Реактор для проведения диффузионных процессов

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к производству полупроводниковых приборов. Реактор содержит горизонтальную трубу с отверстием для подачи газа и отверстием для загрузки и выгрузки полупроводниковых пластин и выпуска газа, а также съемную крышку с отверстием для выпуска газа. Цилиндрическая часть крышки вставляется коаксиально с зазором в выпускное отверстие трубы, причем перед зоной осаждения диффузанта и продуктов реакции, определяемой параметрами конкретного технологического процесса, величина зазора мм, а в зоне осаждения ,05F, где g - зазор между цилиндрической частью съемной крышки и стенкой трубы реактора, мм; D - внутренний диаметр трубы реактора. 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)з Н 01 (21/22

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАТЕНТУ

00 °

С>

Ф о (о

ЬЭ

1 (21) 4932000/25 (22) 30.04.91 (46) 23.03.93, Бюл. N 11 (75) В.В.Кондрашов и С.А.Мурзин (73) Товарищество с ограниченной ответственностью "КМК" (56) Заявка Японии ¹ 61-267319, кл. Н 01 (21/22, 1986, Авторское свидетельство СССР

M 1634050, кл. Н 01 (21/22, 1989. (54) РЕАКТОР ДЛЯ ПРОВЕДЕНИЯ ДИФФУЗИОННЫХ ПРОЦЕССОВ . (57) Изобретение относится к производству полупроводниковых приборов, Реактор соИзобретение относится к производству полупроводниковых приборов, а именно к конструкциям реакторов для проведения диффузионных процессов, сопровождающихся сублимацией диффузанта или продуктов реакции, например для диффузии галлия из трехокиси галлия методом открытой трубы.

Целью. изобретения является повышение процента выхода годных в процессе производства полупроводниковых приборов, увеличение срока службы реактора для проведения дифффузионных процессов, а также уменьшение расхода кварца на его изготовление, Указанная цель достигается тем, что конструкция реактора предусматривает защиту внутренней стенки трубы в зоне осаждения диффузанта и продуктов реакции (например, для процесса диффузии галлия в открытой трубе зто зона с Т < 750 С) с по„„5U„„ 1804662 А3 держит горизонтальную трубу с отверстием для подачи газа и отверстием для загрузки и выгрузки полупроводниковых пластин и выпуска газа, а также съемную крышку с отверстием для выпуска газа. Цилиндрическая часть крышки вставляется коаксиально с зазором в выпускное отверстие трубы, причем перед зоной осаждения диффузанта и продуктов реакции, определяемой параметрами конкретного технологического процесса, величина зазора 9<5 ????, ?? ?? ???????? ?????????????????? g>0,05F, где g — зазор между цилиндрической частью съемной крышки и стенкой трубы реактора, мм; 0 — внутренний диаметр трубы реактора, 1 ил. мощью съемной крышки, имеющей удлиненную часть, расположенную коаксиально с зазором g, переменным. относительно внутренней стенки трубы реактора с внутренним диаметром D, причем перед зоной осаждения диффузанта и продуктов реакции g<5 ????, ?? ?? ???????? ?????????????????? g>0,05D.

Благодаря тому, что зазор является не постоянным по длине трубы реактора, а переменным, появляется возможность устранить недостатки конструкции прототипа, обусловленные ограничительными факторами при выборе оптимальной величины зазора g. когда, с одной стороны, для уменьшения зффекта диффузии паров диффузанта и продуктов реакции в зазор g его величина должна быть как можно меньше ("почти вплотную"), а с другой стороны, необходимо обеспечить в зоне осаждения (в

"холодной" зоне печи) некоторый увеличен- . ный зазор между внутренней стенкой трубы. 1804662 и внешней стороной удлиненной части крышки для сохранности компактного слоя сублимата при съеме крышки. Так как вне пределов "холодной" зоны не происходит сублимации диффузанта и продуктов реакции на стенках трубы и удлиненной части крышки, то здесь можно свести зазор g до минимума ("почти вплотную"), т.е. g<5 мм, что, многократно уменьшает количество диффуэанта, попадающего через зазор g в 10

