РЕЗЕРВУАР ИСТОЧНИКА ДЛЯ VPE-РЕАКТОРА Российский патент 2012 года по МПК C30B25/14 C23C16/455 

Изобретение касается конструкции источника устройства для нанесения покрытия методом парофазной эпитаксии (VPE) c резервуаром (2), содержащим жидкий или твердый исходный материал (1) и имеющим по направлению вверх отверстие, с подающей линией (3) для реактивного газа (4), который вступает в реакцию с исходным материалом (1) для образования содержащего исходный материал технологического газа (5), и крышкой, лежащей непосредственно на исходном материале (1).

Изобретение касается, кроме этого, устройства для нанесения покрытия методом парофазной эпитаксии (VPE) с технологической камерой и зоной источника, расположенной в направлении потока технологического газа перед технологической камерой, причем в зоне источника находится резервуар, содержащий жидкий или твердый исходный материал и имеющий в направлении вверх отверстие, и подающая линия для реактивного газа.

Аналогичное приспособление известно из DE 3801147 А1. В данном решении на пористой стенке находится порошковая насыпка. На ней расположена пористая пластина. Находящаяся сверху пористая пластина надавливается пружиной на порошковую насыпку таким образом, что поверхность всегда проходит параллельно нижней стенке.

Похожее приспособление описывается и в US 5603169. В данном решении на поверхности насыпки находится газопроницаемая компрессионная пластина. Она прижимается с выравниванием к поверхности за счет силы тяжести.

В DE 10247921 A1 описан гидридный реактор парофазной эпитаксии (VPE-реактор). У описанного в данной публикации реактора имеется корпус. В корпусе находится технологическая камера с подложкодержателем для размещения одного или нескольких подложек, которые покрываются полупроводниковым материалом. Полупроводниковый материал представляет собой многокомпонентный материал и содержит, в частности, компоненты основной группы III и V. Элементы III-й основной группы, например, Ga, In, Al, вводятся в технологическую камеру в виде хлоридов. Компоненты V-й группы вводятся в технологическую камеру в виде гидридов. Прежде всего, в технологическую камеру вводятся NH₃, AsH₃ или PH₃. Хлориды производятся в зоне источника. Эта зона источника нагревается. В зону источника подается HCl. Этот HCl проводится над поверхностью жидкого или твердого металлического компонента таким образом, что, по возможности, в условиях термодинамического равновесия образуются хлориды. После отправки компонентов III-й группы из резервуара источника уровень исходного материала, находящегося в резервуаре источника, понижается. Следствием этого является изменение эффективности реакции обмена в источнике. В частности, при небольших поверхностях, которых нельзя избежать в случае зон источника с вертикальным прохождением потока, эта непостоянная реакция обмена является недостатком.

В основе изобретения лежит задача предложить меры, которые стабилизировали бы по времени реакцию в источнике.

Данная задача решается за счет изобретения, представленного в формуле изобретения.

Каждый пункт формулы изобретения представляет собой самостоятельный вариант решения задачи и может комбинироваться с любым другим пунктом формулы изобретения.

