Реактор для проведения диффузионных процессов Советский патент 1993 года по МПК H01L21/22 

ел С

Изобретение относится к производству полупроводниковых приборов. Реактор содержит горизонтальную трубу с отверстием для подачи газа и отверстием для загрузки и выгрузки полупроводниковых пластин и выпуска газа, а также съемную крышку с отверстием для выпуска газа. Цилиндрическая часть крышки вставляется коаксиально с зазором в выпускное отверстие трубы, причем перед зоной осаждения диффузанта и продуктов реакции, определяемой параметрами конкретного технологического процесса, величина зазора мм, а в зоне осаждения ,05F, где g - зазор между цилиндрической частью съемной крышки и стенкой трубы реактора, мм; D - внутренний диаметр трубы реактора. 1 ил.

Изобретение относится к производству полупроводниковых приборов, а именно к конструкциям р еакторов для проведения диффузионных процессов, сопровождающихся сублимацией диффузанта или продуктов реакции, например для диффузии галлия из трехокиси галлия методом открытой трубы.

Целью изобретения является повышение процента выхода годных в процессе производства полупроводниковых приборов, увеличение срока службы реактора для проведения дифффузионных процессов, а также уменьшение расхода кварца на его изготовление.

Указанная цель достигается тем, что конструкция реактора предусматривает защиту внутренней стенки трубы в зоне осаждения диффуэанта и продуктов реакции (например, для процесса диффузии галлия в открытой трубе это зона с Т 750°С) с помощью съемной крышки, имеющей удлиненную часть, расположенную коаксиально с зазором g, переменным .относительно внутренней стенки трубы реактора с внутренним диаметром D, причем перед зоной осаждения диффузанта и продуктов реакции мм, а в зоне осаждения ,05D. Благодаря тому, что зазор является не постоянным по длине трубы реактора, а пере- менным, появляется возможность устранить недостатки конструкции прототипа, обусловленные ограничительными факторами при выборе оптимальной величины зазора g, когда, с одной стороны, для уменьшения эффекта диффузии паров диффузанта и продуктов реакции в зазор g его величина должна быть как можно меньше (почти вплотную), а с другой стороны, необходимо обеспечить в зоне осаждения (в холодной зоне печи) некоторый увеличенный зазор между внутренней стенкой трубы

со

О Јь О О Ю

СО

и внешней стороной удлиненной части крышки для сохранности компактного слоя сублимата при съеме крышки. Так как вне пределов холодной зоны не происходит сублимации диффузанта и продуктов реакции на стенках трубы и удлиненной части крышки, то здесь можно свести зазор g до минимума (почти вплотную), т.е. мм, что. многократно уменьшает количество диффузанта, попадающего через зазор g в холодную зону печи. В холодной зоне печи зазор g можно увеличить до значений ,05D, что обеспечивает сохранение компактного слоя сублимата от разрушения при снятии съемной крышки даже при длительной-эксплуатации реактора. Следует подчеркнуть, что осаждение сублимата в зазоре g происходит в основном в верхней части трубы реактора и, соответственно, внешней стенки удлиненной части съемной крышки реактора. Поэтому при снятии съемной крышки ее .удлиненную часть можно опустить вниз, в результате зазор g между внешней стенкой удлиненной части крышки и внутренней стенкой трубы увеличивается вверху в 2 раза. Таким образом, за счет переменной величины зазора g по длине реактора одновременно решаются задачи обеспечения чистоты рабочей поверхности пластин при их загрузке и выгрузке, исключения дополнительных химических обработок трубы реактора, а также уменьшения расхода материала на изготовление цилиндрической части съемной крышки реактора. Следует отметить что на практике для одного реактора изготавливают две съемные крышки, так как последние периодически выходят из строя (либо необходима химическая обработка внутренней стенки цилиндрической части, либо необходим ремонт выходного патрубка). Расход кварца на изготовление съемных крышек вполне сравним с расходом кварца на изготовление труб реактора. Например, для типового ре- актора, применяемого на печах СДО-125/3- 15,0 длина трубы реактора 1800-2000 мм, а длина цилиндрической части двух съемных крышек (380-400) х 2 « 760-800 мм, что составляет около 30% расхода кварца на изготовление трубы реактора.

В результате применения предлагаемой конструкций повышается процент выхода годных в процессе производства полупроводниковых приборов, увеличивается срок службы реактора для проведения диффузионных процессов, «также уменьшается расход кварца на его изготовление.

На чертеже представлено продольное сечение реактора.

