Устройство для термообработки и жидкостнойэпиТАКСии пОлупРОВОдНиКОВыХМАТЕРиАлОВ Советский патент 1981 года по МПК C30B19/06 C30B31/10 

Изобретение относится к технологи ческому вакуумному оборудованию для изготовления кристаллов электронных приборов. Известно устройство для выращивания полупроводниковых кристаллов, выполненное в форме цилиндрической камеры с непосредственным ее обогревом С1 . Однако, вследствие неравномерного обогрева по цилиндрическому корпусу и отсутствия нагревательных элемен.тов со стороны торцов, эти устройства не пригодны для выращивания ряда тонкопленочных многослойных монокрис таллических полупроводниковых материалов.. . Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является-устройство для термообработки и жидкостной-эпитаксии полупроводниковых материалов выполненное из двук цилиндрических тепловых труб, поверхности которых образуют рабочую камеру для размещения обрабатываемого материала, В нем нет элементов прогрева кассет с торцов, конструкция выполнена не- разъемной 2J. Недостатками данного устройства является большая инерционность, неравномерность, распределения температурного градиента по оси, что приводит к полезному использованию толь- ко небольшой части обогреваемого объема от всей печи, неудобство обслуживания, большие затраты времени на подготовительные и заключительные операции, загрузку и выгрузку, низкая производительность и плохое качество выращивания материалов. Цель изобретения - увеличение полезного объема камеры и удобство обслуживания при загрузке и выгрузке. Указанная цель достигается тем, что в устройстве для термообработки и жидкостной эпитакеии полупроводниковых материалов, включающему рабоЛ1ую камеру для размещения обрабатываемого материала, снабженную нагревателяАШ в виде соосно установленных двух тепловых труб, поверхности которых образуют рабочую камеру, одна тепловая труба выполнена П-образной формы и снабжена механизмом осевого . перемещения, а вторая труба выполнена кольцевой формы с горизонтальным уступом и установлена внутриполости первой трубы. При этом каждая труба

снабжена дополнительным нагревателем а кольцевая труба в центре имеет валы, соединенные с приводами вращения.

На фиг. 1 изображено предлагаемое устройство, общий вид; на фиг. 2 развертка рабочей камеры, разрез; на фи-г. 3 - разрез А-А на фиг. 2; на фиг. 4 - поперечный разрез устройства по оси Б.

Устройство содержит тепловую труб 1 кольцевой формы, с осевым цилиндрическим отверстием и уступом 2 по торцу, тепловую трубу 3, имеющую Побразную форму и образующую с тепловой трубой 1 рабочую камеру 4; нагреватель 5, расположенный у близлежащи торцов обеих труб; дополнительный нагреватель б; теплоизолирующее устройство 7 тепловой трубы 3; теплоизолирующее устройство 8 тепловой трубы 1; внутренний вал, 9 с приводом 10; трубчатый внешний вал 11 с приводом 12; основание 13 с водяными каналами охлаждения 14,, каналами откачки газа 15 и продувки 16; термостатирующие щели 17 и 18; механизм подъема 19; кабели электропитания 20; технологическую кассету, включающую основание 21, с подложками 22, подвижную часть 23 с гнездом эпитаксиальных растворов 24, крышку 25; поводок 26.

Тепловые трубы 1 и 3 изготовлены герметичными и заполнены жидкостьютеплоносителем, например натрием. В закрытом состоянии камеры 4 нижние фланць тепловых труб 1 и 3 имеют тепловой контакт с нагревателем 5. Под действием тепла нагревателя 5 жидкость в тепловых трубах 1 и 3 испаряется. Пар поднимается вверх и конденсируется на внутренних поверхностях стен,нагревая их до заданной температуры, а затем конденсат стекает вниз, где испаряется вновь. Допол-. нительный нагреватель нагревает верхнюю стенку тепловой трубы 3 до температуры, близкой к заданной для рабочей камеры 4. Этим обеспечивается увеличение скорости и повышение стабильности нагрева верхней и .внешней стенок рабочей камеры 4. Тепло от стен рабочей камеры .4 передается на многогнездную кассету, выполненную по форме камеры и закрепленную .основанием на уступе 2 тепловой трубы 1.

