РЕАКТОР ДЛЯ ОСАЖДЕНИЯ ИЗ ГАЗОВОЙ ФАЗЫ (CVD-РЕАКТОР) С ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ КАМЕРОЙ, НАГРЕВАЕМОЙ С ПОМОЩЬЮ ВЫСОКОЧАСТОТНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ (RF-ИЗЛУЧЕНИЯ) Российский патент 2010 года по МПК C30B25/10 C23C16/46 

Изобретение относится к устройству для осаждения, в частности, кристаллических слоев на, по меньшей мере, одну, в частности, кристаллическую подложку, с технологической камерой, образованной несколькими стеновыми частями, которые электропроводны и стыкуются друг с другом с образованием контактов касания, с корпусом реактора, состоящим из неэлектропроводного материала, окружающим стеновые части технологической камеры, и с окружающей стеновые части технологической камеры нагревательной катушкой высокой частоты.

Устройство такого типа описано в DE 10055182 A1. Это устройство состоит из кварцевой трубки, внутри которой находится технологическая камера. Стенки технологической камеры состоят из нескольких выполненных из графита частей, а именно потолка, двух стенок и основания. Отдельные графитовые стеновые части примыкают друг к другу, соприкасаясь. Известное устройство окружено катушкой высокой частоты, которая создает внутри корпуса реактора высокочастотное поле. Последнее производит в стенках технологической камеры вихревые токи. Вследствие контактного сопротивления в областях, где отдельные стеновые части примыкают друг к другу, могут иметь место локальные нагревы или даже искровые перекрытия.

В основе изобретения лежит задача усовершенствовать устройство указанного типа в той степени, чтобы температурный профиль внутри технологической камеры был более равномерным.

Решается задача с помощью изобретения, представленного в пунктах формулы изобретения.

Все пункты формулы изобретения описывают и заявляют, в принципе, самостоятельные решения, даже если они формально сформулированы в качестве зависимых пунктов формулы. Отдельные пункты формулы могут комбинироваться друг с другом в любой форме.

Пункт 1 формулы изобретения предусматривает сначала и в основном экранирующую нагревательную трубку. Эта трубка должна быть расположена внутри корпуса реактора, но вне технологической камеры и быть электропроводной настолько, чтобы создаваемое высокочастотной катушкой высокочастотное поле наводило там вихревые токи. Эти вихревые токи должны нагревать экранирующую нагревательную трубку и одновременно подавлять силу высокочастотного поля таким образом, чтобы в электропроводных стенках технологической камеры индуцировалась лишь часть вихревых токов, какие имеют место в уровне техники, так чтобы нагревание происходило в основном в материале экранирующей нагревательной трубки. Это приводит к тому, что предотвращается наблюдаемое в уровне техники локальное нагревание в области зон касания отдельных стеновых частей технологической камеры. Вследствие этого получается гомогенизированный температурный профиль внутри технологической камеры реактора с горячими стенками. В дальнейшем усовершенствовании изобретения предусмотрено, что экранирующая нагревательная трубка состоит из графита. Она выполнена в виде одной детали и массивна. Трубку можно изготовить, например, путем сверления из цельного материала, которому перед этим придана цилиндрическая форма с помощью токарной обработки. Толщина стенок экранирующей нагревательной трубки выбирается такой, чтобы возник требуемый эффект экранирования. Кроме того, внутренняя стенка экранирующей нагревательной трубки имеет предпочтительно профилированные участки, с помощью которых технологическая камера может удерживаться внутри экранирующей нагревательной трубки. Эти удерживающие средства могут быть выполнены в виде вырезанных выемок или также в виде выступов, которые выступают от внутренних стенок экранирующей нагревательной трубки внутрь в радиальном направлении. Над потолком технологической камеры и под основанием технологической камеры между стенкой технологической камеры, с одной стороны, и экранирующей нагревательной трубкой, с другой стороны, находится полое пространство. Это полое пространство может использоваться для охлаждения всего устройства, когда химический процесс осаждения закончен. Охлаждение можно осуществлять, например, путем подачи холодного газа. Однако также предусмотрено, что для охлаждения в эти полости вводится твердое тело с соответствующими охлаждающими жидкостями. В дальнейшем усовершенствовании изобретения предусмотрено, что основание технологической камеры имеет съемную загрузочную плиту, на которой установлен держатель подложки, на который накладывается подложка. В отношении формы такой загрузочной плиты делается ссылка на документ DE 10055182 A1, публикуемое содержание которого полностью включается в настоящую заявку. Так, в частности, предусмотрено, что в основании стенок технологической камеры проходит проточный канал, через который подается газ-носитель, который выходит в выходные сопла под держателем подложки, чтобы создать вращающуюся газовую подушку для держателя подложки.

