[发明专利]涂覆金的多晶硅反应器系统和方法

说明书

本申请主张在2008年3月26日提出申请的美国临时申请序号61/039,756的优先权，该临时申请的揭示全文以引用方式特意地并于本文。

技术领域

本发明针对在化学气相沉积反应器中增加能量效率所用的系统和方法。更特定言之，本发明涉及经由在反应室内部涂覆薄金层以减低发射率而在化学气相沉积反应室系统中减低功率消耗所用的系统和方法。

背景技术

于利用诸如化学气相沉积(CVD)等程序的半导体工艺和光电应用中，材料可能在大型炉子或反应室中加热，其中需要高电压来实现各种化学药剂的熔化和/或沉积。因此期望提供改进的系统和方法用以减低热通过炉或室的外表面的辐射发射所致的热损失。

已知使用银作为反应室内部的覆层。例如，凯普尔(Koppl)等人的美国专利第4,173,944号揭示镀银钟罩的使用，以防止钟罩裂开或打破，且帮助钟罩针对外部气体和内部覆层的密封。美国专利第4,173,944号也揭示该镀银钟罩因为高良率(yield rate)导致需要显著地较少的能量。不过，因为银会锈蚀，因而需要重新整修，所以较佳地不要在反应室内部使用银以避免需要定期修复。

此外，也为通常所知者，金也用作为在CVD反应室上的外部反射性覆层。例如，马丁(Martin)等人的美国专利第4,579,080号揭示一种反应室，其中使用金镀层作为在该室的外壁表面上的反射器。不过，Martin的数据具体表示不鼓励在内壁表面上使用金，因为金可能通过气相转移而转移到晶片(wafer)，因而会导致晶片污染。

麦克尼尔利(McNeilly)的美国专利第4,938,815号揭示一种配置，其包括一对反应室，及经组构成被收容在该等反应室之间的加热器具。该加热器具经配置成可在反应室之间的区域进出移动，使得可以在晶片上进行处理步骤。此系统的硅晶片通过该加热器具内所设的热传介质经由传导加热，或以辐射热灯形式的外部来源予以加热。根据美国专利第4,938,815号，在一个室的内表面上可装设热能反射层或箔表面，诸如金，用以将来自加热器具的热能反射到晶片的前表面上，使得该晶片的温度通过其体积而实质地维持均匀。不过，在美国专利第4,938,815号中揭示的反应室经设计用于围绕着加热器具的晶片的大规模生长，该加热器具经组构成可在该等反应室之间插入与取出，且不适合用在硅棒或细丝上的多晶硅的加热和沉积。

发明内容

本发明针对反应室系统及在该系统中使用的相关装置和方法，其中经由在该反应室内部的一个或多个组件上提供薄金层可达到减低的功率消耗。根据本发明，在用不锈钢、合金、或其它材料制成的反应室涂覆一薄金层，较佳者至少约0.1微米厚，且更佳者约0.5至3.0微米厚度。相较于现有不锈钢者，该涂覆金的反应室较佳地具有较低的发射率，因而可降低室壁的发射率(emissivity)且减低辐射热损失。较佳地，该反应室组构成用于化学气相沉积(CVD)程序中，尤其，用于在反应室内沉积多晶硅。

根据本发明，使用涂覆金的反应室，相较于现有无覆层的不锈钢反应室，可以达到约30％的功率节省。例如，在室内部使用至少约0.1微米厚，且更佳者约0.5至3.0微米厚度的金覆层，可达到约20％至30％的功率节省。虽然若有至少约0.1微米的厚度时，即已发现金覆层为适当者，不过其它的厚度也可以使用。尤其，金覆层应该具有足够的厚度来达到低发射率和高反射率的光学性质。所以，若可用低于约0.1微米的金覆层厚度得到此等性质，则可在本发明反应室利用更低的厚度。较佳地，该金覆层具有一项或多项特性，诸如良好的黏着力、内聚力、耐洗性、和可修复性。基于足以维持所欲光学性质的金覆层，以及其表面较佳地为实质均匀的情况，选择介于约0.5至3.0微米的更佳范围。

虽然金覆层的主要功能为减低反应室和反应器内部组件的发射率及增加其反射率使得辐射热损耗减到最低，不过其也提供其它的优点和效益。本发明的系统和方法更可提供减小的热通量、增加的功率节省、减低的组件操作温度、及室的内部表面的减低腐蚀。由于此减低腐蚀的结果，所产生的多晶硅的质量可获得改进，因此就会有较少的腐蚀产物来污染多晶硅。此外，因为有较少的功率经辐射损失掉，所以需要较少的功率来维持硅棒温度。再者，于减低的组件温度之下，热应力随之减低且设备寿命可因而增长。