Проходной трубчатый реактор для проведения диффузионных процессов состоит из горизонтальной трубы 1 и съемной крышки 2, изготовленных из кварцевого стекла

5 ПНП ГО ВЩЛО.027.241 ТУ. Общая длина трубы 2000 мм, толщина стенки 5 мм, внутренний диаметр D 135 мм. На одном конце трубы 1 имеется отверстие 3 диаметром 15 мм для подачи газа, на другом - отверстие 4

0 для загрузки и выгрузки обрабатываемых полупроводниковых пластин 9 и выпуска газа. Съемная крышка 2 с помощью шлифово- го соединения шлиф Ш 150/75, ГОСТ 8682-70 герметично и коаксиально вставля5 ется в выпускное отверстие 4 трубы 1 и своей удлиненной цилиндрической частью наружным диаметром 90 мм и длиной 380 мм защищает внутреннюю стенку труб в холодной зоне печи (Т«750вС) от загрязне0 ния сублимирующимся диффузантом. Необходимо отметить, что в известной конструкции наружный диаметр цилиндрической части крышки 120 мм. На.кокце удлм ненной части съемной крыш.ки 2 эе

5 наружный диаметр увеличивается с 90 до 130 мм. В стенке крышки 2 предусмотрено отверстие 8 диаметром 24 мм для выпуска газа через патрубок 7. В конце цилиндрмче- ской части крышки со стороны отверстия

0 для выпуска газа установлена поперечная перегородка 5 с отверстием 6 диаметром 25 мм. Между внутренней стенкой трубы и внешней стенкой удлиненной части крышки имеется переменный зазор, величина кото5 рого изменяется от 2,5 мм перёд зоной осаждения (холодной зоной печи) до 22,5 мм в зоне осаждения (холодной зоне печи). В указанном реакторе проводится процесс диффузии галлия из трехокиси галлия

0 методом открытой трубы. После загрузки пластин 9 в рабочую зону печи с Т 1220°С в отверстие 4 трубы 1 коаксиально вставляется крышка 2, причем цилиндрическая часть крышки 2 перекрывает холодную зо5 ну печи (Т 750°С), а конически расширенная область удлиненной части крышки выходит за холодную зону печи. Герметичность соединения труба-крышка и кракси- альность расположения цилиндрической

0 части крышки относительно внутренней .стенки трубы обеспечивается шлифовымсоединением. Проводится процесс диффузии. На интервале легирования через отверстие 3 подается двухкомпонентная газовая

5 смесь (Na + На). Диффузант (порошок ОааОз), находящийся в кварцевой лодочке перед рабочей зоной, восстанавливается до легколетучего GaaO и переносится в рабочую зону, где происходит процесс легирования галлием. Избыточное количество диффузанта сублимируется в холодной зоне печи, осаждаясь в основном на внутренней поверхности крышки 2 в виде порошка состава СааОз + GaaO. Некоторое незначительное количество диффузанта осаждается тонким компактным слоем в верхней части внутренней стенки трубы и внешней стенки удлиненной части крышки, однако зазор ,05D препятствует сращиванию и разрушению осевших слоев даже при длительной эксплуатации реактора. После проведения процесса диффузии крышка 2 вынимается из трубы 1 вместе с осевшим в ней диффу- зантом, причем при съеме крышки ее удлиненная цилиндрическая часть опускается вниз, что увеличивает зазор g в верхней части трубы в 2 раза, и пластины выгружаются. Таким образом, можно проводить диффузионные процессы без дополнительной химической обработки внутренней стенки реактора и без загрязнения рабочей поверхности трубы частицами сублимата

С азОз + GaaO. Срок службы трубы реактора данной конструкции определяется исключительно особенностями процесса диффузии (агрессивностью металлического галлия, температурой проведения процесса и т.д.) и качеством кварцевого стекла реактора и поэтому является максимально возможным при проведении в нем указанных

процессов, т.е..на стойкость реактора не оказывают влияния процессы термоцикли- рования и химических обработок. Таким образом, наличие переменного зазора g между внутренней стенкой трубы реактора и внешней стенкой удлиненной цилиндрической части съемной крышки реактора исключает необходимость дополнительных химических обработок внутренней стенки

трубы реактора в течение всего срока его службы и обеспечивает при этом чистоту рабочей поверхности пластин при их обработке в указанном реакторе, что приводит к 5 повышению процента выхода годных в процессе производства полупроводниковых приборов, увеличению срока службы реактора для проведения диффузионных процессов, а также к уменьшению расхода

0 кварца на его изготовление. :

Формула изобретения Реактор для проведения диффузионных процессов, содержащий горизонтальную трубу, имеющую на одном конце отверстие

5 для подачи газа, а на другом - отверстие для загрузки и выгрузки полупроводниковых пластин и выпуска газа, а также съемную крышку с отверстием для выпуска газа, цилиндрическая часть которой вставляется

0 коаксиально с зазором в выпускное отверстие трубы и имеет со стороны отверстия для выпуска газа перегородку с отверстием, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что, с целью повышения процента выхода годных полу5 проводниковых приборов, увеличения срока службы реактора, а также уменьшения расхода кварца на его изготовление, зазор между Цилиндрической частью съемной крышки и стенкой трубы реактора является

0 переменным, причем перед зоной осаждения диффузанта и продуктов реакции, определяемой параметрами конкретного технологического процесса, величина зазора мм, а в зоне осаждения ,05D,

5 Где: g - зазор между цилиндрической честью съемной крышки и стенкой трубы тора,

D - внутренний диаметр трубы peaKfp pa- . .- - -..-,.. - ..-.- . Уг