ПОДЛОЖКОДЕРЖАТЕЛЬ Российский патент 1997 года по МПК H01L21/205 H01L21/68 

Изобретение относится к электронной технике, технологии получения полупроводниковых приборов, а именно к оборудованию для МОС-гидридной эпитаксии.

Известно устройство подложкодержателя [1] состоящее из станины и платы, непосредственно на которую помещают подложки для эпитаксиального выращивания. Станина соединена с платой при помощи опоры, в свою очередь соединенной с механизмом, обеспечивающим вращение платы.

При больших скоростях механического вращения платы для подложек могут наблюдаться ее биения, что приводит к отклонению от плоскопараллельности положения платы во время процесса, а следовательно, к срыву ламинарности потока паро-газовой смеси (ПГС) над подложками. Следствием последнего является неоднородное распределение ПГС над подложками, что снижает качество получаемых эпитаксиальных структур, а именно ухудшается стехиометрия и планарность выращиваемых пленок.

Наиболее близким по технической сущности является подложкодержатель, включающий плату для подложек в виде плоского круглого диска и станину с цилиндрической выемкой для помещения платы, со стороны выемки в основании станины выполнены канавки, каждая из которых соединена с соответствующим отверстием в основании станины, канавки и отверстия расположены на равном расстоянии от центра выемки и друг от друга [2]
В рассматриваемом устройстве канавки симметрично распределены по основанию станины и каждая из них имеет одинаковую заданную изогнутость для создания необходимого крутящего момента подаваемого потока газа, вращающего помещаемую на него плату. Удаление (сброс) крутящего газа из канавок происходит также через дополнительные отверстия, выполненные в станине. Изготовление данных канавок требует очень высокой точности. Только при таком высокоточном выполнении кривизны канавок можно достичь значительно больших скоростей вращения без наблюдения биений платы. В то же время при дальнейшем увеличении скорости вращения необходимо использовать большие расходы крутящего потока газа. С определенного количества расхода газа плата (ротор) начинает входить в режим автоколебаний, наблюдается неравномерное ее движение, подбрасывание, что приводит к срыву процесса. Это ограничивает использование данного устройства, так как при выращивании эпитаксиальных пленок сложного стехиометрического состава необходимо повышать скорость вращения для достижения более равномерного распределения ПГС над ростовой поверхностью рабочих пластин.

Технической задачей изобретения является увеличение максимальной скорости вращения при поддержании высокой планарности платы во время вращения на больших скоростях и без увеличения, а в ряде случаев уменьшения расходов газа, т.е. при снижении либо без увеличения энергозатрат.

Предложен подложкодержатель, в котором каждая из канавок выполнена под прямым углом к радиусу станины, проведенному через центр отверстия, соединенного с соответствующей канавкой, данные канавки выполнены вплоть до боковых стенок станины со стороны выемки, между смежными боковыми стенками станины и платы дополнительно сформирована выборка, симметрично распределенная по окружности основания выемки, и расположенная на расстоянии от основания станины со стороны выемки, выбранном менее половины высоты стенки выемки, причем при перемещении платы в выемку края выборки расположены между плоскостями оснований платы.

Предложены различные варианты изготовления выемки.

Так, выборка может быть выполнена в виде круговой канавки в боковой стенке станины со стороны выемки.

В другом варианте выборка может быть выполнена в виде круговой канавки в боковой стенке платы.

В следующем варианте выборка может быть выполнена в виде круговых канавок, сформированных в боковых стенках платы и станины со стороны выемки, причем при установке платы в выемку осевые плоскости обеих круговых канавок совмещены.

Выборка также может быть выполнена в виде рельефных канавок с уменьшающимся радиусом по длине в количестве, равном числу канавок, выполненных в основании станины, причем область каждой канавки выборки с наибольшим радиусом расположена на уровне пересечения канавок, выполненных в основании станины, с боковой стенкой станины со стороны выемки.

При этом в последнем варианте канавки выборки могут быть сформированы различным образом.

Например, канавки выборки могут быть выполнены только в боковых стенках станины со стороны выемки.

Далее, канавки выборки могут быть выполнены только в боковых стенках платы.

Также канавки выборки могут быть сформированы как в боковых стенках платы, так и в боковых стенках станины со стороны выемки, причем при установке платы в выемку осевые плоскости всех канавок выемки совмещены.

При попадании газа под давлением в выборки предложенной конструкции получаются своеобразные "подшипники скольжения". Крутящий поток газа, перемещаясь в полости выборки по периферии боковой поверхности платы, входит в контакт с платой (ротором), которая вследствие этого начинает вращаться.