"холодную" зону печи..В "холодной" зоне печи зазор g можно увеличить до значений

g>0,05D, что обеспечивает сохранение компактного слоя сублимата от разрушения при снятии съемной крышки даже при длитель- 15 ной.эксплуатации реактора. Следует подчеркнуть, что осаждение сублимата в зазоре

g происходит в основном в верхней части трубы реактора и, соответственно, внешней стенки удлиненной части съемной крышки 20 реактора. Поэтому при снятии съемной крышки ве.удлиненную часть можно опустить вниз, в результате зазор g между внешней стенкой удлиненной части крышки и внутренней стенкой трубы увеличивается вверху- в 2 раза. Таким образом, за счет переменной величины зазора g по длине реактора одновременно решаются задачи обеспечения чистоты рабочей поверхности пластин при их загрузке и выгрузке, исклю- 30 чвния дополнительных химических обработок трубы реактора, а также уменьшения расхода материала на изготовление цилиндрической части съемной крышки реактора.

Следует отметить, что на практике для одно- 35

ro реактора изготавливают двв сьвмные крышки; так как последние периодически выходят из строя (либо необходима химическая обработка внутренней стенки цилиндрической части, либо необходим ремонт 40 выходного патрубка). Расход кварца на йз. готовление съемных крышек вполне сравним с расходом кварца на изготовлвнив труб реактора. Например, для типового ре актора, применяемого на печах СДО-125/3- 45

15,0 длина трубы реактора 1800-2000 мм, а длина цилиндрической части двух съемнйх крышек (380.-400) х 2 760-800 мм, что со.ставляет около 30 расхода кварца на изготовление трубы реактора. 50

В результате применения предлагаемой конструкции повышается процент выхода годных в процессе производства полупроводниковых приборов, увелйчива- 55 ется срок службы реактора для проведения диффузионных процессов, а также уменьшается расход кварца íà его изготовление.

На чертеже представлено продольное сечение реактора, Проходной трубчатый реактор для проведения диффузионных процессов состоит иэ горизонтальной трубы 1 и съемной крышки 2, изготовленных из кварцевого стекла

ПНП ГО ВЩЛО.027.241 ТУ. Общая длина трубы 2000 мм, толщина стенки 5 мм, внутренний диаметр О = 135 мм. На одном конце трубы .1 имеется отверстие 3 диаметром 15 мм для подачи газа, на другом — отверстие 4 для загрузки и выгрузки обрабатываемых полупроводниковых пластин 9 и выпуска газа. Съемная крышка 2 с помощью шлифового соединения "шлиф КШ 150/75, I OCT

8682-70" герметично и коаксиально вставляется в выпускное отверстие 4 трубы t u своей удлиненной цилиндрической частью наружным диаметром 90 мм и длиной 380

MM защищает внутреннюю стенку трубь в

"холодной" зоне печи (T<750 С) от загрязнения сублимирующимся диффузантом. Необходимо отметить, что в известной конструкции наружный диаметр цилиндрической части крышки 120 мм. На конце удлиненной части сьемной крышки 2 ев наружный диаметр увеличизаетса с 90. до

130 мм. В стенке крышки 2 предусмотрено отверстие 8 диаметром 24 мм для выпуска газа через патрубок 7. В конце цилиндрической части крышки со стороны отверстия для выпуска газа установлена поперечная перегородка 5 с отверстием 6 диаметром 25 мм. Между внутренней стенкой трубы и внешней стенкой удлиненной части крышки имеется переменный зазор, величина которого изменяется от 2,5 мм перед зоной осаждения ("холодной" зоной печи) до 22,5 мм в зоне осаждения ("холодной" зоне печи). В указанном реакторе проводится процесс диффузии галлия иэ трехокиси галлия методом открытой трубы. После загрузки пластин 9 в рабочую зону печи с Т - 1220 С в отверстие 4 трубы 1 коаксиально вставляется крышка 2, причем цилиндрическая часть крышки 2 перекрывает "холодную" зону печи (Т < 750 С), а конически расширенная область удлиненной части крышки выходит за "холодную" зону печи. Герметичность соединения труба-крышка и коаксиальность расположения цилиндрической части крышки относительно внутренней .стенки трубы обеспечивается шлифовым соединением. Проводится процесс диффузии, На интервале легирования через отверстие

