УСТРОЙСТВО ДЛЯ АТОМНО-СЛОЕВОГО ОСАЖДЕНИЯ

Полезная модель относится к получению веществ из газовой фазы, более конкретно - к атомно-слоевому осаждению пленок наноразмерной толщины для приборов электронной техники.
Основной недостаток - временной режим, смена циклов реакций и продувок, требующий затраты большого времени (10-20 с для наращивания всего лишь мономолекулярного слоя).
В аналоге используется модель идеального вытеснения, для чего применен поршневой принцип [1]. Однако в конструкции требуются сальниковые уплотнения на диаметре 150 мм и более, что снижает надежность герметизации.
Альтернативой может служить так называемый пространственный режим, в котором подложки смещаются последовательно по прямой или по кругу, как в [2, 3]. Первая конструкция реализована в виде линии, число камер в которой вдвое больше числа требуемых слоев, и потому она чрезвычайно громоздка. Конструкция с вращающимся пьедесталом, принятая нами за ближайший прототип, отличается тем, что смещение производится за счет вращения.
Основной трудностью, не решенной в обеих конструкциях, является отсутствие уплотнения между камерой и пьедесталом (не менее 0,5 мм). При вращении пограничный слой газа перемещается из камеры в камеру, что исключает возможность слоевого осаждения. Этот нежелательный эффект возрастает по мере роста диаметра подложек. Поэтому эта конструкция, приведенная в [3] принимается за ближайший прототип. В этой конструкции недостатком является также зависимость времени пребывания в камере от расстояния участка пластины до центра вращения. Поэтому возникает еще один источник неоднородности скорости роста. Исходные пластины необходимо резать на куски размером не более 100 мм, но и это не позволило в реакторе реализовать режим истинного атомно-слоевого осаждения, о чем явно свидетельствует разброс толщины по площади на уровне +-5%, то есть в диапазоне, характерном для типичного осаждения из газовой фазы.
Задачей настоящей полезной модели является повышение производительности за счет исключения смешения реагентов из-за наличия неплотности зазора между камерами и пьедесталом. Кроме того ставится цель увеличения диаметра подложек. Эти цели достигаются тем, что реакционные камеры имеют механизм подъема и опускания во время перемещения, а также уплотнения. Смена позиций осуществляется за счет последовательных поворотов на 45° в зависимости от числа камер 2.
Фиг. 1 - устройство атомно-слоевого осаждения, где:
1 - реакционная камера с пьедесталом для пластины;
2 - крышка поворотная с трубками подачи компонентов;
3 - продувочная камера;
4 - механизм подъема и поворота;
5 - шевронное уплотнение;
6 - нагреватель.
Устройство работает следующим образом.
Вначале производится нагрев и продувка азотом, затем основание (1) и поворотная крышка (2) смыкаются, и происходит откачка. По достижению заданного давления происходит подача компонентов. Первый цикл начинается с подачи триметилалюминия (или иного прекурсора) только в две камеры. В две другие камеры подаются пары воды. Далее основание и крышка размыкаются, происходит продувка и поворот на 45° (фиг. 2) в течение 4-5 с. Основание и крышка смыкаются, и происходит подача компонентов в 4 камеры (прекурсоры в 2 камеры и пары воды в другие две камеры). Цикл закончен. Последний цикл заканчивается подачей паров воды только в две камеры.
Таким образом, загрузка 4-х пластин вместо одной, остановочный режим вместо непрерывного вращения обуславливает повышение производительности на порядок по сравнению с традиционными установками.
Кроме этого, преимущество с прототипом состоит также в том, что выполняется режим истинного атомно-слоевого осаждения.
Источники информации
1. Заявка №2015149062/02 (075535) от 17.11.2015. Устройство для атомно-слоевого осаждение тонких пленок из газовой фазы.
2. Very low surface recombination velocities on p- and n-type c-Si by ultrafast spatial atomic layer deposition of aluminum oxide, Florian Werner et al., APPLIED PHYSICS LETTERS 97, 162103 2010, SoLayTec, P.O. Box 6235, 5600 HE Eindhoven, The Netherlands.
3. Roll-to-roll atomic layer deposition process for flexible electronics encapsulation applications AVS: Science & Technology of Materials, Interfaces, and Processing Journal of Vacuum Science & Technology A 32, 051603 (2014).