Как в случае круговых канавок, так и в случае рельефных канавок благодаря наличию газовой подушки по всей периферии платы со стороны ее боковых стенок достигается устойчивое вращение платы (ротора), независимо от величины потока. Причем при увеличении величины потока плата (ротор) не входит в режим автоколебаний, так как вследствие упругости газа, находящегося в полости выборки по периферии боковой поверхности платы, количество газа, попадающего в нее, ограничивается ее размерами и физико-химическими характеристиками газа. Излишек газа удаляют через отверстия, выполненные в станине, аналогично устройству прототипа. Причем в случае рельефных канавок ту же скорость вращения можно достигнуть при меньшем расходе крутящего газа, что позволяет снизить энергозатраты. Необходимо учесть, что при любом варианте выборки ее края расположены между плоскостями оснований платы при ее помещении в выемку.

На фиг. 1 изображена конструкция станины, вариант с круговыми канавками
вид сбоку; на фиг. 2 конструкция станины, вариант с круговыми канавками - вид сверху; на фиг. 3 конструкция платы, вариант с круговыми канавками вид сбоку; на фиг. 4 конструкция платы, вариант с круговыми канавками вид сверху.

Подложкодержатель состоит (фиг. 1 4) из станины 1, платы 2. В станине 1 выполнена выемка 3, отверстия 4 для ввода газа, отверстия 5 для вывода (сброса) газа, канавки 6 в основании станины, выборка 7 в виде круговых канавок: 8 в боковой стенке станины и 9 в боковой стенке платы.

Устройство работает следующим образом.

Подложкодержатель собирают, помещая плату 2, выполненную из графита, в выемку 3 станины 1. Подают поток газа в отверстия 4 и при попадании газа через канавки 6 в выборку 7 плата 2 начинает вращаться под воздействием перемещающегося указанного крутящего газа. Излишек газа удаляется через отверстия 5.

Было опробовано несколько подложкодержателей с различными вариантами исполнения выборок. Получены следующие результаты.

1. При круговой канавке 8 с радиусом 0,83 мм выборки 7 в боковой стенке станины 1 высотой 8±0,01 мм и расположении ее на глубине 2/3 от высоты боковой стенки выемки получены результаты по началу вращения от момента подачи крутящего газа, максимальной скорости вращения и максимальной величине расхода газа без нарушения плавного, равномерного вращения, без биений (область безопасного вращения), записанные в таблице, строке 1.

2. При круговой канавке 9 с радиусом 0,83 мм выборке 7 в боковой стенке платы 2 высотой 8±0,01 мм на расстоянии 2/3 высоты платы минус 1±0,2 мм от нижнего основания платы получены результаты, приведенные в таблице, строке 2.

3. При круговых канавках 8 и 9 с радиусами 0,83 мм выборки 7 в боковых стенках станины 1 и платы 2 и расположении их, как в вариантах 1 и 2, получены результаты, приведенные в таблице, строке 3.

4. Выборка выполнена из трех канавок 8 с плавно уменьшающимся радиусом каждой канавки от 0,83 до нуля. Каждая из канавок начинается на уровне пересечения канавок 6 со стенкой станины 1 со стороны выемки 3. По высоте канавки выполнены аналогично варианту 1. Результаты приведены в строке 4 таблицы.

5. Выборка выполнена из трех канавок 9. Их форма аналогична 4, а расположены они друг от друга на расстояниях, равных расстояниям между пересечением канавок 6 со стенками станины 1 со стороны выемки 3. По высоте канавки выполнены аналогично варианту 2. Результаты приведены в строке 5 таблицы.

6. Выборка выполнена из трех канавок 8, аналогичных варианту 4, и трех канавок 9, аналогичных варианту 5. Результаты приведены в строке 6 таблицы.

При сравнении полученных результатов с параметрами известного устройства-прототипа [2] можно сделать следующие выводы.

В вариантах 1-3 повышается остойчивость и планарность вращения платы, так как в [2] дизайн предполагает боковое смещение платы и соответственно в нем снижается остойчивость.

