Устройство для эпитаксиального выращивания полупроводниковых материалов Советский патент 1992 года по МПК C30B25/12 C30B25/14 

Изобретение относится к области изготовления технологического оборудования для производства полупроводниковых приборов и интегральных схем и может быть использовано для осаждения эпитаксиальных слоев.

Известно устройство для осаждения эпитаксиальных слоев, содержащее реакционную камеру, средства ввода и вывода ПГС, нагреватель и подложкодержатель, выполненный в виде основания с диском, в теле которого закреплены сателлиты. В основании и диске под каждым сателлитом

выполнены отверстия для подачи транспортного газа и тангенциальные трубки для подачи также транспортного газа. За счет этого каждый сателлит с подложкой сначала удерживается над диском, а затем начинает вращаться 1.

Недостатком этого устройства является большой расход транспортного газа для удержания и вращения сателлитов, что приводит к большим боковым утечкам газа и, следовательно, к уменьшению зоны однородного осаждения.

со 4 о о

00

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство для осаждения эпитаксиальных слоев, содержащее реакционную камеру, средства ввода и вывода ПГС, нагреватель и подлож- кодержатель, выполненный в виде снабженных газотранспортными и сбросными канавками, соединенными соответственно сбсредствами ввода и вывода транспортного газа, основания и размещенного в нем диЬкэ, в теле которого над газотранспортными и сбросныШ канавками установлены сателлиты с подложками 2.

Недостатком этого устройства является достаточно большой расход транспортного газа для удержания и вращения сателлитов, что приводит к большим боковым утечкам газа и, следовательно, к уменьшению зоны однородного осаждения.

Целью изобретения является увеличение зоны однородного осаждения эпитаксиальных слоев.

Эта цель достигается тем, что в устройстве эпитаксиального выращивания полупроводниковых материалов из газовой фазы, включающем реактор, размещенный в нем подложкодерж4атель. выполненный в виде диска, размещенного в основании и имеющего сателлиты, под которыми в диске и основании выполнены газотранспортные и сбросные канавки, и средства ввода и вывода газов, согласно изобретению в диске соосно сателлитам выполнены кольцевые проточки, соединенные с началом газотранспортных канавок, а глубина внутренней кольцевой проточки меньше, чем внешней.

Наружный диаметр и ширина внешней кольцевой проточки равны соответственно 0,3...0,35 и (3.5-4,5) наружного диаметра сбросной канавки, а глубина внутренней проточки равна (1,3-1,5). наружного диаметра внешней проточки, при этом соседние газотранспортные канавки смещены на угол 120°, а их оси симметрии имеют форму спирали, удовлетворяющей соотношению

/ (0,2-0,3) р, где р- полярный радиус, мм;

(р- полярный угол, град.

При этом в диске и основании выполнено по крайней мере одно отверстие, соединенное со средством вывода газов.

С целью увеличения ррока службы под- ложкодержателя сателлиты выполнены в форме соединенных между собой-дзух дисков, верхний иг, которых больше диаметра нижнего, а его нижний торец выполнен со скосом кромки.

I I LSI 1 Ч IllrflUflW l « - VJ4 1 Utl rfllV/JJfll ЕЛ I

14. Глубина внутренней проточки ляет (1,3-1,5) -10 наружного диа

На фиг. 1 представлено устройство, общий вид; на фиг, 2 - вид сверху на основание; на фиг. 3 - вид сверху на диск; на фиг. 4 -узел I на фиг. 1.

Устройство содержит реактор 1, внутри которого расположен подложкодержатель, выполненный в виде основания 2, установленного в нем диска 3, в теле которого размещены сателлиты 4 с подложками 5. Над

подложкодержателем расположены соответственно средство ввода ПГС в виде то- рового коллектора 6 и экран 7. Боковая стенка реакционной камеры 1 выполнена в виде дополнительного коллектора 8, соединенного со средством ввода газа 9. Под подложкодержателем расположены соответственно защитный экран 10 с выводным патрубком 11 и нагреватель 12. В теле основания 2 и теле диска 3 выполнены соответственно газотранспортные канавки 13 и 14, соединенные со средством ввода 15 транспортного газа (водорода).

В диске 3 выполнены соосно сателлитам 4 кольцевые проточки 16 и 17,соединенные с началом газотранспортных канавок

состав- диаметра проточки 16. В диске 3 выполнены сбросные канавки 18, соединенные с отверстиями 19

и 20 диска 3, отверстиями 21 и 22 основания 2 и выводным патрубком 11. Каждый сателлит 4 выполнен в виде двух соединенных между собой круглых дисков 23 и 24, при этом диаметр верхнего диска 24 больше диаметра нижнего диска 23, а нижний торец 25 верхнего диска 24 выполнен со скосом кромки.

Устройство работает следующим образом.

Реакционную камеру 1 герметизируют, продувают и разогревают. Затем через средство ввода 15 транспортного газа На (или одновременно) подают транспортный газ через газотранспортные канавки 13 основания 2, газотранспортные канавки 14 диска 3 и кольцевые проточки 16 диска 3 под сателлиты 4, за счет чего сателлиты 4 сначала зависают на диском 3, а диск 3 - над основанием 2, а затем начинают вращаться:

диск 3 вокруг оси реакционной камеры 1, а сателлиты 4 вокруг своих осей. После чего подают ПГС, например, арсин As Нз + пары триметилгаллий (ТМГ) Са(СНз)з через торцовый коллектор 6 и дополнительный

коллектор 8. Происходит осаждение эпитаксиального слоя GaAs на подложках 5. продукты реакции (метан СН) уходят через выходной патрубок 11, а транспортный газ выводится через сбросные канавки 18, отверстия 19, 20, 21 и 22 и выводной патрубок 11.

