具有在反应室外部的反射器的外延沉积反应器以及冷却衬托器和基底的方法技术

本发明专利技术涉及用于在基底(100)上外延沉积半导体材料的反应器(1)，包括：反应室(2)，其设置有由下壁(21)、上壁(22)和侧壁(23，24)界定的空腔(20)；衬托器(3)，其被定位在所述空腔(20)内部，并且适于在外延沉积期间支撑和加热基底(100)；加热系统(6)，其适于加热所述衬托器(3)；上板(7)，其被定位在所述上壁(22)上方并且覆盖所述衬托器(3)，使得上板(7)将由所述衬托器(3)发射的热辐射反射朝向所述衬托器(3)。液体流(LF)被提供在所述上板(7)中或所述上板(7)上，以冷却所述上板(7)。气体流(GF)被提供在所述上壁(22)和所述上板(7)之间，以促进热量从所述上壁(22)至所述上板(7)的传递。

Epitaxial deposition reactor with reflector outside reaction chamber and method of cooling lining and substrate

The invention relates to a reactor (1) for epitaxially depositing semiconductor materials on a base (100), comprising a reaction chamber (2), which is provided with a cavity (20) defined by a lower wall (21), an upper wall (22) and a side wall (23, 24); a foil (3), which is positioned inside the cavity (20), and is suitable for supporting and heating the base (100) during epitaxy deposition; and a heating system (6), which is suitable for heating the foil. The upper plate (7) is positioned above the upper wall (22) and covers the lining (3) so that the upper plate (7) will reflect the thermal radiation emitted by the lining (3) towards the lining (3). The liquid flow (LF) is provided in or on the upper plate (7) to cool the upper plate (7). Gas flow (GF) is provided between the upper wall (22) and the upper plate (7) to facilitate heat transfer from the upper wall (22) to the upper plate (7).

