RU2769751C1 - Устройство для нанесения сверхтолстых слоев поликристаллического кремния - Google Patents
Устройство для нанесения сверхтолстых слоев поликристаллического кремния Download PDFInfo
- Publication number
- RU2769751C1 RU2769751C1 RU2021114957A RU2021114957A RU2769751C1 RU 2769751 C1 RU2769751 C1 RU 2769751C1 RU 2021114957 A RU2021114957 A RU 2021114957A RU 2021114957 A RU2021114957 A RU 2021114957A RU 2769751 C1 RU2769751 C1 RU 2769751C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- heater
- screen
- chamber
- substrate holder
- silicon
- Prior art date
Links
- 230000008021 deposition Effects 0.000 title claims abstract description 24
- 229910021420 polycrystalline silicon Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 22
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 55
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 55
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 53
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims abstract description 53
- 238000011068 loading method Methods 0.000 claims abstract description 40
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 26
- 239000010453 quartz Substances 0.000 claims abstract description 8
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 8
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 239000010439 graphite Substances 0.000 claims description 8
- 239000000428 dust Substances 0.000 claims description 5
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 abstract description 14
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 8
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 abstract description 6
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 4
- 238000004377 microelectronic Methods 0.000 abstract description 3
- 235000012431 wafers Nutrition 0.000 abstract description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 description 31
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 29
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 25
- 239000010408 film Substances 0.000 description 14
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 12
- 238000001451 molecular beam epitaxy Methods 0.000 description 8
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 7
- 238000004943 liquid phase epitaxy Methods 0.000 description 7
- 238000000407 epitaxy Methods 0.000 description 6
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 6
- 239000000463 material Substances 0.000 description 6
- BLRPTPMANUNPDV-UHFFFAOYSA-N Silane Chemical compound [SiH4] BLRPTPMANUNPDV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 5
- 238000001755 magnetron sputter deposition Methods 0.000 description 5
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 4
- 229910000077 silane Inorganic materials 0.000 description 4
- 238000000859 sublimation Methods 0.000 description 4
- 230000008022 sublimation Effects 0.000 description 4
- 125000004429 atom Chemical group 0.000 description 3
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 3
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 3
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910020751 SixGe1-x Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000005275 alloying Methods 0.000 description 2
- 239000007795 chemical reaction product Substances 0.000 description 2
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 2
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 2
- 230000005670 electromagnetic radiation Effects 0.000 description 2
- 238000010894 electron beam technology Methods 0.000 description 2
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 2
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 2
- 230000006698 induction Effects 0.000 description 2
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 2
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 2
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 2
- 229920005591 polysilicon Polymers 0.000 description 2
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 2
- 238000000927 vapour-phase epitaxy Methods 0.000 description 2
- VXEGSRKPIUDPQT-UHFFFAOYSA-N 4-[4-(4-methoxyphenyl)piperazin-1-yl]aniline Chemical compound C1=CC(OC)=CC=C1N1CCN(C=2C=CC(N)=CC=2)CC1 VXEGSRKPIUDPQT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000861 Mg alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910003902 SiCl 4 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910021417 amorphous silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 238000005234 chemical deposition Methods 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 1
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 1
- SLLGVCUQYRMELA-UHFFFAOYSA-N chlorosilicon Chemical compound Cl[Si] SLLGVCUQYRMELA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 1
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 1
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 1
- 238000005137 deposition process Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- MROCJMGDEKINLD-UHFFFAOYSA-N dichlorosilane Chemical compound Cl[SiH2]Cl MROCJMGDEKINLD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002019 doping agent Substances 0.000 description 1
- 239000003814 drug Substances 0.000 description 1
- 150000004820 halides Chemical class 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 125000004435 hydrogen atom Chemical class [H]* 0.000 description 1
- 239000007943 implant Substances 0.000 description 1
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 description 1
- 238000007737 ion beam deposition Methods 0.000 description 1
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 1
- 238000004020 luminiscence type Methods 0.000 description 1
