CH666140A5

CH666140A5 - EPITAXIAL REACTOR WITH QUARTZ BELL AND GRAPHITE SUSCEPTOR.

Info

Publication number: CH666140A5
Application number: CH2789/85A
Authority: CH
Inventors: Vittorio Pozzetti; Franco Preti; Piergiovanni Poggi
Original assignee: Lpe Spa
Priority date: 1984-07-19
Filing date: 1985-06-28
Publication date: 1988-06-30
Also published as: FR2567921A1; IT1209570B; FR2567921B1; JPH0644557B2; DE3525870A1; JPS6136924A; NL8502087A; IT8421960A0

Description

DESCRIZIONE DESCRIPTION

La presente invenzione riguarda un reattore epitassiale secondo il preambolo della rivendicazione 1, ossia un'apparecchiatura che serve per coprire substrati di diversi materiali tramite crescita epitassiale per deposizione da fase vapore: si tratta in particolare della deposizione epitassiale di silicio monocristallo su substrati o fette di silicio per la fabbricazione di dispositivi semiconduttori. The present invention relates to an epitaxial reactor according to the preamble of claim 1, i.e. an apparatus used to cover substrates of different materials by epitaxial growth by vapor phase deposition: it is in particular the epitaxial deposition of single crystal silicon on substrates or slices of silicon for the manufacture of semiconductor devices.

La crescita epitassiale su fette di silicio è un processo che avviene tra i 900°C e 1250°C in flusso di idrogeno e di altri gas utilizzando un suscettore di grafite ricoperto con strati impermeabili ai gas e che non reagiscono con gli stessi, detti strati tipicamente realizzati in carburo di silicio, sul quale sono appoggiati i substrati; la crescita avviene sul fronte dei substrati a contatto coi gas. Epitaxial growth on silicon wafers is a process that takes place between 900 ° C and 1250 ° C in the flow of hydrogen and other gases using a graphite susceptor covered with layers impermeable to gases and which do not react with them, called layers typically made of silicon carbide, on which the substrates are supported; the growth occurs on the front of the substrates in contact with the gases.

Il suscettore, di forma tronco-piramidale con diametro di 300 mm ed altezza di 450 mm circa, è racchiuso in una campana di quarzo trasparente alle lunghezze d'onda intorno a 1 p.m, di dimensioni poco maggiori, dove fluiscono i gas. The truncated pyramidal susceptor with a diameter of 300 mm and a height of about 450 mm, is enclosed in a transparent quartz bell at wavelengths around 1 p.m, of slightly larger size, where the gases flow.

Il suscettore ruota sul suo asse verticale per uniformare la temperatura e la distribuzione dei gas reagenti. The susceptor rotates on its vertical axis to uniform the temperature and the distribution of the reagent gases.

Per portare e mantenere il suscettore alla temperatura richiesta durante il processo di crescita (20-90 minuti) si opera tramite l'induzione elettromagnetica, con un apposito generatore ed un circuito oscillante costituito da condensatori e da una induttanza, realizzata tramite un conduttore elettrico a spirale , esterna alla campana di quarzo e coassiale col suscettore. To bring and maintain the susceptor at the required temperature during the growth process (20-90 minutes) one works through electromagnetic induction, with a special generator and an oscillating circuit consisting of capacitors and an inductance, made by means of an electric conductor with spiral, external to the quartz bell and coaxial with the susceptor.

Finora si erano utilizzati generatori a triodo con campo di frequenza di 200-250.000 Hz, tensioni ai capi dell'induttore di circa 6-7.000 Volt: la potenza necessaria era di circa 135 kW erogati con rendimento globale intorno al 45%. L'applicazione del sistema di riscaldamento ad alta frequenza e la geometria del sistema induttore/suscettore comportano sostanzialmente due classi di inconvenienti, una di ordine energetico e costruttivo e l'altra di qualità del prodotto ottenuto. Until now triode generators had been used with a frequency range of 200-250.000 Hz, voltages at the ends of the inductor of about 6-7.000 volts: the necessary power was about 135 kW supplied with an overall efficiency of around 45%. The application of the high frequency heating system and the geometry of the inductor / susceptor system substantially entail two classes of drawbacks, one of an energetic and constructive nature and the other of the quality of the product obtained.

