Технологическое оборудование и техника безопасности

Первоначально эпитаксиальное оборудование изготавливали сами потребители. Позже стало возможным создание промышленного оборудования, с помощью которого можно обрабатывать одновременно большое количество пластин при высоком уровне автоматизации. Современный стандартный реактор имеет массу 2000 кг и занимает площадь 2 квадратных метра.

Обеспечение безопасности персонала при эксплуатации эпитаксиального оборудования: необходимо удалять и утилизировать продукты реакции и обеспечивать правильную подачу технологических газов в реактор.

При организации технологического процесса особое внимание уделяется технике безопасности. Возможны взрыв или возгорание водорода, наблюдается сильная коррозия, обусловленная наличием в технологическом цикле HCl, имеет место высокая токсичность легирующих газов (концентрация арсина AsH3 величиной 0,025% приводит к смертельному исходу).

В целях защиты окружающей среды для удаления непрореагировавших газов и продуктов реакции из потока газа-носителя используют скруббер, имеющий большую поверхность взаимодействия газов с водой.

Общий вид и схема технологической установки приведены на следующих рисунках:

В качестве реактора используется кварцевая труба с холодными стенками (принудительное охлаждение). Пластины располагаются на подложкодержателе, являющимся одновременно нагревателем индукционного типа. Он изготавливается из графита, хорошо нагреваемом в ВЧ поле, и покрывается слоем SiC для уменьшения взаимодействия с парами HCl. Скруббер, имеющий большую площадь соприкосновения с водой, используется для удаления непрореагировавших продуктов реакции. Температура в реакторе измеряется оптическим пирометром, а расход газа - ротаметром.

Подложкодержатель в эпитаксиальном реакторе выполняет роль тигля в процессе выращивания кристаллов. Он обеспечивает механическое закрепление пластины и является нагревателем в случае реакторов с индукционном нагревом. Геометрическая форма или конфигурация подложкодержателя обычно определяет название реактора.

Подложкодержатель, как и тигель, должен быть механически прочным и не загрязнять реакционную среду. Кроме того, он не должен вступать в химические реакции с газами, присутствующими в реакторе. Для реакторов с индукционным нагревом требуются материалы, хорошо нагреваемые высокочастотным (ВЧ) полем. Наиболее полно всем требованиям удовлетворяет графит. Только в реакторах с радиационным нагревом используются подложкодержатели из поликристаллического кремния и кварца. Поликристалл взаимодействует с HCl, что ведет к постепенной эрозии. Эрозия может быть предотвращена нанесением на поверхность поликристалла нитрида кремния из парогазовой фазы. Графитовые подложкодержатели также нуждаются в покрытии, поскольку они относительно мягкие и содержат много примесей.

Существует три вида подложкодержателей:

• горизонтальный (плоский),
• вертикальный (дискообразный),
• бочкообразный (цилиндрический).

Соответственно, существуют три типа реакторов. Их схемыприведены на следующих рисунках. На всех рисунках цифрами обозначены:

1) Держатель
2) Кремниевая пластина
3) Нагреватель
4) Рабочий газ (водород + силан)
5) Отработанный газ

Цилиндрический реактор с радиационным нагревом

Вертикальный реактор

Горизонтальный реактор