SU1089181A1 - Устройство дл осаждени слоев из газовой фазы - Google Patents

Abstract

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОСАЖДЕНИЯ СЛОЕВ ИЗ ГАЗОВОЙ -ФАЗЫ, включающее водоохлаждаемую камеру, полый подложкодержатель, расположенный в камере , индуктор, установленный в закрытом колпаке внутри подложкодержател , теплоизол ционный экран, размещенный у внутренней стенки камеры, и средства ввода и вывода газа, отличающеес  тем, что, с целью повыщеки  качества осажденных слоев путем обеспечени  регулируемого теплоотвода , теплоизол ционный экран выполнен в виде кольцевой камеры, соединенной со средствами подачи газообразного теплоносител  и вакуумной откачки и выполненной с внутренней стенкой, имеющей участки конического сужени  по высоте подложкодержател  и расширени , соединенные между собой под тупым углом.

Description

Изобретение относитс  к аппаратам, дл  осуществлени  технологических процессов получени  пленочных полупроводниковых материалов и преимущественно касаетс  устройств дл  газофазного осаждени  кремниевых эпитаксиальных слоев.

Известно устройство дл  осаждени  слоев из газовой фазы, содержащее водоохлаждаемую , кварцевую, колпаковую камеру со средствами ввода и отвода газов, установленный в ней подложкодержатель и располагаемый снаружи индуктор ВЧ-нагрева 1.

Недостаток известного устройства состоит в том, что вследствие дефицита и высокой стоимости кварцевых труб больщого диаметра производство эпитаксильных структур на подложках большого (76, 100, 150 мм) диаметра ограничено. Размещение в 1500-мм кварцевых трубах установок УНЭС-2ПВМ подложкодержателей под подложки больщого диаметра неизбежно сопр жено с уменьшением количества загружаемых пластин и, следовательно, производительности промышленного оборудовани . При этом максимальный диаметр загружаемь1х подложек составл ет 60 мм.

Известно устройство дл  осаждени  слоев из газовой фазы, содержащее водоохлаждаемую , металлическую камеру со средствами ввода и вывода газов с размещенным в ней полым подложкодержателем и установленным в нем кварцевым защитным колпаком с индуктором ВЧ-нагрева. Данное устройство находит широкое применение на практике, положено в основу конструкции серийных промышленных установок и  вл етс  базовой моделью дл  создани  новых типов оборудовани  дл  получени  пленочных полупроводниковых материалов на подложках больщого диаметра 2.

Однако данное устройство обладает существенным недостатком, заключающимс  в повышенном, по сравнению с кварцевыми камерами уровне брака продукции по качеству поверхности эпитаксиальных слоев. Указанный недостаток присущ всем типам известных устройств с металлической реакционной камерой и обусловлен более высокой теплопроводностью металла по сравнению с кварцем, что приводит к снижению температуры поверхности камеры контактирующей с парогазовой смесью в зоне осаждени . Это в свою очередь вызывает понижение температуры парогазовой смеси вблизи стенок камеры до 100-200°С, при которых гомогенные химические реакции в газовой фазе смещаютс  в сторону преимущественного выделени  полихлоридов. Образующиес  в результате гомогенных реакций (Hg + Bi + остаточные пары в исходном HI) полихлориды, попада  в виде мелкодисперсных частиц на поверхность кристаллизации  вл ютс  источником дефектообразовани  (дефекты упаковки, пирамиды , трипирамиды, макродефекты и т. д.). Это приводит к тому, что эксплуатаци  металлических камер сопровождаетс  повышенным уровнем брака эпитаксиальных слоев по кристаллическому сошрщенству и качеству поверхности. Аналогичные-процессы происход т и в кварцевых реакционных камерах, но ввиду малой теплопроводности кварца температура ПГС у поверхности стенок камеры в зоне осаждени  составл ет

400-600°С и веро тность образовани  и концентраци  полихлоридов в этом случае много меньше, чем в металлической камере .

