SU720996A3 - Устройство дл непрерывного осаждени слоев из газовой фазы - Google Patents

Description

1

Изобретение относитс  к устройствам дл  непрерывного осаждени  слоев из газовой фазы и может быть использовано в полупроводниковой и электронной технике.

В известных устройствах дл  осаждени  слоев подложку обычно помещают внутрь реактора, например колокола , и герметизируют с последующим проведением осаждени . В некоторых реакторах можно провести несколько операций путем пропускани  подложки через различные участки реактора. Однако, в этом случае, герметизаци  реакционной камеры нарушаетс , а газы, используемые в осаждении, перед открытием реактора должны быть удалены. Кроме того, если в процессе проводитс  несколько операций в той же камере, эту камеру перед каждой следующей операцией необходимо продувать или материалом , используемым в предьщущей операции, в результате чего процесс не может быть., непрерывным. Кроме того, расходуетс  врем  на промывку камв15ы, на открывание камеры дл  извлечени  обработанных подлжек и дл  закладки необработанных

подложек в камеру дл  повторени  процесса осаждени .

Известно устройство дл  непрерывного осаждени  слоев-из газовой фазы, содержащее горизонтальный реактор в виде соединенных между собой камер предварительного, нагрева, осаждени  слоев, охлаждени  и торцовых камер газового уплотнени . Внутри реакт.ора установлена подставка с подложкодержателем и подложками с возможностью перемещени  через камеры . Устройство снабжено нагрева- телём подложек и патрубками дл  ввода и вывода газов 1.

Устройство не обеспечивает полного разделени  газов между соседними камерами.

Целью изобретени   вл етс  улучшение газовой изол ции одной камеры от другой.

Дл  достижени  этой цели устройство снабжено стыковыми узлами, установленными между камерами, причем патрубки соединены с этими узлами.

Кроме того, подставка дл  подложкодержател  с подложками установлена по оси реактора и делит его на верхнюю и нижнюю части, а подложка расположена рабочей поверхностью вниз. Стыковые узль- имеют центральную камеру дл  ввода и вывода газов с в з KOCTHfcJM уплотнением по обе стороны от камеры. Стыковой узел моЯсат соде жать две или более камер, разделеннйх в зкойтным упл0тне нйем(. Устройство может содержать более одной камеры оса щенй , реактор выйбЛйей в видё к арцёвь труВГсоединенных стыковыми узпами.На фигЛ покйтэайо схематично Лред лагаемое устройство с воеьмикамерныМ реактором; на фиг.2 - подставка с по ложкЬдерЖсТелэЛ и подложками; на, фиг 3 - стыковый узел на входе в первую камеру реактора, поперечный разрез; на Фиг,4 - втбра  камерА реактора и два стыкбйых узла, соедин ющих ее с первой и третьей камерами, допереч ный разрез; на фиг. 5 - камера реактора и два стыковых узла , ссэедин гащих ее с и п той l wrV ilonepёчный разрёз1 на фиг б - шеста .камера реактора и два стйковых узла, средин юцих ее с .; :й сёльм6й 1 ШерамйГпоп реч разрез; на фиг.7 - восьма  камера реактора и два стыковых уз1ла, один Hia которых соедин ет её сседьмой камёрбйр а другой обрй Эу;ёт в а; рД из реактора, поперечный разрез; на фиг 8 - Д|1аграмма давлени  газов по длине реактора; на фиг.9 - функциональна  Схема ортанов управлени  |5 егу и зу1ацйх поток газо в , вход щих в реактор; на фиг Л О - функцио нальиа  схема ввода и вывода газов из реактора, подсоединенного к схеме йравлейи , показанной на фиг.9; на фиг.11 - то же, -Другой в ариант. УСТРОЙСТВО (фигЛ) содержит реактор , имеющий восемь камер 1-8, сое дййённых стыками 9-17. Всостав этих восьми камер входит камера 1 азртно гб уплотнени , к амера 2 предваритель ного 11агрева, четыре камеры 3j-6 осаж дени , камера 7 охлаждени  камерй 8 .азотного уплотнени . Подачу газа . осущёствл ют по патрубкам 18 дл  дву различных процессов осакдени , газы MbifVT быть направлены в любую из четырех камер осаждени . КаМёры нагр вают посредством узла 19. - По оси реактора установлена подставка 20 (фиг. ётРбГкаверхнюго н ййжнювГ части. Пбдложкодержатель 21 имеетоткрытое со дна отверстие, в которое зак . ладывают подложку 22 и крышку 23, ° уклЖщлваемую поверх прдлржкй.,С ажДС1Й стороны подл&жк одёр атёЯ  выпол нёШ гГром ж5Ягочн ые эл ементы 24 . Под; лд:ккОДержатель и промежуточные элементы переминаютс  через реактор 1§К7 чт6, когда йака -лийсэ подложка останавливаетс  в камере, други е йрдложк й в реакторе также ЪказыЪагот С в камерах . Носитель раздел ет