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Il sistema del generatore ad alta frequenza, con un oscillatore costituito da un triodo ceramico e da un circuito oscillante presenta: The high frequency generator system, with an oscillator consisting of a ceramic triode and an oscillating circuit, presents:

— un alto prezzo per il costo elevato dei componenti, - a high price for the high cost of the components,

— il rendimento intrinseco del triodo è di circa il 70% entro un campo di regolazione non molto ampio, - the intrinsic efficiency of the triode is approximately 70% within a not very wide regulation range,

— decadimento nel tempo (circa 4-5.000 ore) delle caratteristiche del triodo con riduzione del rendimento, - decay over time (about 4-5,000 hours) of the characteristics of the triode with a reduction in efficiency,

— i triodi sono disponibili commecialmente con valori di potenza discreti, non sempre bilanciati alle necessità specifiche e quindi a volte con potenze esuberanti ed aggravio dei costi di impianto, - the triodes are available commercially with discrete power values, not always balanced to specific needs and therefore sometimes with exuberant powers and increased plant costs,

— elevato impegno di potenza elettrica (300 kW), ed elevato consumo (circa 270 kW) a fronte di una potenza utile al riscaldamento di 135 kW, - high commitment of electric power (300 kW), and high consumption (about 270 kW) against a useful heating power of 135 kW,

— elevati costi di raffreddamento per le perdite dissipative del generatore, - high cooling costs due to the dissipative losses of the generator,

— problemi di isolamento dovuti alle tensioni in gioco (circa 14.000 V nel generatore) e di accoppiamento delle linee di alta frequenza (condotti coassiali rigidi, ecc.), - insulation problems due to the voltages involved (about 14,000 V in the generator) and coupling of the high frequency lines (rigid coaxial ducts, etc.),

— difficoltà notevoli di disporre schermi riflettenti a distanza utile per un sostanziale recupero energetico per via della tensione sull'induttore, - considerable difficulties in arranging reflective screens at a useful distance for substantial energy recovery due to the voltage on the inductor,

— fenomeni di accoppiamento induttivo con parti della macchina (telaio, portelli, ecc.), che portano alla riduzione della potenza utile trasmessa al suscettore. - phenomena of inductive coupling with parts of the machine (frame, doors, etc.), which lead to the reduction of the useful power transmitted to the susceptor.

I difetti cristallografici del prodotto (tipicamente fette di silicio) sono legati al gradiente termico trasversale dal retro al fronte della fetta che provoca un imbarcamento a tazza della fetta per le diverse dilatazioni del retro e del fronte inducendo in tal modo sforzi nel reticolo cristallino che arrivano in diversi punti a superare il limite di elasticità, provocando scorrimenti di piani cristallografici. The crystallographic defects of the product (typically silicon slices) are linked to the transverse thermal gradient from the back to the front of the slice which causes a cup-shaped embedding of the slice due to the different expansions of the back and of the front, thus inducing efforts in the crystal lattice that arrive in several points to overcome the elasticity limit, causing sliding of crystallographic planes.

Tali linee di scorrimento e di dislocazione, che si mantengono anche dopo il raffreddamento, costituiscono zone dove il funzionamento elettrico del semiconduttore viene falsato, abbassando la resa del prodotto. These sliding and dislocation lines, which are maintained even after cooling, constitute areas where the electrical functioning of the semiconductor is distorted, lowering the yield of the product.

II gradiente termico, con un sistema di riscaldamento ad induzione, non è completamente eliminabile, ma per migliorare il prodotto è opportuno minimizzarlo creando una cavità ottica isoterma, riflettendo cioè sul suscettore e sulle fette quanto più possibile dell'energia da essi irraggiata, cosa questa che appare non realizzabile su sistemi ad alta frequenza per le ragioni dette. The thermal gradient, with an induction heating system, cannot be completely eliminated, but to improve the product it is advisable to minimize it by creating an isothermal optical cavity, ie reflecting on the susceptor and on the slices as much as possible of the energy they radiate, what this which appears not feasible on high frequency systems for the reasons mentioned.

Occorre notare che a maggior diametro della fetta di silicio corrisponde una maggiore sensibilità ai difetti cristallografici e una loro letalità ai fini della resa del prodotto. It should be noted that a greater diameter of the silicon wafer corresponds to a greater sensitivity to crystallographic defects and their lethality for the purposes of product yield.

D'altra parte la tendenza dell'industria dei semiconduttori è verso fette di sempre maggior diametro (da un diametro di 75 mm nel 1979 a un diametro di 125 mm nel 1983 con previsioni di diametro di 150 ed anche 200 mm entro gli anni 80). On the other hand, the trend of the semiconductor industry is towards slices of ever greater diameter (from a diameter of 75 mm in 1979 to a diameter of 125 mm in 1983 with forecasts of diameter of 150 and even 200 mm by the 1980s) .

