NO832366L

NO832366L - Kjemisk paadampningsinnretning og fremgangsmaate.

Info

Publication number: NO832366L
Application number: NO832366A
Authority: NO
Inventors: Bryant A Campbell; Nicholas E Miller
Original assignee: Anicon Inc
Priority date: 1982-08-27
Filing date: 1983-06-29
Publication date: 1984-02-28
Also published as: AU1848083A; YU175883A; CA1196777A; IL69170A; ES525174A0; KR880000472B1; JPS6256232B2; DE3380823D1; DK383683A; EP0104764B1; EP0104764A2; BR8304635A; EP0104764A3; ES8607761A1; PT77245A; AU538152B2; PT77245B; ZA835184B; ES540894A0; ES8600086A1

Description

Oppfinnelsen vedrører en kjemisk pådampingsinnretning og

en fremgangsmåte for kjemisk pådamping. Særlig vedrører oppfinnelsen en innretning og en fremgangsmåte for kjemisk pådamping av meget jevne og ikke-forurensede belegg av ut-valgte elementer og blandinger på substrater.

Kjemisk pådamping er en prosess hvor et fast materiale fra

en gassfase avsettes på et substrat ved hjelp av en kjemisk reaksjon. Avsettingsreaksjonen er vanligvis en termisk dekomponering, en kjemisk oksydering eller en kjemisk reduk-k sjon. I et eksempel med termisk dekomponering transporteres organometalliske blandinger til substratflaten som en damp og reduseres til den elementære metalltilstand på substratflaten.

Ved kjemisk reduksjon benyttes vanligvis hydrogen som reduk-sjonsmiddel, men metalldamper kan også benyttes. Substratet kan også virke som reduktant, eksempelvis som ved wolfram-heksafluorid-reduksjon med silikon. Substratet kan også

levere et element av en blanding eller legeringsavsetning. Kjemisk pådamping kan benyttes for avsetting av mange elementer og legeringer såvel som blandinger innbefattende oksyder, nitrider og karbider.

Innenfor rammen av foreliggende oppfinnelse kan pådampings-teknologien benyttes for tilveiebringelse av avsetninger på substrater for mange formål. Ifølge oppfinnelsen kan således eksempelvis wolframkarbid- og aluminiumoksyd-slitebelegg legges på skjæreverktøy, korrosjonsmotstandsdyktige belegg av tantal, boronitrid, silikonkarbid o.l. og wolframbelegg på stål for å redusere errosjon kan også pålegges under utnyttelse av oppfinnelsen. Innretningen og fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen egner seg særlig godt ved fremstilling av solid state-elektroniske anordninger og energiomdanningsanordninger.

Kjemisk pådamping av elektroniske materialer er beskrevet av

T.L. Chu et al, J.Bac. Sei. Technol. 10, 1 (1973) og B.E.Watts, Thin Solid Films 18, 1 (1973). Disse publikasjoner beskriver dannelse og pålegging av epitaksiale filmer på slike materialer som silikon, germanium og GaAs. Innenfor energiomdannings-teknikken kan man med kjemisk pådamping tilveiebringe materialer for kjernespaltings-produktretensjon, solenergioppsamling og superledning. En oversikt over kjemisk pådampingsteknikk er gitt av W.A. Bryant "The fundamentals of Chemical Vapour Deposition" i Journal of Materials Seiende 12, 1285 (1977).

Avsettingsparameterne, temperatur, trykk, reaksjonsgassforhold, og gassmengder og gassfordeling er kritisk medbestemmende for avsettingsmengdene og for et spesielt systems evne til å gi den ønskede jevnhet og kvalitet for avsetningen. De begrensninger som tidligere kjente systemer er beheftet med stammer fra deres manglende evne til adekvat kontroll av en eller flere av disse faktorer, eller fra avsettingsforurensninger.

De reaksjonskamre som benyttes for kjemisk pådamping deles vanligvis opp i systemer med henholdsvis kold vegg og varm vegg. I et koldveggsystem oppvarmes substratet med induktiv kopling, stråleoppvarming eller direkte elektrisk motstands-oppvarming av interne baereelementer. Et varmveggsystem arbeider med strålevarmeelementer som er anordnet for å tilveiebringe en oppvarmet reaksjons- og avsettingssone. For varmveggsysternet er det også kjent å benytte lednings- og konveksjonsoppvarminger.

Koldveggsystemer for kjemisk pådamping er beskrevet i US-PS 3.594.227, 3.699.298, 3.704.987 og 4.263.872. I disse systemer er halvlederbrikker plassert inne i et vakuumkammer, og på utsiden av vakuumkammeret er det plassert induksjons-viklinger. Brikkene er montert på et mottagelig materiale som egner seg for oppvarming med RF-energi. Ved at oppvarmingen lokaliseres til de umiddelbare halvleder-brikkeområder begrenses denkjemiske pådamping til de oppvarmede områder.