Снабжение подложкодержзтеля выполненными в диске соосно сателлитам кольцевыми проточками, соединенными с началом газотранспортных канавок, позволяет уменьшить расход транспортного газа для удержания сателлитов и, следовательно, утечки с боков сателлитов и увеличить зону однородного осаждения эпитэксиальных слоев.

Диаметр наружной внешней кольцевой проточки составляет 0,3-0,35 наружного диаметра сбросных канавок.

Так, уменьшение отношения диамет- ров меньше 0,3 сокращает подьемную силу, что влечет за собой потребность в увеличении расхода транспортного газа. Увеличение соотношения в большую сторону против указанного сокращает длину газотранспортных канавок и тем самым крутящий момент. Для поддержания фиксированного числа оборотов сателлита требуется увеличение расхода транспортного газа, а это приводит к увеличению уте- чек с боков сателлитов и, следовательно, уменьшает зону однородного осаждения эпитаксиальных слоев.

Уменьшение соотношения ширины внешней кольцевой проточки и наружного диаметра сбросных канавок менее 0.035 приводит к неустойчивому вращению сателлитов и уменьшению зоны однородного осаждения.

Увеличение соотношения ширины бо- лее 0.045 влечет увеличение тепловых потерь и неоднородности эпитаксиального слоя по концентрации.

Уменьшение глубины внутренней проточки менее 1,3x10 ведет к ухудшению ста- бильности вращения и, следовательно, уменьшает зону однородного осаждения эпитаксиального слоя, а увеличение более 1,5x10 ведет к увеличению тепловых потерь и неоднородности эпитаксиального слоя по концентрации

Пример осуществления устройства при номинальных значениях наружного диаметра и ширины внешней кольцевой проточки соответственно 0,32 и 0,04 наружного диа- метра сбросных канавок и при значении 1,4x10 глубины внутренней проточки от наружного диаметра проточки.

Так, при наружном диаметре сбросных канавок 60 мм наружный диаметр кольце- вой проточки составляет 19,2 мм, ширина кольцевой проточки - 2,4 мм и глубина внутренней кольцевой проточки равна 0,27 мм,

При вышеуказанных значениях увеличивается зона однородного осаждения эпитаксиапьных слоев, т.к. утечки с боков сателлитов незначительные, уменьшаются тепловые потери и улучшается стабильность вращения.

Диапазон и форма задания транспортной канавки р (0,2-0,3) у обеспечивает максимальный крутящий момент, т.е. заданная скорость вращения достигается при минимальном расходе транспортного газа,

Нависание и скос кромки сателлита обеспечивают увеличение срока службы реактора между очистками подложкодержате- ля, это обеспечивается и уменьшением осаждения поликристалла в зазорах между диском и сателлитами.

Все указанное в совокупности позволяет увеличить зону однородного осаждения эпитаксиального слоя GaAs на 15-20% для подложек диаметром 76 и 60 мм.

Кроме того, предлагаемое устройство позволяет увеличить процент выхода годных подложек и улучшить технику безопасности.

Формула изобретения

1.Устройство для эпитаксиального выращивания полупроводниковых материалов из газовой фазы, включающее реактор, размещенный в нем подложкодержатель, выполненный в виде диска, размещенного в основании и имеющего сателлиты, под которыми в диске и в основании выполнены газотранспортные и сбросные канавки, и средства ввода и вывода газов, отличающееся тем, что, с целью увеличения зоны однородного осаждения эпитаксиальных слоев, в диске соосно сателлитам выполнены кольцевые проточки1, соединенные с началом газотранспортных канавок, а глубина внутренней кольцевой проточки меньше, чем внешней.

2.Устройство поп.1,отличающее- с я тем, что наружный диаметр и ширина внешней кольцевой проточки равны соответственно 0,3-0,35 и (3,5-4,5) наружного диаметра сбросной канавки, а глубина внутренней проточки равна (1,3-1,5) наружного диаметра внешней проточки

3.Устройство поп.1,отличающее- с я тем, что соседние газотранспортные канавки смещены на угол 120°, а их оси симметрии имеют форму спирали, удовлетворяющей соотношению

р (0,2-0,3) р,

где р- полярный радиус мм; (р- полярный угот, град

4.Устройство по п. 1, о т i и м а о щ е е- с я тем, что в диске и основании мпиячено

по крайней мере одно отверстие, соединен- бы подложкодержателя, сателлиты выпол- ное со средством вывода газов.нены в форме соединенных между собой

двух дисков, верхний из которых больше

5. Устройство по п. 1,отличающее- диаметра нижнего, а его нижний торец вы- с я тем, что, с целью увеличения срока служ- 5 полней со скосом кромки.

Сущность изобретения: устройство содержит реактор, внутри которого размещен подложкодержатель, выполненный в виде диска, размещенного в основании и имеющего сателлиты. Под сателлитами в диске и основании выполнены газотранспортные и сбросные канавки. В устройстве имеются средства ввода и выводи газа. В диске соосно сателлитам выполнены кальцевые проточки, соединенные с началом газотранспортных канавок. Глубина внутренней кольцевой проточки меньше, чем внешней. Даны соотношения для определения размеров проточек, соотношения для определения конфигурации и расположения газотранспортных канавок/ Сателлиты выполнены в форме двух дисков. Верхний диск выполнен диаметром больше диаметра нижнего и нижний торец верхнего диска имеет кромку со скосом. Устройство обеспечивает увеличение зоны однородного осаждения эпитаксиальных слоев. Зона однородного осаждения слоя GaAs увеличена на 15-20%. 4 з.п. ф-лы, 4 ил. СП с

Фиг Z

ФигЭ

ШгЦ