Устройство для осаждения слоев из газовой фазы Советский патент 1982 года по МПК C30B25/14 

1

Изобретение относится к технологическому оборудованию полупроводникового производства и может быть использовано для получения на подложках слоев полупроводниковых или диэлектрических материалов с заданными свойствами методами осаждения слоев из газавой фазы при пониженном давлении.

Известно устройство для осаждения слоев из газовой фазы, которое содержит горизонтальную трубчатую камеру осаждения, размещенный снаружи индукционный нагреватель и установленный внутри камеры на горизонтальной опоре подложкодержатель в виде пакета параллельных графитовых дисков для размещения подложек, разделенных вкладышами и стянутых молибденовыми шпильками. Устройство ввода газов выполнено в виде трубок с отверстиями, расположенных в нижней части камеры осаждения, а устройство вывода газов выполнено в виде патрубков, размещенных в верхней части с обеих сторон камеры осаждения 1 .

Недостатками устройства являются отсутствие равномерной подачи газов к отдельным частям каждом подложки, что снижает качество осаждаемых с-ло ев (равномерность на подложке), наличие сложной системы уплотнений ка меры осаждения и нестационарного hOAложкодержателя (его необходимо выдвигать для загрузки подложек), что снижает надежность работы устройства. Указанные недостатки являются причиной повышенных эксплуатационных расходов.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство, содержащее кварцевую камеру осаждения с отверстиями на боковой поверхности, имеющую расположенный внутри подложкодержатель в виде пакета параллельных графитовых дисков для размещения подложек, установленную коаксиально с ней камеру подвода газов, камеру вывода продуктов реакции и индукционный нагреватель 2 . Недостатком известного устройства является наличие горячей стенки камеры, которое ограничивает ее применение при высоких температурах, так как требует уникальных труб из карбида кремния или поликрист ллического кремния, а образующийся на поверхности горячей трубы осадок из продуктов реакции является источником дефектов осаждаемого слоя на .подложках, что не позволяет надежно получать высококачественные слои и повышает затраты на регулярные чистки камеры. Кроме того, в устройстве не обеспечен равномерный подвод газов к подложкам со всех сторон, что снижает выход годных изделий, отсутствует возможность отдельного ввода в реакционную зону агрессивных компо нентов газовой смеси, что снижает надежность работы устройства при при менении коррозионно активных газов (например, SiCl/, , и т. д.)Недостатки известного устройства сни жают его надежность и повышают затра ты на его эксплуатацию и, обслуживание. Цель изобретения - повышение надежности устройства и снижение эксплуатационных затрат. Указанная цель достигается тем, что в устройстве, содержащем кварце вую камеру осаждения с отверстиями а боковой поверхности, имеющую рас положенный внутри подложкодержатель а виде пакета параллельных графитов дисков для размещения подложек, уст новленную коаксиально с ней камеру подвода газов, камеру вывода продук тов реакции и индукционный нагреватель, камера осаждения установлена вертикально, снабжена в верхней час ти аксиальным патрубком ввода агрес сивных компонентов газовой смеси и имеет стенки с отверстиями по всей поверхности, а индукционный нагрева тель установлен в камере подвода га зов, которая снабжена газораспределительным вводом. При этом отношение диаметра дисков П к диаметру подложек D, нахо дится в пределах 1, : D, Cl,, отношение внутреннего диаметра инду ционного нагревателя П, к диаметру подложек D) находится в пределах 1, D, : D, ,0, а отношение внутреннего диаметра камеры подвода га 9 4 зов 1 к внутреннему диаметру индукционного нагревателя D находится в пределах t D, : D 6 . На чертеже изображено предлагаемое устройство для осаждения слоев из газовой фазы при пониженном давлении, продольный разрез. Устройство содержит установленную вертикально кварцевую камеру 1 осаждения с отверстиями по всей боковой поверхности и расположенный внутри нее подложкодержатель в виде пакета параллельных графитовых дисков 2 для размещения подложек 3, а также установленную коаксиально с ней камеру 4 подвода газов, камеру 5 вывода продуктов реакции и индукционный нагреватель 6, расположенный в камере . Подложкодержатель расположен на валу вращения 7. Камера осаждения 1 снабжена 8 верхней части аксиальным патрубком ввода арессивных компонентов газовой смеси 8, выведенным за пределы камеры подвода газов через фланец 9. Камера А снабжена газораспределительным вводом 10. К камере вывода продуктов реакции 5 снизу присоединены средства откачки в виде двух бустерных насосов 11 и форвакуумного насоса 12. Устройство работает следующим образом. Для