Scopo principale della presente invenzione è quello di realizzare un reattore capace di riflettere l'energia irradiata dal suscettore sul suscettore stesso e sui substrati con conseguente minor consumo di energia elettrica a regime e ridurre il gradiente termico trasversale della fetta di silicio. The main object of the present invention is to provide a reactor capable of reflecting the energy radiated by the susceptor on the susceptor itself and on the substrates with consequent lower consumption of electricity at steady state and reducing the transverse thermal gradient of the silicon wafer.

Questi scopi vengono conseguiti dal reattore epitassiale del tipo anzidetto grazie alle sue caratteristiche definite nella rivendicazione 1. These objects are achieved by the aforementioned epitaxial reactor thanks to its characteristics defined in claim 1.

Nella realizzazione pratica preferita dell'invenzione detto convertitore statico coopera con un sistema esafase di tiristori allo stato solido ed opera a frequenze dell'ordine delle migliaia di Hz, in particolare da 3000-4000 Hz. In the preferred practical embodiment of the invention, said static converter cooperates with a hexaphase system of solid state thyristors and operates at frequencies in the order of thousands of Hz, in particular from 3000-4000 Hz.

In conformità ad una prima forma di realizzazione dell'invenzione detta pluralità di schermi è posizionata tra l'avvolgimento a spirale dell'induttore e la parete della campana di quarzo, mezzi essendo inoltre previsti per il raffreddamento specifico degli schermi stessi. In accordance with a first embodiment of the invention, said plurality of screens is positioned between the spiral winding of the inductor and the wall of the quartz bell, means also being provided for the specific cooling of the screens themselves.

Secondo un'altra forma di realizzazione dell'invenzione detta pluralità di schermi è posizionata all'esterno dell'avvolgimento a spirale dell'induttore. According to another embodiment of the invention said plurality of shields are positioned outside the spiral winding of the inductor.

Secondo una ulteriore forma di realizzazione dell'invenzione detta pluralità di schermi è realizzata nella struttura stessa dell'avvolgimento a spirale dell'induttore. According to a further embodiment of the invention, said plurality of shields is made in the structure of the spiral winding of the inductor.

Secondo la definizione fornita dalla rivendicazione 1, la prima caratteristica del reattore epitassiale secondo la presente invenzione risiede nell'impiego, come generatore del sistema di riscaldamento ad induzione elettromagnetica, di un convertitore statico reperibile in commercio, operante a media frequenza, in particolare tra 3000 e 4000 Hz. According to the definition provided in claim 1, the first feature of the epitaxial reactor according to the present invention lies in the use, as generator of the electromagnetic induction heating system, of a commercially available static converter operating at medium frequency, in particular between 3000 and 4000 Hz.

Tali convertitori statici non necessitano di triodo in quanto il sistema è messo in oscillazione da un sistema esafase di tiristori allo stato solido: questo convertitore permette nella presente applicazione di: These static converters do not require a triode as the system is oscillated by a hexaphase system of solid state thyristors: this converter allows in the present application to:

— operare con tensioni ai capi dell'induttore inferiori a 500 V; - operate with voltages at the ends of the inductor below 500 V;

— avere rendimenti globali superiori all'80% con conseguente minor impegno di potenza e minor consumo a parità di potenza utile, riducendo nel contempo i costi dei sistemi di raffreddamento; - have overall efficiencies higher than 80% with consequent lower power commitment and lower consumption for the same useful power, while reducing the costs of cooling systems;

— mantenere buoni rendimenti globali anche con forte parzializzazione della potenza, cosa questa molto utile perchè permette di impiegare la piena potenza del convertitore durante la fase di riscaldamento (riducendo i tempi di ciclo e aumentando la produttività del reattore epitassiale) e paralizzando durante la fase a regime senza incorrere in penalizzazioni di rendimento; - maintain good overall yields even with strong partialisation of power, which is very useful because it allows the full power of the converter to be used during the heating phase (reducing cycle times and increasing the productivity of the epitaxial reactor) and paralyzing during phase a regime without incurring performance penalties;

— commercialmente sono disponibili convertitori di potenze nominali con salti di potenza piccoli (20-30 kW) tra i vari modelli consentendo la scelta del convertitore più idoneo alle specifiche esigenze e dimensioni del reattore; - commercially available nominal power converters with small power jumps (20-30 kW) between the various models allowing the choice of the most suitable converter for the specific needs and dimensions of the reactor;

— avere un prezzo pari a circa il 50-60% del generatore ad alta frequenza di pari potenza utile e di non subire decadimenti di rendimento nel tempo. - have a price equal to about 50-60% of the high frequency generator with the same useful power and not suffer performance decays over time.

