Устройство для получения пленок

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК ц 5 С 30 В 25/08,2 ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН за и выход для проре нагреватель объема р подложек. Уменьшени новного исходного реа зовой смеси восполня подачей в реакционну через вспомогательныеНаиболее близки является устройство дл методом термического зобретение о для нанесени одниковых тий и может водниковой и звестен спос одниковых сло во для реали жит реакцио для ввода исх орудоваих, полуических ано в поагировавших газов, еактора, опору для е концентрации оскционного газа в гают дополнительной ю камеру реагентовтрубки.м к предлагаемому я получения пленок разложения металтносится к об я металлическ и диэлектр быть использов ромы шленност об выращива ев из газовой ф зации данного ную камеру, одного реакцио нию про по.к луп и н ия полуазы. Устспособа меющую нного гапров ройс соде вход ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИПРИ ГКНТ СССР ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬС(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ПЛЕНОК(57) Изобретение относится к оборудованиюдля нанесения металлических, полупроводниковых и диэлектрических покрытий и может найти практическое применение вполупроводниковой промышленности,обеспечивает повышение однородноститолщины и структурно-чувствительных параметров пленки и снижение потерь испаряемого соединения. Устройство включаетобогреваемый цилиндрический кварцевыйреактор, установленный горизонтально,Я 2 1726572 А 1 расположенные внутри него кювету для испаряемого соединения и подложку для осаждения пленок, средство для ввода в реактор газа-носителя и средство для вывода, соединенное с фильтром-ловушкой продуктов разложения. Внутри реактора установлена кассета прямоугольного сечения, разделенная на верхнюю открытую с торцов часть для кюветы с испаряемым соединением и нижнюю закрытую часть в которой установлена обойма для подложки, соединенная с механизмом возвратно-поступательного перемещения, верхняя и нижняя части кассеты разделены горизонтальной перегородкой с щелевым отверстием в центре, над которым установлена регулирующая шторка, под кассетой размещен нагреватель подложки, средство ввода газа расположено в торце реактора ниже кассеты, а средство вывода соединено с открытым торцом верхней ее части. Получены Б пленки сульфидов цинка и кадмия путем термического разложения паров металлоорганического соединения, Пленки механически прочные, с хорошей адгезией с подложкой, 1 э.п. ф-лы, 2 ил.лоорганических соединении в паринений в паровой фа- наклона подложкирассчитатьсдостаточнойзе. Устройство содержит электрический на- степенью точности невозможно, то в итогеб чиваю ий испарение не обеспечивается удовлетворительная стал ины и ст ктурно-чувствиметаллоорганического соединения, кварце- бильность толщины и структвый цилиндрический проточный реактор, 5 тельных пара рмет ов пленки, особенно еслиэлектрическую печь для нагрева объема ре- осаждение пр ди оизво ится на подложку больактора до температуры разложения паров, ших размеров,кювету для испаряемого вещества, фильтр- ль изоб етения - повышение одноловушку для дезактивации побочных про- родности толщины и структурно-чувствидуктов разложения, Тепло передается 10 тельных параметров пленки и снижениеподложке, расположенной в реакторе, за потерьиспаряемогосоединения.ии и изл чения. Пар металлоор- Поставленная цель достигается тем, чтоганического соединения переносится в зону в устроистве, включ щего термическч ского разложения (к подложке) цилиндрический кварцевый реактор, кюветуб ифф зионно-конвективным путем, 15 для испаряемого саед не д улибо при помощи инертного газа-носителя, для осаждения пленок, ср д дк е ство ля вводапропускаемого через реактор, в реактор газа-носителя и.средство его выИзвестные устройства характеризуются вода, соединенное с фильтром-ловушкойнедостатком, заключающимся в отложении продуктов разложения, внутри реактора успродукта разложения паров металооргани тановлена кассета прямоугольного сечения,ческог о соединения не только на подложке, разделенная на верхнюю открытую с торцовно в значительнои степени и нти и на стенках ре- часть для кюветы с испаряемым со дактора, а также в образовании этого же про- ем и нижнюю закрытую часть в которой усдукта в виде порошка во всем реакторном тановлена обойма для подложки,б . Т об азом на подложке осаж соединенная с механизмом возвратно-пообъеме. аким о раается в виде пленки лишь незначительная ступательного перемещчасть вещества,содержащегося впаре, про- нижняя части кассеты разделены горизонтекающем через поперечное сечение реак- тальной перегородкой с щелевым отверстито а,и,крометого,происходитнеизбежное ем в центре, над которым установленазагрязнение растущей пленки продуктами 30 регулирующ ртор,паров в объеме. Последнее щен нагреватель подложки, средство вводатермораспада паров в о ъв то е еакто а нижеи кухудшению качества получаемой газа расположено в т рц р рприводит кухое инено с отпленки, ее механических иических и электрофизиче- кассеты, а средство вывода с дских параметров. Кроме того, во всех изве- крытым торцом верхней ее части.