загрузки подложек 3 поднимают камеру 1. Вместе с ней поднимаются камера 1 осаждения и индукционный нагреватель 6, освобождая доступ к дискам 2 подложкодержателя. Загрузив подложки, опускают камеру и уплотняют ее относительно камеры 5. Затем включают откачные насосы 11 и 12. После откачки устройства до необходимого давления (разряжения через газораспределительный ввод 10 подают водород и начинают нагрев подложкодержателя. В среде водорода при пониженном давлении производят отжиг подложек 3 при 1200-1250 С. По окончании отжига через аксиальный патрубок ввода агрессивных компонентов газовой смеси 8 подают смесь водорода с тетрахлоридом кремния (SiCl). Водород из камеры k через отверстия на боковой поверхности камеры 1 попадает внутрь ее, равномерно разбавляет пары тетрахлорида кремния и доставляет их к дискам. 2 и подложкам 3, где на нагретых до 1 200-1 SOГ, поверхностях происходит pe.ituiin и осаждается монокристаллический слой кремния. По окончании процесса наращивания прекращают подачу газов через патрубок ввода агрессивных компонентов газовой смеси 8. отключают нагрев, откачку и осаждают диски 2 с подложками 3 в потоке водорода, продувают все устройство азотом и поднимают камеру подвода газов 4 для выгрузки готовых подложек 3. Уменьшение диаметра камеры подвода газов А снижает эффективность индукционной нагревательной системы из-за резкого увеличения потерь, а также уменьшает объем камеры подвода газов k, снижая равномерность распределения при вводе газовой смеси в камеру осаждения 1 . Увеличение соотношения В/ U, более 6 нецелесообразно, так как увеличивает габариты устройства и не оказывает влияния на равномерность осаждения. Диаметр индукционного нагревателя 6 выбирается из соотношения I, D, D,2 с учетом размещения кварцевой камеры осаждения 1 . Увеличение отношения П, 1), до 2 и выше снижает эффективность индукционного нагрева дисков 2, размер которых выбран из условия ) iD 1,4 с учетом резервирования пере ферийных участков дисков 2, где не больше однородность температурного поля. Предложенное устройство позволяет проводить различные процессы осаждения слоев, в том числе осаждения поли- и эпитаксиальных слоев кремния нитрида кремния, легированной окиси кремния и др. Предлагаемая конструкция устройства .упрощается за счет отсутствия сложных уплотнений кварцевого реактора и изменения системы загрузки, что обеспечивает повышение надежност реактора. В известном устройстве за грузка и выгрузка подложек сопровож дается смещением подложкодержателя относительно индуктора, что вызывает искажение температурного поля. При стационарно размещенном подложкодер жателе этот недостаток устранен, что повышает надежность реактора. Вслед ствие того, что камера осаждения вы полнена с отверстиями по всей повер ности, в устройстве созданы условия для равномерной доставки реагентов к подложкам, что позволяет эффектив но использовать быстроту откачки бу терных насосов. Снижение эксплуатационных затрат при использовании предлагаемого устройства происходит благодаря упрощению обслуживания, сокращению боя пластин и дисков держателя подложек, а также легкой переналадки устройства для проведения смежных технологических процессов. Созданные в устройстве условия более равномерной доставки реагентов к подложкам позволяют повысить качество осаждаемых слоев и выход годных по электрофизическим параметрам, что резко снижает удельные затраты на производство осаждаемых слоев. Формула изобретения 1.Устройство для осаждения слоев из газовой фазы при пониженном давлении, содержащее кварцевую камеру осаждения с отверстиями на боковой поверхности, имеющую расположенный внутри подложкодержатель в виде пакета параллельных графитовых дисков для размещения подложек, установленную коаксиально с ней камеру подвода газов, камеру вывода продуктов реакции и индукционный нагреватель, о т личающееся тем, что, с целью повышения надежности и снижения эксплуатационных затрат, камера осаждения установлена вертикально, снабжена в верхней части аксиальным патрубком ввода агрессивных компонентов газовой смеси и имеет стенки с отверстиями по всей поверхности, индукционный нагреватель установлен в камере подвода газов, которая снабжена газораспределительным вводом. 2.Устройство по п. 1, отличающееся тем, что отношение диаметра дисков Пг к диаметру подложек D находится в пределах 1 ,2 D. : J)-, 1,, отношение внутреннего диаметра индукционного нагревателя DJ к диаметру подложек Dy находится в пределах 1, : D, 2, а отношение внутреннего диаметра камеры подвода газов D к внутреннему диаметру индукционного нагревателя Dj находится в пределах , : Dj- 6. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № 711722, кл. В 01 J 17/32, 1976. 2.Авторское свидетельство СССР N° 752879, кл. В 01 J 17/28, 1978 (прототип).

1

tSF

л