Устройство для осождения слоев из газовой фазы

Союз Советских Соцнаннстнческнх РеснубанкОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ п 11769834(51)М. Кл.З В 01 Ю 17/32 Государствеииый комитет СССР по делам изобретеиий и открытий(71) Заявитель Институт физики полупроводников Сибирского отделения АН СССР(54) УСТРОЙСТВО Д 31 Я ОСАЖДЕНИЯ СЛОЕВ ИЗГАЗОВОЙ ФАЗЫ,. 1-"п11 г Изобретение относится к устройствам для получения тонких слоев различных материалов, например полупроводников, металлов, диэлектриков, из газовой фазы и может быть использовано в процессах диффузии, окисления и других, требующих точного поддержания температуры и чистоты процесса.10В настоящее время используются реакторы для осаждения тонких слоев из газовой фазы с периодической загрузкой и выгрузкой подложек на лодочках 1 .Переходные тепловые процессы нагрева лодочки и нестационарность температурного поля реактора приводят к разбросу условий ведения процесса для различных подложек. Следствием является малая воспроиэводимость па раметров осаждаеьвюх слоев от партии к партии, разброс параметров внутри партии и по подложке, относительно низкая производительность иэ-эа потери времени на предварительных операциях (загрузка, откачка, выгрузка) .Известен промышленный реактор для непрерывного осаждения слоев диэлектрика иэ газовой фазы, состоящий из горизонтальной реакционной камеры, З 0 системы ввода и вывода газов, шлюзовых камер для загрузки и разгрузки подложек, средства для непрерывного поступательного перемещения подложек 2Недостатками данного реактора являются наличие подвижной транспортирующей ленты, перемещающейся через все зоны реактора, что может приводить к загрязнению нежелательньии примесями рабочей камеры, наличие трущихся частей механизма в рабочей камере, из-эа чего увеличивается запыленность газовой среды, отсутствие вращения подложек, что обусловливает неравномерность осаждения слоев на подложке в направлении поперек реактора.Целью изобретения является повышение чистоты процесса и улучшение однородности осаждаемых слоев путем одновременного поступательного перемещения и вращения в реакторе,Поставленная цель достигается тем, что средство для перемещения подложек выполнено из трех трубок, установленных параллельно оси реактора, средняя иэ которых неподвижна, а две крайние с помощью кривошипно-шатунных механизмов установлены с воэ,очностью перемещения в вертикальнойщюскости синфазно, а в горизонтальной плоскости-противофазно.На Фиг. 1 представлена схема реактора 1 на Фиг. 2 - кинематическаясхема перемещаемого механизма,Реактор 1 размещен внутри нагрева"теля 2 (печь сопротивления) . Шлюзовые камеры 3 обеспечивают герметичность рабочего пространства реактораи подачу полупроводниковых подложек 4в реактор, а также выгрузку подложекиз реактора. Во время перемещениячерез рабочую камеру подложки совер"шают поступательное и одновременновращательное движение вокруг собственной оси. Средство для перемещениясостоит иэ подвижных трубок 5, неподвижной трубки б и кривошипно-шатунного механизма 7, который приводитсяв движение от мотора 8. К трубкам 5по всей длине приварены ограничители9, которые не позволяют подложкамуходить в сторону от оси реактора,Ограничители 9, приваренные по всейдлине к трубке б, обеспечивают устойчивость подложек во время холостогохода перемещающегося устройства.На Фиг. 1 и 2 подвижные трубки 5показаны в крайнем верхнем (рабочем)положении, Механизмы 7 с противоположных сторон реактора работают синхронно.Весь кривошипно-шатунный механизми герм.-:тичный ввод вращения от валамотора расположены в камере 10, которая стоит. между реактором 1 и шлю"эовыми камерами 3. Герметичностьобеспечивается специальными уплотнениями.устройство работает следующим образом.При вращении вала Мотора 8 обаплеча преобразователя поднимаются иопускаются одновременно, так как осьпреобразователя расположена вертикально и жестко закреплена. Одновременно поднимаются и опускаютсякрайние трубки 5. На уровне середины .траектории подвижных трубок расположена неподвижная трубка б, на которую опускается подложка, когдаподвижные трубки 5 находятся нижесреднего уровня. Время прохожденияподвижных трубок ниже неподвижнойопоры " это время холостого хода,когда подложка находится в покое, акрайние трубки возвращаются в исходное положение.