[发明专利]高产量多晶片外延反应器

说明书

本发明专利申请是国际申请号为PCT/US2010/025449，国际申请日为2010年2月25日，进入中国国家阶段的申请号为201080018350.0，名称为“高产量多晶片外延反应器”的发明专利申请的分案申请。

相关申请的交叉引用

本申请要求2009年2月25日提交的名称为“高产量多晶片外延反应器”的美国专利申请号12/392448的优先权,将其引入本文作为参考。

技术领域

本发明大体涉及用于沉积薄膜尤其是外延薄膜的化学气相沉积(CVD)反应器的领域,更具体地说,涉及采用一个或多个灯加热反应器和移动晶片套的CVD反应器,所述移动晶片套暴露于灯、吸收灯辐射、并安装多块晶片和限定晶片套内的处理气体的流动。

背景技术

通过化学气相沉积(CVD)方法在晶片上沉积薄膜的外延反应器,可以根据它们加热晶片的方法、在反应室或数个反应室内的晶片的整体布局、以及整体工具架构来进行分类,整体工具架构包括反应室的数量,以及是否分别在系统的入口和出口处配置用于预热和冷却的额外腔室。图1-3示出了三种不同类型的现有技术的外延反应器,各自按照这些不同的设计方面进行分类。

图1示出了现有技术的煎饼型外延反应器100的侧剖视示意图。将在上面沉积外延薄膜的晶片110由基座111支承。典型的基座可以由带碳化硅涂层的石墨构成。基座111安装在反应室101内,一个或多个处理气体102经由入口管路103进入反应室101的气体通道,该气体通道包含在一个杆状件内,该杆状件也为基座111的旋转运动140提供支持。在基座111的电阻石墨材料内流动的电涡流加热该基座111,并通过传导来加热支承在该基座上的晶片110。这些涡流是由安装在基座111下面的一组RF感应线圈112诱发的。处理气体105经杆状件内的气体通道从出口104进入反应室101,然后流过已加热的晶片110的表面。既包含来自外延反应的析出气体,也包含未使用的反应气体的废气115,经由出口114被抽吸到反应室101外面。

煎饼型外延反应器100能够沉积厚的薄膜和不均匀的双层薄膜,厚度在4％范围内,电阻率在7％范围内急剧转变,且金属污染性低。基座111的旋转运动140提高沉积的均匀性。这种类型的外延反应器的主要缺点在于:产量低,耗气量大,晶片会热变形,以及均匀性比其它类型的现有技术的外延反应器(见图2和3)更差。另一个重大缺点是需要经常清洗反应室101的内表面,因为在这些表面上沉积的薄膜是多余的。这种不必要的沉积会增加拥有成本,因为处理气体消耗较高,以及需要维护和清洗,从而增加了系统的停机时间。

图2示出了一种现有技术的桶式外延反应器200的侧剖视示意图。在这种类型的反应器中,上面将生长外延薄膜的晶片210安装在多面石墨载体211上,该多面石墨载体在反应器201内保持在支承件215上,支承件215能够作旋转运动240,以在沉积过程中提高均匀性。所述石墨载体211由包含在一个或多个反射器组件203内的一排灯加热,反射器组件203安装在反应室201外周侧上。处理气体217经由入口管路216进入反应器,并在石墨载体211的外周流动,如图中的箭头220所示。既包含来自外延反应的析出气体,也包含未使用的反应气体的废气205经由排气管路204被抽吸到外面。一些反应气体221在反应室201内再循环,在外延沉积过程中增加了反应气体的使用效率。

桶式外延反应器的优点是表面质地良好以及滑移性能较佳,其厚度不均匀性通常在3％左右,电阻率不均匀性在4％左右。产量较煎饼型反应器高。一些缺点是不能沉积双层薄膜且薄膜电阻率相对较高。这种类型的反应器目前用于厘米OS半导体制造。

图3示出了第三种类型的现有技术的外延反应器,一种单/小批量灯加热反应器300。在这种反应器300中,是在包括下金属部分301和石英圆顶302的反应室内处理单晶片310的,所述下金属部分301和石英圆顶302被多重夹具303保持在一起。通常情况下,反应室内的压力可能会低于其它类型的外延反应器。被处理的晶片310由载体311支承,该载体311安装在延伸到反应室内的杆状件315上。在沉积过程中,杆状件315能够使载体311做旋转运动340,以提高均匀性。处理气体307经由入口管路350进入反应器。处理气体308接近晶片310的水平面进入反应室。通过安装在反射器组件331内的一排灯330发出的光辐射来加热晶片310。既包含来自外延反应的析出气体,也包含未使用的反应气体的废气306经由出口孔305被抽吸到反应室外面。