12_100229_1_67139
.pdfРеакции разложения (пиролиза) и соединения реагентов:
500-600°С
SiH4 ¾¾® Si + 2H2- 350-500°С
SiH4 + O2 ¾¾® SiO2 +H2O(H2)- 350-500°С
700-900°С
SiH4 +N2O ¾¾® SiO2 + N2 + H2(H2O) 700-900°С
3SiH4 + 4NH3 ¾¾® W + 6HF 200-600°С
WF6 +2SiH4 ¾¾® WSi2 + HF
Таблица 11.2. – Обобщенные характеристики процессов осаждения
Характеристики |
|
|
РАД |
РПД |
|
|
|
|
|
|
|
1) |
Производительность, пл/цикл |
|
£ 50 |
£200 |
|
2) |
Уменьшение |
производительности |
при |
Сильное |
Слабое |
|
увеличении диаметра подложки |
|
|
|
|
3) |
Разброс толщины слоев: ±% |
|
|
|
|
- |
по пластине |
|
|
5-10 |
2 |
- |
в партии пластин |
|
|
10-15 |
3 |
4) |
Скорость осаждения, мм/мин |
|
20-200 |
5-20 |
|
5) |
Расход газа – носителя, м3/n |
|
1,5-5 |
0,05 |
|
Одна из основных проблем ХОГФ – получение однородных по толщине слоев на пластинах большого диаметра.
Причины разброса толщины:
-формирование газовых потоков, завихрений
-диффузионные ограничения в зоне реакций
-неравномерный прогрев подложки
-обеднение газовой фазы активными компонентами.
В РПД обеспечивается высокая скорость диффузии ( в 1000 раз выше), высокая скорость пролета газов, что обеспечивает практически постоянную концентрацию активных веществ.
121
Расположение пластин и схема массопереноса в РПД, разброс по толщине
Рисунок 11.1 - Расположение пластин и схема массопереноса Кроме того разброс может возникнуть в результате наклона пластин и
нарушения коаксиальности пластин и реактора (рис.11.2)
Рисунок 11.2 – Причины возникновения разброса толщины
122
Конструкции реакторов
На практике для большинства процессов используют простейший реактор с односторонним вводом газов, представляющий собой цилиндрическую кварцевину ( реже металлическую трубу). Газы вводятся в
фланец, а в том случае, когда реагенты реагируют уже при комнатной температуре, они вводятся в реактор раздельно.
Триггерные реакторы
123
Для выравнивания скорости осаждения производится периодическое переключение потока газа и откачки с одного конца реактора на другой, так что реагенты пролетают рабочую зону в двух направлениях. Такая откачка позволяет уменьшить эффект истощения газовой смеси и способствует более равномерному распределению газов по реактору. Ввод газов осуществляется по щели шириной 0,13 –0,51 мм, направленной вертикально вверх. Газы подаются с двух противоположных концов. Это устраняет перепад давления по длине трубки и способствует выравниванию концентрации реагентов по рабочей зоне.
Конструкции контейнеров
124
Оборудование для осаждения покрытий ХОГФ
Классификация реакторов для ХОГФ слоев SiO2 и легкоплавких стекол представлена на рис. 11.3. Примеры различных типов конструкций реакторов для ХОГФ показаны на рис. 11.4– 9.
|
|
Атмосферного |
|
|
|
Субатмосферного |
|
|
Пониженног |
|
|
Сверхнизког |
||||||||||||||||
|
|
давления |
|
|
|
|
|
|
|
давления |
|
|
о давления |
|
|
о давления |
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
С горячими |
|
|
|
|
|
С |
|
|
С горячими |
|
|
С |
|
|
|
Вертикальные |
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
реакторы |
||||||||||||||
стенками |
|
|
холодными |
|
|
стенками |
|
активацией |
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
сверхнизкого |
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
стенками |
|
|
|
|
|
|
|
плазмой |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Проточного типа |
|
|
|
Эпитакс |
|
С |
|
|
Планарный |
|
Планарный реактор с |
|||||||||||||||||
с графитовым |
|
|
|
иальные |
|
горячи |
|
|
реактор с |
|
холодными стенками |
|||||||||||||||||
подложкодержате |
|
|
реакторы |
|
ми |
|
|
холодными |
|
|
|
|
с поштучной |
|||||||||||||||
|
|
лем |
|
|
|
|
|
|
|
|
стенка |
|
|
стенками |
|
|
|
|
обработкой |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Рисунок 11.3 - Классификация реакторов для ХОГФ слоев SiO2 и легкоплавких стекол
125
Реакторы для осаждения слоев
Рисунок 11.4- Трубчатый реактор пониженного давления с горячей стенкой и групповой обработкой пластин:
1 – кварцевая реакционная труба; 2– трехзонная резистивная печь; 3 – консольный загрузчик; 4 – кварцевая кассета; 5 – кремниевые пластины; 6
– затвор; 7 – задний фланец; 8 – входной патрубок; 9 – передний фланец.