В вариантах 4-6 повышается давление в канавках, уменьшается расход вращающего газа, необходимый для начала вращения, увеличивается максимальная скорость вращения по сравнению с вариантами 1-3 при тех же преимуществах по сравнению с [2]
Кроме того, при использовании предложенных конструкций выборок вариантов 1-6 получено значительное увеличение безопасной области вращения по сравнению с [2]
Получены эпитаксиальные пластины с отклонением от планарности менее ±1% без нарушения стехиометрии их состава, что соответствует результатам, полученным в [2]
Также были опробованы другие варианты конструкций подложкодержателя, отличающиеся местом расположения выборок по высоте стенок станины и платы, а также при рельефных канавках 8 и 9 их формой и количеством, при условиях, как входящих в диапазоны, указанные в формуле изобретения, так и при значениях вне указанных диапазонов. Для всех вариантов конструкций, параметры которых входили в указанные в формуле изобретения диапазоны значений признаков изобретения, получены результаты, аналогичные приведенным выше. При параметрах конструкций, выходящих из указанных в формуле изобретения значений, наблюдали биения платы, неравномерность ее перемещения, увеличение расхода крутящего газа для начала вращения платы, уменьшение области безопасного вращения. Эпитаксиальные пластины получали с непланарными слоями и нарушением стехиометрии состава.

Из приведенного анализа результатов можно заключить, что только полная совокупность всех конструктивных особенностей предложения позволила решить поставленную техническую задачу.

Использование: электронная техника, технология получения полупроводниковых приборов, а именно оборудование для МОС-гидридной эпитаксии. Сущность изобретения: в подложкодержателе, включающем плату для подложек в виде плоского круглого диска и станину с цилиндрической выемкой для помещения платы, со стороны выемки в основании станины выполнены канавки, соединенные с соответствующим отверстием в основании станины, канавки и отверстия расположены на равном расстоянии от центра выемки и друг от друга, каждая из канавок выполнена под прямым углом к радиусу станины, проведенному через центр отверстия, соединенного с соответствующей канавкой, данные канавки выполнены вплоть до боковых стенок станины со стороны выемки, между смежными боковыми стенками станины и платы дополнительно сформирована выборка, симметрично расположенная по окружности, осевая плоскость которой параллельна плоскости основания выемки, и расположена на расстоянии от основания выемки, выбранном менее половины высоты стенки выемки, причем при помещении платы в выемку края выборки расположены между плоскостями оснований платы. Предложены различные варианты конструкции подложкодержателя, которые отличаются выполнением выборок. 7 з.п. ф-лы, 1 табл. 4 ил.

1. Подложкодержатель, включающий плату для подложек в виде плоского круглого диска и станину с цилиндрической выемкой для помещения платы, со стороны выемки в основании станины выполнены канавки, каждая из которых соединена с соответствующим отверстием в основании станины, канавки и отверстия расположены на равном расстоянии от центра выемки и друг от друга, отличающийся тем, что каждая из канавок выполнена под прямым углом к радиусу станины, проведенному через центр отверстия, соединенного с соответствующей канавкой, данные канавки выполнены вплоть до боковых стенок станины со стороны выемки, между смежными боковыми стенками станины и платы дополнительно сформирована выборка, симметрично распределенная по окружности, осевая плоскость которой параллельна плоскости основания выемки и расположена на расстоянии от основания выемки, выбранном менее половины высоты стенки выемки, причем при помещении платы в выемку края выборки расположены между плоскостями оснований платы. 2. Подложкодержатель по п. 1, отличающийся тем, что выборка выполнена в виде круговой канавки в боковой стенке станины со стороны выемки. 3. Подложкодержатель по п. 1, отличающийся тем, что выборка выполнена в виде круговой канавки в боковой стенке платы. 4. Подложкодержатель по пп. 1 3, отличающийся тем, что выборка выполнена в виде круговых канавок, сформированных в боковых стенках платы и станины со стороны выемки, причем при установке платы в выемку осевые плоскости обеих круговых канавок совмещены. 5. Подложкодержатель по п. 1, отличающийся тем, что выборка выполнена в виде рельефных канавок с уменьшающимся радиусом по длине в количестве, равном числу канавок, выполненных в основании станины, причем область каждой канавки с наибольшим радиусом расположена на уровне пересечения канавок, выполненных в основании станины, с боковой стенкой станины со стороны выемки. 6. Подложкодержатель по пп. 1 и 5, отличающийся тем, что канавки выборки выполнены в боковых стенках станины со стороны выемки. 7. Подложкодержатель по пп. 1 и 5, отличающийся тем, что канавки выборки выполнены в боковых стенках платы. 8. Подложкодержатель по пп. 1, 5 7, отличающийся тем, что канавки выборки сформированы в боковых стенках платы и станины со стороны выемки, причем при установке платы в выемку осевые плоскости всех канавок выемки совмещены.