[发明专利]清洗桶式反应器用的方法和装置

说明书

本发明一般涉及用于利用化学汽相沉积法将材料沉积在半导体晶片上的桶式反应器，更具体地涉及一种从桶式反应器的喷口空腔清洗去反应气体的方法和装置。

桶式反应器用于在半导体晶片上沉积外延层。外延是一种在半导体晶片上生长材料薄层使晶格结构与晶片的晶格结构相同的方法。利用该方法，在半导体晶片上施加一个导电率不同的薄层，以获得必要的电学性能。例如，在重掺杂的衬底(基底)上生长的轻掺杂的外延层使一个CMOS器件得到优化，以便闭锁由于衬底电阻低而引起的不敏感性。同时获得其它优点，如精确控制掺杂浓度分布和除去氧。

通常，化学汽相沉积法是通过将包括沉积材料(如硅)的反应气体引入包含晶片的桶式反应器的反应室中来完成的。晶片沿基本上重直的方向保持在反应器中的一个基座(接收器)上，使晶片的一个表面向反应气体暴露。反应室容器通常是一个石英制成的倒置的钟状罐。一个不锈钢气体环安置在该钟状罐的上开口的顶上。反应气体通过气体喷射器喷入反应室，喷射器安置在围绕气体环内部间隔设置的喷口空腔的凹部中。一个在气体环顶上的不锈钢密封板密封反应室内的晶片。该板可以移动而打开反应室，以插入半导体晶片或从容器中移出晶片。

让沉积在晶片上的硅层不受金属(如铁、镍、钼)的污染是重要的，因为污染物对于外延层的少数载流子寿命可能是有害的。硅层也应当避免受外来非金属微粒的污染。虽然石英反应室容器不是金属污染源，但不锈钢的气体环可能是金属污染源。在残余水汽的存在下接触反应气体的某些副产物(如HCl)可能使不锈钢受到腐蚀。另外，通过化学侵蚀从基座除去硅的沉积物可能将腐蚀剂如HCl引入反应室并导致不锈钢受腐蚀。从不锈钢产生的腐蚀产物可能被夹带在沉积材料中，由此污染晶片。此外，必须清除由于反应气体与桶式反应器中残留的氧和/或水汽的反应而在反应室中形成的SiO₂沉积物，否则沉积物可能飞散而污染晶片。

为了避免从气体环来的污染，桶式反应器被制成用挡板使反应气体从气体环偏离，并通过引导清洗气体穿过气体环暴露区来替换反应气体。常规的清洗系统包括一个清洗气体管线，该管线在到达反应室容器之前分叉成多个管线，以便将清洗气体输送到围绕反应室的几个不同位置。这些管线连接到通过密封板和气体环延伸的出口，用于将清洗气体输送到密封板和气体环的那些向反应气体暴露的区域。

在典型的桶式反应器的操作中，清洗气体系统首先用氮清洗反应室以除去室中的氧。在氮清洗之后，在将反应气体喷入反应室之前将氢送入通过清洗管线数分钟。在整个沉积周期中继续使氢流过某些出口，然后从反应室中清洗去反应气体。在从反应室移去密封板之前，用另一次氮清洗从反应室除去氢。

现有的防止污染的挡板和清洗气体系统只是部分有效。特别是，清洗系统不足以从喷口空腔中基本上清洗去所有氧和水汽。由于存在氧(以游离氧或水汽的形式)，在每个沉积周期期间在气体环的喷口空腔内形成SiO₂的显著沉积。在仅仅几个周期的桶式反应器操作后就必须除去这些沉积，但是从喷口空腔上清除SiO₂沉积物的动作可能会使气体环腐蚀，因为擦洗期间引入空腔的任何水分如果不除去就会促进HCl和不锈钢之间的反应。此外，喷口空腔的形状常常使得难以除去所有水分。

必须定期地对准气体喷射器，以优化从反应气体沉积在桶式反应器内的晶片上的外延层。手工擦洗喷口空腔的动作可能造成气体喷射器偶然移动，因此需要更频繁的重新对准。对准喷射器的动作可以使喷射器上的或喷口空腔中的沉积物散落，由此形成又一个潜在的污染源。

在本发明的几个目的和特点中，可以注意到，本发明提供一种从外延法桶式反应器的喷口空腔中清洗去反应气体的方法和装置；提供的此种方法和装置减少了从气体喷射器和喷口空腔上除去沉积物所需要的关机时间；提供的此种方法和装置减少了对气体喷射器和喷口空腔的化学侵蚀量；提供的此种方法和装置减少了对准气体喷射器的频繁性；提供的此种方法和装置减少了对半导体晶片的外延层的污染量。