Исследование технологического процесса эпитаксиального выращивания кремниевых пленок. Технологические расчёты для процесса эпитаксии, страница 2

                                                        (5)

Из соотношения (5) видно, что, если >>, то  - скорость роста определяется скоростью диффузии реагентов через газовую фазу (диффузионная область, наблюдаемая при высоких тем­пературах). Если >>,  - скорость роста определяет­ся скоростью химической реакции на поверхности (кинетическая об­ласть, наблюдается при низких температурах).

Переходная область определяется комплексом газодинамических факторов и обычно наблюдается в диапазоне температур 1100...1150 °С. Как показала практика, наиболее совершенные пленки получаются обыч­но в диффузионной области, т.е. при температурах свыше 1100...1150 °С.

В литературе приводится целый ряд механизмов, позволяющий оценивать эти составляющие, причем обычно предполагается, что при реальных технологических режимах лимитирующим фактором яв­ляется диффузионная составляющая (), роль которой возраста­ет при увеличении температуры. Однако в последнее время намеча­ется тенденция к снижению температуры эпитаксии, что увеличивает роль кинетической составляющей (). Наиболее полная модель, учитывающая оба фактора, приведена в работе [1].

                               (6)

.                                                  (7)   

Параметры  и bопределяются газодинамическими харак­теристиками системы:

,                             (8)

где ,  - радиус реактора и подставки, см; ,  - темпера­тура эпитаксии и стенок реактора, К;  - в мкм/мин.

,             (9)

где - температура ПГС, К;  - давление ПГС (мм рт. ст.) - на входе в реактор; Q- общий расход ПГС (л/мин); z - расстояние от верха подставки, см.

Если образующая подставка отклонена от вертикали на угол , то величина Qдолжна быть умножена на корректирующий множитель:

.                                                 (10)

Как показывают расчеты и эксперимент, при использовании цилиндрической подставки скорость роста закономерно уменьшается от верх­него яруса к нижнему, для компенсации этого уменьшения следует отклонять образующую от вертикали (угол ) - это приводит к сужению сечения и, соответственно, увеличению линейной скорости газового потока и компенсирует уменьшение скорости.

2.3. Оценка воспроизводимости пленок по толщине.

          Толщина эпитаксиальной пленки () является одной из ос­новных характеристик.

                                                                (11)

В связи с тем, что время процесса может регулироваться с очень высокой точностью, разброс толщины определяется в основном раз­бросом скорости роста. Оценка воспроизводимости может быть про­изведена по формуле [1]:

,                                                     (12)

где  - относительная погрешность скорости роста ();  - относительная погрешность i-го технологического парамет­ра ();  - коэффициент влияния;  - может быть вычислено в соответствии с выражением (5):

.                                                      (13)

Здесь - значение скорости роста при номинальных значениях параметров технологического процесса; - номинальное значе­ние i-го параметра технологического процесса; - абсолют­ное отклонение скорости от номинала при абсолютном отклонении параметра . Выражение (12) позволяет учесть суммарный вклад всех отклонений технологического процесса и выделить факторы, вносящие максимальный вклад.

2.4. Практическое осуществление процесса эпитаксии.

В связи с тем, что смесь водорода с воздухом образует взры­воопасную смесь, после загрузки и герметизации установки ее про­дувают азотом в течение 10...20 минут для вытеснения воздуха. Затем пускают водород и продувают установку для вытеснения азо­та (10...20 мин), водород продолжает поступать в установку в те­чение всего процесса роста пленки и в течение 10...20 минут пос­ле его окончания и выключения индуктора. Затем водород сменяет­ся азотом, который подается до полного остывания подставки (до температуры 60...120 °С), после чего установка вскрывает­ся. За 3...5 минут до начала процесса водородом продувается ис­паритель с SiCl₄. Продувка проводится через обводную линию, процесс роста начинается сразу после переключения испарителя с обводной линии на реактор.