[发明专利]具有不均匀的纵向截面的用于半导体材料的外延反应器的反应室及反应器

说明书

反应室(100A)用于反应器，用于在基底(62)上沉积半导体材料；反应室沿纵向方向延伸，并包括沿该纵向延伸的反应和沉积区域(10)；该区域(10)由适于通过电磁感应加热的感受器元件(21A、21B、21C、22A、22B、31、32)限定；第一感受器元件(21A、21B、21C、22A、22B)与室的基底支撑元件(61)相对，并且具有孔(20)，该孔沿着其整个长度在纵向方向上延伸；第一感受器元件(21A、21B、21C、22A、22B)具有取决于其纵向位置的不均匀的横截面。

发明领域

本发明涉及一种用于适于在基底上沉积半导体材料的外延反应器的反应室和使用该反应室的反应器，该反应室具有不均匀(non-uniform)的纵向截面。

特别地，本发明涉及一种“热壁”反应室。

背景

这种类型的反应室特别用于碳化硅在碳化硅基底上的外延沉积(“同质外延”工艺)或在由另一种材料制成的基底上的外延沉积(“异质外延”工艺)。

在过去，申请人已经对这种种类的反应室进行了研究，并且已经提交了例如两个国际专利申请WO2004053187A1和WO2004053188A1(其在此作为参考目的并入)。

这种类型的反应室1的示例示意性地示于图1、图2和图3中；该反应室1沿纵向方向均匀地延伸。反应室1包括由四个感受器元件(susceptor elements)2、3、4和5构成的感受器组件，感受器元件2、3、4和5限定了反应和沉积区域10，并包含在由绝热材料制成的外壳7中；外壳7插入石英管8中。外壳7由管71和两个圆形帽72和73构成。围绕管8缠绕有感应器(inductor)9，感应器9适于通过电磁感应加热由石墨制成的元件2、3、4和5；感应器9用虚线表示，因为严格地讲它不是反应室1的一部分。感应器元件4和5是两条带，并构成区域10的侧壁。元件2和3是两个具有圆弓形(circular segment)形状的截面并且具有通孔20和30的突起实体(projection solids)，通孔20和30具有圆弓形形状的截面；因此，它们由平板21和31以及弯曲板22和32构成；平板21和31分别构成区域10的上壁和下壁。下壁31适于容纳组件6，组件6尤其包括支撑元件61(通常在沉积过程期间可旋转)，支撑元件61适于支撑至少一个经受沉积的基底62；根据该示例，支撑元件61可以插入区域10和从区域10取出。所示的两个帽72和73看起来像是封闭的；其实，它们表示的是开口，特别是帽73中的用于前体气体(precursor gases)的入口(见黑色箭头)的开口和帽72中的用于废气的出口(见黑色箭头)的开口。室1在位置P1、P2、P3、P4、P5、P6、P7和P8处的横截面是相同的(准确地说，几乎相同)。

在这两个专利申请中描述和示出的反应室的目的尤其是在反应和沉积区域(图1和图2和图3中的10)内，特别是在经受沉积的基底(图1和图2和图3中的62)内保持均匀的温度。

下面，申请人根据这两项专利申请开发了一种解决方案，以获得反应和沉积区域内的竖直温差，并提交了国际专利申请WO2007088420A2(其在此作为参考目的并入)。同样，该反应室沿纵向方向均匀地延伸。

在图1、图2和图3的室中(以及在上述专利申请的室中)，如果感受器组件被认为被切割成彼此相等(即厚度相同)的薄的轴向截面，则每个截面同等程度地有助于加热反应和沉积区域。

概述

由于最近进行的实验，申请人认识到，为了在沉积过程中获得经受沉积的基底的期望温度分布(例如，在沉积过程期间基底的上表面的均匀温度)，这种均等式贡献(equalcontribution)并不是最佳的解决方案。

在图1、图2和图3的室中(以及在上述专利申请的室中)，例如在沉积过程期间几乎不可能直接测量基底的上表面各个点处的温度。