Устройство для осаждения слоев из газовой фазы

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОСАЖДЕНИЯ СЖЖВ ИЗ ГАЗОВОЙ ФАЗЫ, включающее реакционную камеру, размещенные в наклонный подложкодержатель,средство подачи газа, имеющее отверстия , расположенные в плоскости, наклоненной к плоскости подложкодержателя , и средство отвода отработанных газов, отличающееся тем, что, с целью повышения производительности и равномерности получаемых слоев , средство подачи газа выполнено в виде трубки, отверстия которой расположены в плоскости, наклоненной под углом 30 к плоскости подлсяккодержателя , реакционная.камера имеет прямоугольное сечение, отношение ширины к высоте которого равно 6-7, а к максимальному между подложкодержателями и верхней стенкой реакционной камеры - 20-21. Э5 сд ел о эо

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

3C5D С 30 В 25 14

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТ0РСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

А0 ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И (ЛКРЫТИЙ (21) 3439855/23 -26 (22) 15 ° 02 ° 82 (46) 07.01.84. Вюл. Р 1 (72) В.H.Ôóðñîâ, Ю.В.Кириллов и М.М.Валентинов (53) 621,315 ° 592 (088.8) (56) 1. Патент Франции и 1454664, кл.-B Ol J 1966.

2. Патент Японии 9 49-36550, кл. С 23 С ll/00, 1974 (прототип) . (54) (57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОСАЖДЕНИЯ

СЛОЕВ ИЗ ГАЗОВОЙ ФАЗЫ, включающее реакционную камеру, размещенные в ней наклонный подложкодержатель, средство подачи газа, имеющее отверс..БУ„„ф065ДЩ: А тия, расположенные в плоскости, нак» лоненной к плоскости подложкодержателя, и средство отвода отработанных газов, отличающееся тем, что, с целью повышения производительности и равномерности получаемых.слоев, средство подачи газа вьчолнено в виде трубки, отверстия:которой расположены в плоскости, наклоненной под углом 30 к плоскости подложкодержателя, реакционная камера имеет прямоугольное сечение, отношение ширины к высоте которого равно 6-7, а к максимальному зазору между подложкодержателями и верхней стенкой реакционной камеры - 20-21.

1065508

Изобретение относится к полупроводниковому машиностроению, в част ности к реакторам для осаждения низкотемпературных диэлектрических пле» нок 8<о2 иэ газовой Фазы.

Известно устройство для осаждения пленок из газовой фазы, содержащее корпус, внутри которого размеще-. ны подложкодержатель, газовпускное средство, представляющее собой две трубки, расположенные над подложкодержателем и нод ним, т.е. один on" позитно к другому, и средство отвода отработанных газов (11.

В каждой иэ трубок выполнены отверстия, через которые осуществляют подачу газов в реакционный объем.

Газовыпускные трубки расположены параллельно подложкодержателю по всей его длине. Газ из отверстий выходит на пластины тангенциально.

Недостатками устройства являются неоднородность и неравномерность пленок. Конструкция газовпускного средства не может обеспечить создание конвективного ламинарного потока в зоне осаждения, так как газовые струи истекают нз отверстия гаэовпускного устройства тангенциально, т.е. по.касательной к поверхности полупроводниковой пластины. Струи, ударяясь о поверхность пластины, омывают их с различной скоростью.

В местах, где скорость движения равна оптимальной, осажденне производится с одной скоростью, там, где скорость движения потока газа выше или ниже оптимальной, осаждение осуществляется с другой скоростью, т.е. пленки на пластинах получаются крайне, неоднородные.

Формирование потока, исходящего иэ отверстия гаэовпускного средства, происходит по закону-свободной струи в которой скорость потока вьаае в центре и меньше по краям струи. Поэтому применение подобного решения обеспечит равномерность пленок не ,лучше +158.

Устройство конструктивно сложно.

- Установка трубок гаэовпускного средства параллельно подлсвккодвржателю затрудняет загрузку-выгрузку пластин

Так как трубки газо",пускиого средства не могут быть вплотную размещены .относительно рабочих подложек и боковых стенок корпуса, введение этих трубок уменьшает рабочую площадь устройства,. т.е. сокращает количество загружаюаас пластин по ширине корпуса устройства и снижает его производительность.

Наибодве близким техническим ре.шением к изобретению является устройство для осаждения слоев .из газовой фазы, включающее реакционную камеру, размещенные в ней наклонный подложкодержатель, средство подачи rasa, 5

10 имеющее отверстия, расположенные в плоскости, наклоненной к плоскости подложкодержателя, и средство отвода отработанных газов Г2 3.