- 210000002445 nipple Anatomy 0.000 description 1
- 230000005693 optoelectronics Effects 0.000 description 1
- 239000008188 pellet Substances 0.000 description 1
- 238000000053 physical method Methods 0.000 description 1
- 238000004886 process control Methods 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 239000000047 product Substances 0.000 description 1
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 1
- 238000004549 pulsed laser deposition Methods 0.000 description 1
- 238000010926 purge Methods 0.000 description 1
- 238000000746 purification Methods 0.000 description 1
- 239000012495 reaction gas Substances 0.000 description 1
- 238000012552 review Methods 0.000 description 1
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 description 1
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 description 1
- HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N silicon nitride Chemical compound N12[Si]34N5[Si]62N3[Si]51N64 HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000005049 silicon tetrachloride Substances 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 1
- 238000000427 thin-film deposition Methods 0.000 description 1
- ZDHXKXAHOVTTAH-UHFFFAOYSA-N trichlorosilane Chemical compound Cl[SiH](Cl)Cl ZDHXKXAHOVTTAH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000005052 trichlorosilane Substances 0.000 description 1
- 238000001771 vacuum deposition Methods 0.000 description 1
- 239000012808 vapor phase Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
- H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
- H01L21/20—Deposition of semiconductor materials on a substrate, e.g. epitaxial growth solid phase epitaxy
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области изготовления полупроводниковых структур и может быть использовано при производстве кремниевых пластин для изготовления силовых приборов в микроэлектронике. Сущность изобретения заключается в том, что в устройство для нанесения сверхтолстых слоев поликристаллического кремния, включающее камеру 1, в которой расположен нагреватель 2, на первой поверхности 3 нагревателя 2 установлена пластина-источник кремния 4, при этом в камере 1 расположен держатель подложки 5 и она включает модуль подвода газовой смеси 18 и модуль вывода газовой смеси 19, введен первый экран 6 в виде плоского элемента, сопряженный с держателем подложки 5, в него также введен второй экран 7, выполненный в виде кольца и сопряженный первым торцом 8 с первым экраном 6, а вторым торцом 9 - с нагревателем 2 и пластиной-источником кремния 4, внутри второго экрана 7 расположен держатель подложки 5, причем камера 1 включает кварцевый реактор 13, а держатель подложки 5, первый экран 6 и второй экран 7 представляют собой загрузочную ячейку 10, сопряженную с первой поверхностью 3 нагревателя 2. Технический результат изобретения заключается в достижении управляемости формирования полупроводниковых структур и, как следствие, повышении скорости роста. 6 з.п. ф-лы, 5 ил.
Description
Изобретение относится к области изготовления полупроводниковых структур и может быть использовано при производстве кремниевых пластин для изготовления силовых приборов в микроэлектронике.
Известны следующие технологии и оборудование для нанесения слоев кремния. Газофазная эпитаксия (ГФЭ) заключается в выращивании кремния на образцах из газовой фазы в кварцевом реакторе. Процесс проводится при атмосферном или пониженном давлении при пропускании потока парогазовой смеси через реактор на подложках, нагретых от 400 до 1200°С. Для выращивания кремния используются четыре кремнийсодержащих реагента: тетрахлорид кремния SiCl4, трихлорсилан SiHCl3, дихлорсилан SiH2Cl2 и силан SiH4. В результате реакций кремний осаждается на подложке, а продукты реакции уносятся потоком газа. При добавлении в газовую смесь галогенидов легирующих элементов: BCl3, AsCl3, PCl3 осуществляется легирование эпитаксиальных слоев. Газофазная эпитаксия дает возможность получать пленки поликристаллического кремния, нитрида кремния и карбида кремния. Основные преимущества ГФЭ - возможность нанесения однородного по толщине тонкого эпитаксиального слоя на подложку большой площади. Эпитаксиальный слой может быть локально нанесен на определенном участке поверхности подложки. Недостатком считается ограниченная скорость роста слоев при пониженных температурах эпитаксии.
Жидкофазная эпитаксия (ЖФЭ является методом эпитаксии из жидкой фазы, основанном на наращивании монокристаллического слоя полупроводника из расплава или раствора, который насыщен полупроводниковым материалом. Полупроводниковую подложку погружают в расплав, который начинают медленно охлаждать. В процессе охлаждения материал источника рекристаллизуется на подложке, затем растворитель сливается. В методе ЖФЭ толщина осажденного слоя зависит от объема растворителя, перепада температур при охлаждении и площади поверхности подложки. Измеренная средняя нормальная скорость роста при этом составляет приблизительно 0,27 мкм/ч. Давление в камере составляет 5⋅10-4 Па, температура роста 1250°С, продолжительность процесса выращивания от 2 до 5 ч. В основном ЖФЭ применяется в промышленности для получения пленок карбида кремния Достоинства ЖФЭ - относительная простота метода, возможность выращивать слои с высокой степенью однородности на подложках большого размера. ЖФЭ используют для получения толстых эпитаксиальных слоев или высоких концентрации примесей. Пленки, выращенные ЖФЭ, обладают более выраженной люминесценцией, чем полученные газовой эпитаксией. К недостаткам технологии ЖФЭ следует, прежде всего, отнести высокую концентрацию остаточных примесей, источниками которых могут быть атмосфера в ростовой камере или графитовая оснастка.
