Реактор для проведения диффузионных процессов

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 466 01 ( 21/22 АНИЕ ОБР Е ПАТЕН урзинченной ответ 731 тво СССР22, 1989.ДЕНИЯ ДИФФУСО ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНВЕДОМСТВО СССР(54) РЕАКТОР ДЛЯ ПРОВЕЗИОННЫХ ПРОЦЕССОВ 57) Изобретение относится к производствуолупроводниковых приборов, Реактор со Изобретение относится к производству полупроводниковых приборов, а именно к конструкциям реакторов для проведения диффузионных процессов, сопровождающихся сублимацией диффузанта или продуктов реакции, например для диффузии галлия из трехокиси галлия методом открытой трубы.Целью. изобретения является повышение процента выхода годных в процессе производства полупроводниковых приборов, увеличение срока службы реактора для проведения дифффузионных процессов, а также уменьшение расхода кварца на его изготовление,Указанная цель достигается тем, что конструкция реактора предусматривает защиту внутренней стенки трубы в зоне осаждения диффузанта и продуктов реакции (например, для процесса диффузии галлия в открытой трубе зто зона с Т750 С) с подержит горизонтальную трубу с отверстием для подачи газа и отверстием для загрузки и выгрузки полупроводниковых пластин и выпуска газа, а также съемную крышку с отверстием для выпуска газа. Цилиндрическая часть крышки вставляется коаксиально с зазором в выпускное отверстие трубы, причем перед зоной осаждения диффузанта и продуктов реакции, определяемой параметрами конкретного технологического процесса, величина зазора 95 мм, а в зоне осаждения 90,05 Р, где 9 - зазор между цилиндрической частью съемной крышки и стенкой трубы реактора, мм; О - внутренний диаметр трубы реактора, 1 ил. мощью съемной крышки, имеющей удлиненную часть, расположенную коаксиально с зазором д, переменным. относительно внутренней стенки трубы реактора с внутренним диаметром О, причем перед зоной осаждения диффузанта и продуктов реакции 95 мм, а в зоне осаждения 90,050. Благодаря тому, что зазор является не постоянным по длине трубы реактора, а переменным, появляется возможность устранить недостатки конструкции прототипа, обусловленные ограничительными факторами при выборе оптимальной величины зазора.ц, когда, с одной стороны, для уменьшения зффекта диффузии паров диффузанта и продуктов реакции в зазор 9 его величина должна быть как можно меньше (" почти вплотную"), а с другой стороны, необходимо обеспечить в зоне осаждения (в "холодной" зоне печи) некоторый увеличен- . ный зазор между внутренней стенкой трубыи внешней стороной удлиненной части крышки для сохранности компактного слоя сублимата при съеме крцшки, Так как вне пределов "холодной" зоны не происходит сублимации диффузанта и продуктов реак ции на стенках трубы и удлиненной части крышки, то здесь можно свести зазор 9 до минимума ("почти вплотную"), т.е, 95 мм, что, многократно уменьшает количество диффуэанта, попадающего через зазор 9 в 10 "холодную" зону печиВ "холодной" зоне печи зазор 9 можно увеличить до значений 90,050, что обеспечивает сохранение компактного слоя сублимата от разрушения при снятии съемной крышки даже при длитель ной эксплуатации реактора. Следует подчеркнуть, что осаждение сублимата в зазоре 9 происходит в основном в верхней части трубы реактора и, соответственно, внешней стенки удлиненной части сьемной крышки 20 реактора. Поэтому при снятии съемной крышки ве,удлиненную часть можно опустить вниз, в результате зазор 9 между внешней стенкой удлиненной части крышки и внутренней стенкой трубы увеличивается 25 вверху в 2 раза, Таким образом, за счет переменной величины зазора д по длине реактора одновременно решаются задачи обеспечения чистоты рабочей поверхности пластин при их загрузке и выгрузке, исклю чвния дополнительных химических обработок трубы реактора, а также уменьшения расхода материала нэ изготовление цилиндрической части съемной крышки реактора. Следует отметить, что на практике для одно го реактора изготавливают двв сьвмные крышки; так как последние периодически выходят из строя (либо необходима химическая обработка внутренней стенки цилиндрической части, либо необходим ремонт 40 выходного патрубка). Расход кварца на Из. готовление съемных крышек вполне сравним с расходом кварца нэ изготовление труб реактора. Например, для типового Ре актора, применяемого нэ печах СДО/3- 45 15,0 длина трубы реактора 1800-2000 мм, э длина цилиндрической части двух съемнйх крышек (380.-400) х 2 760-800 мм, что со." ставляет около 30 расхода кварца на изготовление трубы реактора. 50 В результате применения предлагаемой конструкции повышается процент выхода годных в процессе производства полупроводниковых приборов, увелйчива ется срок службы реактора для проведения диффузионных процессов, э также уменьшается расход кварца на его изготовление.