[发明专利]外延反应器的反应室

说明书

描述

本发明涉及外延反应器的反应室。

外延反应器是被设计用于将单晶层或多晶层材料光滑地且均匀地沉积在衬底(substrate)上的机器；如此处理的衬底然后用于制造电器件(例如，太阳能电池)、电子器件(例如，MOSFET和LED)以及微电子器件(例如，集成电路)。

衬底由具有广泛可变的直径(通常在1”＝25mm和18”＝450mm之间)的非常薄的圆盘(它们的厚度通常在100μm到1,500μm的范围内)构成，并且它们可以由例如硅[SI]、碳化硅[SiC]、锗[Ge]、砷化镓[GaAs]、氧化铝或蓝宝石[Al2O3]、或氮化镓[GaN]制成。

沉积的材料通常为导电材料或半导体材料，例如硅[Si]、碳化硅[SiC]、锗[Ge]、砷化镓[GaAs]、氮化铝[AlN]、氮化镓[GaN]。

沉积层和下面的衬底可由相同或不同的材料制成。

沉积层的厚度可从几纳米到几毫米广泛地变化；当沉积层的厚度超过1mm时，沉积过程一般称为“本体生长(bulk growth)”。

已知的外延反应器包括一般地基本上由中空的石英部件(hollow quartz piece)构成的反应室；所述中空的石英部件包括具有圆柱体或棱柱体或圆锥体或棱锥体形状的石英部件部分和轴向通孔；所述石英部件部分适合于根据三个方向中的两个界定反应和沉积区，并且适合于容纳在轴向通孔内部被加热的至少一个基座(susceptor)；该基座用于支撑衬底并且通常也用于加热衬底。

存在许多类型的反应器；取决于类型，室可以被竖直地或水平地(很少倾斜地)布置；取决于类型，基座可具有圆盘、棱柱体、圆柱体、棱锥体或圆锥体形状，并且可以为实心的或中空的；取决于类型，可借助于电阻器、感应器、灯(很少借助于内部燃烧器)来加热基座；取决于类型，反应器可以是“冷壁”反应器或“热壁”反应器(这些术语是指界定反应和沉积发生的空间的壁)。

工艺是在高温下在外延反应器中进行的，即范围从数百摄氏度到几千摄氏度(例如，多晶硅的沉积通常在450℃和800℃之间的温度下发生，单晶硅在硅衬底上的沉积通常在850℃和1,250℃之间的温度下发生，单晶碳化硅在硅衬底上的沉积通常在1,200℃和1,400℃之间的温度下发生，单晶碳化硅在碳化硅衬底上的沉积对于所谓的“外延生长”而言通常在1,500℃和1,700℃之间的温度下发生并且对于所谓的“本体生长”而言通常在1,900℃和2,400℃之间的温度下发生)，并且它们需要许多能量(数十KW)来加热；因此，避免产生的热能散逸到环境中是重要的。

为此目的，几十年来常见做法是将薄(小于100μm)的基于金的材料层应用于外延反应器的反应室的外表面；这种金层是通过某一数目的上漆循环和干燥循环而获得(获得光滑的、均匀的且无孔的层是不容易的)，并且它很好地反射由基座发出的红外辐射。

在基座为用于加热衬底的主要元件的那些外延反应器中(例如，在感应加热外延反应器中)，适当的反射导致在生长过程期间衬底的正面和背面之间的温差小。

这种解决方法的一个缺点是在不久之后(例如数个月)，金层从反应室的石英表面脱离-石英表面越热，金层将脱离得越快，还因为金的热膨胀比石英的热膨胀大；如果反应室借助于气流来冷却(这是相当常见的)，这种现象甚至更快，还因为由气流施加到该层上的机械作用；除此之外，经之前洗涤循环留在反应室的表面的任何痕量酸进一步助长这种现象。

金层的脱离导致外延反应器的电力消耗量增加，因为由基座发出的红外辐射的一部分被散逸到环境中。

而且，金层的不规则且不均匀的脱离还引起生长衬底的品质降低。

由此可见，当所述脱离发生时，有必要将反应室从外延反应器卸下，完全除去金层(已部分脱离的)，应用新的金层并将反应室重新安装到外延反应器中；这些操作成本高且费时，并且只能进行有限的次数。

本发明的总体目的是克服上面提及的缺点。

这个目的和其他目的通过具有所附权利要求提出的特征的反应室来实现，所附的权利要求意图作为本说明书的组成部分。

在考虑几种可选的解决方法后，申请人有了如下想法：使反应室设置有由与反应室的材料在化学上(具有相同或相似的化学性质，例如耐受性)、在机械上(具有相同或相似的机械性质)和在热上(具有相同或相似的热性质，例如CTE[热膨胀系数])相容的材料制成的反射层。

申请人决定采用基于石英的反射材料。

这种解决方法还允许达到与现有技术中使用的金层的反射相似的反射(例如，入射辐射的70-90％或甚至更多的反射)。