What Happens to Inert Gases in a CVD Furnace Chamber? A Technical Guide

วิศวกรกระบวนการเปิดแผงแก๊สของเครื่องปฏิกรณ์ CVD ตั้งค่าตัวควบคุมการไหลของมวลเป็นอาร์กอน 200 sccm และเฝ้าดูความดันในห้องสงบลงที่ 5 Torr ในอีกสองชั่วโมงข้างหน้า อาร์กอนมาตรฐานประมาณ 24 ลิตรจะผ่านโซนร้อนและปล่อยผ่านท่อสุญญากาศ ในทางเคมี เกือบทุกโมเลกุลจะเหมือนกันที่ทางออกกับที่ทางเข้า ปฏิกิริยาการสะสมของก๊าซเฉื่อยในห้องเตาเผา CVD จะไม่ถูกใช้ไป แต่กระบวนการจะล้มเหลวหากไม่มีก๊าซเฉื่อย

คำตอบสั้น ๆ : สี่งาน หนึ่งทางออก

โมเลกุลก๊าซเฉื่อยทุกโมเลกุลที่เข้าสู่ห้องเตาเผา CVD จะมีเส้นทางทางกายภาพเดียวกัน: เข้ามาทางตัวควบคุมการไหลของมวล เหนือสารตั้งต้นที่ให้ความร้อน และออกทางท่อระบายไอเสียไปยังปั๊มสุญญากาศหรือระบบลดปริมาณ ระหว่างทางก็ทำหน้าที่ที่แตกต่างกันสี่งาน

งานเหล่านี้ไม่มีการใช้แก๊สเลย สิ่งที่เข้าถึงไอเสียคือก๊าซเฉื่อยบวกกับสารตั้งต้นและผลพลอยได้ที่ไม่ทำปฏิกิริยา เช่น ไฮโดรเจนคลอไรด์หรือชิ้นส่วนของไซเลน

โมเลกุลไปอยู่ที่ไหนจริงๆ

ทางเข้า การทำความร้อน และการขยายตัว

ก๊าซเข้าสู่อุณหภูมิห้องใกล้ผ่านตัวควบคุมการไหลของมวล และถูกให้ความร้อนขณะเคลื่อนที่ผ่านโซนทางเข้า ในเครื่องปฏิกรณ์แบบผนังร้อน ก๊าซจะขยายตัวและเร่งความเร็วก่อนที่จะถึงพื้นผิว การขยายนี้จะเปลี่ยนโปรไฟล์การไหล และส่งผลต่อความสม่ำเสมอของสารตั้งต้นที่ถูกส่งผ่านแผ่นเวเฟอร์หรือชิ้นส่วน

ชั้นขอบและพื้นผิวของพื้นผิว

ที่พื้นผิว ความเร็วจะลดลงเหลือศูนย์ในชั้นขอบเขตบางๆ โมเลกุลของสารตั้งต้นจะต้องกระจายผ่านชั้นนี้เพื่อไปถึงฟิล์มที่กำลังเติบโต ในขณะที่โมเลกุลของก๊าซเฉื่อยเพียงแต่ผ่านไปโดยไม่ดูดซับหรือทำปฏิกิริยา ชั้นขอบที่บางลงจะปรับปรุงความสม่ำเสมอของฟิล์ม ดังนั้นการเพิ่มการไหลเฉื่อยจะช่วยได้ แต่จนกว่าความปั่นป่วนจะเริ่มสร้างความหนาที่แปรผันเท่านั้น เครื่องชั่งนี้คือหัวใจหลักของวิศวกรรมกระบวนการ CVD