стных цилиндрических реактореакторах 35 Механизм возвратно-поступательногогоризонтального типа в птипа в процессе роста перемещения обоймы для подложки выполпленки на подложке происходит уменьше- нен в виде реверсивного электродвигателякт ом сое иненным с винтовымние концентрации осаждаемого из пара ве- с редукторо, дщества (в направленииении движения преобразователем вращательного движепарогазовой смеси) и одновременное увели ния в поступательное.чение концентрации побочных продуктовте мораспада, Это приводит к постепенно- напыления пленок, разрез; на фиг, 2 - мехаму уменьшению толщины пленки в направ- низм возвратно-поступательного перемелении движения пара, а также к увеличению щения.вероятности загрязнения объема пленки 45 Устройство содержит кварцевый цилинпродуктами разложения пара металлоорга- дрический реактор 1, вокруг внешней стенническогосоединения. Обафакторапрепят- ки которого размещен электрическийствуют получению пленки, однородной по нагреватель 2. Объем реактора 1 с торцовтолщине и структурно-чувствительным па- изолирован фланцами 3 и 4 с помощью упраметрам. Для компенсации обеднения па лотняющих прокладок 5 из вакуумноплотй смеси при прохождении газового ной резины. На фланце 4 жестко укрепленапотока над поверхностью подложки плоско- кассета 6 прямоугольного сече рсть подложкодержателя обычно располага- веющей стали, а также установлены штуцерют под определенным углом к направлению 7 для ввода в реактор 1 газа -носителя и. Д я расчета величины угла 55 штуцер 8 для отвода газа-носителя (с побочкто а 1.используют эмпирическую формулу, содер- ными продуктами реакции) из реактораериментальных парамет- Внутри кассеты 6 установлена горизонтальров. Но поскольку при измерении этих наяперегородка 9 сщелевымотверстием 0параметров неиз ежнбежно возникают опреде- в центре. Объем кассеты 6 сверху ограниченленные погрешности и в силу этого угол съемной крышкой 11, на внутренней сторо1726572 510 15 20 25 30 35 40 45 5055 не которой над щелью 10 установлена регулирующая шторка 12 для сужения канала прохождения пара. Путь прохождения газа-носителя в объеме реактора 1 и парогазовой смеси в объеме кассеты 6 на фиг, 1 обозначен стрелками. Кювета 13 с испаряемым соединением установлена на плоскости перегородки 9 у открытого в сторону фланца 3 торца кассеты 6. Подложка 14 расположена над перегородкой 9 в области щели 10. Для дополнительного подогрева подложки 14 до температуры реакции осаждения пленки кассета 6 снабжена нагревателем.15, Подложка 14установлена в обойме 16, связанной через шток 17 с механизмом возвратно-поступательного перемещения. Механизм возвратно-поступательного перемещения (фиг. 2) содержит электрический двигатель 18 с редуктором, Двигатель 18 укреплен на стойке 19, его вал соединен с винтом 20, на резьбу которого навинчен ползунок 21, К нижней части ползунка 21 прикреплен шток 17. Стабильная ориентация ползунка 21 в пространстве задана при помощи укрепленной на стойках 19 и 22 направляющей штанги 23, Для задания интервала возвратно-поступательного перемещения обоймы 16, а также осуществления реверса двигателя 18 на штанге 23 установлены концевые переключатели 24 и 25,Устройство работает следующим образом,Чтобы осадить на подложке 14 пленку требуемого вещества (металла, диэлектрика, полупроводника), выбирают металлоорганическое соединение, структура молекул которого содержит компоненты осаждаемого материала. Например, для получения пленок сульфидов металлов 2 пЯ, СОЯ в качестве исходных металлоорганических соединений используют дитиокарбаматные комплексы цинка СНз)АРМС(Я)ЯЪз) и кадмия И(СНз)2 ИС(3)3-32 Сб) соответственно. Процесс изготовления пленок различных веществ (последовательность, характер и количество проводимых технологических операций) не зависит от типа выбранного металлоорганического соединения. Однако каждое конкретное соединение имеет свои, характерные только для него, температуры испарения и разложения, что следуетучитывать, задавая температурный режим осаждения пленки.На дне кассеты 6 (фиг. 1) в области нагревателя 15 устанавливают в обойму 16 предварительно очищенную от загрязнений подложку 14, над ней размещают перегородку 9. На перегородке 9 ближе к торцу кассеты 6, обращенному в сторону фланца 3, устанавливают кювету 13 с порошком металлоорганического соединения. Кассету 6 закрывают крышкой 11 и помещают внутрь кварцевого реактора 1, При этом фланцы 3 и 4 через прокладки 5.