Сначала и в основном предусмотрено, что открытый по направлению вверх резервуар закрывается крышкой. Данная крышка должна лежать на исходном материале. Между крышкой и поверхностью исходного материала должен образовываться объем, через который может протекать реактивный газ. Реактивный газ протекает через объем параллельно поверхности исходного материала. В данный объем входит подающая линия. Выходящий из подающей линии газ протекает сначала через объем и проходит тем самым над поверхностью. Если исходный материал представляет собой жидкость, то газ проходит через объем в горизонтальном направлении. Поскольку крышка находится непосредственно на исходном материале, то зазор между нижней стороной крышки и поверхностью исходного материала остается постоянным и не зависит от уровня жидкого или твердого вещества внутри источника. Несмотря на постоянный расход в источнике объем, через который проходит реактивный газ, изменяется лишь незначительно, поскольку крышка опускается вместе с уровнем поверхности материала в источнике. За счет этого стабилизируется реакция обмена. Если исходный материал имеет жидкую форму, то крышка плавает на исходном материале. За счет отходящей от крышки несущей конструкции, в частности, поплавка, опирающихся на исходный материал, образуется объем для протекания. Несущие конструкции/поплавки могут образовываться за счет местных выступов. Они, в частности, образуются при помощи выступающих вниз полых камер. Подающая линия, через которую под крышку подается реактивный газ, находится предпочтительно в центре резервуара. Резервуар может быть вращательно-симметричным. Поток протекает тогда через объем в радиальном направлении. Крышка может иметь форму диска. Между кромкой крышки и стенкой резервуара может иметься зазор. Через возникающую таким образом щель может протекать технологический газ, образуемый внутри объема. Выходное отверстие (выход) подающей линии находится предпочтительно под куполом крышки. Тем самым обеспечивается, что даже при самом низком уровне материала в источнике крышка не будет перекрывать выходное отверстие подающей линии. Резервуар и крышка изготавливаются из одного и того же материала, который не вступает в реакцию с исходными материалами или с реактивными и технологическими газами. Так резервуар и крышка могут быть выполнены из кварца, если источник должен содержать галлий или индий. Напрашивается вариант выполнения источника и крышки из графита, если источник должен быть заполнен алюминием. Поверхность графита в таком случае предпочтительно покрывается подходящим материалом. Могут использоваться сапфир, нитрит бора или другие инертные материалы. Устройство для нанесения покрытия, включающее описанное выше расположение источника, имеет предпочтительно зону источника, через которую поток проходит вертикально. Зона источника может иметь расположенные в вертикальном направлении стенки, которые, в частности, могут образовывать участок трубы. Снаружи стенки подогреваются при помощи резистивного нагрева, что позволяет регулировать температуру источника. Под зоной источника находится технологическая камера. Она расположена в горизонтальном направлении. Образовавшиеся в зоне источника технологические газы вводятся по направлению сверху вниз и протекают через технологическую камеру в радиальном направлении, так что технологические газы обтекают в горизонтальном направлении подложки, сгруппированные вокруг центра. Гидрид также подается в центре технологической камеры. Описанное выше расположение источника может располагаться не только в зонах источника с вертикальным прохождением потока, но и в зонах источника с горизонтальным прохождением потока. Технологическая камера выполнена по существу вращательно-симметричной.

Примеры выполнения изобретения будут ниже объяснены на основе прилагаемых чертежей. На чертежах изображено следующее:

Фиг.1: увеличенный разрез зоны источника вдоль линии I-I на Фиг.2

Фиг.2: разрез зоны источника по линии разреза II-II на Фиг.1

Фиг.3: перспективное изображение резервуара источника с установленной крышкой

Фиг.4: разрез устройства для нанесения покрытия методом парофазной эпитаксии (VPE) с показанным на Фиг.1 расположением источника

Фиг.5: изображение согласно Фиг.1 второго примера выполнения

Фиг.6: изображение согласно Фиг.2 второго примера выполнения

Фиг.7: изображение согласно Фиг.1 третьего примера выполнения

Фиг.8: изображение согласно Фиг. 2 третьего примера выполнения

Фиг.9: изображение согласно Фиг. 1 четвертого примера выполнения

Фиг.10: изображение согласно Фиг. 2 четвертого примера выполнения.

В случае изображенного на Фиг. 4 VPE-реактора речь идет о горизонтальном реакторе, поскольку технологическая камера 21 проходит в горизонтальном направлении. Днище кругообразной технологической камеры 21 образует подложкодержатель 23. Днище оборудовано снизу резистивным нагревом 25. Возможны и другие варианты нагрева, в частности, можно использовать радиочастотный подогрев. На кругообразном днище 23 находится большое количество подложек 22. Подложки 22 расположены по кругу вокруг центра подложкодержателя 23.