Da de uoppvarmede vegger befinner seg under den kjemiske pådampingstemperatur, reduseres avsetningene på veggene. Temperaturen i reaksjonssonen er vanligvis ikke så jevn som den man oppnår med varmveggsysterner.

I US-PS 3.705.567 er det beskrevet et system for doping av halvlederbrikker med en dopeforbindelse. Kammeret som inne-holder brikkene strekker seg inn i ovnen ved hjelp av et utragende armsystem. Varmeelementer er anordnet langs sidene,

og temperaturen i de sentralt plasserte brikker vil variere vesentlig i forhold til de som er plassert ved endene. Diff-usjonen av damp skjer perpendikulært på brikkeorienteringen,

og brikkene utsettes ikke for jevne konsentrasjoner av dope-forbindelsen. Den jevnhet som kreves for avanserte halvleder-anordninger fra kant mot midten, fra brikke til brikke, og fra sats til sats, kan man ikke oppnå med dette system. Slik jevnhet er særlig aktuell for såkalte VLSI (very large scale integration) anordninger. Det dreier seg om et lukket damp-avsettingssystem og det anvendes ingen positiv gasstrømming under utnyttelse av en bærergass.

De i dag mest anvendte varmveggsystemer som benyttes ved fremstilling av halvledermaterialer er for det meste konverterte dopeovner. Disse har lange rørformede reaktorer av kvarts eller lignende inert materiale, og varmen tilveiebringes ved hjelp av varmeelementer som er viklet rundt utsiden av den sylindriske del.Reaktorendene er ikke oppvarmet, og temperaturvariasjonene er så kraftige at bare en del midt i avsettingskammeret (vanligvis 1/3 av den samlede oppvarmede flate) kan utnyttes. Likevekttemperatur-variasjoner mellom deler av den begrensede reaksjonssone overskrider vanligvis 4°C. Rørveggen belegges, er vanskelig å ta ut og rengjøre, og utgjør en kilde for forurensninger. Brikkene er plassert i en skål som er uthengt i fra reaktor-enden, og brikkene omlastes ved full tilbaketrekking av den utragende bærer fra kammeret. Det gulvområde som en enkelt konvertert dopeovn og tilhørende utstyr (for en effektiv reaksjonssone på 76 cm) er ca. 6,5 til 7,5 m 2. Disse konverterte ovner egner seg dårlig for bruk ved fremstilling av avanserte integrerte kretskomponenter. Halvlederbrikkene for-urenses ofte og vrakprosenten er høy. Kraftbehovet er stort og enhetskapasiteten begrenses av den lange tid som kreves for å oppnå termisk likevekt. Det er således tidligere ikke vært tilgjengelig utstyr for fremstilling av presisjons-, høykvalitetsbelegg av den type som kreves i halvlederindustrien for de mest avanserte integrerte kretskomponenter, såsom VLSI-anordninger. Dette er en følge av de økede krav som stilles til jevne og homogene fysiske og elektriske egenskaper, såsom dielektrisk styrke, resistivitet o.l.

Foreliggende oppfinnelse vedrører en kjemisk pådampingsinnretning som innbefatter strålevarmekilder som i hovedsaken omgir et indre avsettings-reaksjonskammer og gir nøyaktig kontrollerbare betingelser i kammeret. Det indre avsettings-reaksjonskammer kan være et isotermisk kammer eller kan ha en nøyaktig styrt temperaturgradient, bestemt av operatøren. Dette indre avsettings-reaksjonskammer har et gassfordelings-system for innføring av gass i det indre kammer og for fjern-ing av gass derfra. Et vakuumkammer omgir det indre avsettings-reaksjonskammer, og vakuumkammerveggene har en avstand fra de indre kammervegger. Fortrinnsvis er vakuumkammeret utført med et kuppelformet hus, og dets vegger er av et materiale som i hovedsaken er strålegjennomtrengelig. Strålevarmekildene er fordelt over kuppelhusets ytterflate og er plassert for styrt oppvarming. Det er også anordnet bunn-strålevarmekilder, og disse kan være anordnet enten inne i vakuumkammeret eller utenfor dette. I en utførelsesform har vakuumkammerets bunn kuppelform. Ved å holde gasstrykket i rommet rundt det indre kammer høyere enn i det indre kammer, hindres unnslipping av gasskomponenter fra det indre kammer, og forurensende avleiringer på vakuumkammerets vegger reduseres.

Fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen, for kjemisk pådamping av materialet på et substrat, baserer seg på at en reaktant gass i en enkelt omgang føres over en substratflate med en strømnings-retning som i hovedsaken er parallell med flaten. Substratet er plassert i en reaksjonssone med kontrollert temperatur, hvilken sone har en avsettings-reaksjonstemperatur fra 250

til 1300°C og et trykk på 750 torr eller mindre, idet tempe-raturforskjellen på et hvilket som helst sted i reaksjons-

sonen er mindre enn 2°C i forhold til den ønskede jevne temperatur eller temperaturgradient. Avsettingsgassen fjernes fortrinnsvis etter at den har gått over flaten til et enkelt substrat. I enforetrukken utførelsesform orienteres substratene, såsom halvlederbrikker, slik at deres flater befinner seg i et vertikalplan, og reaktantgassen rettes fra en fordeler vertikalt gjennom brikkene og til en gassamler.

De kontrollerte temperaturbetingelser i reaksjonskammeret oppnås ved å varme det opp med strålevarmekilder som i hoved-

saken oppgir kammeret. Reaksjonskammerveggene er av materiale som i hovedsaken er strålegjennomtrengelig. Fordelaktig er reaksjonskammeret omgitt av et vakuumkammer som har en avstand fra reaksjonskammerveggene, og oppvarmingen skjer ved hjelp av strålevarmekilder som i hovedsaken omgir veggene i vakuumkammer et. Vakuumkammerveggen er av et materiale som i hovedsaken er strålegjennomtrengelig.

Det er en hensikt med oppfinnelsen å tilveiebringe et reelt

med styrt temperatur arbeidende kjemisk pådampingssystem

(dvs. et isotermisk system eller et system med en nøyaktig

styrt temperaturgradient) som gir en mer jevn og forurens-ningsfri avsetting på substratflåtene. En ytterligere hen-

sikt med oppfinnelsen er å tilveiebringe en innretning som opptar meget mindre gulvplass pr. enhet substratbeleggings-kapasitet. Nok en hensikt er å tilveiebringe et effektivt fyllesystem for innføring av substrater i reaksjonskammeret, slik at tiden fra innføringen av substratet og til uttagingen reduseres. Det er også en vesentlig hensikt med oppfinnelsen å muliggjøre en hurtig uttaging av komponenter i det indre

reaksjonskammer. Det er dessuten også en hensikt med oppfinnelsen å muliggjøre et kraftforbruk pr. belagt substrat som er vesentlig mindre enn ved de tidligere kjente innretninger .

På tegningene viser:

Fig. 1 et snitt gjennom en pådampingsinnretning ifølge oppfinnelsen, hvor såvel det øvre hus som bunnen er

kuppelformet,

fig. 2 viser et utsnitt av en flensutførelse i den i fig. 1

viste innretning,

fig. 3 viser et snitt etter linjen A-A-i fig. 1 og 2f fig. 4 viser et snitt gjennom en annen utførelsesform av innretningen ifølge oppfinnelsen, med et kuppel-

formet øvre hus og en plan bunnutførelse,

fig. 5 viser nok en utførelsesform av en innretning ifølge oppfinnelsen, med en strplevarmekilde plassert inne

i vakuumkammeret, mellom bunnen og reaksjonskammeret, fig. 6 viser et snitt gjennom en annen utførelsesform av oppfinnelsen, hvor det er benyttet strålevarme-lamper,

fig. 7 viser nok en utførelsesform av en innretning ifølge oppfinnelsen, med et kuppelformet øvre hus og bunn,

og

fig. 8 viser et utsnitt av en flensutførelse som benyttes

i innretningen i fig. 7.

Uttrykkene "kjemisk pådamping" og "CVD" som benyttes i denne tekst er ment å innbefatte modifikasjoner av prosessen med øking eller endring av reaktiviteten, de kjemiske egenskaper eller den kjemiske sammensetting av reaktantgassene, med bi-behold av de grunnleggende trekk ved kjemisk pådampingsteknikk. Slike prosesser som plasmaassistert kjemisk pådamping, uv-eksitert (ultrafiolett- eksitert) kjemisk pådamping, mikro-bølge-eksitert kjemisk pådamping og lignende, hvor reaktant-gassmolekylene konverteres til mer reaktive enheter, ligger således innenfor definisjonen kjemisk pådamping.

Uttrykket "strålevarmekilde" skal forståes å innbefatte

alle innretninger, systemer eller anordninger for oppvarming hvori det minste en del av varmen overføres ved stråling. Uttrykket innbefatter således varmeoverfør ing hvor det også forekommer leding og konveksjon. Den nevnte "strålevarmekilde" kan være et hvilket som helst materiale som har en høy temperatur, uten begrensninger med hensyn til hvordan temperaturøkingen foretas. Motstand-varmeelementer og-belegg, varmelamper, oppvarmede væsker og løsninger, og mikro-bølge- eller induksjonsoppvarmede materialer kan eksempelvis virke som "strålevarmekilde".