,

д. л ., - , t реактор на верхнюю и нижнюю части. Осаждение происходит в нижней части, а в верхнюю камеру вводитс  защитный газ. Подложкодержатель 21 и проме .жуточные 24 перемещаютс  в реактор на подставке 20 через отверстие 25 в первом стыке. Отверстие 25 обеспечивает уплотнение реактора. В зкбстныёсвбйства газа внутри камер предотвращают вход атмосферы в камеры через входное отверстие реактора. ,:..-, . ... . ,. На фиг.3-7 показан более детальн6 реактор с п тью типами стыков, раздел ющих камеры. Стыки симметричньл относительно центрального стыка ЛЗ. Торцовые стыки 9 и 17 содержат два газовых уплотнени  {одно сверху, другое снизу). Стыки 10-16 с эдержат по четыре тазовых уплотнени  каждый. Стык 13 содержит восемь таких уплотнений . Стыки 9 и 17 предназначены дл  создани  в зкостного перепада давлени  межДу камерой с азотом и атмосферой . Перепад давлени , во-первых, обеспечивает демпфер против, крлебаний Давлени  в результате турбулентности комнатного воздуха, наиболее высокие колебани  давлени  комнатного воздуха составл ют 0,005 мм рт.ст., размеры стыка и скорость потока газов подбирают такими,чтобы обеспечить между азотным уплотнением и атмосферой перепад давлени  пор дка О,050 мм рт.ст.(эта величина выше колебаний давлени  комнатного воздуха, что эффективно вли ет на турбулентнрсть комнатного воздуха); во-вторых обес11ечив аете  Достаточно длинный, участок дл  данной выходной скорости с тёй7 чтобы встречную диффузию врздуха в азот до приемлемо низкого уровн . Диффузи , направленна  навстречу ламинарному потоку, выражаетс  в снижении концентрации диффундированных частиц, что  вл етс  отрицательной показательной функцией фактора изол ции, Определ емого как произведение объемной скорости потока и длины уплотнени , разделенное на произведение площади . попёрШчного сечени  и к;озффициент диффузий.. Если этот фактор равен, йапример, 20, то снижение концентрации (эффективна  изол ци ) составит 5/1Q. Размеры уплотнени  и скорости потока газа подбираютс  такими,чтобы фактор изол ции был достаточно высоким .; . ..,. ..., .,: . „,г . : V : Этоотноситс  КО всем другим в зKOCTHbiM уплотнени м,даже если стыкифизически более сложны и вход т в контакт с другими газами.Выходы из каждого стыка не должны блокироватьс ,чтобы они могли работать при давлении, близком к атмосферному, благодар  чему, на камеры йё вли ют измерени  в объемной скорости потока и температуры в смежной камере, Таким образом камеры изолируютс  одна от другой в зкостными уплотнени ми, а отдельные выходы могут быть объединены в общий выходной коллектор.

Стыки 10 (фиг,4) и 16 (фиг.7) имеют по два входа как сверху, так и снизу, и выход по центру. Они позвол ют вводить в смежные камеры разные, но совместимые газы. Газы должны быть совместимы, поскольку они .проход т в выход по центру. В зкостные уплотнени  предотвращают сообщени  между этим выходом и камерами.

Стык 11 (фиг,4) и стык 15 (фиг.6) . вл ютс  только выпускными стыками. Они выпускают основную часть потока из камеры предварительного нагрева и камеры первого осаждени  или из. камеры охлаждени  и камеры последнего осаждени . Стык 11 служит дл  выпуска газов из камер 2 и 3,а стык 15 дл  выпуска газов из камер 6 и 7.

Стык 12.(фиг.5) и стык 14 (фиг.6) аналогичны стыкам 10 и 16, за исключением того, что каждый имеет единственный вход сверху. Нижн   часть каждого этого стыка позвол ет осущесвл ть независимый выбор между двум  соседними камерами осаждени . Стык 12 обеспечивает раздел входов в камерах 3 и 4, а стык 14 - раздел входов в камеры 5 и 6.

