外延圆筒反应器用的冷却系统和操作方法技术方案

用化学汽相沉积将材料沉积在半导体晶片上的圆筒学反应器有一冷却系统可保护半导体晶片免受圆筒反应器金属表面的分解所造成的金属污染。分解是由水与圆筒反应器内的其他物质（如ＨＣｌ）反应而引起的。冷却系统有一控制器可监控圆筒反应器的运行状态并据以按设定点操作。当圆筒反应器运行时其金属表面被维持在较冷状态借以使腐蚀性的化学反应推迟发生，而当圆筒反应器不运行时则维持在较热状态以便防止水的吸附并凝结在金属表面上。（*该技术在2017年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术一般地涉及外延圆筒反应器，更具体点说涉及一种能防止金属污染的圆筒反应器用的冷却系统和操作方法。本专利技术一般涉及的那种圆筒反应器被用来在半导体晶片上沉积外延生长层。外延生长在半导体材料工业中是用来使半导体材料达到所需电学性能的一种重要方法。例如在一个重掺杂的基底上生长的轻掺杂的外延层允许CMOS(互补金属氧化物半导体)器件被优化，以便闭锁由于基底的低电阻而得到的抗扰性。其他还可得到的好处如能精确地控制掺杂物浓度的分布和不受氧的影响。载运拟沉积到晶片上的材料(例如硅)的气体被喷射到圆筒反应器的一个反应室容器内，在那里完成硅在晶片上的沉积。该过程是在从挟带蒸汽的气体中将硅沉积在晶片上所需的高温下进行的。多块晶片被夹持在接受器的壁上，一般都是垂直取向使晶片的一个表面暴露以便硅的沉积。反应室容器典型的做法是由石英制成。用一不锈钢密封板将反应室封闭，但该板也可拿走将室打开，以便将半导体晶片插入或移出该室。在密封板与反应室之间的气体环也是由不锈钢制成的。重要的是沉积在晶片上的硅层不能被金属如铁(Fe)、镍(Ni)和钼(Mb)污染，这些金属会有害地影响到外延层内少数载流子的寿命。石英反应室容器并不是金属污染的根源，但密封板和气体环内的不锈钢能提供金属的来源，当它们与反应气体的某些副产品(如Hcl)接触而有剩余的水分存在时便能使不锈钢腐蚀。当圆筒反应器被打开，不锈钢与周围空气中的水蒸汽接触时，水分便会吸附在不锈钢上。腐蚀剂如Hcl也可因为用来对接受器的硅沉积进行深蚀刻而被留在室内。不锈钢的腐蚀产物可被运送到反应室内并被反应气体和硅挟带沉积在晶片上。为了防止来自密封板和气体环的污染，圆筒反应器可这样构造，用挡壁使反应气体的流动转为离开密封板和气体环并用清洗气在密封板和气体环暴露在反应气体下的区域上流动以资保护。圆筒反应器特别是包括其密封板和气体环都用水冷却。冷却密封板可防止密封板翘曲。另外，在圆筒反应器运行时从密封板和气体环对反应室暴露的金属表面上移走热量可延迟化学反应进行的速率，该反应使原子Fe从不锈钢释出，是我们不希望出现的。但当圆筒反应器不运行和密封板被移走使反应室容器打开时，不锈钢密封板和气体环的较低温度会使水分子吸附在不锈钢上。另外，沉积过程的副产物包括含硅的化合物可出现在不锈钢的表面上并且也能吸附(并能吸收)水分。在某些情况下，冷却水的温度降低到室内的露点之下，这时会发生空气中的水凝结在密封板和气体环上。水是使原子Fe释出的化学反应的组分之一。在不锈钢表面上的水越多，化学反应也就越普遍。这样虽然在圆筒反应器运行时冷却不锈钢表面可延迟化学反应速率因此延迟原子Fe的释出速率，但化学反应的程度是这样显著，以致仍然有可测数量的原子Fe被释放出来。已知从周围空气中被不锈钢吸取的水的数量在很大程度上取决于钢的温度。曾经尝试用增加不锈钢表面温度的办法来减少吸附水的数量，用一冷却系统使水以较高温度循环通过密封板和气体环。但冷却水温度有一上限(约75°F)。在温度超过上限的条件下运行圆筒反应器时，因为冷却系统没有移走足够的热量，会给圆筒反应器带来损害。因此切合实际的办法是在圆筒反应器内设一传感器来检测温度是否超过限度，并在一旦超过时关闭反应器以免发生损害。这样，在现有技术中采用较高的冷却水温度来减少水的吸附量的得益就被运行时冷却圆筒反应器所必需的冷却水温度的上限限制住了。在较高温度下运行冷却系统还有另外的缺点。在圆筒反应器运行时密封板和气体环的金属表面的温度如提高，释出原子Fe的化学反应的速率就会增快。这样冷却系统在延迟将金属释出到运行圆筒反应器内的化学反应方面取得的效果多少要被减少吸附水的效果抵消。因此就要在延迟释出金属的化学反应与防止水被圆筒反应器内金属表面吸取这两者之间作出权衡。在本专利技术的好几个目的和特点中要提出的是提供一种基本上能阻止在圆筒反应器内加工的半导体晶片被金属污染的圆筒反应器和操作方法；提供这样一种圆筒反应器和方法，以便减少运行时那些作用在圆筒反应器的金属表面上将金属释出到圆筒反应室内的化学反应的速率；提供这样一种圆筒反应器和方法，以便在圆筒反应器不运行，其金属表面暴露在周围空气内时，减少水被圆筒反应器金属表面吸取的数量；提供这样一种圆筒反应器和方法，可不需在运行时减少化学反应速率和圆筒反应器不运行时减少水的吸附这两者之间作出权衡；提供这样一种圆筒反应器和方法，它能扩大圆筒反应器冷却系统的能发挥作用的温度范围；提供这样一种圆筒反应器和方法，其费用就使用效果而言是值得的。一般地说，本专利技术的圆筒反应器具有一个顶部敞开的容器，可用来将晶片接纳在该容器所形成的反应室内，和一个用来加热反应室的加热器，以便使反应室内达到材料从气体沉积到晶片上所需的温度。有一个一般地设置在容器敞开顶部周围的气体环用来发放气体，在该气体内含有要在反应室内沉积到晶片上的材料。有一个安装在容器敞开顶部上的密封板可用来将容器打开或将它密封地封闭。当密封板密封地封闭容器的敞开顶部时，气体环和密封板中至少有一个具有向反应室暴露的金属表面。有一个用来循环冷却流体的冷却系统，可在气体环和密封板中的至少一个与冷却流体之间进行传热，该系统具有一个传热装置可在冷却流体与另一个传热介质之间进行传热。与该传热装置和圆筒反应器的金属表面发生热交换关系的冷却环路从该传热装置延伸到密封板和气体环中的至少一个，再返回到传热装置，该冷却环路用来从传热装置发送冷却流体，再从圆筒反应器使冷却流体返回传热装置。设有一个传感器可检测圆筒反应器是否在运行并发出一个与所检测到的圆筒反应器的运行状态对应的信号。有一控制器用来控制传热装置在冷却流体与另一个传热介质之间的传热量，当密封板密封地封闭容器的敞开顶部时，控制器控制传热装置在冷却流体与另一介质之间的传热，使冷却流体达到第一设定温度，该温度被选用来延迟作用在向反应室暴露的金属表面上的化学反应速率；而当密封板被打开时，控制器控制传热装置，使冷却流体达到比第一设定温度高的第二设定温度，该温度被选用来阻止水被吸附到金属表面上。控制器与传感器连通，以便接受信号从而控制传热装置，当圆筒反应器运行时使冷却流体达到第一设定温度；而当圆筒反应器停止运行时使冷却流体达到第二设定温度。本专利技术提供的操作圆筒反应器的方法可防止在圆筒反应器内加工的半导体晶片受到金属污染，该污染是由于圆筒反应器的金属表面起化学反应而引起的。一般地说，该方法包括下列步骤将圆筒反应器打开，将半导体晶片放入到圆筒反应器的反应室内，准备用化学汽相沉积法在晶片上沉积材料。将反应室封严，使圆筒反应器活化，从而使气体释放到反应室内，在该气体内含有材料可沉积到晶片上。当圆筒反应器被活化时，在圆筒反应器的金属表面与冷却流体之间进行传热，其时反应室被封严，上述金属表面向反应室暴露，这个传热被控制，使金属表面维持在第一温度，这个温度被选用为的是使金属表面上的化学反应推迟发生。以后圆筒反应器被停止活化并被打开使反应室内的晶片露出，以便从圆筒反应器移走。当圆筒反应器被停止活化时，在圆筒反应器的金属表面与冷却流体之间仍进行着传热，其时反应室被封严，上述金属表面向反应室暴露，这个传热被控制，使金属表面维持在一个比第一温度高的第二温度，这个温度被选用是因为当圆筒反应器被停止活化时可本文档来自技高网...