I fig. 1 er det vist et snitt gjennom en Utførelse av en kjemisk pådampingsinnretning ifølge oppfinnelsen. Vakuumkammeret 2 dannes av et kuppelformet hus 4 og en kuppelformet bunn 6. Motstands-oppvarmingselementet 8 er viklet rundt de sylindriske sidevegger og husets kuppeltopp, og rundt den kuppelformede basis 6 er det på utsiden viklet motstands-varmeelementer 10. Avstanden mellom varmeelementene 8 og 10 velges slik at man kan få styrte temperaturbetingelser (isotermiske betingelser eller styrte gradientbetingelser) inne i reaksjonskammeret 18. Mellom kuppelhuset 4 og ytterveggen 14 er det lagt inn isolasjonsmateriale 12, og isolasjonsmaterialet 12 er også lagt inn mellom ytterbunnen 16 og den kuppelformede bunn 6. CVD-reaksjonskammeret 18 begrenses av en kuppelformet reaksjonskammervegg 20 som går opp fra en reaksjonskammerbunn eller gassamler 22. Substratbærestenger 24 er festet til eller understøttet av gassamleren 22. Vertikalt orienterte substrater (såsom halvlederbrikker) 26 er plassert i skåler 25 som bæres av stenger 24. Reaktantgassfordeleren 28 til-føres gass gjennom en ledning 30 og fordeler den inngående reaktantgass i reaksjonskammeret 18. Ledningen 30 og gass-samleren 22 går gjennom gassystemveggen 32- som utgjør en del av den kuppelformede bunn 6.

Et spylegassinnløp 34 er anordnet i ringflensanordningen 36

hvor huset 4 og bunnen 6 holdes sammen på tett måte. For å hindre at tetningene ødelegges under påvirkning av den høye temperaturen i kammerveggene er flensringanordningen 36 forsynt med et sir kulasjonskjølesystem med kjølefluiduminnløp 38 og ikke viste kjølefluidumutløp. Som kjølefluidum kan eksempelvis anvendes vann eller luft.

En vakuumledning 35 kan benyttes for å redusere gasstrykket

i rommet mellom bunnen 6 og ytterbunnen 16 for om så anses påkrevet å avlaste spenningspåkjenningen på den kuppelformede bunn 6. Vakuumkammerveggen 4 har på sin innside fremspring 37 som samvirker med tilsvarende fremspring 39 på reaksjons-kammerveggén 20 for ee løfte reaksjonskammerveggen 20 og fri-legge substrat-fyllesonen når den øvre enhet fjernes for tømming og fylling.

Fig. 2 viser et forstørret utsnitt av flensarealet til innretningen i fig. 1. Flensringanordningen 36 innbefatter en øvre flensring 42 som har tettende kontakt med kanten til huset 4, idet det her er lagt inn en tetning 50. En mellom-flensring 44 har tettende kontakt med bunnflensen 48. Her er det lagt inn en tetning 52. En tetning 54 gir tetning mellom den øvre flensring 42 og mellomflensringen 44. En nedre flensring 58 ligger an mot flensen 48 på den kuppelformede bunn,

og her er det lagt inn en pakning 60 som gir vakuumtetning, mellom disse to delene. I den øvre flensring 42 er et kjøle-fluiduminnløp 62 hvorigjennom kjølrkanalene 64 tilføres kjøle-fluidum. Kjølefluiduminnløpet 66 er tilknyttet den nedre flensring 58 og tilfører kjølemiddel til kjølekanalen 68. Mellomflensringen 44 har en spylegass-innløpskanal 70. Tetningene 50, 52 og 54 kan være O-ringer utført av polymere materialer som beholder sine fysiske egenskaper ved høye temperaturer. Pakningen 60 kan være av et lignende polymert materiale. Tetningene kan også være metalltetninger.

Fig. 3 viser et snitt gjennom mellomflensringen etter linjen

A-A i fig. 1 og 2. Dette snittet viser kjølesirkulasjons-systemet. En kjølefluiduminnløpsledning 72 står i forbindelse med en ende av en kanal 74, og kjølefluidumutløpsled-ningen 76 står i forbindelse med den andre enden av kanalen 74. Spylegassinnløpskanalen 70 er plassert mellom kjølekanal-endene og står i forbindelse med spylegassinnløpsledningen 34. En vakuumledning 73 står i forbindelse med en vakuum-uttrekkskanal 75.

Innenfor den moderne halvlederindustri er avsettingsrenhet, absolutt forurensingsfrihet og jevn avsetting kritiske krav. Vanligvis må samtlige komponenter i pådampingsinnretningen, som vil kunne utgjøre mulige forurensningskilder, velges av materialer som er ikke-forurensende. I tillegg må visse komponenter i innretninger ifølge oppfinnelsen fortrinnsvis være laget av materialer som er i hovedsaken strålegjennomtrengelig, slik at man derved raskt kan oppnå kontrollerte temperaturbetingelser og effektiv kraftutnyttelse. Under henvisning til fig. 1 og 2 skal her derfor nevnes at kuppelhuset 4, kuppelbunnen 6, det kuppelformede reaksjonskammer 20, substratbæreren 24, skålene 25, reaktantgassledningen 30 og gassystem-veggen 32 fortrinnsvis er av kvartsglass med høy renhet eller av silikon. Silikon kan benyttes både i sin polykrystalline og sin enkeltkrystallform. Metall som utsettes for vakuum i kammeret, eksempelvis flensen 42, må

være et inert rustfritt stål, eksempelvis 316 rustfritt stål.