Стык 13 (фиг,5) имеет особую конструкцию . Его назначением  вл етс  изол ци  выпускаемых газов во второй камере 4 осаждени  от выпускаемых газов в третьей камере 5 осаждени . Это позвол ет проводить процессы осаждени  в смежных камерах, когда газы несовместимы. Центральный вход предназначен дл  газа, который  вл етс  совместимым в обоих процессах осаждени . Левый выход стыка 13 направлен в коллектор, который  вл етс  общим дл  всех выходовс левой стороны реактора. Этот выход направлен в средства сжигани . Правый вы-, ход стыка 13 направлен в коллектор с правой стороны реактора, где он имеет свои средства сжигани .

Правильным подбором размеров уплотнений и объемов впускаемых пото ков можно регулировать давление во всей системе.

Давление в системе измер ют емкосным мансметром, который может быть установлен в любой части этой системы , он сообщаетс  с атмосферным давлением (фиг.2),

Давление газа в каждой камере обе печивает изолированность камер. Пунктирными лини ми отмечено давлени газа в верхней части камеры, а сплошными лини ми - различные давлени  по всему реактору в нижней части каждой Кс1меры. Горизонтальный участок давлений соответствует схеме

устройства непосредственно под графиком давлений. Относительно большие изменени  давлени  имеют место на газовых уплотнени х в.стыках. Внутри камер происход т очень небольшие изменени  давлени . Давление всей системы регулируют соответствующим подбором зазоров в стыках и скоростей потоков газов. Можно заметить, что давление, в азотных уплотнени х выше атмосферного, что исключает вход в реактор окружающей среды снаружи камеры. Устройство выполнено с каналами 26.

Камеры 2-6 нагреваютс  посредством узла 19, который включает в

5 себ  кварцевые лампы (нагреватели) 27 и средства 28 дл  вод ного охлаждени  и 29 дл  воздушного. На каждой стороне стыков ГО-15 выполнены каналы 30 охлаждени , через

0 которые может направл тьс  охлаждающий воздух дл  удалени  тепла из стыков. Сами камеры выполнены из кварцевой трубки, котора  соедин ет стыки. Эти трубки уплотнены силиконовым каучуком 31, предотвращаю5 щим утечку газа из стыков в охлаждающие к ана:лы 30 и в наружную атмосферу .

Система подачи газа дл  реактора показана на фиг.9. Устройство имеет

0 две газопроводные системы I и П, которые можно подвести к любой из четырех камер дл  осаждени  посредством клапанов 32-34. В нерабочем положении газопроводна  система 1

5 подведена к двум центральным камерам осаждени  через трубопроводы 35 и 36.

Срабатывание клапана 33 обеспе0 чивает подачу газа через трубопровод 37, а срабатывание клапана 34 обеспечивает подачу газа через трубопровод 38, При срабатывании клапана 32 (без клапанов 33 и 34) газ из систе5 мы Г идет только в трубопровод 36. Из системы П газ идет в трубопровод 35, Дл  увеличени  количества камер осаждени  могут быть приведены в действие, как и раньше, клапаны 33 и (или) 34. При помощи клапанов

0 39-42 и 43-46 подвод т реакционные газы либо в систему 1, либо в систему И.

При работе используетс  следующа  четырехступенчата  последова5 тельность запуска.

На первой ступени приводитс  в действие клапан 47, при помощи которого азот подаетс  через все части реактора и газовой системы.

0 Клапаны 32-Г-42 и 43-46 привод тс  в действие от того же источника энергии , что и клапан 47.

Claims (5)

