Схема установки для осаждения слоев при пониженном давлении

Газовая система установки содержит основные каналы для рабочих газов и вспомогательные для продувки инертными газами. В каждом газовом канале установлен запорный кран 9, регулятор давления 8, измеритель расхода газов 7, натекатель 6, электромаг­нитный клапан 5. Смеситель 4 предназначен для получения газовых смесей требуемого состава. При настройке аппаратуры газо­вой системы смеситель через байпасную линию 10 соединяется с откачной системой, а в рабочем режиме — с реактором 1. Квар­цевая труба реактора с помощью резиновых уплотнений закрепля­ется в водоохлаждаемых вакуумных шлюзах 3 и 24, между кото­рыми размещен резистивный нагреватель (электропечь) 2. Подача газов в реактор и загрузка-выгрузка пластин осуществляется через шлюз 3. В откачном шлюзе 24 установлен датчик давления 22 и блок из трех термопар 23 для контроля температуры реактора. Ко­личество и назначение каналов рабочих газов определяется видом процесса осаждения. Требования к газовым системам установок осаждения слоев при пониженном и атмосферном давлении во мно­гом схожи. Отличием является лишь то, что в системах с пони­женным давлением между реактором и газовой системой устанав­ливают натекатели, с помощью которых регулируется расход газа.

Вакуумная система установки содержит вакуумный агрегат 16 (модель АВР-150 или АВР-50), состоящий из двухроторного на­соса 17 и механического насоса 15 с масляным уплотнением. Пе­ред агрегатом расположены ловушка 21 и фильтр 20, улавливаю­щие продукты реакции, регулятор быстроты откачки 19, вакуумный 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, маслоочиститель и система очистки выброса объеди­нены в единый откачной пост, размещенный во вспомогательном помещении.

Газовая и вакуумная системы обеспечивают проведение основ­ных операций цикла осаждения слоев в соответствии с циклограм­мой. После загрузки подложек в рабочую зону (этап 1) и откачки реактора до предельного остаточного давления 1..,3 Па (2) следует его продувка аргоном (3) и контроль натекания (4).

Циклограмма давлений в установке каждения слоев при по­ниженном давлении

Регулировка элементов газовой системы сопровождается напуском реагентов в байпасную линию (5), вслед за чем следует переклю­чение 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 дав­ления и его продувки следует разгерметизация (7) и выгрузка пластин из реактора (8).

Откачиваемый из реактора газовый поток содержит непрореагировавшие 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, иметь высокую надежность, ма­лый вес и габариты. Вакуумные агрегаты обычно включают двухроторный насос (насос Рутса) и механический насос с вакуумным уплотнением (пластинчато-роторный пли золотниковый). 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 SiH₄. фосфин РН₃. диборан B₂H._; и др. Взрывоопасная ситуация может возникнуть при откачке кис­лорода О г 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%. 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 % 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 эф­фективным 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 места 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.