Плазмохимическое газофазное осаждение (PECVD) является процессом нанесения тонких пленок, при котором осаждение покрытия осуществляется из паровой фазы с использованием газоразрядной плазмы. Использование газоразрядной плазмы для разложения реакционного газа на активные радикалы дает возможность управлять процессами разложения в разряде. Для получения пленок используется тлеющий ВЧ-разряд, СВЧ-разряд, коронный разряд. Пленки нано- и поликристаллического кремния, используемые в микроэлектронике, осаждаются при разложении моносиланов со скоростью несколько нм в секунду. Кремниевые пленки, осажденные методом PECVD при разложении силана ВЧ-индукционным разрядом, находят применение в медицине для создания коррозионно-стойких и биосовместимых покрытий на имплантах из магниевых сплавов. Основное преимущество метода PECVD - возможность осаждать покрытия на подложки различных размеров при пониженных температурах. Применение плазмы в методе осаждения делает процесс формирования пленки более управляемым, позволяет контролировать свойства покрытия заданной микроструктуры и примесного состава, чем при аналогичных методах химического осаждения. Кремниевые пленки, осажденные PECVD-методом, показывают высокие электрофизические характеристики благодаря глубокой очистке от посторонних примесей. Пленки имеют самый низкий уровень напряжений по сравнению с пленками, полученными термическими и пиролитическими методами осаждения, поскольку температура процесса более низкая. Пленки обладают также высокой степенью адгезии покрытия к подложке. Как недостаток можно отметить, что пленки, созданные вышеуказанным методом, содержат большое количество связанного водорода, что может привести к деградации характеристик устройства.
Физические методы осаждения покрытий включают в себя метод магнетронного распыления, вакуумное дуговое осаждение, импульсное лазерное осаждения, молекулярно-лучевая эпитаксия, ионно-пучковое осаждение.
Молекулярно-лучевая эпитаксия (МЛЭ) используется для получения оптоэлектронных приборов и полупроводниковых наногетероструктур. Метод заключается в осаждении вещества на нагретую подложку из атомных или молекулярных потоков в вакууме. В качестве источника молекулярного потока атомов кремния используется электронно-лучевой нагрев. Покрытие формируется путем осаждения испаренных атомов кремния на нагретые до температуры 400-800°С подложки. При осаждении атомов происходит их дрейф по поверхности подложки, в результате чего атомы занимают соответствующие кристаллической структуре вакантные положения. Управление структурой покрытия вплоть до получения аморфных структур можно проводить либо за счет изменения температуры подложки, либо за счет изменения подводимой к испарителю мощности. Преимуществами электронно-лучевого нагрева являются высокая скорость испарения веществ (от 1 до 10 нм/с). Слои Si, полученные методом МЛЭ, имеют невысокую плотность дефектов кристаллической структуры. От газофазной эпитаксии МЛЭ выгодно отличает возможность выращивать эпитаксиальные слои кремния при низких температурах. Недостатки МЛЭ заключаются в том, что для эпитаксии необходимо дорогое оборудование, сверхвысокий вакуум от 10-8 до 10-9 Па. Для уменьшения количества дефектов, эпитаксиальное наращивание качественных пленок проводят при небольших скоростях роста (от 0,1 до 0,2 мкм/ч). При больших скоростях появляются дефекты покрытия (капли). Небольшая скорость эпитаксии затрудняет получение слоев толщиной более нескольких десятых микрометров. Также выбор легирующих примесей ограничен.
Технология сублимационной молекулярно-лучевой эпитаксии (СМЛЭ) заключается в сублимации напыляемых материалов путем резистивного нагрева электрическим током источника испаряемого материала. Источниками паров кремния и примесей в методе СМЛЭ являются пластины Si, легированные нужными примесями. Скорость испарения кремния из твердого состояния достигает 20 мкм/ч, что на 2 порядка выше скорости роста слоев в методе МЛЭ. Давление в камере составляет 10-5 Па. Время процесса осаждения может быть от 1 до 2 часов в зависимости от параметров процесса. Температуру подложки изменяют в пределах от 400 до 700°С, температуру сублимационного источника - в пределах от 1350 до 1400°С. Сублимационные эпитаксиальные слои обладают лучшей, по сравнению со слоями, полученными методом ЖФЭ, морфологией поверхности. Стоимость оборудования для СМЛЭ меньше, чем в МЛЭ. При этом выращиваются слои с хорошими электрофизическими характеристиками. Методом СМЛЭ можно вырастить многослойные наноразмерные эпитаксиальные структуры Si, SixGe1-x, SixGe1-x.