3 подается двухкомпонентная газовая смесь (Иг+ Нг). Диффузант (порошок ОагОз), находящийся в кварцевой лодочке перед рабочей зоной, восстанавливается до легколетучего ОагО и переносится в рабочую зону, гдв происходит процесс легирования пластин галлием, Избыточное количество диф1804662

6 фузанта сублимируется в "холодной" зоне трубы реактора в течение всего срока его печи, осаждаясь в основном на внутренней службы и обеспечивает при этом чистоту поверхности крышки 2 в виде порошка со- рабочей поверхности пластин при их обрастава Оа Оз + ОагО, Некоторое незначи- ботке в указанном реакторе, что приводит к тельное количество диффуэанта осаждается 5 повыщению процента выхода годных в протонким компактным слоем в верхней части цессе производства полупроводниковых внутренней стенки трубы и внешней стенки приборов, увеличению срока службы реакудлиненной части крышки, однако зазор тора для проведения диффузионных npog>0,05D препятствует сращиванию и разру- цессов, а также к уменьшению расхода шениюосевшихслоевдажепридлительной 10 кварца на его изготовление. эксплуатации реактора. После проведения Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я процесса диффузии крышка 2 вынимается Реактордля проведения диффузионных из трубы 1 вместе с осевшим в ней диффу- процессов, содержащий горизонтальную зантом, причем при съеме крышки ее удли- трубу, имеющую на одном конце отверстие ненная цилиндрическая часть опускается 15 для подачи газа, а надругом-отверстиедля вниз, что увеличивает зазор g в верхней загрузки и выгрузки полупроводниковых части.трубы:в 2 раза, и пластины выгру- пластин и выпуска газа, а также съемную жаются. Таким образом, можно проводить крышку с отверстием для выпуска газа, цидиффузионные процессы без дополнитель- линдрическая часть которой вставляется ной химической обработки внутренней 20 коаксиально с зазором в выпускное отверстенки реактора и без загрязнения рабочей стие трубы и имеет со стороны отверстия поверхности трубы частицами сублимата для выпуска газа перегородку с отверстием, ОарОз+ба О. Срок службы трубы реактора отличающийся тем, что, с целью данной конструкции определяется исклю- повышения процента выхода годных получительно особенностями процесса диффу- 25 проводниковых приборов, увеличения срозии (агрессивностью металлического ка службы реактора, а также уменьшения галлия, температурой проведения процесса расхода кварца на его изготовление, зазор и т,д.) и качеством кварцевого стекла реек- между цилиндрической частью съемной . тора и поэтому является максимально воэ- -крышки и стенкой трубы реактора является можным при проведении в нем указанных 30 переменным, причем. перед зоной осаждепроцессов, т.е,. на стойкость реактора не ния диффузанта и продуктов реакции, опреоказывают влияния процессы термоцикли- деляемой параметрами конкретного рования.и химических обработок. Таким об- технологического процесса, величина зазо.раэом, наличие переменного зазора g . ра у<5 ????, ?? ?? ???????? ?????????????????? g>0,050, между внутренней стенкой трубы реактора 35 где: g — зазор между цилиндрической часи внешней стенкой удлиненной цилиндри- тью съемной крышки и стенкой трубы рещческой части съемной крышки реактора ис- тора, (мм); ключвет необходимость дополнительных Π— внутренний диаметр трубы реек химических обработок внутренней стенки ра.

1804662

Составитель В.Кондрашов

Техред M,Ìîðãåíòàë Корректор О.Кравцова

Редактор

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

Заказ 1080 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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