L'altra caratteristica essenziale del reattore epitassiale secondo l'invenzione risiede nell'adozione degli schermi di riflessione dell'irragimento del suscettore. The other essential feature of the epitaxial reactor according to the invention resides in the adoption of the reflector screens of the irritation of the susceptor.

La loro adozione è in primo luogo legata all'utilizzazione dei convertitori statici sopra individuati. Infatti date le modeste tensioni in gioco sull'induttore ed il rilevante spessore di penetrazione del campo di media frequenza, è possibile realizzare un sistema di specchi a settori preferibilmente cilindrici al fine di creare una cavità ottica quasi isoterma e riflettere, con poche dissipazioni, sul suscettore gran parte (circa il 60-70%) dell'energia irraggiata dallo stesso. Their adoption is primarily linked to the use of the static converters identified above. In fact, given the low voltages involved on the inductor and the significant penetration thickness of the medium frequency field, it is possible to create a system of mirrors with preferably cylindrical sectors in order to create an almost isothermal optical cavity and reflect, with few dissipations, on the a large part (approximately 60-70%) of the energy radiated by it.

Gli schermi riflettenti vengono realizzati, con i materiali più idonei a riflettere le lunghezze d'onda del picco di emissività, che è funzione della struttura superficiale e della temperatura (di processo) del suscettore, e col minor accoppiamento al campo elettromagnetico dell'induttore che dipende dalle frequenze di oscillazione. The reflective screens are made with the most suitable materials to reflect the wavelengths of the emissivity peak, which is a function of the surface structure and of the temperature (of the process) of the susceptor, and with less coupling to the electromagnetic field of the inductor which it depends on the oscillation frequencies.

I materiali usati per gli schermi si possono ripartire in 3 classi: The materials used for the screens can be divided into 3 classes:

a) metalli non ferromagnetici con lucidatura a specchio (meccanica o elettrolitica) a) non-ferromagnetic metals with mirror polishing (mechanical or electrolytic)

b) metalli non ferrosi con riporti galvanici lucidi di cromo, nichel, oro, rame ecc. o per evaporazione sotto vuoto (oro alluminio ecc.) b) non-ferrous metals with shiny galvanic coatings of chrome, nickel, gold, copper etc. or by evaporation under vacuum (gold aluminum etc.)

c) isolanti, tipicamente vetri di quarzo trasparenti, con strati riflettenti metallici depositati per amalgama o per evaporazione sotto vuoto. c) insulators, typically transparent quartz glass, with metallic reflective layers deposited by amalgam or by evaporation under vacuum.

In generale tutti gli schermi hanno una riflettività compresa tra l'87% ed il 95%. In general, all screens have a reflectivity between 87% and 95%.

Gli schermi hanno forma di settori preferibilmente cilindrici, divisi in modo da non creare spire chiuse ed in corto circuito, con altezza superiore al suscettore e possono venire collocati The screens have the shape of preferably cylindrical sectors, divided so as not to create closed and short-circuit turns, with a height greater than the susceptor and can be placed

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in 3 posizioni alternative, ciascuna con peculiari vantaggi ma anche con intrinseche limitazioni ossia: in 3 alternative positions, each with particular advantages but also with intrinsic limitations, that is:

A) tra la spirale dell'induttore e la parete della campana di quarzo, a circa 20-30 mm da questa per permettere il raffredda- A) between the spiral of the inductor and the wall of the quartz bell, about 20-30 mm from it to allow cooling

mento del quarzo tramite circolazione d'aria. chin of the quartz by air circulation.

Questa collocazione ha il massimo recupero dell'irraggiamento, mentre gli schermi vengono raffreddati, ad esempio tramite serpentini ad acqua isolati elettricamente. This location has the maximum recovery of the radiation, while the screens are cooled, for example by electrically insulated water coils.

B) All'esterno dell'induttore, con minore efficienza di riflessione (circa il 70% del sistema precedente, e possono essere raffreddati con acqua o preferibilmente tramite la stessa aria circolante che raffredda la campana di quarzo. B) Outside the inductor, with lower reflection efficiency (about 70% of the previous system, and they can be cooled with water or preferably through the same circulating air that cools the quartz bell.

