Устройство для эпитаксиального выращивания полупроводниковых материалов

 

Сущность изобретения: устройство содержит реактор, внутри которого размещен подложкодержатель, выполненный в виде диска, размещенного в основании и имеющего сателлиты. Под сателлитами в диске и основании выполнены газотранспортные и сбросные канавки. В устройстве имеются средства ввода и выводи газа. В диске соосно сателлитам выполнены кальцевые проточки, соединенные с началом газотранспортных канавок. Глубина внутренней кольцевой проточки меньше, чем внешней. Даны соотношения для определения размеров проточек, соотношения для определения конфигурации и расположения газотранспортных канавок/ Сателлиты выполнены в форме двух дисков. Верхний диск выполнен диаметром больше диаметра нижнего и нижний торец верхнего диска имеет кромку со скосом. Устройство обеспечивает увеличение зоны однородного осаждения эпитаксиальных слоев. Зона однородного осаждения слоя GaAs увеличена на 15-20%. 4 з.п. ф-лы, 4 ил. СП с

((9) (3!) СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (si)s С 30 В 25/12, 25/14

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ выполнены отверстия для подачи транспортного rasa и тангенциальные трубки для подачи также транспортного газа. 3а счет этого каждый сателлит с подложкой сначала удерживается над диском, а затем начинает вращаться (1).

Изобретение относится к области изготовления технологического оборудования для производства полупроводниковых при. боров и интегральных схем и может быть использовано для осаждения эпитаксиальных слоев..

Известно устройство для осаждения эпитаксиальных слоев, содержащее реакционную камеру, средства ввода и вывода

ПГС, нагреватель и подложкодержатель, вы. полненный в аиде основания с диском, в теле которого закреплены сателлиты. В основании и диске под каждым сателлитом

Недостатком этого устройства является большой расход транспортного газа для удержания и вращения сателлитов, что приводит к большим боковым утечкам газа и, следовательно, к уменьшению зоны однородно ro осаждения.

1 2 (21)4872448/26 - . Подложкодержатель, выполненный в виде (22) 14.08.90 .. диска, размещенного в основании и имею(46) 30. l2.92. Бюл. 1Ф 48; Под сателлитами в диске и (71) Научно-исследовательский институт основании выполнены газотранспортные и точного машиностроения и Научно-исследо- сбросные канавки. В устройстве- имеются вательский институт материаловедения им. средства ввода и вывода газа. B диске соосно

А.Ю.Малинина ., сателлитам выполнены кальцевые проточки, (72) А.А.Арендаренко, А.В.Барыцгев. А,Т.Бу- соединенные с началом газотранспортных равцев, В.В.Волынкин, Н.А.Жигунов, канавок. Глубинавнутренней кольцевой проС.В.Лобызови Г.А,Чариков .. точки меньше, чем внешней. Даны соотно(56) Woclk Е. and Beneklng Н. А novel MAVPE шения для определения-размеров проточек, reactor with a rotating substrate - J, Cryst соотношения для определения конфигураGrowth, l988,.v, 98, М 1-4, р. 216-219; - ции и расположения газотранспортных каFrljllnk P.M. А new verstatlle large size навок, Сателлиты выполнены в форме двух

M0VPE.reactor -3. Gryst Growth, 1988, v. 98, дисков. Верхний диск выполнен диаметром

М 1-4, р. 207-215, больше диаметра нижнего и нижний торец (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЭПИТАКСИАЛЬНО- верхнего диска имеет кромку со скосом; УсГО ВЫРАЩИВАНИЯ ПОЛУПРОВОДНИКС- тройствообеспечиваетувеличениеэоны одВЫХ МАТЕРИАЛОВ .. нородного осаждения эпитаксиальных . (57) Сущность изобретения: устройство со- слоев, Зона однородного осаждения слоя держит реактор, внутри которого размещен GaAs увеличена на.15-20 . 4 з.п. ф-лы, 4 ил. ф

1784668

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство для осаждения эпитаксиальных слоев, содержащее реакционную камеру, средства ввода и вывода ПГС, нагреватель и подлож- 5 кодержатель, выполненный в виде снабженных газотранспортными и сбросными канавками, соединенными соответственно со средствами ввода и вывода транспортно-, го газа ; основания и размещенного в нем 10 диска", в теле которФо над газотранспортными и сброснымй канавками установлены сателлиты с подложками (2).

Недостатком этого устройства является достаточно большой расход транспортного 15 газа для удержания и вращения сателлитов, что приводит к большим боковым утечкам газа и, следовательно, к уменьшению зоны однородного осаждения.

