(495)510-98-15
Меню
Главная »  Производство комплектующих для высокотехнологичных процессов 

1 2 3 4 5 6 7 8 9 [ 10 ] 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54

Тачка Точка росы росы -W°C -WC

Точка Марка А росы ~Ч0°1

Ж


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, дозаторы испарительного типа И, клапаны К с электромагнитным управлением, скруббер С, дроссель Др, реакторы I и II. 56

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)] и его смеси с парами тетрахлорида кремния (И1) и легирующей примеси (И2). Каналы 4, 5 - соответственно обезвоженный хлористый водород для травления подложек и 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) ] 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 PI-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 настройки 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 I и II. Последовательное подключение каждого из реакторов производится клапанами KI и КП.

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 деухпозиционные клапаны с электромагнитными или пневматическими приводами. Последовательность срабатывания клапанов задается системой логико-программного управления.

Реактор. По форме и расположению реакционных зон и подлож-кодержателей 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.



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 и 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 карбидизации, 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 подложкодер-жатель, 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 и дешевым корпусом из нержавеющей стали, который к тому же снижает радиопомехи и потери на излучение.

Для разогрева подложек в эпитаксиальных установках могут также 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. 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 9 совместно с реактором закреплен на кронштейне 4, связанном с гидроприводом подъема реактора. Реактор прижимается к основанию 1 винтовым зажимом 58


Ш

Рис. 4.7. Реактор установки УНЭС-2П-В

19 через резиновые прокладки 15. Подложкодержатель выполнен в виде многогранной графитовой 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 микровыключателем 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-



ботки эпитаксиальных структур кремния. Реактор этой установки также выполнен по вертикальной схеме и включает цилиндрическую камеру 2 (рис., 4.8), закрепленную между фланцами 1 и б.Под-ложкодержатель 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-ин-дуктором 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.

Отвод реакционного газа


Рис. 4.8. Реактор установки УНЭС-2ГЬКА 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, GaAs) и тройных (CdSnP2) полупроводниковых соединений. Процесс эпитаксии из жидкой фазы включает следующие основные этапы.

Готовится шихта из вещества наращиваемого слоя и металла-растворителя. Этот металл должен иметь низкую температуру плавления, хорошо растворять полупроводник, на который наращивается слой. Например, эпитаксиальные слои GaAs, GaP наращивается из растворов в галлии, слои CdSnP2 - 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 или 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 - тигли или ванны для расплава, кассеты для подложек - из графита. Размещаемые внутри реакторов устройства позволяют проводить нагрев шихты и подложки, перемещение расплава на поверхность подложки и его последующее удаление. Эти операции могут выполняться поворотом контейнера с ванной и подложкодержателем, а также с использованием устройств пенального или шиберного типов (рис. 4.9).

Для проведения жидкофазной эпитаксии применяется установка непрерывного действия, компоновка которой показана на рие.



1 2 3 4 5 6 7 8 9 [ 10 ] 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54



© 2018 ООО "Стрим-Лазер": Лазерная гравировка.
Все права нотариально заверены. Копирование запрещено.