Устройство для эпитаксиального выращивания полупроводниковых материалов

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 784668 С 30 В 25/12, 2 ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНВЕДОМСТВО СССРГОСПАТЕНТ СССР ЕТЕНИ(21) 4872448/26 . п (22) 14.08.90,д (46) 30.12.92. Бюл, В 48: щ (71) Научно-исследовательский институт ос точного машиностроения и Научно-исследо- с вательский институт материаловедения им. с А.)О.Малинина ., с (72) А.А.Арендаренко, А.В.Барццгев, А,Т.Бу- с равцев, В.В,Волынкин, Н.А.Жигунов, к С.В.Лобызов и Г.А,Чариков. т (56 В/ос% Е. апб ВепеЫп 9 Н. А поче МАчРЕ ш геастог ай а готатп 9 зоЬзтга 1 е -3, Сгуз 1 с Огоай, 1988,.ч, 98, М 1-4, р. 216-219;. цРгпМ Р.М, А пеа чегза 1 е агре зае н МОчРЕ геассог -3, Огузо Огоай, 1988, ч. 98, д М 1-4, р. 207-215, б (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЭПИТАКСИАЛЬНО- в ГО ВЫРАЩИВАНИЯ ПОЛУПРОВОДНИКС- т ВЫХ МАТЕРИАЛОВ н . (57) Сущность изобретения: устройство содержит реактор, внутри которого размещен и транспортрубки для за. За счет кой сначала ем начинает я подач льные тного га подлож м, азат. выполнены от тного газа и подачи также этого каждый удерживается вращаться (1. ерстия дл тангенциа транспор ателлит с над диско аааа остатком этого устройст расход транспортно ия и вращения сателлит большим боковым утеч ельно, к уменьшению осаждения, Нед большой удержан водит к следова родного ва является о газа для ов, что прикам газа и, зоны одно"( )ОПИСАНИЕ ИЗОБР К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ тение относится к области изгоехнологического оборудования дства полупроводниковых притегральных схем и может быть но для осаждения эпитаксиально устройство для осаждения ьных слоев, содержащее реакциеру, средства ввода и вывода атель и подложкодержатель, выв аиде основания с диском, в го закреплены сателлиты. В осдиске под каждым сателлитом Изобре товления т для произв.боров и ин использова ных слоев. И заест э пита ксиал онную кам ПГС, нагрев полненный теле которо новании и2одложкодержатель, выполненный в виде иска; размещенного в основании и имеюего сателлиты; Под сателлитами в диске и новании вйполнены газотранспортные и бросные канавки. В устройстве имеются редства ввода и вывода газа. В диске соосно ателлитам .вйполненй кальцевые проточки, оединенные с началом газотранспортных анавок. Глубина внутренней кольцевой проочки меньше, чем внешней. Даны соотноения для определения. размеров проточек, оотношения для определения конфигураии и расположения газотранспортных каавок, Сателлвты выполнены в форме двух исков. Верхний диск выполнен диаметром ольше диаметра нижнего и нижний торец ерхнего диска имеет кромку со скосом; Усройство обеспечивает увеличение эоны одородного осаждения эпитаксиальных слоев, Зона однородного осаждения слоя ОаАз увеличена на.15-20. 4 з,п. ф-лы, 4 ил.Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройстводля осаждения эпитаксиальных слоев, содержащее реакционную камеру, средстваввода и вывода ПГС, нагреватель и подложкодержатель, выполненный в виде снабженных газотранспортными и сброснымиканавками, соединенными соответственносо средствами ввода и вывода транспортно-,го газа; основания и размещенного в нем 10диска",ателекоторФъ над газотранспортными и сброснымй канавками установленысателлиты с подложками (2),Недостатком этого устройства являетсядостаточно большой расход транспортного 15газа для удержания и вращения сателлитов,что приводит к большим боковым утечкамгаза и, следовательно, к уменьшению зоныоднородного осаждения,Целью изобретения является увеличение эоны однородногоосаждения эпитаксиальных слоев.