เส้นทางไอเสียและเวลาพัก

หลังจากผ่านซับสเตรต ก๊าซเฉื่อยจะพาสารตั้งต้นและผลพลอยได้ที่ยังไม่ทำปฏิกิริยาไปยังกับดักความเย็น เครื่องฟอก หรือปั๊มสุญญากาศ เวลาพัก ซึ่งกำหนดโดยอัตราส่วนของปริมาตรห้องเพาะเลี้ยงต่ออัตราการไหล จะควบคุมปริมาณสารตั้งต้นที่สลายตัวในเฟสก๊าซเทียบกับบนพื้นผิว เวลาคงอยู่สั้นยับยั้งการเกิดนิวเคลียสของเฟสก๊าซและการก่อตัวของอนุภาค

เมื่อไนโตรเจนไม่เฉื่อยอย่างแท้จริง

ไนโตรเจนมีพฤติกรรมเฉื่อยในหลายกระบวนการ แต่ที่อุณหภูมิสูงกว่าประมาณ 900 ถึง 1,000 °C ไนโตรเจนสามารถทำปฏิกิริยากับไทเทเนียม อลูมิเนียม ซิลิคอน และวัสดุที่คล้ายกันเพื่อสร้างไนไตรด์ได้ แม้แต่เพียงไม่กี่ส่วนในล้านส่วนก็สามารถเปลี่ยนองค์ประกอบของภาพยนตร์ได้ อาร์กอนและฮีเลียมหลีกเลี่ยงความเสี่ยงนี้โดยสิ้นเชิง ซึ่งเป็นเหตุผลว่าทำไมอาร์กอนจึงเป็นพาหะเริ่มต้นสำหรับการสะสมที่มีความบริสุทธิ์สูง กระบวนการที่ต้องการการควบคุมบรรยากาศในระดับนี้จำเป็นต้องมีห้องเพาะเลี้ยงที่สร้างขึ้นด้วยความสมบูรณ์เช่นเดียวกับ a เตาบรรยากาศสุญญากาศ .

ผู้ผลิตเตาบรรยากาศสุญญากาศซัพพลายเออร์โรงงาน เครื่องมือ Dengsheng คือผู้ผลิตเตาบรรยากาศสุญญากาศของจีนและซัพพลายเออร์เตาบรรยากาศสุญญากาศ โรงงานเสนอเตาสุญญากาศแบบกำหนดเอง ... ดูผลิตภัณฑ์ →

ไนโตรเจน อาร์กอน หรือฮีเลียม: การเปรียบเทียบเชิงปฏิบัติ

การเลือกก๊าซเฉื่อยเป็นการแลกเปลี่ยนระหว่างต้นทุน ประสิทธิภาพการทำความเย็น ปฏิกิริยา และข้อกำหนดด้านความบริสุทธิ์ของฟิล์ม

ตารางนี้จะอธิบายว่าทำไมอาร์กอนจึงมีอิทธิพลเหนือ CVD ที่มีความบริสุทธิ์สูง: โดยผสมผสานปฏิกิริยาต่ำเข้ากับต้นทุนปานกลางและการระบายความร้อนที่ยอมรับได้ ฮีเลียมสงวนไว้เพื่อการระบายความร้อนอย่างรวดเร็ว ไนโตรเจนเป็นตัวเลือกที่ประหยัดเมื่อไม่ต้องกังวลเรื่องการก่อตัวของไนไตรด์

ตัวชี้วัดที่ซ่อนอยู่: การไหล เวลาที่อยู่อาศัย และการนำความร้อน

นอกเหนือจากประเภทของก๊าซแล้ว ตัวเลขสามตัวควบคุมสิ่งที่เกิดขึ้นจริงภายในห้องเพาะเลี้ยง: อัตราการไหล เวลาพัก และการนำความร้อน

ฮีเลียมนำความร้อนได้ดีกว่าไนโตรเจนประมาณหกเท่าและดีกว่าอาร์กอนประมาณแปดเท่า ซึ่งทำให้ฮีเลียมเป็นก๊าซทำความเย็นที่เร็วที่สุด ไนโตรเจนจะเย็นตัวเร็วกว่าอาร์กอนต่อหน่วยปริมาตร แต่ความหนาแน่นที่สูงกว่าและต้นทุนที่ต่ำกว่าของอาร์กอนทำให้เป็นค่าเริ่มต้นสำหรับสูตรอาหารส่วนใหญ่