Целью изобретения является увеличе- 20 ние эоны однородного осаждения эпитаксиальных слоев.

Эта цель достигается тем, что в устройстве эпитаксиального выращивания полупроводниковых материалов из газовой 25 фазы, включающем реактор, размещенный в нем подложкодержатель, выполненный в . виде диска, размещенного в основании и имеющего сателлиты, под которыми в диске и основании выполнены газотранспортные 30 и сбросные канавки, и средства ввода и вывода газов, согласно. изобретению в диске соосно сателлитам выполнены кольцевые проточки, соединенные с началом газотранспортных канавок, а глубина внут- 35 ренней кольцевой проточки меньше, чем внешней.

Наружный диаметр и ширина внешней кольцевой проточки равны соответственно

0,3...0,35 и(3,5-4,5) 10 2 наружного диаметра 40 сбросной канавки, а глубина внутренней проточки равна (1,3-1,5) 10 2 наружного диаметра внешней проточки, при этом соседние газотранспортные канавки смещены иа угол 1200, а их оси симметрии имеют форму 45 спирали, удовлетворяющей соотношению р - (0,2-0,3) у, где р- полярный радиус, мм;

<р- полярный угол, град. 50

При этом в диске и основании выполнехо no крайней мере одно отверстие, соединенное со средством вывода газов.

С целью увеличения срока службы подложкодержателя сателлиты выполнены в 55 форме. соединенных между собой-двух дисков, верхний иа которых больше диаметра нижнего, а его нижний торец вйполнен со скосом кромки.

На фиг. 1 представлено устройство, общий вид; на фиг, 2 — вид сверху на основание; на фиг. 3 — вид сверху на диск; на фиг.

4 — узел !на фиг. 1.

Устройство содержит реактор 1, внутри которого расположен подложкодержатель, выполненный в виде основания 2, установленного в нем диска 3, в теле которого размещены сателлиты 4 с подложками 5. Над подложкодержателем расположены соответственно средство ввода ПГС в виде торового коллектора 6 и экран 7. Боковая стенка реакционной камеры 1 выполнена в виде дополнительного коллектора 8, соединенного со средством ввода газа 9. Под подложкодержателем расположены coQTветственно защитный экран 10 с выводным патрубком 11 и нагреватель 12. В теле основания 2 и теле диска 3 выполнены соответственно газотранспортные канавки 13 и 14, соединенные со средством ввода 15 транспортного газа (водорода).

В диске 3 выполнены соосно сателлитам 4 кольцевые проточки 16 и 17, соединенные с началом газотранспортных канавок

14. Глубина внутуенней проточки 17 составляет (1,3-1,5) 10 наружного диаметра проточки 16, В диске 3 выполнены сбросные канавки 18, соединенные с отверстиями 19 и 20 диска 3. отверстиями 21 и 22 основания

2 и выводным патрубком 11. Каждый сателлит 4 выполнен в виде двух соединенных между собой круглых дисков 23 и 24, при этом диаметр верхнего диска 24 больше диаметра нижнего диска 23, а нижний торец

25 верхнего диска 24 выполнен со скосом кромки, Устройство работает следующим образом.

Реакционную камеру 1 герметизируют, продувают и разогревают; Затем через средство ввода 15 транспортного газа Ни (или одновременно) подают транспортный газ через газотранспортные канавки 13 основания 2, газотранспортные канавки 14диска 3 и кольцевые проточки 16 диска 3 под сателлиты 4, за счет чего сателлиты 4 сначала зависают на диском 3, а диск 3 — над основанием 2, а затем начинают вращаться: диск 3 вокруг оси реакционной камеры 1, а сателлиты 4 вокруг своих осей. После чего подают ПГС, например, эрсин As Нз+ пары триметилгаллий (ТМГ) Оа(СНз)з через торцовый коллектор 6 и дополнительный коллектор 8. Происходит осаждение эпитаксиального слоя ОаАз на подложках 5, продукты реакции (метан СН4) уходят через выходной патрубок 11, а транспортный газ выводится через сбросные канавки 18, от1784668 верстия 19, 20, 21 и 22 и выводной патрубок

11.

Снабжение подложкодержателя выполненными в диске соосно сателлитам кольцевыми проточками, соединенными с началом газотранспортных канавок, позволяет уменьшить расход транспортного газа для удержания сателлитов и, следовательно, утечки с боков сателлитов и увеличить зону однородного осаждения эпитаксиальных слоев.