C) In un'altra versione gli schermi fanno parte e sono solidali all'induttore. C) In another version the shields are part of and are integral with the inductor.

Il reattore secondo l'invenzione è spiegato dalla seguente descrizione esemplificativa di sue forme preferite di esecuzione, illustrate nei disegni allegati, nei quali la fig. 1 è una vista schematica, laterale, parzialmente in sezione dei componenti essenziali del reattore epitassiale secondo l'alternativa C dell'invenzione; The reactor according to the invention is explained by the following exemplary description of its preferred embodiments, illustrated in the attached drawings, in which fig. 1 is a schematic side view, partially in section, of the essential components of the epitaxial reactor according to alternative C of the invention;

la fig. 2 è una vista schematica, laterale e parzialmente in sezione dell'induttore secondo l'alternativa A dell'invenzione; fig. 2 is a schematic, side and partially sectioned view of the inductor according to alternative A of the invention;

la fig. 3 è una sezione trasversale dell'induttore di fig. 2, secondo il piano di traccia III-III di fig. 2; fig. 3 is a cross section of the inductor in fig. 2, according to the line III-III of fig. 2;

la fig. 4 è una vista laterale in dettaglio di uno schermo riflettente dell'induttore di fig. 3; fig. 4 is a detailed side view of a reflective screen of the inductor of fig. 3;

la fig. 5 è una vista dello schermo di fig. 4 osservato nella direzione della freccia F; fig. 5 is a view of the screen of fig. 4 viewed in the direction of the arrow F;

la fig. 6 è una vista schematica, laterale e parzialmente in sezione dell'induttore secondo l'alternativa B; fig. 6 is a schematic side and partially sectional view of the inductor according to alternative B;

la fig. 7 è una sezione trasversale dell'induttore secondo il piano di traccia VII-VII di fig. 6; e la fig. 8 mostra come schema di principio il circuito del generatore a media frequenza secondo l'invenzione. fig. 7 is a cross section of the inductor according to the plane VII-VII of fig. 6; and fig. 8 shows as a schematic diagram the circuit of the medium frequency generator according to the invention.

Come è noto un reattore epitassiale comprende sostanzialmente (riferimento fig. 1) una camera di reazione, costituita da una campana di quarzo 10 raffreddata esternamente con aria (come indicato dalle frecce 11), la quale campana viene alimentata preferibilmente dall'alto con la m iscela gassosa (come indicato dalla freccia 12), mentre i gas di scarico ed esausti vengono allontanati attraverso il fondo della campana (come indicato dalle frecce 13); collegati alle flange superiori e inferiori della campana vi sono appositi organi di tenuta (non mostrati). As is known, an epitaxial reactor substantially comprises (reference fig. 1) a reaction chamber, consisting of a quartz bell 10 externally cooled with air (as indicated by arrows 11), which bell is preferably fed from above with the m gaseous arc (as indicated by arrow 12), while the exhaust and exhausted gases are removed through the bottom of the bell (as indicated by arrows 13); connected to the upper and lower flanges of the bell there are special sealing elements (not shown).

All'interno della campana 10 è mostrato girevolmente un suscettore 14 preferibilmente di forma tronco-piramidale, sulle cui facce vengono posizionati substrati, preferibilmente fette di silicio 15. Inside the bell 10 a susceptor 14 is shown rotatably preferably of a pyramidal shape, on whose faces substrates are positioned, preferably silicon slices 15.

Il suscettore 14 è di grafite ricoperta con rivestimenti opportuni e noti, è sostenuto da appositi supporti refrattari 16 e 17 e metallici 18 ed è fatto ruotare intorno al suo asse verticale da mezzi motori non mostrati. The susceptor 14 is of graphite covered with appropriate and known coatings, is supported by special refractory supports 16 and 17 and metal 18 and is rotated around its vertical axis by motor means not shown.

Queste caratteristiche son già note, per cui si omette una descrizione dettagliata e si rimanda a quanto è già noto dalla tecnica anteriore. These characteristics are already known, therefore a detailed description is omitted and reference is made to what is already known from the prior art.

