[发明专利]外延反应器的反应室和使用所述室的反应器

说明书

发明领域

本发明涉及外延反应器的反应室且涉及使用所述室的反应器。

背景技术

外延反应器是用于将平滑的且均匀的单晶或多晶材料层沉积在衬底上的机器；经如此处理的衬底用于生产电装置(例如太阳能电池)、电子器件(例如MOSFET和LED)和微电子装置(例如集成电路)。因此，在缺陷、均匀的厚度和均匀的电阻率方面，被沉积的层的品质是极其重要的并经得起日益严格的要求。

衬底是非常薄的圆盘(通常在100μm至1′500μm的区间内)并具有可极大变化的直径(通常在1”＝25mm至18”＝450mm的区间内)，且可以例如由硅[Si]、碳化硅[SiC]、锗[Ge]、砷化镓[GaAs]、氧化铝或“蓝宝石”[Al₂O₃]、氮化镓[GaN]制成。

被沉积的材料通常是导体和半导体材料，例如硅[Si]、碳化硅[SiC]、锗[Ge]、砷化镓[GaAs]、氮化铝[AlN]、氮化镓[GaN]。

被沉积的层和下面的衬底可以由相同的材料制成或由不同的材料制成。

被沉积的层的厚度可以在几纳米至几毫米的宽泛区间内；当被沉积的层的厚度大于1mm时，沉积工艺通常被称为“体生长”。

已知的外延反应器包括通常基本上由石英构件(quartz piece)组成的反应室；石英构件包括具有圆柱体、棱柱体、圆锥体、棱锥体或平行六面体的形状且设置有至少一个由壁界定的内腔的石英构件部分；该腔包括外延反应器的反应和沉积区；该区适合于容纳在其中被加热的至少一个基座；基座用来支撑衬底且常常还用来加热衬底。

存在许多类型的反应器；根据类型的不同，室可以被竖直地或水平地(很少倾斜地)布置；根据类型的不同，基座可以具有圆盘、棱柱体、圆柱体、棱锥体、圆锥体的形状且可以是实心的或中空的；根据类型的不同，基座可以借助于电阻器、电感器、灯(很少有内部燃烧器)来加热；根据类型的不同，反应器可以是“冷壁”或“热壁”(这些术语是指界定其内部发生反应和沉积的空间的壁)。

外延反应器的工艺在高温下进行，即，从几百摄氏度至几千摄氏度(例如，多晶硅的沉积在通常在450℃到800℃之间的温度下进行，单晶硅在硅衬底上的沉积在通常在850℃到1’250℃之间的温度下进行，单晶碳化硅在硅衬底上的沉积在通常在1’200℃到1’400℃之间的温度下进行，单晶碳化硅在碳化硅衬底上的沉积，对于“外延生长”在通常在1’500℃到1’700℃之间的温度下进行而对于“体生长”在通常在1’900℃到2’400℃之间的温度下进行，并使用大量的能量(数十kW)来加热。

因此，重要的要求是防止所产生的热能释放到环境中。

基于该目的，几十年来，常用的措施是将薄层(小于100μm)的基于金的材料施用在外延反应器的反应室的外部表面；该金层借助于一定数量的涂覆和干燥循环来产生(其不易于获得平滑的、均匀的且非多孔的层)并反射由基座井(susceptor well)发射的红外辐射。

在其中基座是加热衬底的主要元件的外延反应器中(例如，在具有感应加热的外延反应器中)，适当的反射有利地导致在生长工艺期间在衬底的前部和后部之间的温差降低。

一般而言，重要的要求是衬底在沉积工艺期间被均匀地加热以获得厚度和电阻率的高均匀性。

使用金层的解决方案的缺点是，在某些时间(即，几个月)之后，金层脱离反应室的石英表面-石英表面越热，金层脱离得越快，这还由于金的热膨胀高于石英的热膨胀的事实；如果反应室借助于气体流动来冷却(这是相对普遍的)，则该现象甚至更快地出现，这还由于气体流动对层的机械作用；此外，该现象由于来源于反应室的先前的洗涤循环在反应室表面上产生的痕量酸而增加。

金层的脱离导致外延反应器的电力消耗增加，这是因为由基座发射的红外辐射的一部分释放到环境中。

此外，因为金层的脱离不是平稳的和均匀的，这还导致所生长的衬底的品质下降。

因此，当出现脱离时，必须从外延反应器拆卸反应室，完全地除去金层(已经部分脱离的)，重新施用金层并将反应室重新装配到外延反应器中；这些操作耗费时间，是成本高的且仅可以被执行有限的次数。

如已经提及的，外延反应器的工艺在高温下在反应室的腔中进行；因此，必须冷却反应室。然而，该室的冷却可以造成界定其内发生反应和沉积的空间的壁出现过度冷却和/或非均匀冷却；这导致所生长的衬底的品质下降。

发明概述

本发明的大体目的是克服上述缺点并满足上述要求。