Исследование и разработка щелевого реактора с удлиненным подложкодержателем для эпитаксиального наращивания кремния на одиночных подложках

• Автор: Кравченко, Анатолий Анатольевич
• Шифр специальности: 05.27.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 173 с. : ил.

Оглавление
Введение
1 Обзор
1.1 Химическое осаждение из газовой фазы
1.2 Оборудование эпитаксиального наращивания
1.2.1 История развития эпитаксиального оборудования
1.2.2 Конструкции основных типов эпитаксиальных реакторов
1.2.3 Сравнительные характеристики реакторов
1.3 Выводы по разделу
2 Температурное поле подложки и его влияние на напряженное
состояние и деформацию в кремниевой подложке при эпитаксиальном наращивании
2.1 Анализ температурного поля подложки
2.2 Расчет суммарного прогиба подложки с периферийной круговой опорой при действии гравитационных сил и перепада температуры по толщине в условиях высокотемпературной обработки
2.3 Расчет суммарного прогиба подложки с центральной опорой при действии гравитационных сил и перепаде температуры по толщине в условиях высокотемпературной обработки
2.4 Термонапряженное состояние подложки при осесимметричном распределении температур
2.4.1 Температура изменяется по радиусу подложки, перепад по
толщине подложки отсутствует
2.4.2 Средняя температура по радиусу пластины не изменяется; имеет место перепад температуры по толщине пластины
2.5 Выводы по разделу
3 Исследование газодинамических характеристик потока в реакторе
3.1 Влияние газодинамических характеристик на равномерность толщины эпитаксиального слоя на подложке
3.2 Описание пакета программ ЗоНсЕУогкз Иолуогк
3.2.1 Математическое моделирование физических процессов
3.3 Результаты исследования газодинамических характеристик в реакторах
3.3.1 Реактор щелевого типа
3.3.2 Реактор диффузорного типа
3.3.3 Реактор с удлиненным подложкодержателем
3.4 Выводы по разделу
4 Установка эпитаксиального наращивания одиночных подложек ЕТМ150
4.1 Назначение и характеристики установки ЕТМ
4.2 Устройство и работа установки
4.3 Экспериментальные исследования температурного поля подложки
4.3.1 Калибровка показаний термопар
4.3.2 Настройка ПИД регуляторов
4.3.3 Температурное,поле подложки
4.4 Испытания установки
4.5 Выводы по разделу
Общие выводы
Литература
Приложение А
Акты внедрения Приложение Б
Акт приемки-сдачи установки

Введение
Актуальность работы
Полупроводниковая электроника - самая динамичная отрасль экономики в мире. Основными секторами, обеспечивающими развитие этой отрасли, являются производства полупроводниковых компонентов, материалов и технологического производственного оборудования. Техническое совершенство и доступность производственного оборудования, полупроводниковых материалов и компонентов на их основе во многом определяют уровень промышленного развития и оборонный потенциал государства.
Устойчивая тенденция к уменьшению размеров элементов структуры микроприборов до субмикронных, требует модернизацию существующего и разработки нового эпитаксиального прецизионного оборудования. Это особенно важно в связи с переходом на использование подложек большого диаметра (200, 300 мм).
В России до последнего времени для получения эпитаксиальных структур на кремниевых подложках диаметром 100 мм в основном использовалось оборудование групповой обработки (УНЭС-101, Эпиквар-Ю1М, Эпиквар-121МТ и др.). Использование данного оборудования для подложек диаметром 150 мм уже проблематично, так как не всегда позволяло обеспечить необходимого качества эпитаксиальной структуры на подложке. А тенденции к увеличению диаметра обрабатываемой подложки до 200-300 мм делают нецелесообразным использование установок групповой обработки подложек. Это связано с тем , что наряду с ростом диаметра обрабатываемой подложки , возрастают требования и к качеству получаемых эпитаксиальных структур. Поэтому наиболее целесообразно использовать установки индивидуальной обработки подложек большого диаметра.
Основным узлом эпитаксиальной установки является реактор, в котором осуществляется процесс эпитаксиального наращивания

Таблица 1 .ЗХарактеристики эпитаксиальных установок поштучной
обработки пластин
Название установки Диаметр обрабатываемых подложек Производительность, пл./ч Однородность толщины, ±% Однородность по сопротивлению, ±%
100 150 200 300
Epsilon 2000, Г олландия Да Да Да Нет 10 ±2,5% ±3,5%
Epsilon 3000, Голландия Да Да Да Да 10 ±2,5% ±3,5%
Centura Epi, США Нет Да Да Нет 10 ±3,5% ±5,0%
ЕТМ-150, Россия Да Да Да Нет 10 ±2,5% ±3,5%
ЕТМ- 100/150, Россия Да Да Нет Нет 10 ±3,0% ±3,5%
1.2.3 Сравнительные характеристики реакторов.
Непосредственный выбор типа эпитаксиального реактора необходимо осуществлять исходя из требований к изделию. Так для биполярных приборов используются слаболегированные эпитаксиальные слои на подложке противоположного типа проводимости со скрытыми слоями. При этом для надежной работы приборов необходимо обеспечить резкие концентрационные профили [9, 10]. В КМОП используются
слаболегированные пленки на сильно легированной подложке того же типа проводимости, что и эпитаксиальный слой.
Можно выделить следующие общие требования к установкам эпитаксиального наращивания:
• высокая однородность и воспроизводимость толщины и удельного сопротивления получаемого эпитаксиального слоя;
• минимизация автолегирования из сильнолегированных скрытых слоев или подложки и минимизация ширины переходной области между подложкой и эпитаксиальным слоем;