Устройство для осаждения слоев из газовой фазы

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 3(50 С 30 В 25 14 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯН АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И МНРЫТИЙ(54) (57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОСАЖДЕНИЯ СЛОЕВ ИЗ ГАЗОВОЙ ФАЗЫ, включающее реакционную камеру, размещенные в ней наклонный подложкодержатель, средство подачи газа, имеющее отверс,.БО 3065 ДЩ: А тия, расположенные в плоскости, нак лоненной к плоскости подложкодержателя, и средство отвода отработанных газов, отличающееся тем, что, с целью повышения производительности и равномерности получаемых.слоев, средство подачи газа вьчолнено в виде трубки, отверстия:которой расположены в плоскости, наклоненной под углом 30 ф к плоскости подложкодержателя, реакционная камера имеет прямоугольное сечение, отношение ширины к высоте которого равно 6-7, а к максимальному зазору между подложкодержателями и верхней стенкой реакционной камеры - 20-21.3Изобретение относится к полупроводниковому машиностроению, в частности к реакторам для осаждения низкотемпературных диэлектрических пленок Во 2 иэ газовой фазы.Известно устройство для осаждения пленок из газовой фазы, содержащее корпус, внутри которого размеще-. ны подложкодержатель, газовпускное средство, представляющее собой две трубки, расположенные над подложкодержателем и нод ним, т.е. один оп" позитно к другому, и средство отво" да отработанных газов 11.В каждой иэ трубок выполнены отверстия, через которые осуществляют подачу газов в реакционный объем.Газовыпускные трубки расположены параллельно подложкодержателю по всей его длине. Газ из отверстий выходит на пластины тангенциально.Недостатками устройства являются неоднородность и неравномерность пленок. Конструкция газовпускного средства не может обеспечить создание конвективного ламинарного потока в зоне осаждения, так как газовые струи истекают из отверстия гаэовпускного устройства тангенциально, т.е. по.касательной к поверхности полупроводниковой пластины. Струи, ударяясь о поверхность пластины, омывают их с различной скоростью. В местах, где скорость движения равна оптимальной, осаждение производится с одной скоростью, там, где скорость движения потока газа выше или ниже оптимальной, осаждение осуществляется с другой скоростью, т.е. пленки на пластинах получаются крайне, неоднородные.Формирование потока, исходящего иэ отверстия гаэовпускного средства, происходит по закону свободной струи в которой скорость потока вьаае в центре и меньше по краям струи. Поэтому применение подобного решения обеспечит равномерность пленок не ,лучше +15Устройство конструктивно сложно. Установка трубок гаэовпускного средства параллельно подложкодвржателю затрудняет загрузку-выгрузку пластин Так как трубки газо",пускиого средства не могут быть вплотную размещены .относительно рабочих подложек и боковых стенок корпуса, введение этих трубок уменьшает рабочую площадь устройства,. т.е. сокращает количество загружаюагх пластин по ширине корпуса устройства и снижает его производительность.Наибодве близким техническим ре.шением к изобретению является устрой. ство для осаждения слоев .из газовой Фазы, включающее реакционную камеру, размещенные в ней наклонный подложкодержатель, средство подачи газа, 510 имеющее отверстия, расположенные в плоскости, наклоненной к плоскости подложкодерйателя, и средство отвода отработанных газов 2 3.Однако известное устройство имеет ограниченную производительность, так как оно лабораторного типа.Газ, ударяясь о поток реакционной камеры и отражаясь от него, попадает на подложкодержатель с пластинами, где происходит рост слоя диэлектрика. Но техпроцессы, связанные с получением диэлектрических слоев (в частности 50), используют моноснлан 51 Н, который, окисляясь в про цессе реакции, осаждается на стенках реакционной камеры в виде аморфного порошка 510, который сдувается струей газа и оседает на обрабатывав.