Примеры выполнения изобретения поясняются далее на основе прилагаемых чертежей. На чертежах показано:

фиг.1 - поперечное сечение корпуса реактора первого примера выполнения,

фиг.2 - поперечное сечение корпуса реактора второго примера выполнения,

фиг.3 - разрез по линии III-III фиг.1,

фиг.4 - другой пример выполнения изобретения в изображении согласно фиг.1, и

фиг.5 - элемент выреза V на фиг.4.

При устройствах, описанных в примерах выполнения, речь идет о реакторах для осаждения из газовой фазы, которые имеют технологическую камеру 5, внутри которой проходит процесс осаждения. Речь идет о реакторах для осаждения из паровой фазы (CVD-реакторах), в частности, III-V или II-VI слоев полупроводника на III-V или II-VI подложки. Реакционные газы через впускное устройство 14 для газа вводятся в нагреваемую со всех сторон технологическую камеру 5. Под реакционными газами подразумеваются предпочтительно хлориды металлов, например хлорид галлия или хлорид индия, или гидриды, например арсин или фосфин. При пиролитическом разложении внутри технологической камеры 5 на подложку осаждается кристаллический слой. Дополнительно в технологическую камеру вводятся соответствующие газы-носители, такие как водород или азот.

Предусмотрен специальный трубопровод 16 для подачи газа, через который газ-носитель, например водород, вводится в основание 4 технологической камеры. Этот трубопровод 16 для газа входит в основание ступени, на которой расположена загрузочная плита 13. Вход трубопровода 16 для подачи газа окружен кольцевым пазом, в который входит кольцевой уплотнительный выступ основания загрузочной плиты 13. Из образованной за счет этого кольцевой камеры поступающий туда через трубопровод 16 для подачи газа газ через тонкие газопроводы попадает в выемку в загрузочной плите 13, в которой расположен держатель 15 подложки. Держатель 15 подложки имеет круглую форму, и на нем расположена подложка. Введенный под держателем подложки газ вызывает вращение и приподнимание держателя 15 подложки, так что он находится во взвешенном состоянии на газовой подушке.

Загрузочная плита 13 с помощью соответствующих манипуляционных устройств может извлекаться из технологической камеры. Детально это описано в DE 10055182 A1.

Стенки камеры реактора образованы кварцевой трубкой 6. Она в области впускного устройства 14 для газа закрыта перекрывающей плитой 17. На стороне выпуска газа предусмотрена аналогичная непоказанная перекрывающая плита.

Вокруг кварцевой трубки 6 намотана катушка высокой частоты. Она состоит из большого числа витков, которые располагаются друг за другом по оси, так что осевой участок технологической камеры лежит в области высокочастотного поля, создаваемого высокочастотной катушкой 7.

Приблизительно по всей длине катушки 7 высокой частоты внутри кварцевой трубки 6 проходит графитовая трубка 8. Эта графитовая трубка 8 является экранирующей нагревательной трубкой. В ней высокочастотное поле катушки высокой частоты наводит вихревые токи, так что графитовая трубка 8 нагревается. Графитовая трубка 8, кроме того, способствует подавлению высокочастотного поля, чтобы в стеновых частях 1, 2, 3, 4 технологической камеры индуцировались лишь небольшие вихревые токи, чтобы, таким образом, технологическая камера нагревалась в целом, по существу, с помощью теплового излучения, поступающего от экранирующей нагревательной трубки.