Nella forma di realizzazione presentata in fig. 1, intorno alla campana di quarzo è disposto un induttore 20 costruito in tubo di materiale conduttore elettrico, tipicamente di rame, raffreddato internamente da circolazione di un fluido, tipicamente acqua, costituito da un numero adeguato di anelli aperti e collegati da un capo all'anello superiore e dall'altro all'anello inferiore tramite cavallotti in tubo dello stesso materiale 22. In the embodiment shown in fig. 1, an inductor 20 is arranged around the quartz bell made of a tube of electrical conductive material, typically copper, internally cooled by the circulation of a fluid, typically water, consisting of an adequate number of open rings and connected from one end to the other. upper ring and on the other to the lower ring by means of tube jumpers of the same material 22.

Per la circolazione dell'acqua di raffreddamento, il riferimento 21, indica l'entrata e l'uscita della stessa. For the circulation of the cooling water, the reference 21 indicates its entry and exit.

A detti anelli sono fissati schermi riflettenti costituiti da fasce 23 di altezza opportuna, trattate sulla superficie affacciata al suscettore con le modalità già descritte in prçççdçnza) atti a riflettere l'energia irragiata dal suscettore stesso. To these rings are fixed reflective screens made up of bands 23 of suitable height, treated on the surface facing the susceptor in the manner already described in prçççdçnza) capable of reflecting the energy radiated by the susceptor itself.

L'induttore è sostenuto e guidato da una struttura a gabbia 24 realizzata in materiale isolante e refrattario. The inductor is supported and guided by a cage structure 24 made of insulating and refractory material.

Le figg. 2 e 3 rappresentano il sistema della alternativa A, visto in pianta ed in sezione trasversale, dove l'induttore 30 è sempre costruito in tubo di materiale conduttore elettrico, tipicamente dì rame, raffreddato con circolazione interna (frecce 31) di un fluido quale, ad esempio acqua, ma realizzato in maniera tradizionale con un unico tubo avvolto a spirale cilindrica: è guidato da una struttura a gabbia 34 in materiale isolante e refrattario e sostenuto da un'altra struttura metallica 35 con interposte parti 36 per isolare elettricamente l'induttore. Figs. 2 and 3 represent the system of alternative A, seen in plan and in cross section, where the inductor 30 is always built in a tube of electrical conductive material, typically of copper, cooled with internal circulation (arrows 31) of a fluid such as, for example water, but made in the traditional way with a single tube wound in a cylindrical spiral: it is guided by a cage structure 34 made of insulating and refractory material and supported by another metal structure 35 with interposed parts 36 to electrically isolate the inductor .

All'interno dell'induttore viene disposto uno schermo riflettente indicato complessivamente con 37 e costituito da una pluralità di settori preferibilmente curvi dei quali si dà un esempio tipico nelle figure 4 e 5.1 settori 38 a curvatura compatibile con quella della parete della campana di quarzo, portano una serpentina 39 solidale entro la quale circola il fluido di raffreddamento (tipicamente acqua). Inside the inductor there is a reflective screen indicated as a whole with 37 and consisting of a plurality of preferably curved sectors of which a typical example is given in figures 4 and 5.1 sectors 38 with curvature compatible with that of the quartz bell wall, they carry a coil 39 integral within which the cooling fluid (typically water) circulates.

È degno di nota il fatto che i settori 38 presentano una parte 40 deviata, dando luogo ad una pluralità di feritoie 41 attraverso le quali l'aria di raffreddamento della campana è indirizzata tangenzialmente alla stessa. It is noteworthy that the sectors 38 have a deflected part 40, giving rise to a plurality of slits 41 through which the cooling air of the bell is directed tangentially to it.

La suddivisione dello schermo 37 in detta pluralità è dettata dalla necessità di evitare la formazione, all'interno dell'induttore, di spire chiuse di corto circuitazione nonché di far pervenire nel modo già illustrato sulla superficie esterna della campana l'aria per il raffreddamento della stessa. The subdivision of the shield 37 into said plurality is dictated by the need to avoid the formation, inside the inductor, of closed short circuit turns as well as to send air for cooling the bell in the manner already illustrated same.

Le figg. 6 e 7 rappresentano schematicamente il sistema dell'alternativa B dove l'induttore 30 è tradizionale, analogo come tipo e struttura a quello descritto nelle figg. 2 e 3, mentre lo schermo indicato complessivamente con 47 è costituito da una pluralità di settori curvi 49 posti all'esterno dell'induttore. I settori possono venire raffreddati singolarmente con acqua, e devono presentare discontinuità per le ragioni dette nella descrizione del sistema delle figure 2-3. Figs. 6 and 7 schematically represent the system of alternative B where the inductor 30 is traditional, similar in type and structure to that described in figs. 2 and 3, while the shield indicated as a whole with 47 is constituted by a plurality of curved sectors 49 located outside the inductor. The sectors can be individually cooled with water, and must have discontinuities for the reasons mentioned in the description of the system of figures 2-3.