из вакуумноплотной резины прижаты к торцам реактора 1 и герметиэируют его объем. К штуцеру 7 подсоединяют систему подачи в реактор 1 газа-носителя, а штуцер 8 соединяют с фильтром-ловушкой. С помощью системы подачи газа-носителя создают его поток через реактор 1. При помощи электрического нагревателя 2 задают в объеме реактора 1 температурный режим, соответствующий интенсивному испарению выбранного металлоорганического соединения. Одновременно при помощи нагревателя 15 подогревают подложку 14 до температуры разложения пара металлоорганического соединения на ее поверхности, а также включают механизм, обеспечивающий возвратно-поступательное перемещение обоймы 16 с установленной в ней подложкой 14 относительно щели 10. При этом вращательное движение винта 20 (фиг. 2), соединенного с валом двигателя 18, преобразуется в поступательное перемещение ползунка 21, которое через шток 17 передается обойме 16. Изменение направления перемещения ползунка 21 (реверс двигателя 18) осуществляется автоматически в момент замыкания ползунком 21 кнопки концевого переключателя 24 или 25,В области кюветы 13 происходит насыщение газа-носителя паром металлоорганического соединения и перенос последнего к подложке 14, нагретой до температуры разложения пара. Благодаря наличию перегородки 9 контакт парэ соединения с подложкой 14 и его разложение осуществляются только в области щели 10. При этом на подложке 14 растет пленка требуемого вещества, а побочные продукты разложения удаляются из зоны реакции потоком газа- носителя и через штуцер 8 поступают в фильтр-ловушку для дезактивации, По окончании цикла осаждения пленки выключают нагреватель 2 и после охлаждения реактора 1 до температуры прекращения испарения металлоорганического соединения выключают нагреватель 15 и механизм, обеспечивающий возвратно-поступательное перемещение обоймы 16. После остывания подложки 14 до температуры, близкой к комнатной, прекращают подачу газа-носителя,Предлагаемое устройство для получения пленок обеспечивает по сравнению с известными следующие преимущества.1726572 50 55 Поскольку контакт парогазовой смеси с подложкой 14 возможен лишь в области щели 10, ширина которой мала (не превышает 5 мм), то эффект обеднения пара веществом становится несущественным, так как за счет 5 возвратно-поступательного перемещения подложки 14 осаждение вещества на различные участки ее поверхности происходит в идентичных технологических условиях (температура подложки 14 и концентрация 10 вещества в паре постоянны). Это способствует равномерному росту пленки на всей площади подложки 14. Использование в устройстве перегородки 9 со щелью 10 обеспечивает более высокую степень 15 однородности толщины и структурно-чувствительных параметров осаждаемых пленок по сравнению с известным методом компенсации обеднения парогазовой смеси путем установки подложки под углом.к 20 паровому потоку.Расположенная над щелью 10 шторка 12 направляет поток пара металлоорганического соединения в узкий (1-2 мм) зазор между ее торцом и подложкой 14, 25 что приводит к более эффективному использованию содержащегося в паре осаждаемого вещества. Этому способствует также наличие в устройстве нагревателя 15, обеспечивающего разложение 30 пара соединения только в области его контакта с подложкой 14 (в области щели 10).Ограниченность области контакта пара с подложкой 14 способствует более быстро му отводу подобных продуктов термораспада из зоны реакции, что повышает степень чистоты пленок.С помощью предлагаемого устройства получены пленки сульфидов цинка и кад мия. Образцы механически прочные, имеют хорошую адгезию с подложкой и обладают высокой однородностью структорно-чувствительных свойств.Формула изобретения 1. Устройство для получения пленок термическим разложением паров металлоорганического соединения, включающее обогреваемый цилиндрический кварцевый реактор, установленный горизонтально, расположенные внутри него кювету для испаряемого соединения и подложку для осаждения пленок, средство для ввода в реактор газа-носителя и средство его вывода, соединенное с фильтром-ловушкой продуктов разложения, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения однородности толщины и структурно-.чувствительных параметров пленки и снижения потерь испаряемого соединения, внутри реактора установлена кассета прямоугольного сечения, разделенная на верхнюю открытую с торцов часть для кюветы с испаряемым соединением и нижнюю закрытую часть, в которой установлена обойма для подложки, соединенная с механизмом возвратно-поступательного перемещения, верхняя и нижняя части кассеты разделены горизонтальной перегородкой с щелевым отверстием в центре, над которым установлена регулирующая шторка, над кассетой размещен нагреватель подложки, средство ввода газа расположено в торце реактора ниже кассеты, а средство вывода соединено с открытым торцом верхней ее части,2. Устройство по и, 1, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что механизм возвратно-поступательного перемещения обоймы для подложки выполнен в виде реверсивного электродвигателя с редуктором, соединенным с винтовым преобразователем вращательного движения в поступательное.оиэводственно-иэдательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 1 з 1252 ВНИИПИ Госуд Тираж Подписноетвенного комитета по иэобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5