Эта цель достигается тем, что в устройстве эпитаксиального выращивания полупроводниковых материалов из газовой 25фазы, включающем реактор, размещенныйв нем подложкодержатель, выполненный ввиде диска, размещенного в основании иимеющего сателлиты, под которыми в дискеи основании выполнены газотранспортные 30и сбросные канавки, и средства ввода ивывода газов, согласно. изобретению в диске соосно сателлитам выполнены кольцевые проточки, соединенные с началомгазотранспортных канавок, а глубина внутренней кольцевой проточки меньше, чемвнешней,Наружный диаметр и ширина внешнейкольцевой проточки равны соответственно0,30,35 и (3,5-4,5) 10 2 наружного диаметра 40сбросной канавки, а глубина внутреннейпроточки равна (1,3-1,5) 10 2 наружного диаметра внешней проточки, при этом соседние газотранспортные канавки смещены иаугол 120 О, а их оси симметрии имеют форму 45спирали, удовлетворяющей соотношению р - (0,2-0,3) р,где р- полярный радиус, мм;р- полярный угол, град. 50 При этом в диске и основании выполнено по крайней мере одно отверстие, соединенное со средством вывода газов.С целью увеличения срока службы подложкодержателя сателлиты выполнены в 55 форме. соединенных между собой двух дисков, верхний из которых больше диаметра нижнего, а его нижний торец вйполнен со скосом кромки. На фиг. 1 представлено устройство, общий вид; на фиг, 2 - вид сверху на основание; на фиг. 3 - вид сверху на диск; на фиг, 4 - узелна фиг, 1,Устройство содержит реактор 1, внутри которого расположен подложкодержатель, выполненный в виде основания 2, установленного в нем диска 3, в теле которого размещены сателлиты 4 с подложками 5. Над подложкодержателем расположены соответственно средство ввода ПГС в виде торового коллектора 6 и экран 7. Боковая стенка реакционной камеры 1 выполнена в виде дополнительного коллектора 8, соединенного со средством ввода газа 9. Под подложкодержателем расположены соответственно защитный экран 10 с выводным патрубком 11 и нагреватель 12. В теле основания 2 и теле диска 3 выполнены соответственно газотранспортные канавки 13 и 14, соединенные со средством ввода 15 транспортного газа(водорода).В диске 3 выполнены соосно сателлитам 4 кольцевые проточки 16 и 17, соединенные с началом газотранспортных канавок 14. Глубина внут 2 оенней проточки 17 составляет (1,3-1,5) 10 наружного диаметра проточки 16, В диске 3 выполнены сбросные канавки 18, соединенные с отверстиями 19 и 20 диска 3, отверстиями 21 и 22 основания 2 и выводным патрубком 11. Каждый сателлит 4 выполнен в виде двух соединенных между собой круглых дисков 23 и 24, при этом диаметр верхнего диска 24 больше диаметра нижнего диска 23, а нижний торец 25 верхнего диска 24 выполнен со скосом кромки,Устройство работает следующим образом.Реакционную камеру 1 герметизируют, продувают и разогревают; Затем через средство ввода 15 транспортного газа Н 2 (или одновременно) подают транспортный газ через газотранспортные канавки 13 основания 2, газотранспортные канавки 14 диска 3 и кольцевые проточки 16 диска 3 под сателлиты 4, за счет чего сателлиты 4 сначала зависают на диском 3, а диск 3 - над основанием 2, а затем начинают вращаться: диск 3 вокруг оси реакционной камеры 1, а сателлиты 4 вокруг своих осей. После чего подают ПГС, например, эрсин Аз Нз+ пары триметилгаллий (ТМГ) Оа(СНз)з через торцовый коллектор 6 и дополнительный коллектор 8. Происходит осаждение эпитаксиального слоя ОаАз на подложках 5, продукты реакции (метан СН 4) уходят через выходной патрубок 11, а транспортный газ выводится через сбросные канавки 18, оттаксиальных слоев, т.к. утечки с боков сателлитов незначительные, уменьшаются тепловые потери и улучшается стабильность вращения.5 Диапазон и форма задания транспортной канавки р = (0,2-0,3) робеспечивает максимальный крутящий момент, т.е. заданная скорость вращения достигается при минимальном расходе транспортного газа.10 Нависание и скос кромки сателлитаобеспечивают увеличение срока службы реактора между очистками подложкодержателя, это обеспечивается и уменьшением осаждения поликристалла в зазорах между 15 диском и сателлитами.Все указанное в совокупности позволяет,увеличить зону однородного осаждения зпитаксиального слоя ОаАз на 15-20 для подложек диаметром 76 и 60 мм.20 Кроме того, предлагаемое устройствопозволяет увеличить процентвыхода годных подложек и улучшить технику безопасности.