Классификация оборудования ХОГФ функциональных слоев ИС

Исторически для формирования функциональных слоев ИС наибольшее распространение получали системы ХОГФ, представленные на рис. 10.

   

Рис. 10. Конструкции систем ХОГФ: а — трубчатый реактор атмосферного давления с горячей стенкой и групповой обработкой пластин; б — реактор колпакового типа пониженного давления с холодной стенкой и групповой обработкой пластин с возможностью плазменной активации процессов осаждения и плазменной очистки внутренних поверхностей; в — конвейер­ный реактор атмосферного давления с горячей стенкой и непрерывной групповой обработкой пластин; г — планарный реактор пониженного дав­ления с холодной стенкой и групповой обработкой пластин с возможностью плазменной активации процессов осаждения и плазменной очистки внут­ренних поверхностей; д — универсальный планарный реактор пониженного давления с холодной стенкой и индивидуальной (поштучной) обработкой пластин с возможностью плазменной активации процессов осаждения и плазменной очистки внутренних поверхностей; е — планарный высоковакуумный реактор с холодной стенкой и индивидуальной обработкой пластин в плазме высокой плотностью с возможностью одновременного проведения процессов осаждения и травления, а также плазменной очистки внутренних поверхностей.

Основным преимуществом установок, представленных на рис. 10а, предназначенных для высокотем­пературных процессов ХОГФ (T_s > 500^оC), является температурная однородность при почти идеальных изотер­мических условиях. Это позволяет получать пленки с низки­ми механическими напряжениями и высокой адгезией. Основным недостатком установок с такими реакторами является то, что пленки материалов осаждаются и на горячие стенки реактора, формируя толстые осадки, которые могут отслаиваться и вызывать загрязнение пластин частицами. Это приводит к частым остановкам оборудования для проведения процедуры очистки реактора. Указанная процедура занимает несколько десятков часов, и после 5-10 процедур кварцевый трубчатый реактор обычно приходит в негодность из-за обколов и растравов его стенок, воз­никающих при химических, термических и механических воздейст­виях. Для повышения времени технологической работы и времени жизни таких реакто­ров в их конструкцию была введена опция автоматической очистки трубы реактора без его демонтажа в газовом реагенте ClF₃.

Использование хо­лодных стенок (рис. 10, б) позволило значительно снизить осаждение пленок на их поверхность и повысить ресурс работы реактора до чистки. Пониженное давление обеспечило значительное увеличение скоро­сти и равномерности осаждения пленок по партии пластин. Кроме того, при пониженном давлении с помощью электродной или безэлектродной разрядных систем можно легко зажечь плазму внутри реактора и провести его плазмохимическую очистку с исполь­зованием более безопасных реагентов по сравнению с C1F₃, например C₂F₆, SF₆ и CF₄.

Для достижения максимальной производительности процессов ХОГФ, требуемой в условиях массового производства ИС, появилось оборудование на базе конвейерного реактора ХОГФ атмосферного давления с горячей стенкой и непрерывной групповой обработкой пластин (рис. 10, в). В таком типе оборудования значительно проще и быстрей осуществляется загрузка и выгрузка пластин, однако, затруднен температурный контроль рабочей зоны. Поэтому в таких установках обычно проводят менее температурно-зависимые химические реакции для осаждения пленок.

Наиболее конструктивно простыми и распространен­ными представителями оборудования ХОГФ с плазменной активацией процессов осаждения являются установки представленные на рис. 10, г.

Тенденции развития микроэлектроники привели к созданию новой серии оборудо­вания ХОГФ для реализации низкотемпературных процессов осаж­дения при субатмосферном и низком давлении с возможностью плазменной активации и очистки с компьютерным управлением и контролем режимов осаждения и очистки, а также работы устройств перемещения, ориентации и установки пластин. Эта серия оборудования была создана на базе универсального планарного реактора ХОГФ, представленного на рис. 10,д. Такие специализированные планарные реакторы легко объединяются с ка­мерами загрузки — выгрузки, камерами ориентирования и охлаж­дения пластин и транспортными камерами в составе кластерных установок (рис. 11).

Для реализации процессов атомно-слоевого ХОГФ в последние годы были разработаны однокамерные и клас­терные установки на базе универсального атомно-слоевого планарного реактора с хо­лодной стенкой и индивидуальной обработкой пластин (рис. 10, д), в котором используются:

— быстродействующие газовые системы, позволяющие перио­дически в течение коротких временных циклов (100 мс - 10 с) пода­вать в рабочую камеру сначала первый реагент, потом продувочный инертный газ, а затем второй реагент;

— модернизированные вакуумные системы, обеспечивающие синхронное изменение газовых потоков  в течение циклов осаждения и продувки.

Рис. 11. Схема кластер­ной установки со специализирован­ными планарными реакторами с инди­видуальной обра­боткой пластин для формирования многослойной систе­мы изоляции ИМС