Перемычки подвижных частей кас- . сеты снабжены поводками 26 с носадочными гнездами для .соединения с приводными валами 9 и 11 и расположены в термостатирующей щели 18. Посредством приводов 10 и 12 осуществляется поворот приводных валов 9,11.и вместе с ними подвижных частей кассеты. Так осуществляется поочередный .перенос к гнездам основакия кассеты эпитаксиальных.растворов Нс1ходящихся в гнегдах подвижных частей кассеты. После заполнения гнезд кассеты осуществляется эпитаксия очередного слоя полупрбводниковой монокристаллической структуры. Тепловая труба 3 с нагревателем 6 защищена термоизолирующим устройством 7, герметично соединенным с ее фланцем. Тепловая труба 1 с нагревателем 5 .защищена теплоизолирующим устройством 8, герметично соединенным с ее фланцем. По периметру соединения фланцев тепловых труб 1 и 3, образуеся термостатирующая щель 17, в которой предварительно, нагревается проточный газ, подаваемый через канал продувки 16. Из рабочей камеры 4 газ откачивается через термостатирую щую щель 18 и канал откачки газа 15, Форсирование времени охлаждения камеры осуществляется холодной проточной водой, пропускаемой по каналам 14 основания 13. Подача электроэнергии к дополнительному нагревателю б осуществляется через кабель 20. К нагревателю 5 такой же кабель подвден снизу.

Устройство работает следующим образом.

Механизм подъема 19 поднимает на Зсмцанную высоту тепловую трубу 3 с дополнительным нагревателем 6 и термоизолирующим устройством 7. Технологическую кассету (фиг. 2-4) с откристаллизованными. в предыдущем цикле работы полупроводниковыми материалами на подложке 22 удаляют с уступа 2. тепловой трубы 1, а на ее место механизмом загрузки устанавливают очередную кассету с подложками 22 и растворами в гнездах 24, приготовленными -для выращивания полупроводниковых материалов. После этого механизм 19 опускает в крайнее нижнее положение тепловую трубу 3 с нагревателем 6 и термоизолирующим устройством 7 и прижимает ее фланец к основанию 13 обеспечивая герметизацию рабочей камеры 4. После чего рабочую камеру откачивают, продувают инертным газом и нагревают до заданной температуры. Для выращивания Ga As, например, требуется нагрев камеры до . Затем растворы начинают охлаждать с определенной заданной скоростЬгЮ,

Возникшее-в растворе пересыщение обеспечивает кристаллизацию слоя заданного состава на подложке 22. Посредством приводов 10 и 12 осуществляется поворот приводных валов 9 и 11 вместе с ними подвижных частей кассеты, содержащих гнезда с расворами. Таким путем осуществляется поочередное контактирование подложки 22 с растворгши, содержащимися в гнездах 24 и выра1фнвание полупроводниковых слоев требуемого состава. Цикл работы печи повторяется.

. Обогрев кассеты со стороны торцов, от внутренней стенки наружной тепловой трубы и внешней стенки бнутренней тепловой трубы обеспечивает высокую стабильность температурного градиента (Т 4 осевом () и радиальном (h - h) направлениях и по всему объему рабо чей камеры устройства. Рабочая камера выполнена разъемно и минимально допустимого, объема, оп ределяющегося размерами h - h, чт ускоряет загрузки, откачки воздуха и. разгрузки. Термостатирующие щели 17- и 18 искл1бчают возможность проник новения газов, имеющих температуру, отличную от температуры внутреннейрабочей камеры, в период продувки рабочей камеры инертным газом. Идентичный контролируемый терморадационный обогрев кольцевой кассеты со всех сторон улучшает заданное распределение температурного градиен та внутри технологической кассеты во всех направлениях в 2-3 раза, что позволяет выращивать многослойные то копленочные полупроводниковые струк.туры ряда новых материалов и повысит в 2-3 раза качество (выход годных) дорогостоящих материалов, применяемых- в настоящее время в различных квантовых электронных приборах. Разъем рабочей камеры и сокращение ее объема до уровня необходимо полезного в несколько -раз уменьшает время установки и удаления кассет, откачки газов и продувки камеры инертнымигазами. Условия для автом тйческой загрузки и выгруз} и камеры

-Е создгиотся простейшим манипулятором. Производительность устройства увеличивается в 1,5-2 раза. Формула изобретения 1.Устройство для термообработки и жидкостной эпитаксии.полупроподниковых материалов, включающее рабочую камеру для размещения обрабаты - ваемого материала, снабженную нагревателями в виде соосно установленных двух тепловых труб, поверхности которых образуют рабочую камеру, отличающееся тем, что, с целью увеличения полезного объема камеры и удобства обслуживания при загрузке и выгрузке, одна тепловая труба выполнена П-обраэной формы и снабжена механизмом .осевого перемещения, а вторая труба выполнена кольцевой формы с горизонатльным уступом и установлена внутри полости первой трубы. 2.Устройство по п. 1, отличающеес.я тем, что каждая труба снабжена дополнительным нагревателем, а кольцевая труба в центре имеет валы, соединенные с приводами вращения. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе li Патент Японии № 52-914, В 01 j 17/20, НКИ 13(7) Д 522, кл. 11.01.77. 3857990, 2. Патент США ;кл. Н 05 В 3/66, НКИ 13-22,- 27.06.73 (прототип).

Л

Фнг.2