Метод магнетронного распыления (МРС) основан на катодном распылении мишени ионами рабочего газа. Разряд в магнетронной распылительной системе (МРС) горит в неоднородных скрещенных электрических и магнитных полях, локализованных у поверхности распыляемой мишени. Для эффективного горения разряда необходимо создавать магнитное поле величиной от 0,03 до 0,1 Тл. Толщина покрытий может быть от нескольких нанометров до нескольких десятков микрон. Пленки, полученные методом реактивного магнетронного распыления, показывают различную микроструктуру и свойства, зависящие от потенциала подложки, давления в камере, парциального давления азота, температуры подложки. Для напыления легированных слоев используют либо катоды, легированные необходимым элементом, либо составные катоды, где в материал основного материала (кремния) запрессованы таблетки из легирующего элемента в необходимом количестве. Недостатками метода магнетронного распыления является высокая энергоемкость процесса (порядка 500 эВ на атом), невозможность наносить равномерные по толщине покрытия на детали сложной формы. [Клюева, В.А. Обзор методов нанесения кремниевых покрытий // Молодой ученый. - 2016. - №10 (114). - С. 236-246].
Известно также устройство для получения пленок аморфного кремния, содержащее вакуумную камеру осаждения с расположенной в ней подложкой, систему подачи газовой смеси и вытяжки продуктов реакции, а также блок генерации активной плазмы из силансодержащей смеси газа, при этом блок генерации активной плазмы расположен вне камеры осаждения и связан с ней через систему сопел, установленных в стенке камеры осаждения, являющейся одновременно и стенкой блока генерации активной плазмы, при этом блок генерации активной плазмы выполнен в виде электродного блока, подключенного к генератору ВЧ, и содержит разрядную камеру, соединенную через штуцер с источником силансодержащей смеси, причем штуцер одновременно является первым электродом, а вторым электродом и одновременно стенкой разрядной камеры и стенкой камеры осаждения служит мембрана с расположенными в ней соплами [RU 2188878]. Недостаток этого устройства заключается в сложности компоновочного решения и малой скорости роста.
Известно также устройство для нанесения сверхтолстых слоев поликристаллического кремния, представленное в способе формирования полупроводниковых структур, включающее камеру, в которой расположен нагреватель, на первой поверхности нагревателя установлена пластина-источник кремния, при этом в камере расположен держатель подложки и она включает модуль подвода газовой смеси и модуль вывода газовой смеси [RU 2393585]. Недостаток этого устройства заключается в отсутствии инструмента обеспечения управляемого формирования полупроводниковых структур и низкой скоростью роста.
Это устройство выбрано в качестве прототипа предложенного решения
Технический результат изобретения заключается в повышении надежности управления процессом формирования полупроводниковых структур, и как следствие, повышении скорости роста.
Указанный технический результат достигается тем, что в устройство для нанесения сверхтолстых слоев поликристаллического кремния, представленное в способе формирования полупроводниковых структур, включающее камеру, в которой расположен нагреватель, на первой поверхности нагревателя установлена пластина-источник кремния, при этом в камере расположен держатель подложки, и она включает модуль подвода газовой смеси и модуль вывода газовой смеси, введен первый экран в виде плоского элемента, сопряженный с держателем подложки, в него также введен второй экран, выполненный в виде кольца и сопряженный первым торцом с первым экраном, а вторым торцом с нагревателем и пластиной-источником кремния, внутри второго экрана расположен держатель подложки, причем камера включает кварцевый реактор, а держатель подложки, первый экран и второй экран представляют собой загрузочную ячейку, сопряженную с первой поверхностью нагревателя.
Существует вариант, в котором нагреватель выполнен из графита и сопряжен с однозаходным индуктором.
Существует также вариант, в котором нагреватель сопряжен с многозаходным индуктором.
Существует также вариант, в котором пластина-источник кремния расположена также на второй поверхности нагревателя, параллельной первой поверхности, и сопряжена с загрузочной ячейкой, включающей первый держатель подложки, первый экран и второй экран, при этом загрузочная ячейка сопряжена со второй поверхностью нагревателя.
Существует также вариант, в котором нагреватель выполнен в виде многогранника с n поверхностями, на каждой из которых расположена пластина-источник кремния, сопряженная с загрузочной ячейкой, включающей держатель подложки, первый экран и второй экран, при этом загрузочная ячейка сопряжена n поверхностями нагревателя.
Существует также вариант, в котором устройство снабжено транспортной ячейкой, на которой установлен нагреватель с, по меньшей мере, одной пластиной-источником кремния, при этом нагреватель сопряжен с, по меньшей мере, одной загрузочной ячейкой, причем транспортная ячейка установлена в камере с возможностью подвижки.
Существует также вариант, в котором камера снабжена загрузочным пылезащитным боксом.
