиль). В смесителе 5 рабочие гвзовые потоки смешиваются и смесь поступает либо в байпасную линию б для сброса или корректировки расхода швов, либо в реактор 8.
Реактор обычно предсташшет собой кварцевую трубу (диаметр зависит от размера рабочих пластин), юпорая Герметично резиновыми прокладками закрепляется в охлаждаемых водой вакуумных шлюзах, расположенных на электропечи 9. Газовая смесь в реактор подается через шлюз эаэрузкивытрузки пластин 7. В зависимости от тото, какие реатеиты используются для конкретного процесса, конструкция установки может несколько видоизмеюпъся.
Например, при оса- ждении слоев юприда кремния аммонолизом хлор содержащих соединений кремния эти реатенты необходимо подводить к зоне осаждении реактора раздельно с аммиаком. Зто связано с тем, по реакция химическото юаимодействия ухвзанных реатентов с аммиаком очень активно идет при 20 'С с образованием твердого продукта в виде хлористого аммония.
При использовании паров жидкото или твердото реагента термостатированный барботер с этим реатентом помещюот в шэовую линию и пар реатентв подают в реактор с потоком шэа-носителя, прохоюццето через барботер. Если для повьппения давления паров реатента температуру барботера приходится поддерживать на уровне, превышающем 20 'С, то во избежание конденсации паров участок газовой линии от барботера до ввода реатеита в рабочую зону реактора необходимо термостатнровать (температура газовой линии должна быть несколько выше температуры барботера). В откачном шлюзе 10 расположены датчик давления 11 и блок 12 термопар (обычно три, введенные в начало, середину и конец рабочей зоны реактора), позволяющий контролировать температуру в обьеме реактора при проведении осаидения слоя. Для откачки реактора обычно используют вакуумные насосы или юрегаты.
В приведенном варианте использован вахуумиый юрепп 18 типа АВР- 150 или АВР-50, состоящий из двухроторното насоса 17 и форвакуумното насоса 19. Перед юрегатом в вакуумной системе расположены ловушка 13 и фильтр 14, с помощью которых ХИМИЧЕСКОЕ ОСАЖЛЕНИЕ ПЛЕНОК ИЗ ГАЗОВОЙ ФАЗЫ 2.6.20. Фирмы-изготоюгюли установок и наносимые материелм ' Знак "+" означает наличие, знак "-" — отсутствие осаждаемых материалов. удерливаллся эвакуируемые из реактора продукты реакции. Вакуумная система содержит регулятор скорости откачки 15, поэволяюший при заданных расходах реагентов усшнавлзпить требуемое давление в реюсгоре.
Вакуумный вентюп 16 отдаиет при необходимости реактор от вакуумного агреппв. Маслоочисппевь 20 позваиет увеличить рабочий ресурс насоса Система очистки технологических выбросов дает возможность уменьшить выброс вредных продуктов реакций в атмосферу. Она состоит из маслоотрюкателя 21, фильтра 22 и поглотитсля 23. Широкому внедрению СЪЪ способствовала довольно несложная модерниэация стандартного диффузионного оборудования для переделки его в РПД. Промышленностью выпускается гамма серийного оборудования для химического пюофазного осаждения слоев прн пониженном давлении. Иэ отечественных установок — это серия установок "Изогрон", которые имеют несколько модификаций. Некоторые нз нвх достаточно универсальны, другие предназначены для более узкого иопсльзования.
Аналогичное оборудование с высокими техническими характеристиками н высокой степенью автоматизации выпускается рядом зарубежных фирм (табл. 2.6.20). Параметры осалсдевия е РПД. При осаждении слоев в РПД обычно контролируют следуюшие параметры процесса: температуру осюкдения (1), обшее (рабочее) давление в реакторе (рэ), газовые потоки реагентов (Урезе) или парпиальные давления реагентов (рс), обший газовый поток ((;у ), Важным параметром является соотношение используемых реагентов (Я).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