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有在反应室外部的反射器的外延沉积反应器以及冷却衬托器和基底的方法专利
本专利技术涉及具有在反应室外部的反射器的外延沉积反应器，以及对外延沉积反应器的反应室中的衬托器(susceptor)和基底(substrate)进行均匀且快速的冷却的方法。现有技术任何外延反应器包括加热系统，该加热系统用于加热位于反应室中的待经历外延沉积的基底。通常，加热系统直接加热衬托器，并且基底通过从支撑其的衬托器传导来接收热量。因此，加热阶段在外延沉积过程阶段之前。为了外延沉积的目的，基底必须从工艺的高温度(例如在800℃-1700℃的范围内的温度)被冷却至环境温度(例如在16℃-32℃的范围内的温度)。基底的冷却的一部分通常在反应室内部发生；如果反应室中存在衬托器，则衬托器也被冷却。根据一些已知的解决方案，基底在低温度(例如在100℃-250℃的范围内的温度)从反应室中被取出；根据其他已知的解决方案，基底在中间温度(例如在500℃-1000℃的范围内的温度)从反应室中被取出。根据一些已知的解决方案，衬托器总是保留在反应室中；根据其他已知的解决方案，衬托器与基底一起被取出。因此，外延沉积过程阶段之后是冷却阶段。获得反应室内部的冷却的最简单方式是停用加热系统并且等待一段时间；取决于解决方案和工艺，这样的时间间隔通常在3分钟和30分钟之间变化。在该等待时间段期间，反应室的外壁可以被冷却，例如通过气体流和/或液体流。在该等待时间段期间，反应室的内部空腔可以被冷却，例如通过气体流。反应室内部的冷却持续较短时间是有利的；该优点可以源自例如反应器的较高生产率和/或源自反应器中处理的基底的较好品质。为了完整性的目的，应注意，在过去(20多年前)，本申请人提供了定位在反应室的整个上壁上方的多个可旋转条带：参见专利文献WO9610659A2。根据该解决方案，所有的条带均具有第一反射表面和第二吸收表面，并且可以以任何角度位置被定位，以便在需要时反射由所述衬托器发射的热辐射。条带的定位通过在反应室侧部的两组齿轮(twopluralitiesofgears)来获得；所有的条带均采取相同的角度位置。这种定位是反应器初始设置的操作中的一种。根据该解决方案，在条带上方存在冷却液槽，该冷却液槽通过板与条带分隔。还应注意，申请人从未在自己的产品中实施专利文献WO9610659A2的解决方案，因为它太复杂(机械上)、太严苛(许多齿轮经历高温度和高热偏移)并且太昂贵；代替地，使用了由透明石英制成的反应室，该反应室具有被直接施加至外表面的反射材料的薄层(通常是含金的涂料)，以便很好地反射由衬托器发射的热辐射。专利文献WO2014176174A1描述并图示了(参见图1)反应器，其中平面反射器(用数字122表示)被定位在反应室的弯曲上壁(用数字128表示)上方。反射器可以在内部具有通道，在通道中使水流动，以便冷却通道；通道的入口(用数字126表示)和出口(用数字126表示)在反射器的上表面。室的上壁可以在内部具有类似的室，在该类似的室中使水流动以冷却该类似的室。概述申请人已经认识到，作为其进行的实验的结果，不仅在工艺期间，而且在冷却期间，使基底的温度均匀是非常有利的；该优点可以源自例如热应力和缺陷特别是“滑移线(sliplines)”的减少。申请人已经为自己设定了提供解决方案的目标，该解决方案允许在外延沉积期间和冷却期间两者获得基底的均匀温度。申请人还为自己设定了提供允许快速冷却的解决方案的目标。申请人最后为自己设定了提供不仅有效而且简单的解决方案的目标。由于具有附随权利要求中阐述的技术特征的外延沉积反应器和冷却方法，这些目的大体上得以实现，附随权利要求是本说明书的组成部分。本专利技术的一方面对应于用于对外延沉积反应器的反应室中的衬托器和基底进行均匀且快速的冷却的方法；其主要技术特征在作为本说明书的组成部分的附随权利要求中阐述。附图列表根据待结合附图考虑的以下详细描述，本专利技术将更容易地明显，在附图中：图1示出了外延沉积反应器的高度示意性(部分)的竖直截面图，以便解释本专利技术，图2示出了图1中的反应器的高度示意性(部分)的俯视图，图3示出了根据本专利技术的外延沉积反应器的实施方案的示意性(部分)的横向竖直截面图，图4示出了图3中的反应器的示意性(部分)的俯视图，图5以高度示意性的方式示出了处于三个不同位置的、图3和图4中的反应器的板。如易于理解的，在实践中存在各种实施本专利技术的方式，本专利技术以其主要有利方面通过附随权利要求来界定。详细描述本专利技术现在将主要非限制性地参考图1和图2来描述，图1和图2涉及“单晶片(single-wafer)”反应器。用于在基底(这些基底中的一个在图1中用数字100表示)上外延沉积半导体材料的反应器1包括：-反应室2，其设置有在很大程度上(反应气体进入的前侧和废气离开的后侧除外)由下壁21、上壁22以及侧壁23和24界定的空腔20，-衬托器3(盘状形状，即，其高度远小于直径的圆柱体，并且至少在外延沉积过程期间旋转)，其定位在空腔20内部，并且适于至少在外延沉积过程期间支撑基底(100)(如图1A中直接地支撑，或间接地支撑，即，通过支撑元件)并且加热基底(100)，-加热系统6(参见图3)，其适于加热衬托器3(如果提供，可能也加热基底支撑元件)，-上板7，其是至少部分地反射的，以一定距离被定位在上壁22上方，并且覆盖衬托器3的至少大部分(例如70％或80％或90％)，使得上板7将由衬托器3发射的热辐射至少部分地反射朝向衬托器3；(至少)一股受控的(即，非自然的)气体流GF被提供在上壁22和上板7之间，以促进热量从上壁22至上板7的传递-特别地，气体流GF发生在管道中，该管道由板7的下表面在上方界定并且由上壁22的上表面在下方界定；(至少)一股受控的(即，非自然的)液体流LF被提供在上板7中或上板7上，以冷却上板7。