Диаметр наружной внешней кольцевой проточки составлю ет 0,3-0,35 наружного диаметра сбросных канавок.

Так, уменьшение отношения диаметров меньше 0,3 сокращает подьемную силу, что влечет за собой потребность в увеличении расхода транспортного газа.

Увеличение соотношения в большую сторону против указанного сокращает длину газотранспортных канавок и тем самым крутящий момент. Для поддержания фиксиро. ванного числа оборотов сателлита требуется увеличение расхода транспортного газа, а это приводит к увеличению утечек с боков сателлитов и, следовательно, уменьшает зону однородного осаждения эпитаксиальных слоев, Уменьшение соотношения ширины внешней кольцевой проточки и наружного диаметра сбросных канавок менее 0.035 приводит к неустойчивому вращению сателлитов и уменьшению зоны однородного осаждения, Увеличение соотношения ширины более 0,045 влечет увеличение тепловых потерь и неоднородности эпитаксиального слоя по концентрации, Уменьшение глубины внутренней проточки менее 1,3х10 ведет к ухудшению стабильности вращения и, следовательно, уменьшает зону однородного осаждения зпитаксиального слоя, а увеличение более

-2

1,5х10 ведет к увеличению тепловых потерь и неоднородности эпитаксиального слоя по концентрации.

Пример осуществления устройства при номинальных значениях наружного диаметра и ширины внешней кольцевой проточки соответственно 0,32 и 0,04 наружного диаметра сбросных канавок и при значении

1,4х10 глубины внутренней проточки от

-г наружного диаметра проточки, Так, при наружном диаметре сбросных канавок 60 мм наружный диаметр кольце- 5 вой проточки составляет 19,2 мм, ширина кольцевой проточки — 2,4 мм и глубина внутренней кольцевой проточки равна 0,27 мм.

При вышеуказанных значениях увеличивается зона однородного осаждения эпи2. Устройство по п.1, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что наружный диаметр и ширина внешней кольцевой проточки равны соот45 ветственно 0,3-0,35 и (3,5-4,5) 10 наружного диаметра сбросной канавки, а глубина внутренней проточки равна (1,3-1,5) 10 наружного диаметра внешней проточки, 3. Устройство по п.1, о т л и ч а ю щ е е50 с я тем, что соседние газотранспортные канавки смещены на угол 120, а их оси симметрии имеют форму спирали, уловлетворяющей соотношению

5 р-(02-0,3) р, где р — полярный радиус. мм; ф — полярный угол, град.

4, Устройство по п,1, о т i и «а о щ е ес я тем, что в диске и основании "-.,Ic с л.«ено таксиальных слоев, т.к. утечки с боков сателлитов незначительные, уменьшаются тепловые потери и улучшается стабильность вращения.

5 Диапазон и форма задания транспортной канавки p = (0,2-0,3) р обеспечивает максимальный крутящий момент, т.е. заданная скорость вращения достигается при минимальном расходе транспортного газа.

10 Нависание и скос кромки сателлита обеспечивают увеличение срока службы реактора между очистками подложкодержателя, это обеспечивается и уменьшением осаждения поликристалла в зазорах между

15 диском и сателлитами.

Все указанное в совокупности позволяет,увеличить зону однородного осаждения зпитаксиального слоя GaAs на 15-20 для подложек диаметром 76 и 60 мм.

20 Кроме того, предлагаемое устройство позволяет увеличить процент выхода годных подложек и улучшить технику безопасности.

Формула изобретения

25 1. Устройство для эпитаксиального выращивания полупроводниковых материалов из газовой фазы, включающее реактор, размещенный в нем подложкодержатель, выполненный в виде диска, размещенного в

30 основании и имеющего сателлиты, под которыми в диске и в основании выполнены газотранспортные и сбросные канавки, и средства ввода и вывода газов, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью увеличения зоны

35 однородно о осаждения эпитаксиальных слоев, в диске соосно сателлитам выполнены кольцевые проточки, соединенные с началом газотранспортных канавок, а глубина внутренней кольцевой проточки мень40 ше, чем внешней.

1784668 по крайней мере одно отверстие, соединенное со средством вывода газов.

5. Устройство по п.1, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что, с целью увеличения срока службы подложкодержателя, сателлиты выполнены в форме соединенных между собой двух дисков, верхний из которых больше диаметра нижнего, а его нижний торец вы5 полнен со скосом кромки.

1784668

Составитель Н, Давыдова

Техред М.Моргентал, Корректор В. Петраш

Редактор

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина. 101

Заказ 4350 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж 35, Раушская наб., 4/5