Разработка реактора эпитаксиального наращивания одиночных подложек и исследование в нем теплофизических и физико-механических процессов

• Автор: Миркурбанов, Халит Абдулгазизович
• Шифр специальности: 05.27.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 246 с. : ил.

Оглавление
Введение

1. Состояние проблемы разработки эпитаксиальных установок

2. Исследование напряженного состояния и механизма пластической деформации в кремниевой подложке при высокотемпературной обработке

2.1. Исследование распределения температуры по поверхности подложки в реакторе

2.1.1. Анализ теплового баланса и влияния газового зазора на температурное поле подложки
2.1.2. Расчет прогиба подложки при действии массовых сил в условиях высокотемпературной обработки

2.1.3. Температурное поле подложки в реакторе

2.2. Расчет термонаиряженного состояния в подложке при

осесимметричном перепаде температур

2.3. Расчет термонапряженного состояния в подложке при периферийном осесимметричном перепаде температур
2.4. Обобщенное термонапряженное состояние в подложке при осевом и периферийном перепаде температур
2.5. Механизм пластической деформации кремниевой подложки при высокотемпературной обработке в реакторе.
Выводы по разделу 2.
3. Исследование газодинамических характеристик потока в щелевом реакторе и расчет его на прочность.
3.1. Анализ течения газового потока в реакторе
3.2.Движение подложки относительно газового потока в реакторе
3.3. Расчет на прочность кварцевого реактора щелевого типа, работающего при пониженном давлении рабочего газа в условиях
высоких температур
3.4. Экспериментальная оценка характера деформации и разрушение реактора при работе с пониженным давлением
Выводы по разделу 3.
4.Установка эпитаксиального наращивания одиночных подложек
4.1. Назначение установки и ее характеристики
4.2. Устройство и работа установки
4.2.1. Реакторный блок
4.2.2. Модуль загрузки МВЗП
4.2.3. Система газораспределения
4.2.4. Система управления установкой
4.3. Циклограмма работы установки
Выводы по разделу 4.
Общие выводы
Литература


Такой прибор обладает высоким быстродействием (в 5-7 раз выше РРГ-3, РРГ-7), что должно положительно влиять на стабильность толщины ЭС от партии к партии. Общий недостаток приведенных в таблице 1. РРГ-3, РРГ-7, РРГ-9, РРГ-9М - наличие в их конструкции резиновых уплотнений, являющихся потенциальным источником загрязнений реактора. Учитывая изложенное, был разработан более компактный вариант дозатора РРГ- с металлическими уплотнениями. Характеристики этого прибора соответствуют характеристикам лучших мировых образцов. В процессе газофазной групповой эпитаксии для нагрева подложек в основном используют индукционный нагрев односторонний или с переотражением. В таких установках однородность температурного поля подложки будет определяться геометрией ее посадочного места, поскольку тепловой поток передается подложке от подложкодержателя. В работах /-/ предложены различные конструкции укладки подложек на подложкодержатель. Практика показывает, что распределение температуры но поверхности формирования эпитаксиального слоя имеет сложный характер. Это обуславливается рядом причин. Одной из них является различие теплопередачи в центральных и периферийных областях подложки /. Вторая причина - дискретность теплового контакта подложки и подложкодержателя при нормальных тепловых потоках //. Для кремния такая релаксация происходит при рабочих температурах 0-°С. Проявляется пластическая деформация в кремниевых подложках формированием полос скольжения от периферии к центру вдоль базовой плоскости (1) /,,/. Результаты измерений температуры на подложке, а также исследования эпитаксиальных структур позволяют определить критический градиент температур, приводящий к пластической деформации //. Для подложек диаметром 0 мм и рабочей температуре °С допустимый градиент составляет ~ 0°С/м, /6, /. Такой градиент соответствует перепаду температур между центром и периферией и составляет °С. В работах /-/ аналитически и экспериментально показано, что допустимый перепад при рабочей температуре °С не должен превышать °С. При градиенте 0°С/м в подложке полосы скольжения занимают - % ее площади //. Следует отметить, что обсуждению механизма формирования полос скольжения уделено мало внимания /, /. Можно предположить, что исключение или уменьшение до допустимых пределов пластической деформации возможно не только путем уменьшения градиента температур, но также, исключением из подложки источников дислокации. Физическая модель контакта подложка - подложкодержатель при анализе теплопередачи рассматривается в работе /6/. Автор предлагает дискретную модель, где теплопередача осуществляется через фактический контакт по микровыступам и через среду полых промежутков между площадками фактического контакта. В работе /6/ проведена оценка лучистой составляющей переноса тепла между контактирующими поверхностями подложка - подложкодержатель. Показано, что основной перенос тепла (до % в среде водорода) приходится на газовые прислойки. Перепад температуры по толщине подложки приводит к ее искривлению. В работах /5, 6/ приведены результаты оценки прогибов кремниевых подложек диаметром 0, 0 и 0 мм. Так для подложек диаметром 0 мм максимальный прогиб составляет 0 мкм, в установке с лучистым нагревом ЭПИКВАР-2 - мкм. Различие в теплопередаче центральных и периферийных зон подложки, увеличивающееся с ростом ее диаметра, приводит к радиальной неравномерности температур, отвечающей за формирование термонапряжений. По /6, 7/ в установках с лучистым нагревом подложек (ЭПИКВАР-2) неравномерность температурных полей более низкая, чем с индукционным. На рис. Схема реактора показана на рис. Как и при групповой обработке, в реакторах одиночной обработки используется односторонний и двухсторонний нагрев. Односторонний нагрев осуществляется индуктором или группой кварцевых ламп. Мощность таких источников определяется размером обрабатываемой подложки, рабочими режимами процесса и конструкцией реактора. Метод лучевого нагрева позволяет управлять мощностью теплового источника по величине и по площади нагрева //.