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому  вл етс  устройство дл  осаждени  слоев из газовой фазы, включающее водоохлаждаемую камеру, полый подложкодержатель, расположенный в камере , индуктор, установленный в защитном колпаке внутри подложкодержател , тепло0 изол ционный экран, размещенный у внутренней стенки камеры и средства ввода и вывода газа. Теплоизол ционный экран выполнен в виде набора кварцевых трубок или пластин с вакуумированными внутренними полост ми, заполненными керамическим волокном с плотностью набивки 50 - 150 кгс/смз 3.

Известное устройство имеет р д недостатков . Регулировать теплоотвод в нем нельз , так как с повышением температуры эпи ,. таксии температура поверхностного сло  теплоизол ционного экрана (трубок) контактирующего ПГС может только повышатьс , а с понижением температуры эпитаксии только понижатьс  В св зи с этим невозможно перейти без ухудшени  качества от

5 использовани  SiC на SiHCIj или SiHjClj. Известное устройство имеет невысокую прочность и надежность, обусловленные применением сравнительно хрупких элементов (кварцевые тонкостенные трубки или пластины ).

0 Цель изобретени  - повышение качества осажденных слоев за счет обеспечени  регулируемого теплоотвода.

Указанна  цель, достигаетс  тем, что в устройстве, включающем водоохлаждаемую

, камеру, полый подложкодержатель, расположенный в камере, индуктор, установленный в защитном колпаке внутри подложкодержател , теплоизол ционный экран, размещенный у внутренней стенки камеры, и средства ввода и вывода газа, теплоизол 0 ционный экран выполнен в виде кольцевой камеры, соединенной со средствами подачи газообразного теплоносител  и вакуумной откачки и выполненной с внутренней стенкой , имеющей участки конического сужени  по высоте подложкодержател  и расщире5 ни , соединенные между собой под тупым углом.

На чертеже представлено устройство, разрез , обший вид.

Устройство имеет реакционную водоохлаждемую металлическую камеру 1 с вод ной рубашкой 2, снабженную средствами ввода (показано стрелками) и вывода газов - патрубком 3, пропущенным внутри индуктора 4 и приваренным в верхнем торце защитного кварцевого колпака 5. В камере 1 коаксиально один в другом размещены индуктор ВЧ-нагрева 4 в защитном кварцевом колпаке 5 и подложкодержатель 6, выполненный в виде полого графитового цилиндра или многогранной призмы. У внутренней боковой стенки камеры 1 установлен теплоизол ционный экран, выполненный в виде герметичной кольцевой камеры 7, имеющий прот женность больще высоты подложкодержател  6. Кольцева  камера 7 соединена патрубками 8, снабженными регулирующими вентил ми 9 с магистрал ми подачи газообразного теплоносител , например азота и вакуумной откачки (показано стрелками ). Подложки 10 устанавливают на подложкодержателе с подставкой. Средства вращени  подложкодержател  не показаны.

Внутренн   стенка кольцевой камеры 7 выполнена в виде термокомпенсатора и имеет участок конического сужени  по ходу потока парогазовой смеси, охватывающий рабочую зону осаждени  и следующий за ним участок конического расширени , наход щийс  выше верхнего торца подложкодержател  6, т. е. вне (выще) рабочей зоны осаждени . Прот женность (высота) герметичной кольцевой камеры 7 выбираетс  в 1,2-2 раза больше высоты подложкодержател  6.

Устройство работает следующим образом.

На подложкодержатель 6 загружают подложки 10, камеру 1 герметизируют, нагревают с помощью индуктора 4 подложкодержатель 6 и при подаче соответствующих реагентов ведут операции, вход щие в регламент эпитаксиального процесса. При этом перед началом высокотемпературных операций (отжиг, газовое травление), с помощью регулирующих вентилей 9 устанавливают и поддерживают в течение всего технологического цикла оптимальный расход азота или оптимальную степень разрежени  в герметичной кольцевой камере 7, что обеспечивает поддержание температуры поверхности стенки камеры, контактирующей с парогазовой смесью в зоне осаждени  на уровне, исключающем образование полихлоридов.