• อัตราการไหลควบคุมการนำส่งของสารตั้งต้น: กระแสพาหะทั่วไปมีตั้งแต่ 50 ถึง 500 sccm ในขณะที่กระแสไล่ออกอยู่ที่ 1,000 sccm หรือมากกว่า
• เวลาพัก โดยทั่วไปจะใช้เวลาไม่กี่วินาที เท่ากับปริมาตรห้องหารด้วยอัตราการไหลตามปริมาตร
• ความดันบางส่วนของสารตั้งต้นแต่ละตัวจะเท่ากับเศษส่วนของโมลคูณด้วยความดันทั้งหมด ดังนั้นอัตราการสะสมของสารตั้งต้นที่เจือจางโดยเฉื่อยจึงปรับจูน

ผลที่ตามมาในทางปฏิบัติ: สำหรับเป้าหมายความหนาของฟิล์มที่กำหนด การเพิ่มการไหลเฉื่อยเป็นสองเท่าจะช่วยลดความดันบางส่วนของสารตั้งต้นลงครึ่งหนึ่งและทำให้การสะสมช้าลง ซึ่งโดยปกติจะปรับปรุงความหนาแน่นของฟิล์มและความครอบคลุมของขั้นตอน ข้อเสียนี้ควรได้รับการบันทึกไว้สำหรับทุกสูตรของกระบวนการ

โดยที่ CVD ก๊าซเฉื่อยมีอิทธิพลเหนือ

CVD ก๊าซเฉื่อยจะใช้ในทุกที่ที่ความบริสุทธิ์ของฟิล์มและการควบคุมบรรยากาศที่แม่นยำไม่สามารถต่อรองได้ การแจกจ่ายแอปพลิเคชันสะท้อนให้เห็นถึงลำดับความสำคัญดังกล่าว

การผลิตเซมิคอนดักเตอร์ยังคงเป็นผู้บริโภครายใหญ่ที่สุดเนื่องจากรูปทรงของอุปกรณ์ขึ้นอยู่กับความบริสุทธิ์ของฟิล์มที่สะสมอยู่ ผู้ผลิตการเคลือบเชิงแสงและการเคลือบป้องกันให้ความสำคัญกับความสม่ำเสมอและความสามารถในการทำซ้ำ ซึ่งจำเป็นต้องมีระเบียบวินัยในการไหลตามที่อธิบายไว้ก่อนหน้านี้

ขั้นตอนการปฏิบัติงาน: ก๊าซเฉื่อยในการทำงาน CVD

รายการตรวจสอบภาคสนามสำหรับการจ่ายก๊าซเฉื่อยในห้อง CVD ตามพฤติกรรมที่อธิบายไว้ข้างต้น มีดังต่อไปนี้หกขั้นตอน

สำหรับ CVD ระดับการวิจัย เตาหลอมแบบท่อที่สร้างขึ้นโดยเฉพาะซึ่งมีความสามารถในการสุญญากาศคือรูปแบบที่ใช้กันทั่วไปมากที่สุด อ เตาหลอดสุญญากาศต้านอนุมูลอิสระ ด้วยโซนอุณหภูมิหลายโซนทำให้บรรยากาศสะอาดและมีโซนร้อนสม่ำเสมอที่จำเป็นสำหรับฟิล์มที่ทำซ้ำได้ ห้องปฏิบัติการที่จัดการกับซับสเตรตที่ไวต่อความชื้นมักจะเพิ่ม เตาอบแห้งแบบเติมไนโตรเจน สำหรับการอบล่วงหน้าระหว่างการทำความสะอาดและการบรรจุ สำหรับทีมที่ต้องการเปลี่ยนระหว่างรูปแบบ Tube และ Box ชุดเตาอุณหภูมิสูง ครอบคลุมทั้งในอุปกรณ์ตระกูลเดียว

