CN101031671A - 外延反应器冷却方法及由此冷却的反应器 - Google Patents

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朱塞佩·塔伦兹
马尔科·普利西
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Abstract

本发明涉及一种冷却用于化学气相沉积的反应腔室(2)的壁的方法。该方法包括：选择地利用水冷却所述腔室(2)的壁的至少一个预定区域，以除去不同于相邻区域的热量，以便获得反应腔室(2)的基本均匀的温度分布。在优选实施例中，选择冷却的区域为基座盘(5)上方的区域，并且其由两个肋(8，9)划分。本发明还涉及一种用于实现所述冷却方法的反应器及反应腔室(2)。

Description

外延反应器冷却方法及由此冷却的反应器
技术领域
本发明涉及一种用于在通过化学气相沉积(CVD工艺)制造基体中使用的外延反应器的腔室进行冷却的方法。
背景技术
众所周知，这些反应器首先用于制造半导体元件的微电子产业；为此，它们包括反应腔室，在其中会出现基体的外延生长(通常也称为晶片)，并且这些基体由基座盘支承。
目前存在两种反应器，其由反应气体的路径限定：水平式反应器和竖直式反应器。
本发明的方法涉及这两种反应器，虽然在以下的说明中主要是针对水平式反应器作出的，其中反应腔室为具有大致平行六面体形状的大致石英钟状，气流可从一侧水平流向另一侧。
在水平式反应器中，基座盘包括在反应腔室中转动的盘形件，并且，基体通过其上表面位于具有对应形状的相应基座中。基座盘通常由适于承受高温的石墨或其它导电材料制成，以能够利用电磁感应或利用灯的辐射被加热。
CVD工艺为在高温(在1000℃以上)发生的化学反应的结果，因此，其是一种用以对反应腔室的壁(通常为石英)进行冷却的已知操作。
冷却可采用空气或水：但不应过量，因为如果壁的温度降至预定水平以下，则会出现危险。
这种危险主要涉及腔室中不太热的区域，并且由于与石英钟状物的热交换大于空气，该危险在冷却流体为水的情况下会加剧。
因此，作为本发明基础的技术问题涉及以防止温度过大降低的方式(温度过大降低会导致上述不良结果)，冷却外延反应器。
发明内容
解决该问题的方法的特征在于：选择性地冷却反应腔室，即除去与腔室的不同区域不同的热量，从而保持温度分布基本上均匀；这样能够更好地控制工艺，并且可防止在给定位置的温度由于任何不可预见情况降至可接受的极限以下。
根据一个优选实施例，当在水平式反应器中实现本发明的方法时，反应腔室由喷射在基座盘上方的区域中的水(或其它适当液体)冷却。
本发明还包括根据上述方法被冷却的外延反应器以及专门制造的反应腔室。
附图说明
通过以下对附图中所示的本发明非限定性例子的描述，能够更清楚地理解本发明的其它特征，其中：
图1为根据本发明被冷却的外延反应器的示意性透视图；
图2为图1中反应器的反应腔室的平面图；
图3为图2中反应腔室的侧视图；
图4为上述反应腔室中的冷却流的示意性说明图。
具体实施方式
在这些附图中，参考标号1总体上表示一种用于基体的化学气相沉积(CVD)的外延反应器，与例如用于在微电子产业中的半导体制造的那些类似。
反应器1为平流型(horizontal flow type)并且包括具有大致平行六面体形状的反应腔室2，该反应腔室在两个相对面上具有入口3及出口4，以便使气体在反应腔室中流动，气体的速度由图3中的箭头表示。
反应腔室2由石英制成并且朝气体出口侧略微变细，同时在基座盘5(仅在图1中由虚线示出)上方的区域中，其优选由能够反射在加工期间发出的热量的金涂料薄层涂覆。
腔室2的位于基座盘5上方的区域由两个圆弧形肋8，9限定，这两个肋从腔室的一侧延伸至另一侧；另外，腔室设有本身已知的径向窗口10，该径向窗口用于监测基座盘位置的光学装置。
腔室2的下部具有用于使基座盘5转动的轴延伸通过的普通中空杆11。该轴未在图中示出。如图1所示，相应的屏板13和14与腔室的入口3和出口4相连；这些屏板为由金属片或其它适当材料制成的覆盖物，它们在肋8和9外侧的反应腔室2的区域周围延伸。
屏板的目的在于防止使利用分配器15，16供给的冷却水落入腔室2的距离基座盘最远并因此具有更低温度的区域内。为此，屏板13，14被固定在与入口3和出口4相连的凸缘17，18上，并且，它们具有以与肋8，9相同的方式成形的自由边缘。这些屏板与腔室2的石英之间的距离优选为大约10mm。
在本发明的一个最佳实施例中，在屏板13的上方设有支承附加喷嘴24，25的板23，这些喷嘴也用于在反应腔室2的中央区域上方喷射水。
通过以上提供的描述，可以了解根据本发明的方法如何冷却反应器1。
如图1中箭头所示，分配器15，16供给水通过相应的屏板13，14。随后，水沿上述屏板的弧形边缘以瀑布状流动并且在位于肋8和9之间的基座盘上方的反应腔室2的区域中落到反应腔室2上。
肋实际上形成了能够防止水朝入口和出口3，4回流的屏障物，从而水沿两个肋8，9之间的腔室2的自由边缘横向下落，以随后将其收集在位于下方的图中未示出的储存器中。
通过喷嘴24，25以一定速度朝腔室2的中央部分喷射第三股水流。这是最重要的区域，因为其会受到来自基座盘的最大热流的影响并且流动的水能够与石英进行更好的热交换，从而能够避免可能会引起涂覆于该区域的反射涂料脱落的有害的起泡现象。
由于其最冷的区域(也就是说，离基座盘5最远的区域)未被水喷淋，同时其中央区域被持续喷淋以消除来自下方基座盘发出的热量，因此，提供的可选择冷却能够在反应腔室2的石英中保持基本均匀的温度分布。
特别地，可以认为：通过强制对流，可从被水喷淋的部分除去高热量或热能(即，每单位时间的热量)，因此，在干燥区域除去的热量较小，并且，自然的空气对流和辐射可形成交换。
然而，应注意的是：为了获得更强的冷却或更好的加工控制，可通过使空气在腔室2的上壁与屏板13，14之间循环的强制通风对干燥区域进行冲刷，如图4中示意性显示的。在这种情况下，可通过强制对流来冷却这些区域。
利用本发明的方法获得的均匀温度分布能够更容易、更有效地控制反应腔室2的状态，以便避免可能出现上述损害后果(气态物质的聚合及它们随后在腔室壁上的凝聚或沉积)的过大温度降低。
应清楚：也可以采用与上述实施例不同的方式，可选择地对反应腔室进行冷却，以在使用中适合不同外延反应器(包括水平式和竖直式)。
例如，以上述方式仅仅对反应腔室2的上区域进行水冷的情况并不能限制其下部也利用相同的原理被冷却。
在这种情况下，必须提供从下方朝向位于基座盘5下方并包围中空杆11的腔室的区域喷射水的装置。
还应理解：在反应腔室的下方可选择地安装已知的冷却系统，例如，在本申请人的欧洲专利No.730679中披露的系统。
就此而言，应强调的是：本发明中可选择的冷却能够实现仅仅在基座盘辐射最大的区域中使用反射性金涂层。在以前的例子中，该区域仅是在两个肋8，9之间由水喷淋的一个区域。
其具有两个优点：第一，假设不是对反应腔室2进行涂覆而是仅仅对其一部分进行涂覆，因此能够简化并以低成本进行喷涂；第二，由于对受到更大辐射的区域进行了水冷，因此，在有水侧上的石英的温度相对较低。
相反，在没有水的地方，尽管辐射较小，但在腔室2的外侧的温度仍较高，由于金(或其它金属)具有大于石英的热膨胀系数(在5×10-71/K)，因此，无论是否通过其它方法(例如，PVD)进行喷涂或沉积，均可使金涂层脱落。
然而，在没有水的这些区域中，通过使用起到反射器作用的屏板13和14能够减小因辐射产生的损失。在这种情况下，屏板13和14可由金属材料制成和/或可以任意涂覆金或其它高反射材料。
最后，应注意的是：也可以将反应腔室的可选择性冷却用于竖直式外延反应器，但是，由于基座盘的棱台形状以及反应腔室的钟形形状，要作可行的改进。
这些和其它方案均应落入以下权利要求保护的范围内。