На фиг. 1 изображена схема устройства для нанесения сверхтолстых слоев поликристаллического кремния с одной загрузочной ячейкой.
На фиг. 2 изображена схема устройства для нанесения сверхтолстых слоев поликристаллического кремния с двумя загрузочными ячейками.
На фиг. 3 изображена схема устройства для нанесения сверхтолстых слоев поликристаллического кремния с n загрузочными ячейками.
На фиг. 4 изображено сечение А-А устройства для нанесения сверхтолстых слоев поликристаллического кремния с n загрузочными ячейками.
На фиг. 5 изображена схема устройства для нанесения сверхтолстых слоев поликристаллического кремния с транспортной ячейкой и пылезащитным боксом.
Устройство для нанесения сверхтолстых слоев поликристаллического кремния включает камеру 1 (фиг. 1), в которой расположен нагреватель 2. На поверхности 3 нагревателя 2 установлена пластина-источник кремния 4, имеющая, например, размеры ∅150 мм. В камере 1 расположен держатель подложки 5, выполненный из графита. В устройство введен первый экран 6 в виде плоского элемента, сопряженный с держателем подложки 5. Первый экран 6 может быть изготовлен из графита. В устройство также введен второй экран 7, выполненный в виде кольца и сопряженный первым торцом 8 с первым экраном 6, а вторым торцом 9 с нагревателем 2 и пластиной-источником кремния 4. Второй экран 7 может быть изготовлен из графита. Внутри второго экрана 7 расположен держатель подложки 5. Держатель подложки 5, первый экран 6 и второй экран 7 представляют собой загрузочную ячейку 10, сопряженную с первой поверхностью 3 нагревателя 2. На держателе 5 установлена подложка кремния И. Нагреватель 2 с пластиной-источником кремния 4 и загрузочной ячейкой 10 может быть установлена на кронштейне 12. Камера 1 включает кварцевый реактор 13, соединенный с первым фланцем 14 и втором фланцем 15. Первый фланец 14 включает отверстие 16 и сопряжен с первой крышкой 17. В первом фланце 14 установлен модуль подвода газовой смеси 18, выполненный в виде ниппельного соединения VCR. Во втором фланце 15 установлен модуль вывода газовой смеси 19, выполненный в виде фланцевого соединения стандарта KF. Модуль подвода газовой смеси 18 соединен с блоком подачи газовой смеси 20, подключенным к блоку управления 21. В качестве блока подачи газовой смеси 20 можно использовать газовую линейку, состоящую из крана, регулятора давления, регулятора расхода газа, мембранного клапана (не показаны).
В предпочтительном варианте нагреватель 2 выполнен из графита и сопряжен с однозаходным индуктором 22, выполненным, например, в виде винтовой спирали из медной трубы и подключенным к блоку управления 21
Существует вариант, в котором нагреватель 2 (фиг. 2) сопряжен с многозаходным индуктором 23, выполненным в виде многозаходной винтовой спирали из нескольких медных труб.
Существует также вариант, в котором пластина-источник кремния 4 расположена также на второй поверхности 24 нагревателя 2. При этом вторая поверхность 24 параллельна первой поверхности 3 и сопряжена с загрузочной ячейкой 10, включающей первый держатель подложки 5, первый экран 6 и второй экран 7. Причем загрузочная ячейка 10 сопряжена со второй поверхностью 24 нагревателя 2.
Существует также вариант, в котором нагреватель 2 (фиг. 3, фиг. 4) выполнен в виде многогранника 25 с n поверхностями 26. В преимущественном варианте может использоваться правильный многогранник. На каждой поверхности 26 расположена пластина-источник кремния 4, сопряженная с загрузочной ячейкой 10, включающей держатель подложки 5, первый экран 6 и второй экран 7, при этом загрузочная ячейка 10 сопряжена n поверхностями 26 нагревателя 2.
Существует также вариант, в котором устройство снабжено транспортной ячейкой 27 (фиг. 5), на которой установлен нагреватель 2 с по меньшей мере, одной пластиной-источником кремния 4, при этом нагреватель 2 сопряжен с, по меньшей мере, одной загрузочной ячейкой 10. Элементы, установленные на транспортную ячейку 27, представляют собой садку. Транспортная ячейка 27 может быть установлена в камере 1 с возможностью подвижки. Эта подвижка может быть осуществлена с использованием направляющей 28. Транспортная ячейка 27 может быть выполнена в виде кварцевой лодочки. Направляющая 28 может быть выполнена в виде рельсов из кварцевых трубок. Возможен вариант, в котором на транспортной ячейке 27 может быть установлено n пластин-источников кремния 4 и n загрузочных ячеек 10 (не показано).