Однако известное устройство имеет ограниченную производительность, так как оно лабораторного типа.

Газ, ударяясь о поток реакционной камеры и отражаясь от него, попадает на подложкодержатель с пластинами, где происходит рост слоя диэлектрика. Но техпроцессы, связанные с получением диэлектрических слоев (в частности 5 0 ), используют моноснлан 5 Н, который, окисляясь в процессе реакции, осаждается на стенках реакционной камеры в виде аморфного порошка Si0>, который сдувается струей газа и оседает на обрабатывае.мых пластинах, что ведет к неисправ20 ному браку °

Цель изобретения — повышение производительности и равномерности полу, чаемых слоев.

Указанная цель достигается.тем, что в устройстве для осаждения слоев из газовбй фазы, включающем реакционную камеру, размещенные в ней наклонный подложкодержатель, средство подачи газа, имеющее отверстия, расположенные в плоскости, наклоненной

30 к плоскости подложкодержателя, и средство отвода отработанных газов, средство подачи газа выполнено в виде трубки, отверстия которой расположены в плоскости, наклоненной под

З5 углом 30 .к плоскости подложкодержателя, реакционная камера имеет прямоугольное сечение, отношение ширины к высоте которого равно 6-.7, а к мак» симальному зазору между подложкодер40 .жателями и верхней стенкой реакционной камеры 20-21.

На фиг. 1 изображено предлагаемое устройство, paspesg на фиг. 2 - то же, сверху.

45 Устройство содержит корпус в виде трубы 1 прямоугольного сечения с фланцем 2, внутри которого размещены подложкодержатель 3 с обрабатываемыми пластинами 4, устанавливаемый на нагреватель 5, средство 6 подачи газа, выполненное в виде трубки с двумя рядами отверстий 7, размещенных так, что плоскость, проведенная через эти отверстия, находится под углом 30

Средство подачи газа установлено в реакционной камере прямоугольного се. чеиия с отношением ширины ее к высоте, равным 6-7, и отношением ширины ее к максимальйоиу зазору между подложкодержателем и верхней стенкои

60 реактора 20-21.

Устройство работает следующим образом.

В реакционную камеру со стороны. загрузки устанавливают подложкодержатель 3 с обрабатываемая пластинами

1065508

4 на нагреватель 5. Загрузочный люк закрывают ° Через средство 6 подачи газа подают реакционные газы дляобеспечения осаждения слоев.

В качестве примера можно привести следующие реакции образования слоев:

Я1СХ +2Н ЯХ +4НСХ (поли" и моно-Si)

$1Н +20 - Я102+2Н О (диэлектрические пленки Я102) .

Скорость осаждения определяется переносом масс в газовой фазе. В связи с этим форма и скорости газовых потоков являются определяющим фактором, действующим на распределение толщины, т.е. на качество осаждаемых слоев. Поток газа в устройстве формируется под воздействием подъемной силы (свободная конвекция), возникающей из-за разницы температур на поверхности нагревателя и стенок реакционной камеры и принудительной конвекции, обусловленной вводом в . реакционнуо .камеру ràçîâ.

В предлагаемом устройстве, которое выполнено прямоугбльного сечения лучшие результаты по однородности толщины пленок можно получить только при создании принудительного конвекционного ламинарного потока газа с равномерным распределением скоростей потока по ширине реакционной камеры.

Создание такого принудительного конвекционного ламинарного потока обеспечивается средством подачи газа, выполненным в виде трубки газа с дву- мя рядами отверстий, размещенных та- ким образом, что плоскость 8, проведена через эти отверстия, находится под углом 30 к,плоскости подложкодержателя.

Для получения оптимальной скорости данного потока расход газа, подаваемого через средство подачи газа, должен быть не менее 120 л/мин при, сечении отверстий 0,8-1 см и их icoличестве 30-35 шт.

В предлагаемом устройстве гаэ выходит иэ верхнего и нижнего ряда отверстий средства подачи газа в виде струй и попадает на внутренние верхнюю и нижнюю поверхности реакционной камеры. Потоки газа, движущиеся один по верхней стенке реакционной камеры второй по нижней, сливаются в однй лаяинарный поток, который, подходя к нагревателю, взаимодействует с потоком, формирующимся под действием сил, возникающих за,счет разницы температур нагревателя и стенок реакционной камеры. Ламинарный поток газа, придавливая, поток, восходящий от нагревателя, формирует принудительный конвекционный ламинарный поток, обеспечивающий однородное осаждеиие пленок.