Ved en typisk driftssyklus vil systemet være forvarmet til ønsket driftstemperatur, vanligvis fra 250 til 1300°C. Varmeelementene 8 og 10 vil når de energiseres avgi stråler som går gjennom kvartsveggene i huset 4, bunnen 6 med veggen 32, gassamleren 22 og reaksjonskammervéggen 20. Derved stiger temperaturen raskt til det ønskede driftsnivå. De øvre komponenter i innretningen, dvs. huset 4 og de til-hørende varmeelementer 8, isolasjonsmaterialet 12 og ytterveggen 14 utgjør en enkelt enhet som når den løftes tar tak

1 fremspringene 36 og tar med seg reaksjonskammerveggen 20, slik at substrat-fyllesonen frilegges. Det indre avsettings-kammer 18 fylles så med vertikalt orienterte substrater 26

som monteres i skåler 25. Deretter senkes de øvre komponenter ned igjen til driftsstillingen. Vakuum settes på og kombi-nasjonen av vekt og lufttrykk vil da presse komponentene sammen, hvorved tetningen og pakningen sammenpresses og det oppnås en effektiv vakuumtetning. Trykket i vakuumkammeret 2 reduseres til mindre enn 0,00005 torr ved at gass trekkes ut gjennom gassamleren 22. Når temperaturen igjen har nådd likevekt på det ønskede nivå, innføres reaktantgass gjennom gassledningen 30 og fordeleren 28. Gassen går under påvirkning av overtrykket mellom de parallelle substratflater og til samleren 22. Gassene passerer sulbstratflåtene bare en gang og i en bane parallelt med flatene. Svekkingen av reaktant-ene i reaktantgassen begrenses derved til den som skjer i en enkelt omgang eller forbiføring. Dette gir en større jevnhet og styring av det avsatte belegg. Gassamleren 32

er forbundet med en vanlig vakuumpumpe med tilhørende vaskesystem (ikke vist). Et hvilket som helst vaskesystem som kan fjerne reaktantgasskomponenter og reaksjonsprodukter fra bærergassen kan benyttes, og likeledes kan en hvilket som helst egnet vakuumpumpe og tilhørende utstyr benyttes. Eksempler på gassblandinger, temperaturer og andre tilstander som kreves for de enkelte belegg finnes beskrevet i W.Brown et al, Soild State Technology, pp 51-57, 84 (July, 1979) og hos W.Kern et al, J.Vac.Sei.Technol., 14, 5 (1977).

Eksempler på prosessverdier ved gjennomsnittstemperaturer

er vist i den etterfølgende tabell.

De her gitte verdier er bare ment som eksempler og utgjør

ingen begrensning.

Spylegassen som skal føres inn gjenomm innløpet 34 er en gass som er kompatibel med reaktantgassen og kan eksempelvis være den samme som bærergassen. Gasstrykket i vakuumkammeret 2

på utsiden av reaksjonskammeret 18 er litt høyere enn trykket i kammeret 18. Derved hindres reaktantgass i å gå ut fra reaksjonskammeret 18 og inn i de omgivende deler av vakuumkammeret. Dette er vesentlig fordi innerflaten i huset 4 og for bunnen 6 kan ha samme temperatur som brikkene og således vil understøtte en avsettingsreaksjon. Slike avsettinger vil innføre forurensninger, absorbere vanndamp under fyllingen, og vil kunne redusere veggenes strålegjennomtrengningsegenskap (når det avsatte materiale er opakt), med tilhørende reduksjon av varmevirkningen. I det nye system er derfor avsettingen begrenset til substratet og til de komponenter som ligger utsatt til i reaksjonskammeret, nemlig reaksjonskammerveggen 20, gassamleren 22 med substrat 17, 24, og skålene 25. Be-lagte komponenter kan raskt byttes ut med rene komponenter,

og de brukte komponentene kan rengjøres for gjentatt anvendelse, uten at man behøver å avbryte driften av systemet. Det er således et kritisk aspekt ved oppfinnelsen at de indre reak-sjonskammerkomponenter er utført slik at de lett kan demonteres og fjernes for rengjøring.