Над подложкодержателем 23 расположена крышка 24 технологической камеры. Она находится параллельно днищу 23 и имеет отверстие посередине. Отверстие расположено вне зоны подложкодержателя 23, в которой находятся подложки 22. Над этим кругообразным отверстием крышки 24 технологической камеры находится зона источника. Зона источника состоит из трубы, расположенной в вертикальном направлении. Эта труба образует стенку 15 зоны источника. Труба с торца закрыта. Там входит трубопровод 18 продувочного газа, через который в зону источника подводится инертный газ. Стенка 15 зоны источника окружена подогревом 16 источника. Здесь также речь идет предпочтительно о резистивном нагреве.

В верхней части зоны источника находится резервуар 2. В него входит подающая линия 3, через которую подводится HCl в качестве реактивного газа 4. Под резервуаром 2 находится подающая линия 20, через которую подается гидрид в качестве технологического газа 19 в нижнюю часть зоны источника.

Резервуар 2 содержит металл III-й главной группы, галлий, алюминий или индий. Резервуар 2 имеет крышку 6. Крышка 6 находится на расстоянии к поверхности 7 исходного материала 1, который находится в резервуаре 2. Подающая линия 3 проходит снизу через днище 17 резервуара 2 таким образом, что HCl протекает снизу вверх в купол 13 крышки 6. Выходящий из выходного отверстия 14 подающей линии 3 HCl вступает в реакцию на поверхности 7 с металлом и образует технологический газ 5, который может быть хлоридом галлия, монохлоридом индия или трихлоридом алюминия.

Образованный в источнике хлорид 5 и поданный гидрид 19 протекают сверху между внешней стенкой 11 резервуара 2 и стенкой технологической камеры 15 вниз, а затем сверху в технологическую камеру 21, там их движение изменяется в радиальном направлении, и они проходят над подложкой 22, причем там выделяются элементы III и V группы в виде монокристаллического слоя.

Как видно особенно на Фиг. 1-3, у источника имеется плоский резервуар 2, который состоит из кварца, графита или сапфира. Резервуар 2 имеет кругообразное днище, располагающееся в горизонтальном направлении. Через центр днища 17 проходит в вертикальном направлении участок подающей линии 3. Подающая линия 3 имеет выходное отверстие 14. Выходное отверстие 14 располагается примерно на одной высоте с кромкой кругообразной стенки 11 резервуара. Расположенный в резервуаре расплав 1 из одного из указанных выше металлов образует тем самым кругообразную поверхность 7.

Внутри стенки 11 резервуара находится крышка 6. У крышки 6 - кругообразный контур, причем диаметр крышки 6 несколько меньше внутреннего диаметра стенки 11 резервуара. Благодаря этому кромка 10 крышки оставляет зазор 12 между крышкой и стенкой 11 резервуара. Через этот зазор 12 образованный под крышкой 6 технологический газ 5 может вытекать из резервуара.

Крышка 6 плавает на расплаве 1. С тем чтобы выходящий из выходного отверстия 14 подающей линии реактивный газ 4 мог протекать под крышкой 6 вдоль нее, крышка 6 располагает выступающими вниз поплавками 9. Эти поплавки 9 образуются полыми телами цилиндрической формы. Полые тела открыты по направлению вверх. Эти поплавки 9 частично погружаются в поверхность 7 расплава 1. Между находящимися на расстоянии друг от друга, в данном примере выполнения в общей сложности четырьмя поплавками 9 находится зона, через которую может протекать реактивный газ 4 и в которой подведенный HCl соединяется с металлом, образуя хлорид металла. В то время как крышка 6 плавает на поверхности 7 расплава 1, зазор между нижней стороной крышки 6 и поверхностью 7 расплава не зависит от уровня жидкости расплава 1. Как только объем расплава 1 уменьшается, крышка 6 опускается.

