Тонкослойные материалы в современных ИМС. Важная особенность тонкослойных материалов для технологии ИМС. Физико-химические основы ХОГФ, страница 11

В более сложных случаях, например, когда в индивидуальных реакторах каждый цикл процесса ХОГФ на одной подложке сопровождается последующим циклом плазменной очистки стенок реактора с вакуумных систем, к данной циклограмме можно добавить циклограмму цикла очистки, также включающего откачку, продувку, стабилизацию, травление, откачку и т.д. В ряде случаев эффективность такой газовой (плазменной) очистки фиксируется не по времени травления, а по сигналу встроенного в систему оптического датчика, регистрирующего момент исчезновения продуктов плазменного травления.

Из циклограммы видно, что для проточных реакторов ХОГФ практически независимо от конструктивных  особенностей, основными “входными” параметрами процессов, определяющими кинетику осаждения, являются: температура осаждения (T_d), суммарный расход газов (G₀), суммарное давление при осаждении (P_d), соотношение компонентов в газовой фазе или парциальные давления (p_i), концентрации компонентов (c_i), время осаждения (t_d).

2.8.1. Температурные режимы оборудования

Наиболее принципиальным фактором, определяющим скорость наращивания и качество осаждаемого материала, является температура осаждения, допустимая величина которой диктуется технологией изготовления ИМС. Обычно для процессов ХОГФ кремнийсодержащих слоев температура осаждения находится в диапазоне 200900°С. При этом, после окончательного формирования транзисторных структур, температура термообработок тонких слоев поддерживается менее 900°С. После формирования первого уровня коммутирующего алюминиевого слоя температура не должна превышать 450°С. Собственно наращивание тонкослойного материала начинается тогда, когда в реакторе устанавливается необходимая температура, называемая “температура осаждения, T_d ”. Температура осаждения тонкого слоя (в градусах по Цельсию или по Кельвину) обычно характеризует температуру подложки, которая измеряется с помощью встроенных термопар. 

В рассматриваемом случае РНД температуре осаждения (а именно – ее стабильности в ходе процесса осаждения) необходимо уделять особое внимание. Цилиндрический нагреватель представляет собой электропечь сопротивления, в которой устанавливается кварцевая труба. Температуры стенок и объема реактора в этом случае практически идентичны. При введении массивной группы образцов (до 200 штук) в реактор и его откачке с атмосферы до остаточного давления происходит уменьшение температуры реактора, после чего происходит ее стабилизация. Использование встроенного блока из 5-ти вакуумно-плотных термопар, помещенных в пяти точках реакционной зоны, позволило установить, что скорость релаксации температуры после загрузки образцов и откачки зависит от массы образцов, скорости их введения в реактор, температуры реактора (наибольшее время релаксации температуры отмечено для низкотемпературных процессов осаждения), суммарной величины газового потока при продувке реактора. В частности, время стабилизации температуры было определено не менее 20 мин для общего количества подложек 100 штук диаметром 76 мм. 

2.8.2. Газовые системы и расход газов в процессах ХОГФ

Традиционно, для характеристики газодинамического режима ХОГФ кремнийсодержащих слоев в промышленных реакторах используют термин “расход газа”. В принципе, газовые системы РАД, РПД и РНД идентичны. Однако для вакуумных систем необходимо использовать более точную регулирующую арматуру – натекатели. Газовые расходы измеряются механическими или электронными датчиками, а для их поддержания на заданном уровне используются электронные регуляторы расхода газов, погрешность которых не превышает нескольких процентов

(см. Рис.2.18).  

Рис.2.18. Датчик расхода газа (слева) и регулятор расхода газа (справа).

Подача паров жидких веществ, обычно находящихся в специальных ампулах или барботерах при постоянной заданной температуре поддерживающей необходимое давление паров, осуществляется в токе газоносителей или путем вакуумной откачки. Для измерения и поддержания расходов используются газовые или жидкостные регуляторы расхода. Единицами измерения газового расхода являются л/час, л/мин, см³/мин, мг/мин и т.д., в зависимости от конкретного используемого вещества. Важно, что величина этого расхода указывается при нормальных условиях.