I fig. 4 er det vist en annen utførelse av en innretning ifølge oppfinnelsen. Vakuumkammeret 80 dannes av et kuppelformet hus 82 og en plan bunn 84, fortrinnsvis fremstilt av kvarts, silikon eller lignende inerte og strålingsgjennomtrengelige materialer. Varmeelementer 86 er viklet rundt yttersiden av huset 82. Strålevarmelampen 88 , det kan dreie seg om wolframfilament-lamper eller halogenlamper med parabolske reflektorer, er plassert under bunnen 84 og er slik orientert at de retter strålene mot reaksjonskammeret 96. Varmeelementene 86 og varmelampene 88 er avstandsplassert for å gi styrte temperaturbetingelser i reaksjonskammeret 96 som er omgitt av strålevarmekildene. Isolasjonmaterialet 90 utfyller rommet mellom huset 82 og ytterveggen 92.

Det indre avsettings-reaksjonskammer 96 begrenses av en reaksjonskammervegg 98 som er plassert over gassamleren 102. Substrat-bærestenger 104 som er festet til gassamleren 102 bærer skåler 106 hvor substratene 108 er plassert med vertikal orientering. Gassfordeleren 110 tilføres gass gjennom reaktantgassledningen 112. Gassfordelingssystemet åpner mot vakuumkammeret gjennom gassystemveggen 114 som utgjør en del av eller er festet til bunnen 84.

Et spylegassinnløp 116 er plassert i ringflensanordningen 118. Huset 82 og bunnen 84 holdes tett sammen ved hjelp av denne anordning 118. Kjølefluidum sirkuleres gjennom ringflens-komponentene via egnede innløp og utløp (ikke vist), på samme måte som vist i fig. 2 og 3. Kjølesystemet beskytter tetningene mot termiske skader.

Fig. 5 viser nok en mulig utførelsesform av innretningen i-følge oppfinnelsen. Vakuumkammeret 130 dannes her av et kuppelformet hus 132 og en bunn 134. Huset 132 og bunnen 134 er fortrinnsvis laget av kvarts, silikon eller et annet inert eller kompatibelt materiale. Varmelementene 136 er viklet rundt utsiden av huset 132. Varmeelementene 138 er forseglet i kvarts for å isolere elementene og kan eksempelvist være forseglet i oppviklede kvartsrør eller være forseglet mellom to sammensmeltede kvartsplater. Den elektriske strømtilførsel skjer hensiktsmessig ved hjelp av beskyttede, ikke viste kabler. Varmeelementene 138 bæres av en plate 139. Varmekildene 136

og 138 er avstandsplasserte for derved å gi styrte temperaturbetingelser inne i reaksjonskammeret 146. Isolasjonsmaterialet 140 fyller ut rommet mellom huset 132 og ytterveggen 142 og rommet mellom bunnen 134 og den ytre bunn 144.

Det indre avsettings-reaksjonskammer 146 begrenses av den kuppelformede reaksjonskammervegg 148 og av gassamleren 150. Substrat-bærestengene 142 bærer skåler 144 som holder substratene 156 i en vertikal orientering. Disse komponenter er fortrinnsvis fremstilt av kvarts. Reaktantgassfordeleren 158 tilføres reaktantgass gjennom ledningen 160. Også her har man en yttervegg 162 for gasstransport.

Spylegass tilføres gjennom et spylegassinnløp 164. Ringflensanordningen 166 gir tetning mellom vakuumkammerets øvre og nedre komponenter. Flensringanordningen 166 er forsynt med ikke viste kjøemiddelinnløp og- utløp. Kjølingen beskytter tetningene på samme måte som beskrevet foran i forbindelse med fig. 2 og 3.

Fig. 6 viser et snitt gjennom nok en utførelsesform av oppfinnelsen, hvor det benyttes strålevarmelamper. Vakuumkammeret 180 begrenses av det kuppelformede øvre hus 182

og av en bunn 184. Strålevarmere 186 er plassert rundt huset 182 og under bunnen 184. To av de fire kvadranter er vist. Strålevarmerne 186 er avstandsplassert og anordnet slik at det kan oppnås en nøyaktig styrt temperatur i reaksjonskammeret 186. Flensringanordningen 180 gir tetnings-samvirke mellom huset 182 og bunnen 184. Et spylegassinnløp 192 og kjølefluiduminnløp og- utløp (ikke vist) er anordnet på samme måte som beskrevet foran i forbindelse med fig. 2

og 3.

Det indre avsettings-reaksjonskammer 186 og de tilhørende elementer som er vist i fig. 6 har samme utførelse som beskrevet foran i forbindelse med eksempelvis fig. 1. Også her er det en gassfordelingsvegg 194 som omgir reaksjonsgassinnløpsledningen 190 og virker som gassutløp.

