[發(fā)明專利]外延反應(yīng)器的反應(yīng)室

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200980146751.1
• 申請日: 2009-11-20
• 公開（公告）號: CN102224277A
• 公開（公告）日: 2011-10-19
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 馬里奧·普萊蒂
• 申請（專利權(quán)）人: LPE公司
• 主分類號: C23C16/46
• 分類號: C23C16/46;C23C16/48;B01J19/02
• 代理公司: 北京安信方達知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11262
• 代理人: 李冬梅;鄭霞

描述

本發(fā)明涉及外延反應(yīng)器的反應(yīng)室。

外延反應(yīng)器是被設(shè)計用于將單晶層或多晶層材料光滑地且均勻地沉積在襯底(substrate)上的機器；如此處理的襯底然后用于制造電器件(例如，太陽能電池)、電子器件(例如，MOSFET和LED)以及微電子器件(例如，集成電路)。

襯底由具有廣泛可變的直徑(通常在1”＝25mm和18”＝450mm之間)的非常薄的圓盤(它們的厚度通常在100μm到1,500μm的范圍內(nèi))構(gòu)成，并且它們可以由例如硅[SI]、碳化硅[SiC]、鍺[Ge]、砷化鎵[GaAs]、氧化鋁或藍寶石[Al2O3]、或氮化鎵[GaN]制成。

沉積的材料通常為導(dǎo)電材料或半導(dǎo)體材料，例如硅[Si]、碳化硅[SiC]、鍺[Ge]、砷化鎵[GaAs]、氮化鋁[AlN]、氮化鎵[GaN]。

沉積層和下面的襯底可由相同或不同的材料制成。

沉積層的厚度可從幾納米到幾毫米廣泛地變化；當沉積層的厚度超過1mm時，沉積過程一般稱為“本體生長(bulk?growth)”。

已知的外延反應(yīng)器包括一般地基本上由中空的石英部件(hollow?quartz?piece)構(gòu)成的反應(yīng)室；所述中空的石英部件包括具有圓柱體或棱柱體或圓錐體或棱錐體形狀的石英部件部分和軸向通孔；所述石英部件部分適合于根據(jù)三個方向中的兩個界定反應(yīng)和沉積區(qū)，并且適合于容納在軸向通孔內(nèi)部被加熱的至少一個基座(susceptor)；該基座用于支撐襯底并且通常也用于加熱襯底。

存在許多類型的反應(yīng)器；取決于類型，室可以被豎直地或水平地(很少傾斜地)布置；取決于類型，基座可具有圓盤、棱柱體、圓柱體、棱錐體或圓錐體形狀，并且可以為實心的或中空的；取決于類型，可借助于電阻器、感應(yīng)器、燈(很少借助于內(nèi)部燃燒器)來加熱基座；取決于類型，反應(yīng)器可以是“冷壁”反應(yīng)器或“熱壁”反應(yīng)器(這些術(shù)語是指界定反應(yīng)和沉積發(fā)生的空間的壁)。

工藝是在高溫下在外延反應(yīng)器中進行的，即范圍從數(shù)百攝氏度到幾千攝氏度(例如，多晶硅的沉積通常在450℃和800℃之間的溫度下發(fā)生，單晶硅在硅襯底上的沉積通常在850℃和1,250℃之間的溫度下發(fā)生，單晶碳化硅在硅襯底上的沉積通常在1,200℃和1,400℃之間的溫度下發(fā)生，單晶碳化硅在碳化硅襯底上的沉積對于所謂的“外延生長”而言通常在1,500℃和1,700℃之間的溫度下發(fā)生并且對于所謂的“本體生長”而言通常在1,900℃和2,400℃之間的溫度下發(fā)生)，并且它們需要許多能量(數(shù)十KW)來加熱；因此，避免產(chǎn)生的熱能散逸到環(huán)境中是重要的。

為此目的，幾十年來常見做法是將薄(小于100μm)的基于金的材料層應(yīng)用于外延反應(yīng)器的反應(yīng)室的外表面；這種金層是通過某一數(shù)目的上漆循環(huán)和干燥循環(huán)而獲得(獲得光滑的、均勻的且無孔的層是不容易的)，并且它很好地反射由基座發(fā)出的紅外輻射。

在基座為用于加熱襯底的主要元件的那些外延反應(yīng)器中(例如，在感應(yīng)加熱外延反應(yīng)器中)，適當?shù)姆瓷鋵?dǎo)致在生長過程期間襯底的正面和背面之間的溫差小。

這種解決方法的一個缺點是在不久之后(例如數(shù)個月)，金層從反應(yīng)室的石英表面脫離-石英表面越熱，金層將脫離得越快，還因為金的熱膨脹比石英的熱膨脹大；如果反應(yīng)室借助于氣流來冷卻(這是相當常見的)，這種現(xiàn)象甚至更快，還因為由氣流施加到該層上的機械作用；除此之外，經(jīng)之前洗滌循環(huán)留在反應(yīng)室的表面的任何痕量酸進一步助長這種現(xiàn)象。

金層的脫離導(dǎo)致外延反應(yīng)器的電力消耗量增加，因為由基座發(fā)出的紅外輻射的一部分被散逸到環(huán)境中。

而且，金層的不規(guī)則且不均勻的脫離還引起生長襯底的品質(zhì)降低。

由此可見，當所述脫離發(fā)生時，有必要將反應(yīng)室從外延反應(yīng)器卸下，完全除去金層(已部分脫離的)，應(yīng)用新的金層并將反應(yīng)室重新安裝到外延反應(yīng)器中；這些操作成本高且費時，并且只能進行有限的次數(shù)。

本發(fā)明的總體目的是克服上面提及的缺點。

這個目的和其他目的通過具有所附權(quán)利要求提出的特征的反應(yīng)室來實現(xiàn)，所附的權(quán)利要求意圖作為本說明書的組成部分。

在考慮幾種可選的解決方法后，申請人有了如下想法：使反應(yīng)室設(shè)置有由與反應(yīng)室的材料在化學(xué)上(具有相同或相似的化學(xué)性質(zhì)，例如耐受性)、在機械上(具有相同或相似的機械性質(zhì))和在熱上(具有相同或相似的熱性質(zhì)，例如CTE[熱膨脹系數(shù)])相容的材料制成的反射層。

申請人決定采用基于石英的反射材料。

這種解決方法還允許達到與現(xiàn)有技術(shù)中使用的金層的反射相似的反射(例如，入射輻射的70-90％或甚至更多的反射)。