Расположение отверстий для напуска газа под углом 30 к плоскости подложкодержателя обеспечивает требуемую оптимальную скорость и направление ламинарного потока. При напуске газа через отверстия, составляющие с плоскостью подложкодержателя угол менее 30 не обеспечивается равномерное движение потока по всеЯ ширине реактора и наблюдается преиму10 щественное увеличение скорости в центре реактора, что не только не формирует принудительный ламинарный конвекционный поток, но и способствует свободной конвекций, тем самым

15 искажая формулу потока.

В табл. 1 представлены данные, доказывающие оптимальность выбора угла наклона плоскости отверстий.

Далее равномерное осаждение пленок происходит только при заданном значении скоростей потока, которое зависит от параметров реактора, таких как отношение ширины реактора к его высоте и к максимальному зазору между подложкодержателем и верхней стенкой реактора.

Отношение ширины реакционной камеры к его высоте равно 6-.7. Изменение этого отношения как в сторону уменьшения, так и в сторону увеличе" ния ведет к значительному ухудшению равномерности осаждения пленок по толщине.

В табл. 2 представлены данные по . качеству, доказывающие оптимальность

З5 .выбора отношения ширины реактора к его высоте.

Отношение ширины реактора к минимальному зазору межцу подложкодержа телем и верхней стенкой реактора рав»4() но 20-21.

На табл. 3 показано, что уменьшение (увеличение) этого отношения, как и в предыдущих случаях,.ведет к ухудшению качества слоев по равномер45 ности. Указанное отношение является оптимальным и в совокупности со всеми другими признаками повышает качество осаждаемых пленок.

Кроме. того, равномерное распреде5О ление скоростей потока газа обеспечивается определенной формой реакционной камеры, а именно прямоугольного сечения. Этот факт установлен в результате разработки реактора

55 установки Оксин-3, .

Таким образом, одинаковое значение скоростей потока газа по всеЯ ширине реакционной камеры, а, следо60 вательно, равномерное осаждение пленок по толщине и хорошее качество осаждаемых пленок по всей поверхности подложкодержателя (330 330 мм) ,обеспечивается в предлагаемом устрой« стве формой сечения реакционнсф ка1065508.Угол накло наi рад °

Равномерное осаждение пленок по толщине, 4

Соотйакщние ширины реакционной камеры и высоты.

Соотношение ширины реакционной камеры и зазора

Прои зв одительность, шт. при у75 см

20-21 +15

6-7

18

6-7

+7,2

20" 21

6-7 .

20-21 +7,5

60 ю

««« »» «д

+12

+7,2

+7,5

i18

f абли

+9<7

+9,4

+7,5

20

+7,4

+8,6

22

+10,5

i23 меры прямоугольного сечениями определенным отношением ширины реакционной камеры к его высоте, равныа 6-7у определенным отношением ширины реакционной камеры к максимальному saso py между подложкодержателем и верхней стенкой реакционной камеры, равныа 20-21; размещением отверстий газовыпускного устройства на равном расстоянии один от другого и их рас.Цоложеииеи таким обрайом, что плоскость, проведенная через вти отверс-, тия, составляет с плоскостмь подложкодержателя угол 30

Конструкция предлагаемого устрой- ства обеспечивает увеличение производительности за счет конструкции средства подачи газа, размещенного в реакционной камере прямоугольного сечения. впереди нее, так что его образующая параллельна ширине сечения реакционной камеры. Такая конструк ция обеспечивает однородное осажде ние на всей ширине устройства, таким

16 образом практически на любой приемлемой ширине реакционной камеры с приведенными параметрами возможно получение состава.

Таблица 1 угол наклона отверстий (плоскостей, проведенных через них) к плоскости подложкодержателя, отношение ширины реактора к за зору постоянны и оп» тимальны

Угол наклона отверстий (плоскостей, проведенных через иих) к плоскости подложкодержателя, отношение ширины реактора к высоте постоянны и оптимальны

1065508

- 4Ъе.1

Составитель A.Äîèáðîâñêàÿ

Редактор A.Êîçîðèç Техред Т. Фанта

Корректор A.Ïîâé

Подписное

113035, Москва, Ж 35, Рауаская наб., д. /

Филиал.ППП Патент, г.ужгород, ул.Проектная, 4

Эаказ 11015/32 . Тираж 354

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

4 5