На чертеже представлено пРодольНое сечение реактора,Проходной трубчатый реактор для проведения диффузионных процессов состоит иэ горизонтальной трубы 1 и съемной крышки 2, изготовленных из кварцевого стекла ПНП ГО ВЩЛО.027.241 ТУ. Общая длина трубы 2000 мм, толщина стенки 5 мм, внутренний диаметр О = 135 мм. На одном конце трубы .1 имеется отверстие 3 диаметром 15 мм для подачи газа, на другом - отверстие 4 для загрузки и выгрузки обрабатываемых полупроводниковых пластин 9 и выпуска газа. Съемная крышка 2 с помощью шлифового соединения "шлиф КШ 150/75, ГОСТ 8682-70" герметично и коаксиально вставляется в выпускное отверстие 4 трубы 1 и своей удлиненной цилиндрической чэстьа наружным диаметром 90 мм и длиной 380 мм защищает внутреннюю стенку трубь в "холодной" зоне печи(Т(750 фС) от загрязнения сублимирующимся диффузантом, Необходимо отметить, что в известной конструкции наружный диаметр цилиндрической части крышки 120 мм, На.конце удлиненной части сьемной крышки 2 ее наружный диаметр увеличизаетса с 90. до 130 мм, В стенке крышки 2 предусмотрено отверстие 8 диаметром 24 мм для выпуска газа через патрубок 7. В конце цилиндричв. ской части крышки со стороны отверстия для выпуска газа установлена поперечная перегородка 5 с отверстием 6 диаметром 25 мм, Между внутренней стенкой трубы и внешней стенкой удлиненной части крышки имеется переменный зазор, величина которого изменяется от 2,5 мм перед зоной осаждения ("холодной" зоной печи) до 22,5 мм в зоне осаждения ("холодной" зоне печи). В указанном реакторе проводится процесс диффузии галлия иэ трехокиси галлия методом открытой трубы. После загрузки пластин 9 в рабочую зону печи с Т - 1220 ОС в отверстие 4 трубы 1 коаксиально вставляется крышка 2, причем цилиндрическая часть крышки 2 перекрывает "холодную" зону печи (Т750 С), э конически расширенная область удлиненной части крышки выходит за "холодную" зону печи. Герметичность соединения труба-крышка и коаксиальность расположения цилиндрической части крышки относительно внутренней ,стенки трубы обеспечивается шлифовым соединением. Проводится процесс диффузии, На интервале легирования через отверстие 3 подается двухкомпонентная газовая смесь (Иг+ Нг). Диффузант (порошок ОагОз), находящийся в кварцевой лодочке перед рабочей зоной, восстанавливается до легколетучего ОагО и переносится в рабочую зону, где происходит процесс легирования пластин галлием, Избыточное количество диффузанта сублимируется в "холодной" зоне трубы реактора в течение всего срока его печи, осаждаясь в основном на внутренней службы и обеспечивает при этом чистоту поверхности крышки 2 в виде порошка со- рабочей поверхности пластин при их обрастава Оа 20 з + ОагО, Некоторое незначи- ботке вуказанном реакторе, что приводит к тельное количество диффуэанта осаждается 5 повыщению процента выхода годных в протонким компактным слоем в верхней части цессе производства полупроводниковых внутренней стенки трубы и внешней стенки приборов, увеличению срока службы реакудлиненной части крышки, однако зазор тора для проведения диффузионных прод 0,050 препятствует сращиванию и разру- цессов, а также к уменьшению расхода вению осевших слоев даже при длительной 10 кварца на его изготовление.эксплуатации реактора. После проведения ф о р м у л а и з о б р ет е н и я процесса диффузии крышка 2 вынимается Реактордля проведения диффузионных из трубы 1 вместе с осевшим в ней диффу- процессов, содержащий горизонтальную зантом, причем при съеме крышки ее удли-трубу, имеющую на одном конце отверстие ненная цилиндрическая часть опускается 15 для подачи газа, а надругом-отверстиедля вниз, что увеличивает зазор д в верхней загрузки и выгрузки полупроводниковых части.трубы:в 2 раза, и пластины выгру- пластин и выпуска газа, а также съемную жаются, Таким образом, можно проводить крышку с отверстием для выпуска газа, цидиффузионные процессы без дополнитель- линдрическая часть которой вставляется ной химической обработки внутренней 20 коаксиально с зазором в выпускное отверстенки реактора и без загрязнения рабочей стие трубы и имеет со стороны отверстия поверхности трубы частицами сублимата для выпуска газа перегородку с отверстием, Оа 20 з+Оа 20, Срок службы трубы реактора о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью данной конструкции определяется исклю- повышения процента выхода годных получительно особенностями процесса диффу проводниковых приборов, увеличения срозии (агрессивностью металлического ка службы реактора, а также уменьшения галлия, температурой проведения процесса расхода кварца на его изготовление, зазор и т,д.) и качеством кварцевого стекла реек- между цилиндрической частью съемной . тора и поэтому является максимально воэ- -крышки и стенкой трубы реактора является можным при проведении в нем указанных 30 переменным, причем. перед зоной осаждепроцессов, т.е,. на стойкость реактора не ния диффузанта и продуктов реакции, опреоказывают влияния процессы термоцикли- деляемой параметрами конкретного рования.и химических обработок. Таким об- технологического процесса, величина зазораэом, наличие переменного зазора д . ра д 5 мм, а в зоне осаждения д 0,050, между внутренней стенкой трубы реактора 35 где: д - зазор между. цилиндрической часи внешней стенкой удлиненной цилиндри- . тью съемной крышки и стенкой трубы рее- ческой части съемной крышки реактора ис- тора, мм 3ключвет необходимость дополнительных О - внутренний диаметр трубы реакрхимических обработок внутренней стенки ра.1804662Составитель В.Кондрашов Редактор Техред М,Моргентал Корректор О.Кравцов акаэ 1080 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5роизводственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул,Гагарина, 101