Технологическая камера 5 окружена верхним потолком 1 и нижним основанием 4. На краевых участках основания 4 стоят боковые части 2, 3, которые связаны с основанием 4 или потолком 1 технологической камеры с геометрическим замыканием. Шипы боковых частей 2, 3 входят в соответствующие пазы в потолке 1 технологической камеры и основании 4 технологической камеры. Эти участки образуют контактные зоны 2', 2'', 3' и 3'' касания.

В показанном на фиг.1 примере выполнения технологическая камера имеет прямоугольную форму, причем ее ширина значительно больше ее высоты. Угловые области основания 4 лежат в угловых выемках 9 внутренней стенки экранирующей нагревательной трубки 8. Напротив этих угловых выемок 9 расположены другие угловые выемки 10, которые заключают в себе углы потолка 1 технологической камеры. Части 1, 2, 3, 4 технологической камеры расположены в угловых выемках 9, 10 с достаточным зазором в расчете на тепловое расширение.

В примере выполнения, показанном на фиг.2, из внутренней стенки экранирующей нагревательной трубки 8 выдаются выступы 9, которые также образуют угловые выемки, в которые входят угловые области основания 4 технологической камеры.

Существенное значение имеет радиальная толщина графитовой экранирующей нагревательной трубки в сочетании с ее электрической проводимостью. Она должна быть достаточно большой, чтобы достигалось достаточно высокое подавление для того, чтобы в зонах 2', 2'', 3', 3'' касания не производилось никаких высоких напряжений, которые могли бы привести к локальным нагревам.

Преимуществом являются, далее, две диаметрально противолежащие друг другу полости 11, 12, которые находятся под основанием 4 и соответственно над потолком 1 технологической камеры. Эти полости 11, 12 можно использовать для того, чтобы в них ввести тела охлаждения. Через эти полые пространства можно также пропускать жидкие или газообразные охлаждающие среды другого типа. В простейшем случае можно там вводить со стороны выпуска газа или со стороны впуска газа не показанные на чертежах охлаждающие стержни. Эти охлаждающие стержни могут охлаждаться водой, чтобы быстро отводить тепло из реактора.

В примере выполнения, показанном на фиг.4 и 5, экранирующая нагревательная трубка изготовлена из графита и со стороны внутренней стенки имеет выполненные в виде уголков галтели 9, которые принимают в себя нижние краевые кромки основания 4 технологической камеры. Технологическая камера здесь образована из двух частей. На краях основания 4 покоятся профилированные полки 1' выполненного в U-образной форме, состоящего из графита потолка 1.

Экранирующая нагревательная трубка 8 окружена графитовой пеной 18. Она имеет два расположенных диаметрально противоположно друг другу температурных зазора 19. Состоящий из двух получаш корпус 18 из графитовой пены поддерживает экранирующую нагревательную трубку 8 в коаксиальном положении относительно состоящей из кварца трубки 6 корпуса реактора. В отношении формы графитовой пены делается ссылка на DE 10055182 A1.

Все раскрытые признаки являются (сами по себе) существенными для изобретения. В раскрытие заявки тем самым включается полностью также опубликованное содержание соответствующих/прилагаемых приоритетных материалов (копия первичной заявки), также для того, чтобы признаки этих приложений включить в пункты формулы настоящего изобретения.