ьых пластинах, что ведет к неисправ ному бракуЦель изобретения - повышение производительности и равномерности полу, чаемых слоев.Указанная цель достигается.тем,что в устройстве для осаждения слоев из газовбй фазы, включающем реакционную камеру, размещенные в ней наклонный подложкодержатель, средство подачи газа, имеющее отверстия, расположенные в плоскости, наклоненной 30 к плоскости подложкодержателя, исредство отвода отработанных газов, средство подачи газа выполнено в ви.де трубки, отверстия которой расположены в плоскости, наклоненной под З 5 углом 30 .к плоскости подложкодержателя, реакционная камера имеет прямоугольное сечение, отношение ширины к высоте которого равно 6-.7, а к мак симальному зазору между подложкодер жателями и верхней стенкой реакционной камеры 20-21На Фиг. 1 изображено предлагаемоеустройство, разрез; на фиг. 2- то же, сверху.45 Устройство содержит корпус в виде трубы 1 прямоугольного сечения сФланцем 2, внутри которого размещеныподложкодержатель 3 с обрабатываемымипластинами 4, устанавливаемый на нагреватель 5, средство 6 подачи газа,выполненное в виде трубки с двумя рядами отверстий 7, размещенных так,что плоскость, проведенная через этиотверстия, находится под углом 30Средство подачи газа установлено вреакционной камере прямоугольного аечеиия с отношением ширины ее к высоте, равным 6-7, и отношением шириныее к максимальйоиу зазору между подложкодержателем и верхней стенкои 60 реактора 20-21.Устройство работает следующим образом.В реакционную камеру со сторонызагрузки устанавливают подложкодержа" 65 тель 3 с обрабатываеаааи пластинами4 на нагреватель 5. Загрузочный люкзакрываютЧерез средство 6 подачи газа подают реакционные газы для . обеспечения осаждения слоев.В качестве примера можно привести следующие реакции образования слоев81 СХ+2 Н в + +4 НСХ (поли- и моно)81 Н+20 -8102+2 НО (диэлектрические пленки 8102) .Скорость осаждения определяется переносом масс в газовой фазе. В связи с этим форма и скорости газовых потоков являются определяющим фактором, действующим на распределение толщины, т.е. на качество осаждаемых слоев. Поток газа в устройстве формируется под воздействием подъемной силы (свободная конвекция), возникающей из-за разницы температур на поверхности нагревателя и стенок реакционной камеры и принудительной конвекции, обусловленной вводом в реакционную .камеру газов.В предлагаемом устройстве, которое выполнено прямоугбльного сечения лучшие результаты по однородности толщины пленок можно получить только при создании принудительного конвекционного ламинарного потока газа с равномерным распределением скоростей потока по ширине реакционной камеры. Создание такого принудительного конвекционного ламинарного потока обеспечивается средством подачи газа, выполненным в виде трубки газа с дву-мя рядами отверстий, размещенных та- ким образом, что плоскость 8, проведена через эти отверстия, находится под углом 30 ф к,плоскости подложкодержателя.Для получения оптимальной скорости данного потока расход газа, подаваемого через средствоподачи газа,должен быть не менее 120 л/мин при, сечении отверстий 0,8-1 см и их количестве 30-35 шт. Таким образом, одинаковое значение скоростейпотока газа по всеЯ ширине реакционной камеры, а, следо вательно, равномерное осаждение пленок по толщине и хорошее качество осаждаемых пленок по всей поверхности подложкодержателя (330 330 мм) ,обеспечивается в предлагаемом устрой" 65 стве Формой сечения реакционнсВ каВ предлагаемом устройстве гаэ выхсдит иэ верхнего и нижнего ряда отверстий средства подачи газа в виде струй и попадает на внутренние верхнюю и нижнюю поверхности реакционной камеры. Потоки газа, движущиеся один по верхней стенке реакционной камеры второй по нижней, сливаются