По центру крышки 6 расположен направленный вверх купол 13, имеющий форму горшка, который по сторонам закрывает выходное отверстие 14 подающей линии. Высота купола 13 выбрана таким образом, чтобы крышка 6 могла опускаться до минимального объема расплава 1 без опасности того, что выходное отверстие 14 подающей линии будет закрыто площадью купола 13.

В данном примере выполнения поток проходит под крышкой 6 в радиальном направлении. Возможны также и варианты, в которых поток под крышкой 6 проходит линейно. Для этого одна кромка крышки 6 может погружаться в расплав 1, за счет чего определяется направление потока. Подобного рода резервуары с линейным прохождением потока могут использоваться для расположения источников в горизонтальном направлении. В таких случаях подвод реактивного газа осуществляется по кромке резервуара. Преимущественно крышка подобного резервуара имеет идущий по периметру, выступающий вниз в расплав участок кромки, который открыт только на стороне оттока, что позволяет вытекать технологическому газу, образовавшемуся под крышкой с U-образным сечением. И при этом варианте решения крышка плавает на расплаве. Возможен, однако, и вариант, при котором на крышке имеется отверстие, через которое может вытекать технологический газ.

При таком варианте решения также является предпочтительным, если от крышки 6 вниз выступают поплавки 9, образуемые полыми телами, погруженными в поверхность расплава 1, что создает параллельный зазор между поверхностью 7 расплава и нижней частью крышки, в основном ровной и располагающейся в горизонтальном направлении. Благодаря этому образуется постоянный объем реакции 8, не зависимый от объема источника, через который протекает газ.

Если материал источника при температуре источника тверд, то поплавки, обозначенные на чертежах цифрой 9, образуют только опоры. В этом случае достаточно, если с внутренней стороны крышки выступают несущие конструкции, например, в виде выступов или штифтов, которые опираются на поверхности твердого тела.

Важным считается то обстоятельство, чтобы зазор между нижней стороной крышки 6 и поверхностью расплава или поверхностью материала источника в течение всего процесса использования материала источника не изменялся.

В примере выполнения, приведенном на Фиг. 1-3, подводимый поток 4 проходит через зазор между боковыми стенками купола 13 и верхним участком подающей линии 3. Выход газа осуществляется через зазор 12.

В примере выполнения, приведенном на Фиг. 5 и 6, зазор 12 между кромкой 10 крышки и стенкой 11 резервуара сведен до минимума. Он составляет лишь несколько десятых миллиметра (от 0,1 до 0,5 мм). Выход потока происходит теперь через выходные отверстия 26, расположенные в районе кромки 10 крышки. Как видно на Фиг. 6, данные отверстия расположены равномерно по всей окружности крышки 6. Из-за очень небольшого зазора 12 положение крышки 6 подогнано по центру резервуара 2.

Изображенный на Фиг. 7 и 8 третий пример выполнения предлагает альтернативный вариант по сравнению с центрированием крышки 6. Купол 13 имеет в нижней части направленный внутрь краевой выступ. На этом выступе имеются входные отверстия 27, через которые поступающий из подающей линии 3 газ может протекать в зону под крышкой. Данный краевой выступ находится на уровне диска крышки. Зазор между внутренней кромкой краевого выступа и верхним участком подающей линии 3 составляет здесь также всего лишь несколько десятых миллиметра. Внешняя кромка 10 крышки 6 имеет здесь выступы 28. Тем самым крышка выполнена в виде зубчатого колеса. Выступы, образующие углубления 28, имеют закругленные вершины, находящиеся на расстоянии в несколько десятых миллиметра от стенки 11 резервуара. Основания углублений также закруглены.

В изображенном на Фиг. 9 и 10 примере выполнения исходящий поток проходит через зазор 12. Центрирование крышки 6 осуществляется здесь при помощи краевого выступа купола 13. В еще одном, не изображенном здесь примере выполнения выход газа может осуществляться и через отверстия 26, как это изображено в примерах выполнения на Фиг. 5 и 6.