在外延沉积期间，重要的是适当地选择上壁22的温度，特别是面对衬托器3并因此面对支撑的基底的上壁22的下表面的温度；实际上，在外延沉积期间，后一种温度取决于在壁上可能的寄生沉积(spuriousdeposit)。上板7(其为反射元件)的温度，特别是其上表面的温度，大体上对应于液体的温度；因此，存在极好的冷却。上壁22的温度至少取决于四个几何参数(衬托器3和壁22之间的距离、壁22的厚度、壁22和板7之间的距离以及板7的厚度)，以及两个化学参数(壁22的材料和板7的材料)。因为上板7(其为反射元件)在反应室外部，这四个几何参数可以在设计阶段非常自由地被选择。气体流GF不仅用于确定上壁22的温度(特别是其上表面的温度)，还用于确定壁22和板7之间的间隙中的温度概况(temperatureprofile)，以及至少部分地确定板7的下表面的温度，并且因此确定热量从壁22至板7的传递。对气体流GF的流量、速度、温度和化学内含物的选择允许在宽范围内确定这些温度；这是有利的，因为前述几何参数在设计阶段被设定，并且在操作期间它们不适合被修改，即，它们不构成在控制这些温度的方面的自由度。如图1所示，有利地，板7的下表面与上壁22的上表面是平行的；仍然更有利地，它们均为平坦的。以这种方式，切向且均匀的气体流GF可以在壁22和板7之间建立(以平行于它们的表面并本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于在基底(100)上外延沉积半导体材料的反应器(1)，包括：‑反应室(2)，所述反应室(2)设置有由下壁(21)、上壁(22)和侧壁(23，24)界定的空腔(20)，‑衬托器(3)，所述衬托器(3)被定位在所述空腔(20)内部，并且适于在外延沉积期间支撑和加热基底(100)，‑加热系统(6)，所述加热系统(6)适于加热所述衬托器(3)，‑上板(7)，所述上板(7)被定位在所述上壁(22)上方，并且覆盖所述衬托器(3)，使得所述上板(7)将由所述衬托器(3)发射的热辐射反射朝向所述衬托器(3)；其中液体流(LF)被提供在所述上板(7)中或所述上板(7)上，以冷却所述上板(7)；其中气体流(GF)被提供在所述上壁(22)和所述上板(7)之间，以促进热量从所述上壁(22)至所述上板(7)的传递。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.10.05 IT 1020160000997831.一种用于在基底(100)上外延沉积半导体材料的反应器(1)，包括：-反应室(2)，所述反应室(2)设置有由下壁(21)、上壁(22)和侧壁(23，24)界定的空腔(20)，-衬托器(3)，所述衬托器(3)被定位在所述空腔(20)内部，并且适于在外延沉积期间支撑和加热基底(100)，-加热系统(6)，所述加热系统(6)适于加热所述衬托器(3)，-上板(7)，所述上板(7)被定位在所述上壁(22)上方，并且覆盖所述衬托器(3)，使得所述上板(7)将由所述衬托器(3)发射的热辐射反射朝向所述衬托器(3)；其中液体流(LF)被提供在所述上板(7)中或所述上板(7)上，以冷却所述上板(7)；其中气体流(GF)被提供在所述上壁(22)和所述上板(7)之间，以促进热量从所述上壁(22)至所述上板(7)的传递。2.根据权利要求1所述的反应器(1)，其中所述板(7)包括第一部分(71)，其中所述板(7)的所述第一部分(71)覆盖所述衬托器(3)，并且其中所述板(7)的所述第一部分(71)适于运动(R，T)，特别是适于旋转(R)，以便不同地反射。3.根据权利要求2所述的反应器(2)，其中所述板(7)被分成第一部分(71)和第二部分(72)，其中所述板(7)的所述第一部分(71)覆盖所述衬托器(3)，其中所述板(7)的所述第二部分(72)被定位在所述板(7)的所述第一部分(71)周围，其中所述板(7)的所述第一部分(71)适于运动(R，T)，特别是适于旋转(R)，以便不同地反射，并且其中所述板(7)的所述第二部分(72)适于始终保持固定。4.根据权利要求3所述的反应器(1)，其中所述板(7)的所述第二部分(72)的至少一个面(72A)适于将热辐射反射朝向所述衬托器(3)。5.根据权利要求1或2或3或4所述的反应器(1)，其中所述板(7)的所述第一部分(71)的第一面(71A)适于反射热辐射，并且所述板(7)的所述第一部分(71)的第二面71B适于吸收热辐射。6.根据权利要求5所述的反应器(1)，其中所述板(7)的所述第一部分(71)的所述第二面(71B)具有至少一个吸收区域(73)和至少一个反射区域(74)；所述区域(73，74)特别地是互补的。7.根据权利要求2至6中任一项所述的反应器(1)，其中第一液体流(LF1)被提供在所述板(7)的第一部分(71)中或所述板(7)的第一部分(71)上，并且其中第二液体流(LF2)被提供在所述板的第二部分(72)中或所述板的第二部分(72)上。8.根据权利要求2至7中任一项所述的反应器(1)，其中所述衬托器(3)具有圆形形状，其中所述板(7)的所述第一部分(71)具有圆形形状，并且其中所述板(7)的所述第一部分(71)的直径小于所述衬托器(3)的直径。9.根据权利要求8所述的反应器(1)，其中所述衬托器(3...

【专利技术属性】
技术研发人员：西尔维奥·佩雷蒂，温森佐·奥格里阿里，弗兰科·佩雷蒂，
申请(专利权)人：洛佩诗公司，
类型：发明
国别省市：意大利,IT