в однй лающнарный поток, который, подходя к нагревателю, взаимодействует с потоком, формирующимся под действием сил, возникающих эа,счет разницы температур нагревателя и стенок реакционной камеры. Ламинарный поток газа, придавливая, поток, восходящий от нагревателя, формирует принудительный конвекционный ламинарный поток, обеспечивающий однородное осаждеиие пленок. Расположение отверстиЯ для напус"ка газа под углом 30 к плоскостиподложкодержателя обеспечивает требуемую оптимальную скорость и направ"ление ламинарного потока. При напус ке газа через отверстия, составляй"щие с плоскостью подложкодержателяугол менее 30 не обеспечивается рав"номерное движение потока по всеЯ ширине реактора и наблюдается преиму щественное увеличение скорости вцентре реактора, что не только неформирует принудительный ламинарныйконвекционный поток, но и способствует свободной конвекций, тем самымискажая Формулу потока.В табл. 1 представлены данные,доказывающие оптимальность выбораугла наклона плоскости отверстий.Далее равномерное осаждение пленок происходит только при заданномзначении скоростей потока, котороезависит от параметров реактора, таких как отношение ширины реактора кего высоте и к максимальному зазору 25 между подложкодержателем и верхнейстенкой реактора.Отношение ширины реакционной камеры к его высоте равно 6-.7. Измене"ние этого отношения как в сторонууменьшения, так и в сторону увеличе"ния ведет к значительному ухудшениюравномерности осаждения пленок потолщине.В табл. 2 представлены данные по .качеству, доказывающие оптимальность 35 .выбора отношения ширины реактора кего высоте.Отношение ширины реактора к минимальному. зазору межцу подложкодержателем и верхней стенкой реактора рав но 20-21.На табл. 3 показано, что уменьшение (увеличение) этого отношения,как и в предыдущих случаях,.ведет кухудшению качества слоев по равномер ности. Указанное отношение являетсяоптимальным и в совокупности со всеми другююи признаками повышает качество осаждаемых пленок. Кроме того, равномерное распреде ление скоростей потока газа обеспечивается определенной формой реакционной камеры, а именно прямоуголь"ного сечения. Этот факт установленв результате разработки реактора 55 установки фОксин,ф.;на, град. Равномерное осаждениепленок потолщине,Соотйоаещщние ширищщны реакщщцноннойкамеры ивысоты. Соотношение шири-.ны реакционнойкамеры изазора Прои зв одительнОстьшт. при475 см 20-21 +15 6-7 10 18 6-7+7,2 30 20-21 6-7 . 20-21 +7,5 60 ф щщ щ щщ щщ щщ щщ щ щщ щщ щщ щщ,5 7,4 8,6 2 0 меры прямоугольного сечения определеинйм отношением ширины реакционнойкамеры к его высоте, равниа 6-7определенным отношением ширины реакционной камеры к максимальному зазору между подложкодержателем и верхней стенкой реакционной камеры, равным 20-21; размещением отверстий гаэовыпускного устройства на равномрасстоянии один от другого и их расщщПоложЕНиеМ таким обрайом, что плоскость, проведенная через эти отверс-,тия, составляет с плоскостьй подложкодержателя угол 30 ф Конструкция предлагаемого устрой- .,ства обеспечивает увеличение производительности за счет конструкции средства подачи газа, размещенного в реакционной камере прямоугольногосечения впереди нее, так что его образующая параллельна ширине сечения реакционной камеры. Такая конструкция обеспечивает однородное осажде-ние на всей ширине устройства, таким 9 образом практически на любой приемлемой ширине реакционной камеры с приведенными параметрами возможно получение состава.Таблица 1 Угол наклона отверстий (плоскостей, проведенных через иих)к плоскости подложкодержателя, отношениеширины реактора к высоте постоянны и оптимальны1065508 Составитель А.домбровскаяедактор А.Козориз Техред Т. Фанта . Коррек А.Повх г.ужгород, ул.Проектная, 4 ате ППП Ф аказ 11015/32 . Тираж 354 ВНИИПИ Государственного комит по делам изобретений и откр 113035, Москва, Ж, Рауаска