Устройство для осаждения слоев из газовой фазы

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 0 С ЗОВ САНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ 1 ) 00 Ж Пс на УДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ ТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ(56) 1. Скворцов И. М. Технология и аппаратура газовой эпитаксии кремния и германия. М., Энергия, 1978, с. 11,2. Авторское свидетельство СССР827621, кл. С 30 В 25/08, 1977,3. Авторское свидетельство СССР988012, кл. С 30 В 25/08, 1981.(54) (57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОСАЖДЕНИЯ СЛОЕВ ИЗ ГАЗОВОЙ ФАЗЫ, вклю 801089181 А чающее водоохлаждаемую камеру, полыи подложкодержатель, расположенный в камере, индуктор, установленный в закрытом колпаке внутри подложкодержателя, тепло- изоляционный экран, размещенный у внутренней стенки камеры, и средства ввода и вывода газа, отличающееся тем, что, с целью повышения качества осажденных слоев путем обеспечения регулируемого теплоотвода, теплоизоляционный экран выполнен в виде кольцевой камеры, соединенной со средствами подачи газообразного теплоносителя и вакуумной откачки и выполненной с внутренней стенкой, имеющей участки конического сужения по высоте подложкодержателя и расширения, соединенные между собой под тупым углом.Изобретение относится к аппаратам дляосуществления технологических процессовполучения пленочных полупроводниковыхматериалов и преимущественно касается устройств для газофазного осаждения кремниевых эпитаксиальных слоев.Известно устройство для осаждения слоев из газовой фазы, содержащее водоохлаждаемую, кварцевую, колпаковую камерусо средствами ввода и отвода газов, установленный в ней подложкодержатель и располагаемый снаружи индуктор ВЧ-нагрева 1.Недостаток известного устройства состоит в том, что вследствие дефицита и высокой стоимости кварцевых труб большогодиаметра производство эпитаксильныхструктур на подложках большого (76, 100,150 мм) диаметра ограничено. Размещениев 1500-мм кварцевых трубах установокУНЭС - 2 ПВМ подложкодержателей подподложки большого диаметра неизбежносопряжено с уменьшением количества загружаемых пластин и, следовательно, производительности промышленного оборудования, При этом максимальный диаметр загружаемых подложек составляет 60 мм.Известно устройство для осаждения слоев из газовой фазы, содержащее водоохлаждаемую, металлическую камеру со средствами ввода и вывода газов с размещенным вней полым подложкодержателем и установленным в нем кварцевым защитным колпаком с индуктором ВЧ-нагрева. Данное устройство находит широкое применение напрактике, положено в основу конструкциисерийных промышленных установок и является базовой моделью для создания новых типов оборудования для получения пленочных полупроводниковых материалов наподложках большого диаметра 2,Однако данное устройство обладает суФщественным недостатком, заключающимсяв повышенном, по сравнению с кварцевымикамерами уровне брака продукции по качеству поверхности эпитаксиальных слоев.Указанный недостаток присущ всем типамизвестных устройств с металлической реакционной камерой и обусловлен более высокой теплопроводностью металла по сравнению с кварцем, что приводит к снижениютемпературы поверхности камеры контактирующей с парогазовой смесью в зонеосаждения. Это в свою очередь вызываетпонижение температуры парогазовой смесивблизи стенок камеры до 100 в 2 С, прикоторых гомогенные химические реакции вгазовой фазе смещаются в сторону преимущественного выделения полихлоридов. Образующиеся в результате гомогенных реакций (На + %1 + остаточные пары Н О висходном Н) полихлориды, попадая в видемелкодисперсных частиц на поверхностькристаллизации являются источником дефектообразования (дефекты упаковки, пи 5 1 О рамиды, трипирамиды, макродефекты и т. д.). Это приводит к тому, что эксплуатация металлических камер сопровождается повышенным уровнем брака эпитакспальных слоев по кристаллическому сов ршенству и качеству поверхности. Аналогичные процессы происходят и в кварцевых реакционных камерах, но ввиду малой теплопроводностикварца температура ПГС у поверхности стенок камеры в зоне осаждения составляет -400 в 6 С и вероятность образования и концентрация полихлоридов в этом случае много меньш ., чем в металлической камере.