ผู้ผลิตเตาอบแห้งที่เติมไนโตรเจน ซัพพลายเออร์ โรงงาน ในฐานะผู้ผลิตเตาอบแห้งที่เติมไนโตรเจนในจีน ซัพพลายเออร์และโรงงานเตาอบแห้งที่เติมไนโตรเจนแบบกำหนดเอง Dengsheng เสนอ... ดูผลิตภัณฑ์ →

1200°C 1400°C 1700°C ผู้ผลิตเตาหลอดสุญญากาศ โรงงาน ในฐานะผู้ผลิตเตาหลอดสุญญากาศของจีนและโรงงานเตาหลอดสุญญากาศ เครื่องมือ Dengsheng เสนอเตาสุญญากาศแบบกำหนดเอง 1200°C 1400°C 1700°C... ดูผลิตภัณฑ์ →

การบำรุงรักษา ความปลอดภัย และการปฏิบัติตามข้อกำหนด

ก๊าซเฉื่อยนั้นง่ายต่อการจัดการ แต่ระบบที่จ่ายก๊าซเฉื่อยนั้นต้องการความเข้มงวดเช่นเดียวกับตัวเครื่องปฏิกรณ์ ความบริสุทธิ์ของก๊าซ ความสมบูรณ์ของการรั่วไหล และการบำบัดไอเสียจะเป็นตัวกำหนดว่ากระบวนการ CVD อยู่ภายในข้อกำหนดเฉพาะตลอดระยะเวลาการทำงานหลายเดือนหรือไม่

ใช้ความบริสุทธิ์ 99.999% (ห้าเก้า) ขึ้นไปสำหรับการสะสม โดยมีการตรวจสอบออกซิเจนและความชื้นที่หรือต่ำกว่า 1 ppm ก๊าซเกรดต่ำกว่าจะแนะนำน้ำที่ออกซิไดซ์ฟิล์มและเปลี่ยนจลนศาสตร์ของการสะสมตามระยะขอบที่วัดได้

ตรวจสอบการรั่วในห้องและท่อก๊าซด้วยสเปกโตรมิเตอร์มวลฮีเลียมตามกำหนดเวลาปกติ โดยกำหนดเป้าหมายความไวอย่างน้อย 10⁻⁹ mbar·L/s การรั่วไหลของอากาศเล็กน้อยเป็นสาเหตุที่พบบ่อยที่สุดของการปนเปื้อนของฟิล์มโดยไม่ทราบสาเหตุ

ก๊าซไอเสียจากห้องอาจมีผลพลอยได้จากการกัดกร่อนหรือเป็นพิษ กำหนดเส้นทางไอเสียไปยังเครื่องฟอกหรือระบบลดและตรวจสอบกฎระเบียบด้านสิ่งแวดล้อมในท้องถิ่น กับดักความเย็นช่วยปกป้องปั๊มสุญญากาศจากชนิดที่ควบแน่นได้

ไนโตรเจนและอาร์กอนทำให้เกิดความเสี่ยงต่อการขาดอากาศหายใจในพื้นที่จำกัด ดังนั้นควรติดตั้งเครื่องตรวจวัดการสูญเสียออกซิเจนในห้องที่มีถังแก๊สหลายถัง เมื่อสารตั้งต้นติดไฟได้ รถไฟแก๊สควรเป็นไปตามมาตรฐานการป้องกันการระเบิดเช่นเดียวกับส่วนอื่นๆ ของโรงงาน รีวิวของ เหตุใดผู้ผลิตจึงไม่ควรตัดมุมกับอุปกรณ์ป้องกันการระเบิด ช่วยกำหนดสเปคที่เหมาะสมก่อนซื้อ

ก๊าซเฉื่อยจะออกจากห้อง CVD เหมือนกับที่ก๊าซเข้าไปทุกประการ กล่าวในทางเคมี คุณค่าของกระบวนการอยู่ที่ความรอบคอบในการจัดการระหว่างกระบอกสูบและไอเสีย