Все раскрытые признаки являются (сами по себе) важными для изобретения. В раскрытие заявки полностью включается тем самым и содержание относящихся к ней прилагаемых приоритетных документов (копия предварительной заявки), в том числе и с целью включения в формулу настоящей заявки признаков этих документов.

Изобретение касается конструкции источника устройства для нанесения покрытия методом парофазной эпитаксии (VPE). Источник содержит резервуар 2, содержащий жидкий или твердый исходный материал 1 и имеющий по направлению вверх отверстие, подающую линию 3 для реактивного газа 4, который вступает в реакцию с исходным материалом 1 для образования содержащего исходный материал технологического газа 5, крышку 6, находящуюся непосредственно на исходном материале 1, причем крышка 6 образует между собой и поверхностью 7 исходного материала 1 объем 8 для прохождения реактивного газа 4 параллельно поверхности 7, в который входит подающая линия 3, и плавает на исходном материале 1 с помощью поплавков 9, выступающих снизу крышки 6, при этом поплавки 9 образованы полыми телами цилиндрической формы, открытыми по направлению вверх. Изобретение обеспечивает стабилизацию реакции в источнике по времени. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 10 ил.

1. Конструкция источника устройства для нанесения покрытия методом парофазной эпитаксии (VPE) с резервуаром (2), содержащим жидкий или твердый исходный материал (1) и имеющим по направлению вверх отверстие, с подающей линией (3) для реактивного газа (4), который вступает в реакцию с исходным материалом (1) для образования содержащего исходный материал технологического газа (5), с крышкой (6), находящейся непосредственно на исходном материале (1), причем крышка (6) образует между собой и поверхностью (7) исходного материала (1) объем (8) для прохождения реактивного газа (4) параллельно поверхности (7), в который входит подающая линия (3), и плавает на исходном материале (1) с помощью поплавков (9), выступающих снизу крышки (6), отличающаяся тем, что поплавки (9) образованы полыми телами цилиндрической формы, открытыми по направлению вверх.

2. Конструкция по п.1, отличающаяся тем, что подающая линия (3) выполнена центральной и закрыта крышкой (6), причем газ проходит через объем (8) в радиальном направлении.

3. Конструкция по п.2, отличающаяся тем, что она содержит зазор между кромкой (10) крышки (6) и стенкой (11) резервуара, причем образующийся технологический газ (5) проходит через этот зазор (12).

4. Конструкция по п.3, отличающаяся тем, что выходное отверстие (14) подающей линии выступает снизу в центральное дно крышки (6).

5. Конструкция п.1, отличающаяся тем, что резервуар (2) и крышка выполнены из кварца, графита, нитрита бора или сапфира.

6. Устройство для нанесения покрытия методом парофазной эпитаксии (VPE) с технологической камерой (21) и зоной источника, расположенной в направлении потока технологического газа перед технологической камерой, причем в зоне источника расположен резервуар (2), содержащий жидкий или твердый исходный материал (1) и имеющий по направлению вверх отверстие, и подающая линия (3) для реактивного газа (4), причем устройство содержит крышку (6), лежащую непосредственно на исходном материале (1) и образующую между собой и поверхностью (7) объем (8) для прохождения реактивного газа, при этом крышка (6) плавает на исходном материале (1) с помощью поплавков (9), выступающих снизу крышки, отличающаяся тем, что поплавки (9) образованы полыми телами цилиндрической формы, открытыми по направлению вверх.

7. Устройство по п.6, отличающееся тем, что газ протекает через зону источника в вертикальном направлении.

8. Устройство по п.7, отличающееся тем, что зона источника расположена вертикально над технологической камерой.

9. Устройство по п.8, отличающееся тем, что зона источника имеет подогрев (16) зоны источника, а технологическая камера (21) имеет подогрев (25) технологической камеры.

10. Устройство по п.6, отличающееся тем, что технологическая камера (21) выполнена, по существу, вращательно-симметричной, а зона источника расположена в центре технологической камеры, причем размещаемые в технологической камере (21) подложки (22) расположены вокруг центра технологической камеры (21).