Passando ora a considerare la fig. 8 è mostrato lo schema a blocchi e funzionale del generatore a media frequenza a tiristori nel quale l'alimentazione di rete perviene ad un trasformatore riduttore di isolamento 120 e da questo ad un ponte raddrizzatore a tiristori 121. Turning now to consider fig. 8 shows the block and functional diagram of the medium frequency thyristor generator in which the mains supply reaches an isolation reducing transformer 120 and from this to a thyristor rectifier bridge 121.

Il circuito prevede inoltre i tiristori 122, 123, 124, 125, 126, una resistenza limitatrice 127 ed un'induttanza 128 di protezione contro i corti-circuiti, mentre 114 indica l'induttore che interagisce con il suscettore del reattore epitassiale ed il riferimento 129 indica dei condensatori a capacità variabile per regolare la frequenza in dipendenza dei valori assunti dall'induttore 114. The circuit also provides thyristors 122, 123, 124, 125, 126, a limiting resistance 127 and an inductance 128 for protection against short circuits, while 114 indicates the inductor that interacts with the suscepter of the epitaxial reactor and the reference 129 indicates variable capacitors to regulate the frequency according to the values assumed by the inductor 114.

Tramite controlli elettronici esterni di tipo di per sè noto si accendono alternativamente le coppie di tiristori 123, 126 e 124, 125 che innescano il circuito oscillante 114, 129. By means of external electronic controls of a per se known type, the pairs of thyristors 123, 126 and 124, 125 are activated alternately, which trigger the oscillating circuit 114, 129.

L'induttanza 128 serve a limitare la corrente per un certo periodo di tempo nel caso in cui per malfunzionamento si accendono i tiristoti 123, 124 che metterebbero in corto circuito l'alimentazione. Durante il periodo di funzionamento dell'induttanza 128 deve essere spento il ponte raddizzatore 121. The inductance 128 serves to limit the current for a certain period of time in the event that the thyristots 123, 124 which would short-circuit the power supply turn on due to a malfunction. During the operating period of the inductance 128, the bridge 121 must be switched off.

Infine la resistenza 127 ed il tiristore 122 servono a facilitare l'avviamento del generatore, al cui compimento il tiristore 122 viene spento. Finally, the resistance 127 and the thyristor 122 serve to facilitate the starting of the generator, at the completion of which the thyristor 122 is turned off.

Per fornire un'indicazione precisa dei vantaggi che si ottengono con la presente invenzione ed in particolare con il generatore a media frequenza a tiristori in confronto con i sistemi noti ed alla frequenza, si riportano nello specchietto riassuntivo che segue i relativi parametri e risultati operativi. To provide a precise indication of the advantages that are obtained with the present invention and in particular with the medium-frequency thyristor generator in comparison with the known systems and frequency, the summary mirror that follows the relative parameters and operating results is shown in the summary mirror.

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io I

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20 20

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30 30

35 35

40 40

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Parametri Parameters

Potenza installata (assorbita nominale) Installed power (absorbed nominal)

Potenza max erogata del generatore Potenza erogata a regime Acqua raffreddamento a regime Difettosità sul prodotto (unità arbitrarie) Gradiente termico trasversale sulle fette di silicio Max power supplied by the generator Power delivered at steady state Cooling water at steady state Product defects (arbitrary units) Transverse thermal gradient on the silicon wafers

Sistema precedente (*) Sistema dell'invenzione (**) Previous system (*) System of the invention (**)

300 kW 180 kW 300 kW 180 kW

135-120 kW (***) 150 kW 135-120 kW (***) 150 kW

120-125 kW 70-80 kW (&) 120-125 kW 70-80 kW (&)

30 mVh 8 m3/h 30 mVh 8 m3 / h

100 5:10 100 5:10

T = 30-40DC T = 5-10°C T = 30-40DC T = 5-10 ° C

(*) Generatore 220 KHz- induttore a doppia spirale in tubo di rame (*) 220 KHz generator - double spiral inductor in copper tube

(**) Convertitore statico 3500 Hz- induttore c.s.-schermi interni in rame dorato elettroliticamente (***) a secondo delle ore di vita del triodo (**) Static converter 3500 Hz - inductor c.s.- internal screens in electrolytically gilded copper (***) according to the hours of life of the triode