Существует также вариант, в котором камера 1 снабжена загрузочным пылезащитным боксом 29 со второй крышкой 30.
Существует также вариант, в котором камера 1 снабжена шайбами 31 (фиг. 1), посредством которых можно устанавливать зазор между пластиной источником 4 и подложкой кремния 11.
Устройство для нанесения сверхтолстых слоев поликристаллического кремния (фиг. 1), функционирует следующим образом. Вне камеры 1 на нагреватель 2 кладут пластину-источник кремния 4, поверх которой устанавливают загрузочную ячейку 10, состоящую из второго экрана 7, внутрь которого укладывают шайбу 31, подложку кремния 11, держатель подложки 5 и сверху кладут первый экран 6. Садку помещают внутрь камеры 1 через первую крышку 17. Блок управления 21 подает команду блоку подачи газовой смеси 20 через модуль подвода газовой смеси 18 создать технологическую газовую среду в камере 1. После этого нагреватель 2 под воздействием высокочастотного электромагнитного излучения, исходящего от однозаходного индуктора 22, создает температурный режим порядка 1000-1200°С, в результате чего молекулы кремния с пластины-источника кремния 4 через газовую фазу переходят на подложку кремния 11 и осаждаются на ней, образуя слой поликристаллического кремния. Отработанная газовая смесь под давлением удаляется через модуль вывода газовой смеси 19. После осаждения поликристаллического кремния на подложке кремния 11, устройство необходимо охладить, для чего в камере 1 создается защитная атмосфера из инертного газа путем продувки камеры 1, например, азотом из блока подачи газовой смеси 20 через модуль подвода газовой смеси 18 и модуль вывода газовой смеси 19 при управлении потоком газа от блока управления 21. После охлаждения через первую крышку 17 камеры 1 выполняют выгрузку нагревателя 2 с пластиной-источником кремния 4 и загрузочной ячейкой 10. Далее производят разборку установленных на нем первого экрана 6, второго экрана 7, держателя подложки 5 и подложки кремния 11 со сформированным на ней слоем поликремния. Шайбу 31 и нагреватель 2 очищают от остатков исходной пластины 4.
Работа устройства, изображенного на фиг. 2, аналогична работе устройства, изображенного на фиг. 1. Она отличается тем, что на нагреватель 2 пластины-источника кремния 4 две загрузочные ячейки 10 размещают с двух сторон, что позволяет вдвое повысить производительность устройства. То, что в качестве источника электромагнитного излучения используется многозаходный индуктор 23, позволяет снизить напряжение на клеммах многозаходного индуктора 23, что в свою очередь уменьшает электромагнитные наводки в коммуникационных системах блока управления 21. Последовательность технологических операций такая же, как и в случае работы устройства, изображенного на фиг. 1.
Работа устройства, изображенного на фиг. 3 и фиг. 4 аналогична работе устройства, изображенного на фиг. 1 и отличается лишь тем, что нагреватель 2 выполнен в виде многогранной призмы, и на каждую поверхность 26 многогранника 25 помещают пластину-источник кремния 4 и загрузочную ячейку 10, что позволяет в n раз повысить производительность устройства. Последовательность технологических операций такая же, как и в случае работы устройства, изображенного на фиг. 1.
Работа устройства, изображенного на фиг. 5 предусматривает после сборки конструкции, состоящей из нагревателя 2, пластины-источника кремния 4 и загрузочной ячейки 10, размещение их в загрузочный пылезащитный бокс 29 через вторую крышку 30 на транспортную ячейку 27. Открыв первую крышку 17, по направляющей 28 транспортную ячейку 27 вдвигают в камеру 1 в положение с оптимальной газовой средой и температурой, которое определяется при проведении наладочных процессов по скорости роста и равномерности полупроводникового слоя. Подробнее эти процессы см. в [А.Т. Александрова, Оборудование электровакуумного производства. «ЭНЕРГИЯ», М. // - 383 с.]. Затем первую крышку 17 закрывают. Далее проводят процесс нанесения сверхтолстых слоев поликристаллического кремния аналогично работе устройства, изображенного на фиг. 1. По окончании процесса нанесения сверхтолстых слоев поликристаллического кремния производят выгрузку транспортной ячейки 27 с собранной на ней конструкцией из камеры 1 в загрузочный пылезащитный бокс 29 по направляющей 28, из которого вынимают садку через вторую крышку 30 и производят разборку, аналогично действиям в варианте по фиг. 1.