Формула изобретения 25 1. Устройство для эпитаксиального выращивания полупроводниковых материалов из газовой фазы, включающее реактор, размещенный в нем подложкодержатель, выполненный в виде диска, размещенного в 30 основании и имеющего сателлиты, под которыми в диске и в основании выполнены газотранспортные и сбросные канавки, и средства ввода и вывода газов, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью увеличения зоны 35 однородноо осаждения зпитаксиальныхслоев, в диске соосно сателлитам выполнены кольцевые проточки, соединенныес началом газотранспортных канавок, а глубина внутренней кольцевой проточки мень ше, чем внешней. 2. Устройство по п.1, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что наружный диаметр и ширина внешней кольцевой проточки равны соот ветственно 0,3-0,35 и 3,5-4,5) 10 наружного диаметра сбросной канавки, а глубина внутренней проточки равна (1,3-1,5) 10 г наружного диаметра внешней проточки,3. Устройство по п.1, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что соседние газотранспортныеканавки смещены на угол 120 О, а их оси симметрии имеют форму спирали, удовлетворяющей соотношению верстия 19, 20, 21 и 22 и выводной патрубок11.Снабжение подложкодержателя выполненными в диске соосно сателлитам кольцевыми проточками, соединенными с началомгазотранспортных канавок, позволяетуменьшить расход транспортного газа дляудержания сателлитов и, следовательно,утечки с боков сателлитов и увеличить зонуоднородного осаждения эпитаксиальныхслоев,Диаметр наружной внешней кольцевойпроточки составляет 0,3-0,35 наружного диаметра сбросных канавок.Так, уменьшение отношения диаметров меньше 0,3 сокращает подьемную силу, что влечет за собой потребность вувеличении расхода транспортного газа.Увеличение соотношения в большую сторону против указанного сокращает длинугазотранспортных канавок и тем самым крутящий момент. Для поддержания фиксированного числа оборотов сателлитатребуется увеличение расхода транспортного газа, а это приводит к увеличению утечек с боков сателлитов и, следовательно,уменьшает зону однородного осажденияэпитаксиальных слоев,Уменьшение соотношения ширинывнешней кольцевой проточки и наружногодиаметра сбросных канавок менее 0,035приводит к неустойчивому вращению сателлитов и уменьшению зоны однородногоосаждения,Увеличение соотношения ширины более 0,045 влечет увеличение тепловых потерь и неоднородности эпитаксиальногослоя по концентрации,Уменьшение глубины внутренней проточки менее 1,3 х 10 ведет к ухудшению стабильности вращения и, следовательно,уменьшает зону однородного осажденияэпитаксиального слоя, а увеличение более-г1,5 х 10 ведет к увеличению тепловых потерь и неоднородности эпитаксиальногослоя по концентрации,Пример осуществления устройства приноминальных значениях наружного диаметра и ширины внешней кольцевой проточкисоответственно 0,32 и 0,04 наружного диаметра сбросных канавок и при значении1,4 х 10 глубины внутренней проточки от-гнаружного диаметра проточки,Так, при наружном диаметре сбросныхканавок 60 мм наружный диаметр кольцевой проточки составляет 19,2 мм, ширинакольцевой проточки - 2,4 мм и глубина внутренней кольцевой проточки равна 0,27 мм.При вышеуказанных значениях увеличивается зона однородного осаждения эпи 5 р=(0,2-0,3) дг, где р - полярный радиус, мм;ф - полярный угол, град.4, Устройство по п,1, о ти ч а;о щ е ес я тем, что в диске и основании я.,г ся,енопо крайней мере одно отверстие, соединенное со средством вывода газов. 5, Устройство по п.1, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что, с целью увеличения срока службы подложкодержателя, сателлиты выполнены в форме соединенных между собой двух дисков, верхний из которых больше диаметра нижнего, а его нижний торец вы полнен со скосом кромки.Тираж И Государственного комитета по изобрет 113035, Москва, Ж-З 5, РаушсПодписноеям и открытиям при ГКНТ СССР наб., 4/5