Fig. 7 er et snitt gjennom nok en utførelsesform av en innretning ifølge oppfinnelsen. Vakuumkammeret 220 dannes her av et kuppelformet hus 222 og en kuppelformet bunn 224. Varmeelementer 226 og 228 er viklet rundt ytterflatene til henholdsvis huset og bunnen og gir mulighet for nøyaktig temperaturstyr ing i reaksjonskammeret 236., Isolasjonsmaterialet 230 holdes på plass mellom huset 222 og en omgivende yttervegg 232, og på samme måte er det mellom bunnen 224 og en tilhørende yttervegg 234 lagt inn isolasjonsmateriale.230.

Det indre avsettings-reaksjonskammer 236 har samme utførelse

og funksjon som foran beskrevet.

Gassfordelingsveggen 238 strekker seg opp gjennom bunnen og

er ført tett gjennom denne. Reaktantgassledningen 240 strekker seg opp inne i rommet som omsluttes av denne vegg 238. Et spylegassinnløp 242 sørger for innføring av spylegass som foran nevnt. Flensringanordningen 244, spylegassinløpet, kjøle-fluiduminnløp og tetninger er vist i fig. 8.

Fig. 8 viser et utsnitt av flensringanordningen 244 i fig. 7. Det øvre flensringtoppsegment 260 har en pakning 271, eksempelvis en O-r ing, mellom seg og husflensen 268. Det øvre flensringbunnsegment 262 har en tetning 272 mellom seg og husflensen 268. Når toppsegmentet 260 og bunnsegmentet 262 presses mot hverandre ved hjelp av bolten 278 vil tetningen 272 komprimeres og det tilveiebringes en vakkumtetning mellom disse komponenter. På lignende måte er det mellom det nedre flensringtoppsegment 264 og bunnflensen 270 anordnet en tetning 273. Det nedre flensringbunnsegment 266 har en pakning 274 mellom seg og og bunnflensen 270. Under kompresjonsvirkning utøvet av bolten 280 vil topp- og bunnsegmenter i den nedre flensring presses sammen. Tetningen 273 settes derved under kompresjon og gir en vakuumtetning mellom de motliggende flater. Nok en tetning 276 er plassert mellom det øvre flensringbunnsegment 262 og det nedre flensringtoppsegment 264. Disse tetninger kan være elastomere O-ringer eller metalltetninger med ulike muligheter for tverrsnittsutformingen, herunder X, E, D og runde tverr-snittsformer. Når den settes under kompresjon under påvirkning av vekten til det øvre hus 279 og under påvirkning av luft-trykket (når kammeret 220 evakueres) vil tetningen 276 gi en vakuumtetning. Flensringene er forsynt med kjøleinnløp 282, 284, 286 og 288. Kjøefluidet sirkulerer gjennom flens-elementene og holder dem på en temperatur som er nødvendig for å beskytte de forskjellige tetninger og pakninger mot overheting.

Innretningen ifølge oppfinnelsen byr på flere fordeler sammenlignet med tidligere kjente systemer. Gulvplassbehovet er redusert med 85%, og en typisk enhet opptar ikke mer plass enn 1,35 m 2. Elimineringen av de lange sylindriske kammerne som man kjenner fra konverterte dopeovner har også forenklet tømming og fylling. Den hensiktsmessige demonteringsprosedyre muliggjør en rask fylling med minimale varmetap, og syklustiden reduseres vesentlig. Tilsølte reaktorkomponenter kan byttes ut og rengjøres under en standard fyllesyklus, og man kan opprettholde et meget rent og forurensningsfritt avsetningsmiljø.

Det reaktormiljøet som man oppnår med innretningen ifølge oppfinnelsen er overlegen det man kjenner fra de tidligere kjente systemer. Ved eksempelvis 300°C vil temperatur-likevekten i hovedsaken være oppnådd etter 20 min. lukking av beholderen, sammenlignet med 70 min. for standard varmvegg-enheter. Etter 30 min. vil temperaturvariasjonen inne i reaktorkammeret være mindre enn 2°C (for isotermiske betingelser eller mindre enn 2°C med utgangspunkt i den ønskede gradient når en temperaturgradient er ønske.) Dette er meget bedre enn de verdier man kjenner fra tidligere varm-veggovner, hvor man etter 90 min. har variasjoner som er større enn 4°C. Systemets virkningsgrad med hensyn til kraftforbruket økes nesten ti ganger. Ved 300°C vil tidligere kjente systemer vanligvis ha et driftskraftbehov som overskrider 2000 W pr. enhet. Den nye innretning ifølge oppfinnelsen har et kraftforbruk på mindre enn 200 W.

Claims

1. Avsettingsinnretning med styrt temperatur, karakterisert ved at den innbefatter strålevarmemidler som i hovedsaken omgir et indre avsettings-reaksjonskammer for derved å tilveiebringe nøyaktig styrte temperaturbetingelser deri, idet det indre avsettings-reaksjonskammer har gassfordelingsmidler for innføring av gass i det indre kammer og uttak av gass derfra, og ved at det indre avsettings-reaksjonskammer er omgitt av en vakuumkammeranordning som er anordnet i en avstand fra reaksjonskammerets vegg, for derved å opprettholde et medium-vakuum deri.

