Введение к работе
Актуальность работь;
Рост сложности интегральных, схем и соответствующее ужесточение технологических требований, связанных с увеличением количества стадий технологического цикла изготовления интегральных схем, увеличением диаметра пластин, микроминиатюризацией элементов, повышением однородности и качества слоев, стимулируют разработки новых технологий и совершенствование традиционных. В значительной мере это относится к газофазным процессам реакционной конденсации, низкотемпературной динамической плазменной обработки, широко использующимся в микроэлектронике для осаждения эпитаксиально-пленочных структур и подготовки поверхности подложек.
Потенциал развития этих процессов существенно зависит от уровня оптимизации газодинамических условий в рабочей зоне реактора. Особое значение оптимизация газодинамических условий имеет в гетерогенных процессах реакционной конденсации, макроскопическая скорость которых лимитируется диффузионной стадией, и при обработке материалов в струйной плазме при атмосферном давлении.
Для газофазных процессов реакционной конденсации характерны:
- взаимосвязанное развитие профилей скоростей, температур и
концентраций;
- существенная неизотермичность;
- переменность состава многокомпонентной парогазовой смеси
как а объеме реакционной камеры, так и на поверхности подложки;
взаимосвязанность (сопряженность) концентраций компонентов на горячей поверхности с процессами тепло- и массообмена в объеме газовой фазы;
влияние свободной конвекции;
влияние диффузии и теплопроводности в направлении течения парогазовой смеси.
В связи с этим методы расчета газодинамических условий очень сложны, причем, точность вычислительных алгоритмов во многом определяется уровнем экспериментальной техники, используемой при определении параметров газовой фазы.
Не менее сложной проблемой является диагностика плазменного потока, без которой невозможно обеспечить стабильность параметров плазмы, воспроизводимость результатов, нужное качество обработки.
Наиболее достоверные сведения при диагностике газовой фазы дают прямые экспериментальные методы визуализации прозрачных сред, среди которых особое место занимает голофафическая интерферометрия.
Целью настоящей работы является исследование методами голофафической интерферометрии газодинамических течений в гетерогенных процессах реакционной конденсации и низкотемпературной динамической плазме при фупповой и индивидуальной обработке пластин, оптимизация технологических режимов этих процессов и реакционного пространства.
В качестве объектов исследования выбраны осесимметричные фазовые объекты - многопозиционный реактор с резистивным нафевом подложек для эпитаксии GaAs из МОС, одиопозиционный реактор для химического осаждения из газовой фазы эпнгаксиадьно-пленочных структур, при воздействии некогерентного ПК -, излучения (RTCVD,
Rapid Thermal Chemical Vapor Deposition) , а также реактор для обработки пластин в низкотемпературной динамической плазме.
Выбор осесимметричных реакторов в качестве объектов исследований среди большого многообразия используемых в настоящее время типов реакторов обусловлен следующими преимуществами каждого из них:
в многопозиционных осесимметричных реакторах парогазовая смесь проходит только над одной подложкой во время осаждения, это обеспечивает низкий уровень автолегирования формирующихся слоев, все подложки при обработке находятся в одинаковых газодинамических условиях, конструкция реактора допускает возможность увеличения диаметра подложек;
однопозиционные осесимметричные реакторы имеют небольшие размеры, что' позволяет быстро менять состав технологических сред, интегрировать различные процессы в едином технологическом цикле или интегрировать однопозиционные модули, упрощает контроль процесса в реальном времени. Использование в однопоэиционных реакторах для термического воздействия некогерентного ИК -излучения примерно на три порядка сокращает термический бюджет процесса. Методы исследования. Для теоретического и практического решения поставленной задачи использовались следующие методы:
методы голографической интерферометрии,
двухэкспозиционный, в реальном времени и двухдлинноволноиый для визуализации газовой фазы;
метод ступенчатой функции для расчета распределения температуры и плотности газовой фазы; метод зеркальных отображений для расчета энергетической облученности подложки ИК-излучением. Научная новизна полученных и изложенных в диссертационной оте результатов заключена в следующем:
-
Показана возможность использования методов голографической интерферометрии для визуализации картин газовых потоков в осесимметричных реакторах и низкотемпературной динамической плазме.
-
Получено экспериментальное подтверждение возможности оценки газодинамических условий в осесиммтричных реакторах с использованием критериев Re и Ra, показано, что оценка газодинамическмх течений по величине комплекса Cr/Re2 является неправомерной.