(&) dissipazioni attraverso gas di processo, raffreddamento pareti campana e supporto suscettore, irraggiamento testate suscettore, accoppiamento elettromagnetico della macchina e schermi. (&) dissipation through process gas, cooling of the bell walls and susceptor support, irradiation of susceptor heads, electromagnetic coupling of the machine and screens.

v v

3 fogli disegni 3 drawings sheets

Claims

666 140

1. Epitaxial reactor of the type comprising at least one quartz bell (10) in which a graphite susceptor (14) covered with a gas-impermeable and non-reactive layer is mounted, against which the substrates to be covered are supported (15), said susceptor (14) being rotatable around its vertical axis, said compana (10) being fed with a mixture of gas (12) to react with said substrates and said susceptor (14) being heated by electromagnetic induction produced by a generator and an oscillating circuit comprising capacitors and an inductor (20) with an electric spiral conductor (30), external to the quartz bell (10) and coaxial with the susceptor (14), characterized in that the generator consists of a converter static operating at medium frequency and furthermore by the fact that around said transparent quartz bell (10) a plurality of sector screens (37) are arranged, capable of returning to the susceptor (14 ) the energy radiated by the same, said screens being made of a material suitable to reflect the wavelengths of the peak of emissivity of the susceptor (14) and capable of the least coupling to the electromagnetic field of the inductor (20) depending on the frequency of oscillation.

2. Reactor according to claim 1, characterized in that said static converter cooperates with an hex-phase system of thyristors (122-126) in the solid state and operates at frequencies in the order of thousands of Hertz.

2

3. Reactor according to claim 2, characterized in that said static converter operates at a frequency of 3000-4000 Hz.

Reactor according to claim 1, characterized in that said plurality of screens (37) are positioned between the spiral winding (30) of the inductor (20) and the wall of the quartz bell (10), means (39 ) being also provided for cooling the screens.

5. Reactor according to claim 4, characterized in that said cooling means consist of coils (39) with circulation of cold water.

6. Reactor according to claim 1, characterized in that said screens (37) consist of curved sectors (38), with curvature corresponding to that of said quartz bell (10), an end strip of each sector being deflected towards the bell , generating a slit (41) for the tangential passage of the cooling air of the bell (10).

Reactor according to claim 1, characterized in that said plurality of shields (37) is positioned externally to the spiral winding (30) of the inductor (20).

8. Reactor according to claim 7, characterized in that said plurality of screens (37) are cooled by the same circulation of cooling air provided for said quartz bell (10).

9. Reactor according to claim 1, characterized in that said plurality of shields (37) is integral with the turns of the inductor (20) so as to avoid short circuits between one turn and the other.

10. Reactor according to claim 1, characterized in that said shields (37) are made of non-ferromagnetic metals.

11. Reactor according to claim 10, characterized in that said metals are mirror polished.

12. Reactor according to claim 1, characterized in that said shields (37) are made of metals with reported shiny metallic coating.

13. Reactor according to claim 12, characterized in that said coating consists of chrome, nickel, gold, copper or aluminum.

14. Reactor according to claim 1, characterized in that said shields (37) are of insulating material covered by a metallic reflective layer.

15. Reactor according to claim 14, characterized in that said insulating material is transparent quartz.

Reactor according to claim 1, characterized in that said inductor (20) is powered by a medium frequency oscillating circuit generator.

17. Reactor according to claim 16, characterized in that said oscillating circuit operates with a frequency between 3000 and 6000 Hz.

18. Reactor according to claim 17, characterized in that said oscillating circuit is oscillated by a solid state hexaphase system of thyristors (122-126).

19. Manufacturing process of a reactor according to claim 12, with which a reflective layer is deposited on the metal screens (37), characterized in that it consists of a galvanic deposition of chromium, nickel, gold or copper.

20. Manufacturing process of a reactor according to claim 12, with which a reflective layer is deposited on the metal screens (37), characterized in that it consists of a deposition by evaporation under vacuum of gold or aluminum.

21. Manufacturing process of a reactor according to claim 14, by which a reflective layer is deposited on the insulating screens (37), characterized in that it consists of an amalgam deposition of a reflective metal.

22. Manufacturing process of a reactor according to claim 14, with which a reflective layer is deposited on the insulating screens (37), characterized in that it consists in the deposition of a metallic layer by evaporation under vacuum.