Рисунок 11.5- Реактор колпакового типа пониженного давления с холодной стенкой и групповой обработкой пластин с возможностью плазменной активации процессов осаждения и плазменной очистки внутренних поверхностей: 1 – металлический колпак; 2 – подложкодержатель/ВЧ – электрод; 3 – пластины; 4 – выхлопной патрубок; 5
– входной патрубок.
126
Рисунок 11.6 - Конвейерный реактор атмосферного давления с горячей стенкой и непрерывной групповой обработкой пластин: 1 – кремниевые пластины; 2 – конвейер; 3 – нагреватель; 4 – инжекторный блок; 5, 6 – азотный затвор; 7 – выхлопной коллектор.
Рисунок 11.7 - Конструкция инжекторного блока для конвейерного реактора атмосферного давления фирмы Watkins - Johnson: 1 – кремниевая пластина; 2 – конвейер; 3 – нагреватель; 4, 5 – входной азотный затвор, 6 – инжектор с азотным разделением реагентов; 7, 8 – выходной азотный затвор; 9 – обдув обратной стороны пластины.
127
Рисунок 11.8- Планарный реактор пониженного давления с холодной стенкой и групповой обработкой пластин с возможностью плазменной активации процессов осаждения и плазменной очистки внутренних поверхностей: 1 – крышка реактора; 2 – дно реактора; 3 – стеклянный цилиндр; 4 – плазма; 5 – верхний электрод; 6 – изолированный ВЧ – ввод; 7 – нижний электрод; 8 – кремниевые пластины; 9 – нагреваемый пьедестал; 10 – выхлопной патрубок; 11 – входной патрубок.
Рисунок 11.9 - Универсальный планарный реактор пониженного давления с холодной стенкой и индивидуальной (поштучной) обработкой пластин с возможностью плазменной активации процессов осаждения и плазменной очистки внутренних поверхностей:
1 – кремниевая пластина; 2 – подложкодержатель/нижний электрод; 3 – корпус реактора; 4 – штифты подъемника пластины; 5 – электромагниты; 6 – ламповый блок; 7 – верхний электрод, 8 – откачной коллектор.
128
Установка ХОГФ с фотонной стимуляцией
Суть фотонной стимуляции – поглощение фотонов с энергией »10эВ реагентами, что вызывает их прямую фотодиссоциацию с образованием атомов и активных радикалов. Это дает возможность снизить температуру в покрытиях.
Таблица 11.3 – Типы фотохимических реакций
Фотохимическая реакция |
|
Тп, °С |
SiH4 +O2 ¾¾® SiO2 |
( l = 193 нм ) |
250 |
SiH4 + NH3 ¾¾® Si3N4 ( l = 193 нм ) |
200 |
|
Si2H6 ¾¾® Si |
( l = 193 нм ) |
70 |
Параметры лазерного луча:
-энергия импульса – 100-200 мДж;
-длительность импульса – 10-20 нс;
-средняя мощность 100-200 Вт;
-частота повторения - >1000Гц;
-число вспышек - >3×107 ;
-диаметр пластины – 150 мм;
-диаметр луча - 6 мм;
-длина волны – 10,6 мкм;
-мощность – 50 Вт;
-давление – 102 – 104 Па;
-расстояние от луча до подложек – 6 мм.
Ускорение электродных реакций при воздействии лазерного излучения может быть основано на фотолитическом (фотохимическом ) стимулировании электролиза. Лазерное возбуждение может происходить как в жидкости, так и на поверхности твердого тела. При прохождении лазерного излучения через электролит происходит процесс его поглощения. Это приводит к нагреву электролита из-за возрастания амплитуды колебаний атомов и молекул. При использовании лазеров с малой длиной волны будет происходить электронное возбуждение, диссоциация и даже ионизация. Также происходит поглощение энергии на границе раздела электролиттвердое тело что приводит к следующим явлениям:
-изменению стационарного потенциала;
-увелечению скорости переноса заряда;
-сильному перемешиванию электролита из-за разности температур;
-сильному локальному кипению.
129
Таблица 11.4 -Основные параметры промышленных лазеров
Лазер |
l, мкм |
Энергия |
Длительно |
Частота |
Средняя |
|
|
импульса, |
сть |
повторени |
мощность, |
|
|
Дж |
импульса, |
я имп., с-1 |
В |
|
|
|
с |
|
|
CO2 |
10,6 |
2 |
3×10-7 |
300 |
50 |
ИАГ |
1,06 |
1 |
10-3 |
100 |
100 |
Ar |
0,488 |
2 |
10-4 |
250 |
|
ArF |
0,193 |
0,1-0,2 |
10-8 |
>1000 |
100-200 |
Преимущества воздействия лазерного излучения:
-увеличение скорости осаждения;
-улучшение качества осадков;
-селективность осаждения;
Анодное окисление основано на электродных реакция, происходящих с материалом в электролите под воздействие электрического тока. Электролиты: водные растворы борной, щавелевой, лимонной, серной, фосфорной кислот.
130