Применение озона в процессе химического осаждения из газовой фазы полупроводников

Химическое осаждение из газовой фазы является одним из наиболее широко используемых методов в полупроводниковой промышленности для нанесения различных материалов.

Включая изоляционные материалы, большинство металлических материалов и металлических сплавов.

Короче говоря, это процесс введения двух или более газообразных исходных материалов в реакционную камеру, где происходит химическая реакция с осаждением нового материала на поверхность кристалла.

Однако на самом деле реакции, происходящие в реакционной камере, очень сложны и ограничены различными условиями, такими как скорость потока газа, соотношение, давление, температура, расстояние между катодом и анодом, а также наличие дополнительных источников энергии, таких как энергия плазмы и напряжение смещения.

Технология CVD классифицируется по типу реакции или давлению, включая CVD при низком давлении (LPCVD), CVD при атмосферном давлении (APCVD), CVD при давлении ниже атмосферного (SACVD), CVD при сверхвысоком вакууме (UHCVD), CVD с плазменным усилением (PECVD), CVD с высокой плотностью плазмы (HDPCVD) и быстрое термическое CVD (RTCVD), CVD с возможностью металла (MOCVD) и т. д.

Озон, благодаря своей сильной окислительной способности, часто используется в качестве одного из реагентов для получения кислорода, который в сочетании с различными химическими материалами образует стеклянные покрытия.

TEOS+O3→SiO2  USG, нелегированное кремниевое стекло

TEPO+TEOS+O3 → PSG фосфорсодержащее стекло

TEB+TEPO+TEOS+O3 → BPSG борофосфатное стекло

ТЭБ и ТЭПО также можно заменить ТМБ ТМП, оба из которых представляют собой органические липиды на основе кремния, содержащие бор или фосфор.

Некоторые заводы также используют его окислительные свойства для осуществления процессов мокрой обработки с помощью кислотных ванн (Wet Bench), но в этом году его заменили перекисью водорода из-за его стабильности и сложности системы управления.

Если взять в качестве примера систему SACVD, химическое осаждение из газовой фазы при атмосферном давлении (SACVD) используется для проведения химических реакций. Давление в реакционной камере часто достигает 200 Торр или даже превышает 600 Торр, поэтому этот метод называется субатмосферным химическим осаждением из газовой фазы (Sub-Atomspheric Chemiacl Vapor Deposition).

Образуется в результате реакции тетраэтилортосиликата (ТЭОС) и озона, непосредственно применяемого при определенной температуре (обычно 400 °C или 480 °C) и давлении (обычно 450 Торр или 200 Торр).

TEOS находится в жидком состоянии при комнатной температуре и требует подачи носителя, например, газообразного гелия, в специальное устройство преобразования жидкости в газ (например, инжекционный клапан или барботер) при низком давлении и нагревания примерно до 110 градусов Цельсия, а затем пропускания через точный расходомер жидкости/регулятор массового расхода в реакционную камеру.

Высокочистый кислород, подаваемый системой управления завода, дозируется MFC и затем подается в озонатор. Соотношение добавляемого небольшого количества азота напрямую влияет на ход химической реакции в реакционной камере, поэтому концентрация озона имеет решающее значение. В связи с нестабильностью озона (атомы кислорода могут в любой момент разделяться и снова рекомбинировать в молекулы кислорода) озонатор должен поддерживать стабильное рабочее состояние для получения стабильной концентрации озоновой смеси. Давление газа на входе и выходе, а также температура генератора, должны строго контролироваться. Например, для точного регулирования температуры необходим охладитель, управляющий процессом теплообмена в камере генератора.

Концентрация озона, генерируемого озонатором, в смесителе O2/O3 обычно составляет около 13%. Для обеспечения онлайн-мониторинга были внедрены детекторы озона.

Используя отводную трубку на выходе генератора озона и осуществляя отбор проб через спектрометр с кварцевым окном, можно получить определенный спектр, пропуская ультрафиолетовый свет определенной длины волны через газ, тем самым проверяя массовое содержание озона в газе.

В режиме ожидания озоновая смесь непрерывно поступает в байпасный клапан, а затем смешивается с байпасным газом, используемым онлайн-детектором озона. Поток проходит через устройство разложения остаточных газов – O3-деструктор (сотовый фильтр, содержащий диоксид марганца), способствуя разложению озона в кислород, который выбрасывается в общий технологический отводной трубопровод.

Когда для технологической реакции требуется озон, перепускной клапан Diver, управляемый электромагнитным клапаном, переключается на сторону, ведущую к реакционной камере, направляя смеситель к участию в реакции. Оставшийся газ, образующийся в результате реакции, проходит через вакуумный насос вместе с другими побочными продуктами реакции, а затем очищается от остаточного газа в центральной скрубберной колонне.

Для обеспечения эффективности работы устройства разделения отработавших газов 03 Destroyer может быть установлен онлайн-детектор низкой концентрации остаточного озона. Обычный метод ультрафиолетового поглощения (закон Биломбо) использует ультрафиолетовое излучение с характерной длиной волны для облучения детектируемого газа, а полученный сигнал преобразуется и сравнивается для обеспечения безопасности отработавших газов, выбрасываемых в общую выхлопную систему.

В связи с различными условиями реакции, необходимое оборудование также различается. SACVD можно условно разделить на

1. Мейнфрейм (МЭЙНФРЕЙМ)

2. Электрический шкаф управления (контроллер)

3. Технологическая камера

4. Шкаф управления газом (GASPANEL)

5. Вспомогательное оборудование: теплообменник, озонатор, вакуумный насос и т.д.