То, что в устройство для нанесения сверхтолстых слоев поликристаллического кремния введен первый экран 6 в виде плоского элемента, сопряженный с держателем подложки 5, в него также введен второй экран 7, выполненный в виде кольца и сопряженный первым торцом 8 с первым экраном 6, а вторым торцом 9 с нагревателем 2 и пластиной-источником кремния 4, внутри второго экрана 7 расположен держатель подложки 5, причем камера 1 включает кварцевый реактор 13, а держатель подложки 5, первый экран 6 и второй экран 7 представляют собой загрузочную ячейку 10, сопряженную с первой поверхностью 3 нагревателя 2 позволяет обеспечить необходимый управляемый температурный режим за счет формирования равномерного температурного поля на подложке кремния 11 и достигнуть при этом максимальной скорости роста слоя поликремния.
То, что нагреватель 2 выполнен из графита и сопряжен с однозаходным индуктором 22 позволяет создать температурный режим методом индукционного нагрева, что в большей степени по сравнению с резистивным нагревом влияет на скорость роста поликристаллических слоев кремния и длительность технологического цикла.
То, что нагреватель 2 сопряжен с многозаходным индуктором 23 позволяет снизить напряжение на клеммах индуктора 23 и повысить надежность управления процессом формирования полупроводниковых структур за счет снижения электромагнитных наводок в коммуникационных системах блока управления 21.
То, что пластина-источник кремния 4 расположена также на второй поверхности 24 нагревателя 2, параллельной первой поверхности 3, и сопряжена с загрузочной ячейкой 10, включающей первый держатель подложки 5, первый экран 6 и второй экран 7, при этом загрузочная ячейка 10 сопряжена со второй поверхностью 24 нагревателя 2 позволяет более полно использовать нагревателя 2 повысить производительность его работы.
То, что нагреватель 2 выполнен в виде многогранника 25 с n поверхностями 26, на каждой из которых расположена пластина-источник кремния 4, сопряженная с загрузочной ячейкой 10, включающей держатель подложки 5, первый экран 6 и второй экран 7, при этом загрузочная ячейка 10 сопряжена п поверхностями 26 нагревателя 2 позволяет одновременную обработку n подложек кремния 11, что повышает производительность устройства.
То, что снабжено транспортной ячейкой 27, на которой установлен нагреватель 2 с, по меньшей мере, одной пластиной-источником кремния 4, при этом нагреватель 2 сопряжен с, по меньшей мере, одной загрузочной ячейкой 10, причем транспортная ячейка 27 установлена в камере 1 с возможностью подвижки позволяет находить оптимальное положение загрузочной ячейки 10 в камере 1 для обеспечения необходимой скорости роста в период отработки технологического процесса, а также упрощает загрузку и выгрузку.
То, что камера 1 снабжена загрузочным пылезащитным боксом 29 позволяет сократить привносимую дефектность и увеличить выход годных изделий.
Claims (7)
1. Устройство для нанесения сверхтолстых слоев поликристаллического кремния, включающее камеру, в которой расположен нагреватель, на первой поверхности нагревателя установлена пластина-источник кремния, при этом в камере расположен держатель подложки и она включает модуль подвода газовой смеси и модуль вывода газовой смеси, отличающееся тем, что в него введен первый экран в виде плоского элемента, сопряженный с держателем подложки, в него также введен второй экран, выполненный в виде кольца и сопряженный первым торцом с первым экраном, а вторым торцом - с нагревателем и пластиной-источником кремния, внутри второго экрана расположен держатель подложки, причем камера включает кварцевый реактор, а держатель подложки, первый экран и второй экран представляют собой загрузочную ячейку, сопряженную с первой поверхностью нагревателя.
2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что нагреватель выполнен из графита и сопряжен с однозаходным индуктором.
3. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что нагреватель сопряжен с многозаходным индуктором.
4. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что пластина-источник кремния расположена также на второй поверхности нагревателя, параллельной первой поверхности, и сопряжена с загрузочной ячейкой, включающей держатель подложки, первый экран и второй экран, при этом загрузочная ячейка сопряжена со второй поверхностью нагревателя.
5. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что нагреватель выполнен в виде многогранника с n поверхностями, на каждой из которых расположена пластина-источник кремния, сопряженная с загрузочной ячейкой, включающей держатель подложки, первый экран и второй экран, при этом загрузочная ячейка сопряжена n поверхностями нагревателя.
6. Устройство по пп. 1–3, отличающееся тем, что оно снабжено транспортной ячейкой, на которой установлен нагреватель с, по меньшей мере, одной пластиной-источником кремния, при этом нагреватель сопряжен с, по меньшей мере, одной загрузочной ячейкой, причем транспортная ячейка установлена в камере с возможностью подвижки.