2. Kjemisk pådampingsinnretning ifølge krav 1, karakterisert ved at vakuumkammeranordningen innbefatter et kuppelformet hus og en dermed samvirkende bunn, idet materialet i huset og bunnen er i hovedsaken strålegjennomtrengelig og strålevarmemidler er plassert over ytterflaten til det kuppelformede hus og bunnen for derved å gi nøyaktig styrte temperaturer i reaksjonskammeret.

3. Kjemisk pådampingsinnretning ifølge krav 2, karakterisert ved at bunnen innbefatter en kuppelformet veggdel. .

4. Kjemisk pådampingsinnretning ifølge krav ^ karakterisert ved at vakuumkammeranordningen innbefatter et kuppelformet hus og en dermed samvirkende bunn, idet materialet i huset og bunnen er i hovedsaken strålegjennomtrengelig og strålevarmemidler er plassert over ytterflaten til det kuppelformede hus og mellom bunnen og reaksjonskammeret for tilveiebringelse av nøyaktig styrte temperaturer i reaksjonskammeret.

5. Kjemisk pådampingsinnretning ifølge krav ^ karakterisert ved at det indre avsettings-reaksjonskammer begrenses av innervegger som har en avstand i fra vakuumkammeranordningen, hvilke innervegger er av et materiale som i hovedsaken er strålegjennomtrengelig.

6. Kjemisk pådampingsinnretning ifølge krav 5, karakterisert ved at gassfordelingsmidlene innbefatter en gassfordeler og en gassamler på motsatte sider av en substratbeleggingssone for opptak av substrater.

7. Kjemisk pådampingsinnretning ifølge krav 6, karakterisert ved at gassfordeleren og gassamleren utgjør midler for retting av reaktantgasser i en enkelt omgang parallelt med substratflaten på vertikalt orienterte substrater, hvorved endringer i reaktantgass-sammensetningen minimaliseres.

8. Kjemisk pådampingsinnretning ifølge krav 5, karakterisert ved at en spylegass-trykkanordning er plassert mellom vakuumkammeret og innerkammerveggene for å hindre utslipping av gassformede komponenter fra det indre kammer.

9. Kjemisk pådampingsinnretning ifølge krav 2, karakterisert ved tetningsmidler tilknyttet huset og bunnen for tilveiebringelse av en vakuumtetning mellom disse, hvilke tetningsmidler innbefatter sirkulerende fluidum-kjøemidler for å hindre termiske skader på tetningene.

10. Fremgangsmåte for kjemisk pådamping med styrt temperatur på en substratflate, karakterisert ved at substratflaten bringes i kontakt med reaktantgass som strømmer i en retning parallelt med substratflaten i en reaksjonssone med styrt temperatur, i hvilken sone det hersker en temperatur på fra 250 til 1300°C og et trykk på mindre enn 750 mm Hg, hvor-hos temperaturforskjellene i reaksjonssonen er mindre enn 2°C sammenlignet med valgte temperaturer, idet-avsetningsgass fjernes etter at den har gått over en enkelt substratflate.

11. Fremgangsmåte ifølge krav 10, . karakterisert ved at reaksjonssonen er en isotermisk reaksjonssone og at temperaturforskjellene i reaksjonssonen er mindre enn 2°C.

12. Fremgangsmåte ifølge krav 10, karakterisert ved at flere substrater er vertikalt orientert i et plan i et reaksjonskammer med styrt temperatur, og at reaktantgassen strømmer over substratflåtene i en vertikal retning.

13. Fremgangsmåte ifølge krav 12, karakterisert ved at den styrte temperatur i reaksjonskammeret oppnås ved oppvarming ved hjelp av stråler fra strålevarmekilder som i hovedsaken omgir reaksjonskammeret, idet reaksjonskammer-1 veggene er av et materiale som i hovedsaken er strålegjennomtrengelig.

14. Fremgangsmåte ifølge krav 13, karakterisert ved at reaksjonskammeret er omgitt av et vakuumkammerhus i en avstand fra reaksjonskammerveggene, idet veggene i vakuumkammer et er bygget opp av et materiale som i hovedsaken er strålegjennomtrengelig, idet strålingen tas fra strålevarmemidler som i hovedsaken omgir vakuumkammerhuset.

15. Fremgangsmåte ifølge krav 14, karakterisert ved at den spylegass som er kompatibel med reaktantgassen innføres i rommet mellom vakuumkammerhuset og reaksjonskammeret, idet trykket i vakuumkammeret utenfor reaksjonskammeret holdes på et høyere nivå enn gasstrykket inne i reaksjonskammeret, slik at derved reaktantgasslekkasje fra reaksjonskammeret og resulterende avsettinger på vakuumkammerhuset hindres.