- •Глава 1 общие представления о процессе эпитаксиального наращивания 11
- •Глава 2 эпитаксия Si-Ge слоев 44
- •Глава 3 Классификация оборудования для химического осаждения из газовой фазы 76
- •Глава 4 Оборудование для эпитаксиального наращивания 89
- •Глава 5 Основные системы оборудования для эпитаксиального наращивания 116
- •Аннотация
- •Введение глава 1 общие представления о процессе эпитаксиального наращивания
- •1.1. Общие тенденции развития технологии создания интегральных микросхем и процессов химического осаждения из газовой фазы
- •1.2. Процесс эпитаксии. Требования к эпитаксиальным слоям в технологии изготовления имс
- •1.3. Основы процессов эпитаксии. Основные химические реакции для процессов эпитаксиального наращивания. Хлоридный и силановый процессы
- •1.4. Легирование и автолегирование. Скрытые слои, смещение и «размытие» фотолитографического рельефа
- •1.5. Дефекты эпитаксиальных структур
- •1.6. Оценка параметров эпитаксиальных структур
- •Измерение удельного сопротивления
- •Глава 2 эпитаксия Si-Ge слоев
- •2.1 Основные химические реакции для эпитаксиального наращивания Si-Ge слоев
- •2.2 Основные применения Si-Ge слоев
- •2.3 Поликристаллический Si-Ge и элементы интегральных схем на его основе
- •2.3.1 Пленки поликристаллического кремния, легированного германием
- •2.3.2. Поликристаллические SiхGe1-х- затворы.
- •2.3.2.1 Использование поликристаллических SiGe - слоев.
- •2.3.2.2. Технологические особенности формирования SiGe-затворов.
- •2.3.2.3 Закономерности диффузии примесей в слоях поли-SiGe. Электрофизические характеристики затворов.
- •2.3.2.4 Характеристики мопт с SiGe-затвором.
- •Литература к главе 2
- •Глава 3 Классификация оборудования для химического осаждения из газовой фазы
- •3.1 Состав и требования к оборудованию для хогф
- •3.2 Классификация оборудования для хогф
- •3.3 Классификация газообразных технологических сред
- •Литература к главе 3
- •Глава 4 Оборудование для эпитаксиального наращивания
- •4.1 Краткий исторический очерк развития эпитаксиального оборудования
- •4. 2. Основные типы эпитаксиальных установок
- •4.2.1. Горизонтальные реакторы
- •4.2.2. Вертикальные реакторы
- •4.2.3. Цилиндрические реакторы
- •4.2.4. Реакторы поштучной обработки
- •4.3. Сравнение различных эпитаксиальных реакторов
- •Литература к главе 4
- •Глава 5 Основные системы оборудования для эпитаксиального наращивания
- •5.1 Газовые системы
- •5.1.1 Общие требования к газовым системам
- •5.1.2 Типы соединений арматуры газовых систем
- •5.1.3. Запорная арматура газовых систем
- •5.1.4 Обратные клапаны, дозирующие клапаны, выпускные клапаны
- •5.1.5. Регуляторы давления
- •5.1.6. Фильтры и очистители
- •5.1.7. Регуляторы расхода газа и парогазовых смесей
- •5.1.8 Системы подачи жидких реагентов
- •5.1.8. Газобаллонные шкафы
- •5.2 Вакуумные системы
- •5.2.1 Вакуумные насосы
- •5.2.1.1. Сухие насосы
- •5.2.1.2. Турбомолекулярные насосы
- •5.2.2. Герметичность и методы течеискания
- •5.2.3 Вакуумная арматура
- •5.2.3.1. Разборные вакуумные соединения
- •5.2.3.2. Вакуумные затворы
- •5.2.3.3. Дроссельные клапаны
- •5.2.3.4. Ловушки
- •5.3. Измерение и управление давлением
- •5.3.1. Приборы для измерения вакуума (давления)
- •5.3.2. Методы регулирования давления в рабочей камере
- •5.4. Устройства нейтрализации. Скрубберы.
- •5.5. Системы безопасности. Газоанализаторы.
- •5.6. Системы управления.
- •Литература к главе 5
3.3 Классификация газообразных технологических сред
Обширная номенклатура веществ, используемых при производстве СБИС в газообразном состоянии, а также множество форм и способов их применения обусловили многообразие классификаций газообразных технологических сред. Классификация осуществлялась по следующим признакам [13]:
способ транспортировки;
агрегатное состояние при нормальных условиях (давление Р=1,01105 Па, температура Т=273,15 К);
назначение или применение; чистота;
химический состав;
токсичность;
агрессивность;
пожаро- и взрывоопасность.
По способу транспортировки можно выделить следующие группы.
Газы массового потребления, к которым относятся азот, кислород, аргон, водород. Эти газы, как правило, транспортируются в больших объемах в сжиженном виде, за счет чего снижаются затраты на их хранение и транспортировку. Иногда экономичнее выработка таких газов на месте потребления путем сепарации воздуха или электролиза воды или подача по трубопроводам (так называемая бестарная транспортировка).