Кйждая точка плеч преобразователясовершает движение по траекториив Форме эллипса или окружности (взависимости от расстояния до оси преобразователя). Горизонтальные составляющие траектории (вдоль оси реактора) для точек, расположенных с разныхсторон от. оси, имеют противоположные направления. Соответственно подвижные трубки в направлении оси реактора движутся в противоФазе, чтоприводит к повороту подложки на некоторый угол во время рабочего ходатрубок. Во время холостого хода трубки возвращаются в исходное положение и цикл повторяется. За некоторое-число циклов подложка совершает полный оборот вокруг своей оси,Подвижные трубки расположены наразных расстояниях от оси преобразо вателя. АмплитуДы перемещения трубоквдоль оси реактора различны в разныхнаправлениях, Это приводит к шаговому поступательному перемещению подложек вдоль оси реактора в направлениидвижения трубки с большей амплитудой5 во время рабочего хода.Таким образом, подложки перемещаются вдоль оси реактора и одновременно вращаются вокруг своей оси.Разброс времени прохождения под 20 ложек через весь реактор составляетне более 1 3, Подложки применялисьсо срезом для определения кристаллограФических направлений. Измерениястабильности скорости движения правоад дились при температуре 850 С.Описанный процесс перемещенияподложек через реакционную камеруисключает возможность загрязнениярабочей зоны реактора из средстваперемещения, так как элементы последнего совершают колебательные движения с небольшой амплитудой (3-10 мм),В то же время подложки при движениивращаются, что обеспечивает равномерное осаждение слоев, так как исключаются эФФекты, обусловленные радиальной неоднородностью распределения температуры и газового потока.Предложенный реактор был выполнендля осаждения слоев нитрида кремния4 О толщиной 10006 на кремниевые подложки диаметром 40 мм. Осаждение нитрида кремния проводится в результатевзаимодействия силана и аммиака в. потоке газа-носителя"аргона при температуре 700-850 С. Давление - атмосФерное. Трубки устройства перемещения подложек через реактор выполнены иэ кварца.Производительность непрерывно работающего реактора составляет дляданного процесса 30-50 подложекв 1 ч. Скорость перемещения подложекможно перестраивать (максимальнаяпроизводительность до 200 подложекв 1 ч.), неравномерность толщиныф 5 слоя нитрида кремния не превышает 5.Предложенная конструкция реактораможет быть использована для непрерывного осаждения слоев диэлектриков,полупроводников и металлов из газо. образных соединений с активациейпроцесса нагревом, электрическим разрядом или излучением. Реактор можетбыть использован для газового травления полупроводниковых материаловб 5 и для плаэмохимического травления769834 формула изобретения Фиг НИИ Заказ 6757/65 Тираж 567 Подписно ал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектнаяб.ожных структур в тех случаях, когда необходимо обеспечивать высокуюравномерность отработки в непрерыв-ном режиме. сПрименение настоящего изобретения дает такие преимущества, как5 , увеличение чистоты ведения процесса, увеличение воспроизводимости и равномерности осаждения слоев, увеличение выхода годных и КПД за счет большей равномерности осаждения и чистоты процесса, относительно простая технология изготовления элементов ус,тройства перемещения иэ стандартных иэделий, низкая стоимость и доступность материала.15 Устройство для осаждения слоев иэ 20 газовой Фазы, включающее горизонтальный трубчатый реактор, внутри которого размещены средства для непрерывного поступательного перемещенияподложек, шлюзовые камеры, установленные по торцам реак-ора, для ввода и вывода подложек, средства дляввода и вывода газов и нагреватель,о т л и ч.а ю щ е е с я тем, что, сцелью повышения чистоты процесса иулучшения однородности осаждаемыхслоев путем одновременного поступательного перемещения и вращения подложек в реакторе, средство для ихперемещения выполнено из трех трубок,установленных параллельно оси реактора, средняя иэ которых неподвижна,а две крайние с помощью кривошипношатунных механизмов установлены свозможностью перемещения в вертикальной плоскости синФазно, а в горизонтальной плоскости - противоФазноИсточники инФормации,принятые во внимание при экспертизе1.Яо 1 Ы Б 1 а 1 е Тесйпо 1 , 197518 И 12, р 23-33,2. фБо 11 Й ЯЫйе ТесЬпо 1 ,1973,16, 9 11, р. 37-42 (прототип .