Наиболее близким по технической суцности к предлагаемому являезся устройство для осаждения слоев из газовой фазы, включающее водоохлаждаемую камеру, полый подложкодержатель, расположенный в камере, индуктор, установленный в защитном колпаке внутри подложкодержателя, тепло изоляционный экран, размещенный у внутренней стенки камеры и средства ввода и вывода газа. Теплоизоляционный экран выполнен в виде набора кварцевых трубок или пластин с вакуумированными внутренними полостями, заполненными керамическим во локном с плотностью набивки 50150 кгс/см 3.Известное устройство имеет ряд недостатков, Регулировать теплоотвод в нем нельзя, так как с повышением температуры эпитаксии температура поверхностного слоя теплоизоляционного экрана (трубок) контактирующего ПГС может только повышаться, а с понижением температуры эпитаксии только понижаться В связи с этим невозможно перейти без ухудшения качества от использования ЯС 1 на 51 НСз или 51 НС 1.Известное устройство имеет невысокую йрочность и надежность, обусловленные применением сравнительно хрупких элементов (кварцевые тонкостенные трубки или пластины).40 Цель изобретения - повышение качества осажденных слоев за счет обеспечения регулируемого теплоотвода.Указанная цель, достигается тем, что вустройстве, включающем водоохлаждаемую камеру, полый подложкодержатель, расположенный в камере, индуктор, установленный в защитном колпаке внутри подложкодержателя, теплоизоляционный экран, размещенный у внутренней стенки камеры, и средства ввода и вывода газа, теплоизоля О ционный экран выполнен в виде кольцевойкамеры, соединенной со средствами подачи газообразного теплоносителя и вакуумной откачки и выполненной с внутренней стенкой, имеющей участки конического сужения по высоте подложкодержателя и расшире ния, соединенные между собой под тупымуглом.На чертеже представлено устройство, разрез, общий вид,Устройство имеет реакционную водоохлаждемую металлическую камеру 1 с водяной рубашкой 2, снабженную средствами ввода (показано стрелками) и вывода газов - патрубком 3, пропущенным внутри индуктора 4 и приваренным в верхнем торце защитного кварцевого колпака 5. В камере 1 коаксиально один в другом размещены индуктор ВЧ-нагрева 4 в защитном кварцевом колпаке 5 и подложкодержатель 6, вьполненный в виде полого графитового цилиндра или многогранной призмы. У внутренней боковой стенки камеры 1 установлен тепло- изоляционный экран, выполненный в виде герметичной кольцевой камеры 7, имеющий протяженность больше высоты подложкодержателя 6. Кольцевая камера 7 соединена патрубками 8, снабженными регулирующими вентилями 9 с магистралями подачи газообразного теплоносителя, например азота и вакуумной откачки (показано стрелками). Подложки 10 устанавливают на подложкодержателе с подставкой, Средства вращения подложкодержателя не показаны.Внутренняя стенка кольцевой камеры 7 выполнена в виде термокомпенсатора и имеет участок конического сужения по ходу потока парогазовой смеси, охватывающий рабочую зону осаждения и следующий за ним участок конического расширения, находящийся выше верхнего торца подложкодержателя 6, т. е. вне (выше) рабочей зоны осаждения. Протяженность (высота) герметичной кольцевой камеры 7 выбирается в 1,2 - 2 раза больше высоты подложкодержателя 6. Устройство работает следующим образом.