7. Устройство по пп. 1–3, отличающееся тем, что камера снабжена загрузочным пылезащитным боксом.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2021114957A RU2769751C1 (ru) | 2021-05-25 | 2021-05-25 | Устройство для нанесения сверхтолстых слоев поликристаллического кремния |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2021114957A RU2769751C1 (ru) | 2021-05-25 | 2021-05-25 | Устройство для нанесения сверхтолстых слоев поликристаллического кремния |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2769751C1 true RU2769751C1 (ru) | 2022-04-05 |
Family
ID=81076257
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2021114957A RU2769751C1 (ru) | 2021-05-25 | 2021-05-25 | Устройство для нанесения сверхтолстых слоев поликристаллического кремния |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2769751C1 (ru) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2189663C2 (ru) * | 1997-06-30 | 2002-09-20 | Мацушита Электрик Индастриал Ко., Лтд. | Способ и устройство для изготовления тонкой полупроводниковой пленки |
| US6620247B2 (en) * | 1998-10-23 | 2003-09-16 | Nissin Electric Co., Ltd. | Thin polycrystalline silicon film forming apparatus |
| US20030207547A1 (en) * | 2001-05-15 | 2003-11-06 | Shulin Wang | Silicon deposition process in resistively heated single wafer chamber |
| RU2357024C1 (ru) * | 2008-03-20 | 2009-05-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Горно-химический комбинат" | Установка для получения стержней поликристаллического кремния |
-
2021
- 2021-05-25 RU RU2021114957A patent/RU2769751C1/ru active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2189663C2 (ru) * | 1997-06-30 | 2002-09-20 | Мацушита Электрик Индастриал Ко., Лтд. | Способ и устройство для изготовления тонкой полупроводниковой пленки |
| US6620247B2 (en) * | 1998-10-23 | 2003-09-16 | Nissin Electric Co., Ltd. | Thin polycrystalline silicon film forming apparatus |
| US20030207547A1 (en) * | 2001-05-15 | 2003-11-06 | Shulin Wang | Silicon deposition process in resistively heated single wafer chamber |
| RU2357024C1 (ru) * | 2008-03-20 | 2009-05-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Горно-химический комбинат" | Установка для получения стержней поликристаллического кремния |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US6755151B2 (en) | Hot-filament chemical vapor deposition chamber and process with multiple gas inlets | |
| US8474403B2 (en) | Apparatus for forming thin film and method of manufacturing semiconductor film | |
| WO2000063956A1 (en) | Method and apparatus for thin-film deposition, and method of manufacturing thin-film semiconductor device | |
| KR100325500B1 (ko) | 반도체 박막의 제조 방법 및 그 장치 | |
| US5294285A (en) | Process for the production of functional crystalline film | |
| RU2258764C1 (ru) | Способ и устройство для осаждения по меньшей мере частично кристаллического кремниевого слоя на подложку | |
| US7521341B2 (en) | Method of direct deposition of polycrystalline silicon | |
| KR20030090650A (ko) | 부품 제조 방법 및 진공 처리 시스템 | |
| RU2769751C1 (ru) | Устройство для нанесения сверхтолстых слоев поликристаллического кремния | |
| EP0240306B1 (en) | Method for forming deposited film | |
| US20090130337A1 (en) | Programmed high speed deposition of amorphous, nanocrystalline, microcrystalline, or polycrystalline materials having low intrinsic defect density | |
| WO2001065590A2 (en) | Esrf source for ion plating epitaxial deposition | |
| US20060118043A1 (en) | Method for producing coated workpieces, uses and installation for the method | |
| US20090050058A1 (en) | Programmed high speed deposition of amorphous, nanocrystalline, microcrystalline, or polycrystalline materials having low intrinsic defect density | |
| JP2009035780A (ja) | 水素化アモルファスシリコンの製造方法及び製膜装置 | |
| EP2208806A1 (en) | Heating element CVD system | |
| RU214891U1 (ru) | Устройство для газоструйного осаждения алмазных покрытий | |
| WO2016016465A1 (en) | Method and apparatus for hot jet treatment | |
| US20090031951A1 (en) | Programmed high speed deposition of amorphous, nanocrystalline, microcrystalline, or polycrystalline materials having low intrinsic defect density | |
| RU2788258C1 (ru) | Газоструйный способ осаждения алмазных пленок с активацией в плазме свч разряда | |
| RU2792526C1 (ru) | Устройство для нанесения алмазных покрытий | |
| JP3584896B2 (ja) | 結晶性シリコン膜の形成方法及び結晶性シリコン膜の形成装置 | |
| JPH11260726A (ja) | 単結晶シリコン薄膜と多結晶シリコン薄膜の製造方法 | |
| JP2000058460A (ja) | シリコン薄膜製造方法 | |
| JP2927944B2 (ja) | 化学気相堆積法による多結晶質膜の形成方法 |