Таким образом, герметична  кольцева  камера 7  вл етс  теплоизол тором с управл емо-регулируемым теплоотводом. Это позвол ет при любой заданной температуре подложкодержател  6 обеспечить оптимальную « 500°С температуру ПГС у стенки камеры в зоне осаждени , причем ее регулирование сводитс  к изменению с помощью вентилей 9 расхода азота или степени разрежени , т. е. теплопроводности кольцевой герметичной камеры 7 в целом, а выбор необходимых расходов (разрежений) легко осуществл етс  опытным путем. Выполнение кольцевой камеры 7 с высотой больше высоты подложкодержател  6 позвол ет с гарантией обеспечить заданную температуру стенки камеры по всей высоте рабочей зоны осаждени . Выполнение стенки кольцевой камеры 7, контактирующей с парогазовой смесью, с участком конического сужени ,

0 соответствующим рабочей зоне осаждени , и участком конического расширени  вне рабочей зоны, с сопр жением между указанными участками под тупым углом или скруглением позвол ет скомпенсировать изменение линейных размеров полости за счет температурных коэффициентов расширени , а также понизить вли ние эффекта объединени  состава смеси по высоте зоны осаждени . Это с одной стороны повышает прочность и надежность конструкции устройства,

0 а с другой, стороны способствует повышению качества слоев за счет снижени  разброса электрофизических параметров в партии одновременно наращиваемых структур при уменьщении расхода водорода. Надежность конструкции предлагаемого устройства обес печиваетс  также тем, что только часть боковой стенки камеры 1 выполнена в виде герметичной кольцевой камеры 7. Это исключает подгорание прокладок уплотнени  располагаемых по нижнему торцу камеры 1. Предлагаемое устройство имеет более

0 мобильную конструкцию, так как обладает не пассивным, как в известном, а управл емо-регулируемым теплоотводом и его легко перестроить на оптимальный режим, например , при необходимости изменени  темпера5 эпитаксии при переходе от использовани  SlC на SiHClj или . Аналогично в рамках эпитаксии из SiCl в насто щем устройстве простым изменением расхода газа или давлени  в кольцевой полости можно обеспечить оптимальную (посто нную ) температуру стенки, контактирующей с ПГС при любой необходимой (1200-

1270°С) температуре эпитаксии.

Были проведены испытани  насто щего устройства.

Сопоставление результатов по 20 проведенным в известном (базовом) и насто щем устройствах процессам осаждени  показало:

брак по качеству поверхности слоев (вкраплени , растравливание, риски и т. д.) ниже на 12% в насто щем устройстве по сравнению с серийным;

однородность толщины слоев наращенных в насто щем устройстве выше, чем в серийном и разброс толщины слоев в партии 5 не превышает .

Таким образом, насто щее устройство позвол ет повысить качество и выход годных структур в металлических реакционных

51089181

камерах. Устройство легко реализуетс  нацию установки, т. к. стенки камеры, конбазе серийных реакторов установок УНЭС-тактирующие с ПГС практически не загр з2ПКА . Устройство позвол ет улучшить ус-н ютс  полихлоридами и число протирок ЛОБНЯ роста слоев и облегчает эксплуата-реактора уменьшаетс .

Claims (1)

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОСАЖДЕНИЯ СЛОЕВ ИЗ ГАЗОВОЙ ФАЗЫ, включающее водоохлаждаемую камеру, полый подложкодержатель, расположенный в камере, индуктор, установленный в закрытом колпаке внутри подложкодержателя, теплоизоляционный экран, размещенный у внутренней стенки камеры, и средства ввода и вывода газа, отличающееся тем, что, с целью повышения качества осажденных слоев путем обеспечения регулируемого теплоотвода, теплоизоляционный экран выполнен в виде кольцевой камеры, соединенной со средствами подачи газообразного теплоносителя и вакуумной откачки и выполненной с внутренней стенкой, имеющей участки конического сужения по высоте подложкодержателя и расширения, соединенные между собой под тупым углом.

   CSpoc газа)