Реактор для нанесения покрытий из газовой фазы Советский патент 1987 года по МПК C23C16/22 

/ 7

О О О /

о о о о о

7771L ff Н а f o

I ffcpopS. насосу

о о о о о

Влод газа н Г 1Г -г ft f ,-г f. ч G3QCSIC3Q) ц « :| ДШиШр сз ш сза а са аE:: 2cs2 S3S 3t::s 52::: 7Т if ff j T IVffijrarijrM oooooooooo Изобретение относится к области технологии микроэлектроники, в частно сти, к конструкции реакторов для нанесения пленок нитрида кремния, двуокиси кремния и др. из силанов и хлор силанов в горизонтальных реакторах с горячими стенками путем осаждения из газовой фазы при низком давлении реагентов в диапазоне температур, когда кинетика роста слоев в большой степени определяется процессами в газовой фазе. Известен реактор для синтеза пленок из газовой фазы, содержащий корityc, выполненный из кварцевой трубы прямоугольного сечения и обогреваемый печью сопротивления, и держатель для горизонтальной установки обрабатываемых изделий. Для формирования потока на входе газа в реактор расположен формирователь потока с отверстием прямоугольного сечения. Реактор имеет низкую производительность и значитель .ный расход газа-носителя. Известен также реактор для синтеза пленок из газовой фазы, содержащий обогреваемый цилиндрический корпус с камерой загрузки, каналами для подачи и выхода газовой смеси и держателем обрабатываемых изделий. Реактор предназначен для синтеза плёнок поликристаллического кремния из силана и хлорсиланов. Обрабатываемые кремниевые пластины устанавливают в реакторе на кварцевых держателях с расстоянием 1-4 мм друг от друга и лодочку помещают в реактор таким образом, что пластины располагаются рабочей поверхностью перпендикулярно потоку газовой смеси, а реактор и пластину коаксиальны. Данное техническое решение является наиболее близ ким изобретению по технической сущности и достигаемому эффекту. Однако конструкция реактора обладает следующими недостатками. При движении газа в зазоре между пластинами и реактором возникают завихрения потока на образующей каждой пластины, причем величина этих завихрений тем больще, чем больше расстояние между пластинами и чем больше давление в реакторе. Эти завихрения газового потока приводят к неоднородности распределения толщины покрытия по радиусу пластины. Однородные пленки удается получить только на расстоянии не менее 3 мм от края пластины. Однородные пленки без учета 3 мм от края пластин удается получить только в том случае, когда при температуре роста слоев в кинетике процесса основную роль играет только гетерогенная реакция, а процессы, протекающие в газовой фазе, несущественны. Поэтому не удается получить равномерные пленки нитрида кремния из силана и аммиака, а применяется смесь дихлорсилана с аммиаком, что значительно усложняет и удорожает процесс. Кроме того, использование этой смеси требует применения дополнительного оборудования для защиты форвакуумных насосов от коррозии. Для сохранения достаточно высокой производительности реактора при низком давлении реагентов и малом зазоре между пластинами необходимо повьшать температуру роста, либо использовать концентрированные реагенты, что не всегда возможно в условиях цехового производства. Целью изобретения является повышение качества покрытия. Поставленная цель в изобретении достигается тем, что реактор снабжен стаканом с перфорированными стенками и съемной заглушкой, установленным коаксиально корпусу, при этом внутренний радиус стакана определен из соотношения Rh R2-г2, где R - внутренний радиус стакана; h - расстояние между обрабатываемыми изделиями; г - радиус обрабатываемых изделий. Сущность изобретения поясняется чертежом, где представлен реактор в разрезе. Реактор содержит корпус 1, выполненный из цилиндрической кварцевой трубы, герметично укрепленной в вакуумных шлюзах 2 и обогреваемой печью сопротивления 3. В корпус коаксиально встроен кварцевый стакан 4 с перфорированными стенками с внутренним радиусом -R. Закрытый конец кварцевого стакана 4 располагается в зоне спада температуры, а открытый конец стакана 4 расположен в загрузочной камере 5 и закрыт съемной заглушкой 6. Перфорация 7 на стакане 4 представляет собой ряд симметрично расположенных продольных прорезей на всей длине рабочей зоны реактора. Стакан 4 с заглушкой 6 образует квазизамкнутый объем

для осаждения пленок. В этом объеме через загрузочную камеру 5 помещен держатель 8 таким образом, что обрабатываемые пластины 9 располагаются коаксиально реактору и перпендикулярно потоку газовой смеси.

Работает реактор следующим образом Устанавливают держатель 8 с обрабатываемыми пластинами 9 в стакан 4, который закрывают съемной заглуккой 6 и устанавливают в корпус 1.

Производят откачку реактора, устанавливают рабочую температуру и подают реакционный газ. Реакционный газ, например смесь моносилана с аммиаком и аргоном, при синтезе пленок кремния подают в пространство между реактором и квазизамкнутым объемом. Газ прокачивается насосом (на чертеже не показан) при.давлении в реакторе 0,1-10 мм рт.ст и поступает через перфорацию 7 в квазизамкнутый объем за счет диффузии. В этом объеме происходит равномерный рост пленок на пластинах.

Для предотвращения изменения толщины слоя пленок по периметру пластины за счет краевых эффектов величины R,r и h выбирают таким образом, чтобы удовлетворять соотношению

. (2) а для уменьшения падения скорости роста пленок по длине реакционной зоны величину диаметра корпусавыбирают максимально возможной по диаметру печи.

Результаты экспериментов показали, что если размеры реактора таковы, что -г , то на пластинах вырастают 1еравномерные по толщине слои, причем по краю пластины («5-7 мм от края) толщина слоя будет меньше, чем в середине. Если размеры реактора таковы, что , то вырастают неравномерные по пластине слои, причем толдина слоя по краю пластины (5-7 мм от края) больше, чем в средней части поверхности пластины. При соблюдении заданного соотношения размеров разброс толщины покрытия не превышал ±4,8%, включая и область по краю пластины.

РЕАКТОР ДЛЯ НАНЕСЕНИЯ ПОКРЫТИЙ ИЗ ГАЗОВОЙ ФАЗЫ, содержащий цилиндрический корпус с камерой загрузки. каналами для подачи и выхода газовой смеси и держателем обрабатьшаемых изделий, отличающийся тем, что, с целью повышения качества покрытия, реактор снабжен стаканом с перфорированными стенками и съемной заглушкой, , установленным коаксиально корпусу, при этом внутренний радиусстакана определен из соотношения Rh R2-г2, где R - внутренний радиус стакана; h - расстояние между обрабатываемыми изделями; г - радиус обрабатываемых изделий.