1. На второй ступени вкл7ючают клапаны 48,49 и/или 50 (если они пред5 варительно установлены) в результате чего вод тс  вЬдОрод & kSSiepy осаж ни  и смежные с ней стыки,Если в си ме I в качестве газа-носител испол зуетс  од, то камера предварительного нагрейа и две верхние каме осаждени  содержат водород. Если водород используетс  в с.истёме И, то камера охлаждени  и последние две верхние камеры/ а также централ . на  проре э ь в выпуск ном етйК и т акже будут продуватьс  водородом. В это .врем  могут быть подключены охлаждающий вОэду И а тгакже нагреватели 27. На третьей с уйейи включаютклапаны 51-58, в результате чего обеспечиваетс  подвод определенного реакционного газаУ используемого в процессе осаждени . В этом врем  включаютс  в работу клапаны 59,60 и (или 61). Газы отводите .нёпосред ственно дл  сжигани , На четвертой степени реакционные Газы направл ютс  в поток газа-носи тел . В это врем  включают клапаны 6266 и 67-69 (это нормальна  последовательность запуска). . . На каждой ступени вьтолнёны соо ветствующие средства защитной блоки ровки. После запуска рэактораон ра ботает стабильно с перемещением носителей через разные периодические интервалы. На фиг.10 приведена функциональна СхёйЖ-рёакторау иллюстрирующа  различные направлени  потока газа в стыках. Всё стрелки, отход щие от ст ков, обозначают в;ь1Ходы газа из . Каналы дл впуска газа направлены на выход системы регулировани  (фиг.9). Все стыки, изображенные на фиг.10, летально показаны на фиг 3-7, Как отмечалось раньше, выпуск .ные каналы из каждой половины реак ,тора в йыпуск Hai сжигание. Следует бтйетйть, чтб распЬложение стыков (фиг.10) может использоватьс  с системой подачи газа (фиг. 9) и может йспбльзоватбс  дл -двухпроцессного реактора с индийидуальнь регулированием четьзрех камер осаждени . В зависимости от производи тельйости реактора стыки можно распо ложить иначе, чем это изображено на фиг.10. Можно добавить дополнительны стыки; как это показано, например, на фиг. 11. Здесь дл  впуска вместо выпуска используют стыки 11 (см.фиг в результате чего устран етс  лишний центральный выход между трубопровода ми 36 и 38 (фиг.10), если оба входа имеют то же самое строение и их (3кенность соответствует времени процесса осаждени  дл  данной пропускной способности. Возможны и другие варианты расположени  стыков, а также соответствующие модификации системы подачи газов в отличие от изображенных на фиг.9-11, При использовании устройства принимаетс  решение, какие осаждени  должны наноситьс  на подложку и в каких камерах. Клапаны в системе регулировани  устанавливают на желаемые скорости потоков, Благодар  эффективной изол ции различных камер потоком газов непрерывный последовательный р д подложек может перемещатьс  через реактор с обеспечением непрерывного процесса. Системы могут быть приспособлены к любому коли;чгеству или любым комбинаци м процессов химического парофазного осаждени , включа  осаждение эпитаксиального сло , поликристаллического кремни , окислов или металла путем подбора количества, пор дка и длины камер с использованием соответствующих газов , температур в камерах и времени дл  данного процесса. Устройство дл  непрерывного осаж- дени  обеспечивает эффективную изол цию различных камер, так что в смежных камерах можно использовать нёсовмеетймые газы и одновременно выполн ть различные процессы осаждени . Реактор может быть модифицирован изменением моделей с различными камерами и стыками. Эта гибкость обеспечивает реакционную камеру, в кото- . рой подложки могут непрерывно обрабатыватьс  при любом количестве процессов и комбинаций операций. Кажда  камера выполнена из кварца, ее можно сн ть дл  очистки и заменить, что предотвращает износ всего реактора . Формула изобретени  1,Устройство дл  непрерывного осаждени  слоев из. газовой фазы, содержащее горизонтальный реактор, имею1цйй соединенные , между собой камеры предварительного .нагрева, осаждени  слоев, охлаждени  и камеры газового уплотнени , подставку дл  подложкодёржател  с подложками, установленную внутри реактора с возможностью аксиального перемещени  через все камеры, Нагревали и патрубки дл  ввода и вывода газов, отличающее с   -тем, что, с целью улучшени  газовой изол ции одной камеры от другой, устройство снабжено СТЫКОВБГМИ узлами, установленными между йамерами, причем патрубки дл  ввода и вывода газов соединены с указанными стыковыми узлами.
2. 2.Устройство по п,1, отличающеес  тем, что подставка дл  подложкодёржател  с подложками установлена по оси реактора и делит его на верхнюю и нижнюю части.
3. 3.Устройство поп.1,отличающеес   тем, что стыковые узлы имеют центральную камеру дл  впуска или выпуска газов с в зкостным уплотнением по обе стороны от этой центральной камеры,
4. 4.Устройство по п.З, о. т л и чаю1деес   тем, что стыковые узлы имеют две или более камер, разделенные в зкостным уплотнением.
5. 5. Устройство по п,1, о т л ичающеес   тем, что реактор выполнен в виде кварцевых труб, соед;иненных стыковыми узлами.

   Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе

   1. Патент США 3598082, кл,118-48, 10.08,71 (прототип).

   /7

   t8

   l/

   13

   I f

   . .-if/i;;: .

   .

   F

   tf

   dx

   23 2 4 /

   %

   ГГТ

   3

   ///777/7,

   Фиг 5 Щ

   720996 Tft /f /J Фиг. В ,

   ijr.riiritnir r-iir

   иг. fO в9 Т57 TV T4f Т T-f3 ys, V./ - III L ,,,