Специальные газы, объем потребления которых значительно меньше, чем газов массового потребления. Транспортировка специальных газов осуществляется в основном порциями от 0,1 до нескольких десятков килограммов под давлением в одном сосуде.
По агрегатному состоянию при нормальных условиях технологическими средами в основном являются газы; около 20% - жидкости и 11 % - твердые вещества, которые путем испарения или сублимации превращаются в газообразные непосредственно в технологическом устройстве. Ряд веществ может использоваться в различных агрегатных состояниях или переходить из одного состояния в другое в зависимости от технологического процесса. Например, трифтортрихлорэтан (хладон - 113) широко применяется в производстве СБИС в качестве органического растворителя как в чистом виде, так и в составе растворов, а также в процессах плазмохимического и реактивно-ионного травления в качестве плазмообразующей среды, подаваемой в газообразном состоянии в разрядную камеру, где под воздействием ВЧ разряда низкого давления она переводится в плазменное состояние.
По химическому составу вещества, используемые в газообразном состоянии при производстве полупроводниковых приборов и СБИС, обычно разделяются на неорганические, гидридные, галогены и металлорганические соединения.
В основном технологические газовые среды пытались классифицировать по областям применения и назначению. Например, введены три большие группы:
основные газы, которые являются источниками материалов при формировании полупроводниковых и пленочных структур и непосредственно взаимодействуют с поверхностью пластины. Среди них кремнийсодержащие, моногерман, источники легирующих примесей и др.;
вспомогательные газы, которые используют в качестве газов-носителей, разбавителей, хладагентов, защитных сред на различных этапах технологического процесса;
газы для подготовки поверхности и формирования микрорисунка в пленочных и полупроводниковых структурах. Типичные газы этой группы - галогениды, хлор, кислород, элегаз, хладоны. В качестве дополнительных критериев введены их химическая активность и свойства, что позволило разделить газы на шесть категорий:
реакционные;
кремнийсодержащие;
легирующие;
для формирования микрорисунков в пленках (травящие);
чистые атмосферные баллонные;
специальные.
К реакционным газам относятся аммиак и хлористый водород. Аммиак используется при формировании пленок нитрида кремния в процессах химического осаждения из газовой фазы, азотирования поверхности, а хлористый водород - для полирующего травления при эпитаксиальном наращивании, а также для геттерирования примесей итак называемого «хлорного» окисления.
Кремнийсодержащие газы (моносилан, дисилан, дихлорсилан, трихлорсилан, тетрахлорид кремния и др.) используют для получения эпитаксиальных слоев монокристаллического кремния, пленок поликристаллического кремния и пленок его соединений (диоксида и нитрида кремния, силицидов металлов и др.).
Легирующие газы (диборан, фосфин, арсин и др.) находят применение при введении легирующих примесей в процессе осаждения эпитаксиальных слоев и поликремния, формировании легированных диэлектрических пленок.
К травящим газам, которые прежде всего используют в процессах ионно-плазменного или лазерно-стимулированного травления, относятся инертные газы (аргон, ксенон, криптон), хлор, кислород и широкая гамма галогенидов, в первую очередь хладоны.
Основная область применения чистых атмосферных газов ( азота, аргона, гелия) продувка газовых магистралей и удаление из них технологических газов, а также возможных сопутствующих загрязнений.
Из спёциальных технологических газов можно выделить гексафторид вольфрама, который используется при селективном осаждении вольфрама, формировании пленок силицидов вольфрама.
Классификация газов по характеру воздействия следующая:
удушающие (Ar, Н2, );
огнеопасные (O2, воздух, N2O);
воспламеняющиеся (GeH4, АsН3, РНЗ, SiH4, В2Н6, SiН2Сl2 SiНСl3);
взрывоопасные (Н2, СН4, СН2, С2Н8, H2S, CO);
токсичные (АsНЗ, В2Н6, РНЗ, SiH4, CHClF2, ВFЗ);
агрессивные (NНЗ, HCl, Сl2, H2S, ВFЗ, PCl5, SnCl4, SiCl4);
с резким запахом (H2S, Cl2, NНз, HCl, ВFЗ)
В современном производстве СБИС качество изделий непосредственно зависит от чистоты технологических газовых сред. Ограничения устанавливаются по содержанию не только примесей (прежде. всего газообразных), но и аэрозольных частиц, которые при попадании на поверхность полупроводниковой подложки могут вызвать катастрофический отказ. Для различных классов СБИС эти параметры неодинаковы. Критический размер частиц, еще не приводящих к браку, на порядок меньше минимального топологического размера частиц, поэтому очень важны газовые и газораспределительные системы, предназначенные для подготовки, распределения и транспортировки реакционных газов и парогазовых смесей.