Горизонтальный реактор

Реакторы горизонтального типа не имеют внутри движущихся частей. Поток парогазовой смеси по­дается в реактор параллельно его оси. Схема реактора горизон­тального типа приведена на рис. 7.1.

Реактор 1 изготавливают из кварцевой трубы круглой или прямоугольной формы. Внутри реактора размещают подложкодержатель 3, выполненный из графита и установленный на под­ставках с определенным углом наклона для выравнивания состава парогазовой смеси вдоль длины подложкодержателя.

В процессах эпитаксиального роста кремния при использовании SiH₄, SiHCl₃ или SiCl₄ угол наклона изменяют в соответствии с неравенством подложкодержателя

tgαSiH₄ > tgαSiHCl₃ > tgα SiCl₄.

На подложкодержателе 3 размещают подложки 4, Для нагрева подложек используют индукционный, резистивный или лучистый нагрев. При индукционном нагреве применяют индуктор 2,под­ключенный через согласующие цепи к генератору токов высокой частоты. На разброс параметров наращиваемого слоя оказывает значительное влияние газодинамическая обстановка в реакторе. Для реактора горизонтального типа

1– реакционная камера; 2 – индуктор; 3 – подложкодержатель; 4 – подложки; 5–подача парогазовой смеси

Рисунок 7.1 – Схемы реакторов для газовой эпитаксии

а – горизонтального типа; б – вертикального;

естественная конвекция на­правлена перпендикулярно направлению вынужденной конвек­ции. В этих условиях наблюдается течение газов в виде спиралей или вихрей. В условиях только вынужденной конвекции наблю­дается ламинарное течение газовых потоков. Переход от реакто­ров круглой формы к прямоугольно-эллиптической позволяет уве­личить произво-дительность установки и снизить разброс парамет­ров наращиваемого слоя.

Температуру нагревателя измеряют оптическим пирометром, а температуру газового потока на выходе из реактора — хромель-алюмелевой термопарой, введенной в реактор в кварцевом чехле перпендикулярно потоку газа.

Перспективным направлением в конструировании реак­торов является создание конструкций с объемным расположением подложек и их двусторонним нагревом, что приближает условия обработки подложек к условиям в изотермических реакторах. Схе­ма реактора с объемным расположением подложек при двусторон­нем нагреве показана на рис.7.2.

Подложкодержатель представляет собой конструкцию, выпол­ненную из молибденовых стержней 2(типа «беличьего колеса») и приводимую во вращение. С помощью этих стержней крепят параллельно друг другу графитовые диски 3 толщиной 2,5 мм. За­зор между дисками составляет 7 мм. К каждому графитовому диску с обеих сторон крепят исходные подложки 4с помощью тонких колец из молибдена или карбида кремния. Различные ва­рианты ввода парогазовой смеси в каждый из зазоров между ди­сками и формы осаждаемых слоев показаны на рис.7.3. Наиболее равномерный по толщине слой осаждаемого вещества получается при подаче парогазовой смеси через коллектор, качающийся по дуге (рис.7.3,в). Коллектор представляет собой кварцевую труб­ку диаметром 13 мм с отверстиями диаметром 2 мм.

Технико-экономические показатели реактора с объемным рас­положением подложек при их двустороннем нагреве лучше, чем у обычного реактора горизонтального типа. Так, например, для разогрева подложки в реакторе с объемным расположением подложек до температуры 1100°С требуется 0,5–1,0 кВт вместо 2–4 кВт для других типов реакторов. Эта экономия энергии объясняется уменьше-ниием потерь на излучение при таком расположении под- ложек. Скорость роста слоев кремния в реакторе с объемным рас­положением подложек и двусторонним нагревом до 5 мкм/мин вместо 1 мкм/мин в реакторах других типов.

Вертикальный реактор, пред-назначенный для массового производства эпитаксиальных структур с точно­стью распределения температуры по подложкодержателю ±3°С, разбросом толщины и удельного сопро-тивления выращенных сло­ев в пределах ±10 %, представлен на рис.7.4. Для пластин разных ярусов разброс увели­чивается. Многоярусный подложкодержатель равномерно враща­ется со скоростью З–120 об/мин.

На структуру потока влияет его скорость, условия нагрева, форма подложкодержателя, геометрия реакционных ка­мер и ориентация их в про­странстве, организация вво­да парогазовой смеси и уда­ления из камер продуктов реакции.

Эпитаксиальные установки с горизонтальным реактором про­ще по конструкции (отсутствуют движущиеся части в реакторе), но отличаются высоким расходом рабочих газов и большим раз­бросом по толщине и удельному сопротивлению осаждаемых пле­нок. Установки с вертикальным реактором сложнее по конструк­ции, но обеспечивают самую высокую производительность и мень­ший разброс по толщине и удельному сопротивлению осаждаемых пленок.

Реакторы обычно размещают в отдельных шкафах, которые со­держат устройства оперативного управления, механизации (подъ­ема, поворота), водоохлаждения и пылезащиты зоны загрузки пластин.