Изобретение относится к аппаратурному оформлению процесса осаждения из газовой фазы кристаллических слоев на кристаллическую подложку. Устройство для осаждения, в частности, кристаллических слоев на, по меньшей мере, одну, в частности, кристаллическую подложку с образованной несколькими стеновыми частями 1, 2, 3, 4 технологической камерой 5, стеновые части 1, 2, 3, 4 которой электропроводны и стыкуются друг с другом с образованием контактов 2', 2'', 3', 3'' касания, с заключающим в себе стеновые части 1, 2, 3, 4 технологической камеры, состоящим из неэлектропроводного материала корпусом 6 реактора и с окружающей стеновые части 1, 2, 3, 4 технологической камеры нагревательной катушкой 7 высокой частоты, содержит расположенную между корпусом 6 реактора и стенками 1, 2, 3, 4 технологической камеры, выполненную в виде одной детали, массивную экранирующую нагревательную трубку 8, материал которой является электропроводным в такой степени, что она нагревается от вихревых токов, индуцированных созданным посредством катушки 7 высокой частоты высокочастотным полем, в значительном объеме подавляет высокочастотное поле и окружает технологическую камеру 5 таким образом, что стеновые части 1, 2, 3, 4 технологической камеры нагреваются с помощью теплового излучения. Изобретение позволяет предотвратить локальное нагревание в области зон касания отдельных стеновых частей технологической камеры, что обеспечивает внутри нее равномерный температурный профиль. 13 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Устройство для осаждения, в частности, кристаллических слоев на, по меньшей мере, одну, в частности, кристаллическую подложку, с образованной несколькими стеновыми частями (1, 2, 3, 4) технологической камерой (5), стеновые части (1, 2, 3, 4) которой электропроводны и стыкуются друг с другом с образованием контактов (2', 2'', 3', 3'') касания, с заключающим в себе стеновые части (1, 2, 3, 4) технологической камеры, состоящим из неэлектропроводного материала корпусом (6) реактора и с окружающей стеновые части (1, 2, 3, 4) технологической камеры нагревательной катушкой высокой частоты, отличающееся тем, что содержит расположенную между корпусом (6) реактора и стенками (1, 2, 3, 4) технологической камеры, выполненную в виде одной детали массивную экранирующую нагревательную трубку (8), материал которой является электропроводным в такой степени, что она нагревается от вихревых токов, индуцированных созданным посредством катушки (7) высокой частоты высокочастотным полем, в значительном объеме подавляет высокочастотное поле и окружает технологическую камеру (5) таким образом, что стеновые части (1, 2, 3, 4) технологической камеры нагреваются с помощью теплового излучения.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что нагревательная трубка (8) состоит из графита.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что стеновые части (1, 2, 3, 4,) технологической камеры состоят из, по меньшей мере, двух отделяемых друг от друга частей.

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что стеновые части (1, 2, 3, 4) технологической камеры удерживаются в корпусе (6) реактора с помощью экранирующей нагревательной трубки (8).

5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что снабжено входящими в угловую область стенок (1, 2, 3, 4) технологической камеры удерживающими средствами (9, 10) экранирующей нагревательной трубки (8).

6. Устройство по п.5, отличающееся тем, что удерживающие средства (9, 10) являются выемками или выступами во внутренней стенке экранирующей нагревательной трубки (8).

7. Устройство по п.1, отличающееся тем, что между стеновыми частями (1, 2, 3, 4) технологической камеры и экранирующей нагревательной трубкой (8) расположены полости (11, 12).

8. Устройство по п.7, отличающееся тем, что в полости (11, 12) могут быть введены охлаждающие элементы.

9. Устройство по п.1, отличающееся тем, что у основания стенок технологической камеры расположена загрузочная плита (13) для размещения подложки.

10. Устройство по п.9, отличающееся тем, что загрузочная плита (13), вводимая с помощью манипуляционного устройства или подобного устройства в технологическую камеру и выводимая из нее, несет на себе держатель (15) подложки.

11. Устройство по п.1, отличающееся тем, что держатель (15) подложки может приводиться во вращательное движение на газовой подушке.

12. Устройство по п.9, отличающееся тем, что у основания (4) технологической камеры расположен трубопровод для газа, который входит в области основания в ступень, в которой расположена загрузочная плита (13), имеющая на своей нижней стороне уплотнительное средство для герметизации выходного отверстия для газа газопровода (16) таким образом, чтобы поступающий оттуда газовый поток мог проходить через сквозные отверстия в загрузочной плите для приведения во вращение вложенной в выемку загрузочной плиты (13), выполненной в форме круглого диска плиты (15), поддерживающей держатель подложки.

13. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в технологической камере проводится процесс осаждения из газовой фазы, причем, в частности, осаждаются с образованием кристаллов элементы III и V или II и VI основной группы.

14. Устройство по п.13, отличающееся тем, что элементы III основной группы подаются в виде хлоридов, и элементы V основной группы - в виде гидридов.