【技术保护点】
在半导体晶片上化学汽相沉积材料用的圆筒反应器设备，该圆筒反应器设备包括：一个圆筒反应器包括：一个顶部敞开的容器，可用来将晶片接纳在该容器所形成的反应室内，一个用来加热反应室的加热器，以便使反应室内达到材料从气体沉积到晶片上所需的 温度，一个通常设置在容器敞开顶部周围的气体环，用来发放气体，在该气体内含有要在反应室内沉积到晶片上的材料，一个安装在容器敞开顶部上的密封板，可用来将容器打开或密封地封闭其敞开的顶部，当密封板密封地封闭容器的敞开顶部时，气体环和密 封板中至少有一个具有向反应室暴露的金属表面；和一个用来循环冷却流体的冷却系统，可用来在气体环和密封板中的至少一个与冷却流体之间进行传热，该冷却系统包括：一个传热装置，可在冷却流体与另一个传热介质之间传热。一个冷却环路，与所说传热 装置和圆筒反应器的金属表面具有热交换的关系，该冷却环路从所说传热装置延伸到所说密封板和气体环中的至少一个，再返回到传热装置，用来从所说传热装置发送冷却流体，再从圆筒反应器使冷却流体返回到所说传热装置，一个传感器，用来检测圆筒反应器是处在 运行状态还是不在运行并发出一个与所检测到的圆筒反应器的运行状态对应的信号，一个控制器，用来控制在冷却流体和所说另一个传热介质之间的传热量，控制器被设计用来控制所说传热装置在冷却流体和所说另一个介质之间的传热，使冷却流体达到第一设定温度， 当密封板密封地封闭容器的敞开顶部时，第一设定温度被选用来延迟作用在向反应室暴露的金属表面上的化学反应速率；而当密封板被打开时，控制器被设计用来控制所说传热装置，使冷却流体达到比第一设定温度高的第二设定温度，该温度被选用来阻止水的被金属表面所吸取。控制器与传感器连通，以便接受信号，从而控制所说传热装置，当圆筒反应器运行时使冷却流体达到第一设定温度。而当圆筒反应器停止运行时使冷却流体达到第二设定温度。...

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：埃里克L盖洛德，查尔斯H米勒，
申请(专利权)人：MEMC电子材料有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]