-
Представлены результаты параметрических исследований газодинамики и температурных полей в осесимметричных реакторах проточного типа для групповой и индивидуальной обработки пластин в процессах реакционной конденсации и низкотемпературной динамической плазме.
-
Экспериментально установлено влияние теплопроводности газов (Н2, Аг) на распределение температуры в газовой фазе.
-
Изучена роль естественной и вынужденной конвекции при формировании газодинамических течений.
-
Обнаружено явление рециркуляции аргона в однопозиционном осесимметричном реакторе в условиях смешанной конвекции и полное отсутствие Ra нестабільностей при вынужденной конвекции.
-
Изучены переходные процессы в газовой фазе при изменении продолжительности воздействия некогерентного ИК-излучения и влияние "термической памяти" в быстрых термических процессах.
-
Исследована газодинамика низкотемпературной струйной плазмы, определено распределение ее основных компонентов.
Практическая значимость работы определяется следующим:
-
Результаты параметрических исследований газодинамических течений в осесимметричных реакторах для газофазных процессов микроэлектроники методами двухэкспозицнонной голографической интерферометрии и интерферометрии в реальном времени.
-
Определено влияние технологических параметров процессов, геометрических характеристик реакционной зоны на температурные поля газовой фазы и подложки. Показана взаимосвязь температур подложки и газовой фазы.
-
Дифференцированы по степени влияния на газодинамические течения технологические параметры газофазных процессов, определены параметры, которые могут быть наиболее эффективно использованы для оптимизации и контроля газовых потоков в быстрых термических процессах.
-
Разработан метод оптимизации и контроля газодинамических течений по оптической плотности газовой фазы. Показано, что основным критерием оптимальности газодинамических условий в реакторе является постоянство оптической плотности газовой фазы над поверхностью подложки в радиальном направлении, для контроля оптической плотности
газовой фазы может использоваться визуализированная интерференционная картина потока. 5. Установлены оптимальные условия, определяющие стабильность низкотемпературной динамической плазмы и однородность ее параметров.
Научные положения, выносимые на защиту
-
Результаты параметрических исследований газодинамики в осесимметричных реакторах различной конструкции для процессов реакционной конденсации и низкотемпературной динамической плазменной обработки.
-
Результаты измерений температурых полей в газовой фазе, полученные методами голографической интерферометрии, исследование влияния газовой фазы на температуру подложки, корреляция температурного режима с технологическими параметрами процессов и геометрическими характеристиками реакционной зоны.
-
Влияние теплопроводности газов на распределение температуры в газовой фазе.
-
Результаты исследований переходных процессов в газовой фазе при изменении продолжительности воздействия ИК-излучения и влияния "термической памяти".
-
Метод оптимизации и контроля газодинамических течений по плотности газовой фазы.
Достоверность и обоснованность полученных результатов подтверждается комплексным характером проведенных исследований, применением современных методов исследований, воспроизводимостью
результатов исследований, проведением контрольных экспериментов, зкпериментальным подтверждением теоретических положений.
Личный вклад автора в получении научных результатов. Основные научные и прикладные результаты диссертационной работы получены автором лично. При участии автора разработан топографический измерительный комплекс и проведены экспериментальные исследования. Апробация работы.
Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались на:
Международной научно-технической конференции "Датчики и преобразователи информации систем измерения, контроля и управления", Москва, МГИЭМ, 1993, 1994, 1995, 1996г.г. Materials Research Society "Symposium" Rapid Thermal and Integrated Processing", April 9-12, 1996, San Francisco, California, U.S.A.
Fourteentl International Conference on Chemical Vapor Depesition and EVROCUD-11, September 5-9, 1997, Paris, France.
Materials Research Society Symposium "Rapid Thermal and Integrated Processing", April 13-15, 1998, San Francisco, California, U.S.A. Публикации.
По материалам диссертации опубликовано 14 печатных работ (7 статей, 7 тезисов докладов).
Структура и объем работы.
Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, выводов, списка литературы и приложений.
Работа содержит 143 страницы, 4 таблицы, 43 рисунка, 81 наименований использованной в работе литературы.
![Анализ, моделирование и алгоритмизация процесса диагностики вертебрально-базилярной недостаточности на основе инструментальных методов исследования [Электронный ресурс]](/i/i/4465/168237.png "Анализ, моделирование и алгоритмизация процесса диагностики вертебрально-базилярной недостаточности на основе инструментальных методов исследования [Электронный ресурс] Кривцова Людмила Ивановна")