На подложкодержатель 6 загружают подложки 10, камеру 1 герметизируют, нагревают с помощью индуктора 4 подложкодержатель 6 и при подаче соответствующих ре. агентов ведут операции, входящие в регламент эпитаксиального процесса, При этом перед началом высокотемпературных операций (отжиг, газовое травление), с помощью регулирующих вентилей 9 устанавливают и поддерживают в течение всего технологического цикла оптимальный расход азота или оптимальную степень разрежения в герметичной кольцевой камере 7, что обеспечивает поддержание температуры поверхности стенки камеры, контактирующей с парогазовой смесью в зоне осаждения на уровне, исключающем образование полихлоридов.Таким образом, герметичная кольцевая камера 7 является теплоизолятором с управляемо-регулируемым теплоотводом. Это позволяет при любой заданной температуре подложкодержателя 6 обеспечить оптимальную 500 С температуру ПГС у стенки камеры в зоне осаждения, причем ее регулирование сводится к изменению с помощью вентилей 9 расхода азота или степени разрежения, т. е, теплопроводности кольце 5 10 15 20 25 30 35 40 1270 С) температуре эпитаксии.Были проведены испытания настоящего устройства.Сопоставление результатов по 20 проведенным в известном (базовом) и настоящем устройствах процессам осаждения показало:брак по качеству поверхности слоев (вкрапления, растравливание, риски и т, д.) ниже на 12 О/о в настоящем устройстве по сравнению с серийным;однородность толщины слоев нарашенных в настоящем устройстве выше, чем в серийном и разброс толщины слоев в партии не превышает +10%.Таким образом, настоящее устройство позволяет повысить качество и выход годных структур в металлических реакционных 45 50 55 вой герметичной камеры 7 в целом, а выбор необходимых расходов (разрежений) легко осуществляется опытным путем. Выполнение кольцевой камеры 7 с высотой больше высоты подложкодержателя 6 позволяет с гарантией обеспечить заданную температуру стенки камеры по всей высоте рабочей зоны осаждения. Выполнение стенки кольцевой камеры 7, контактирующей с парогазовой смесью, с участком конического сужения, соответствующим рабочей зоне осаждения, и участком конического расширения вне рабочей зоны, с сопряжением между указанными участками под тупым углом или скруг лением позволяет скомпенсировать изменение линейных размеров полости за счет температурных коэффициентов расширения, а также понизить влияние эффекта объединения состава смеси по высоте зоны осаждения. Это с одной стороны повышает прочность и надежность конструкции устройства, а с другой, стороны способствует повышению качества слоев за счет снижения разброса электрофизических параметров в партии одновременно наращиваемых структур при уменьшении расхода водорода. Надежность конструкции предлагаемого устройства обеспечивается также тем, что только часть боковой стенки камеры 1 выполнена в виде герметичной кольцевой камеры 7. Это исключает подгорание прокладок уплотнения располагаемых по нижнему торцу камеры 1.Предлагаемое устройство имеет более мобильную конструкцию, так как обладает не пассивным, как в известном, а управляемо-регулируемым теплоотводом и его легко перестроить на оптимальный режим, например, при необходимости изменения температуры эпитаксии при переходе от использования 31 С 1 на ЯНС или 1 Н,С 1,. Аналогично в рамках эпитаксии из 5 С 1 в настоящем устройстве простым изменением расхода газа или давления в кольцевой полости можно обеспечить оптимальную (постоянную) температуру стенки, контактирующей с ПГС при любой необходимой (1200 -1089181 Составитель А. Домбровская Редактор Е. Кривина Техред И. Верес Корректор О. Билак Заказ 2879/26 Тираж 352 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж - 35, Раушская наб., д. 4/5 Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4камерах, Устройство легко реализуется на базе серийных реакторов установок УНЭС - 2 ПКА. Устройство позволяет улучшить условия роста слоев и облегчает эксплуатацию установки, т. к. стенки камеры, контактирующие с ПГС практически не загрязняются полихлоридами и число протирок реактора уменьшается.