Claims (17)

1.一种冷却用于化学气相沉积的反应器(1)的反应腔室(2)的方法，其特征在于，选择地利用流体冷却所述腔室(2)的壁的至少一个预定区域，以除去与相邻区域不同的热量，从而获得所述反应腔室(2)的基本均匀的温度分布。
2.根据权利要求1所述的冷却方法，其中，所述至少一个选择冷却的区域与所述相邻区域分开，以避免所述流体从所述选择冷却的区域流至所述相邻区域。
3.根据权利要求1或2所述的冷却方法，其中，所述反应腔室(2)包括基座盘(5)，并且所述至少一个选择冷却的区域处于大致位于所述基座盘(5)前面的位置。
4.根据前面权利要求中任意一项所述的冷却方法，其中，用于选择性地冷却所述至少一个区域的流体为水或其它液体，而所述相邻区域由空气或其它气体冷却。
5.根据权利要求4所述的冷却方法，其中，通过强制对流供应空气或其它气体。
6.一种用于实现前述权利要求所述的方法的反应器，其包括：反应腔室(2)；基座盘(5)，其设置在所述腔室中的；装置(15，16，24，25)，其用于选择性地使冷却流体分布在所述反应腔室(2)中的至少一个预定区域。
7.根据权利要求6所述的反应器，其包括安装在所述反应腔室(2)上的屏板(13，14)，以便防止所述流体冲刷与所述选择冷却的区域相邻的区域。
8.根据权利要求7所述的反应器，其中，所述反应腔室(2)包括在其表面上的肋(8，9)，该肋适于将所述选择冷却的区域与所述相邻的区域划分开。
9.根据前面权利要求中任意一项所述的反应器，其中，所述冷却流体为水或其它流体。
10.根据前面权利要求中任意一项所述的反应器，其中，所述基座(5)为盘式基座，所述反应腔室(2)具有大致平行六面体形状，其在相应的相对面上具有入口(3)及出口(4)，用来使所述反应气体以大致水平的方向流动；安装在所述反应腔室(2)上的所述屏板(13，14)从所述相对面延伸，从而保持位于所述基座盘上方的区域是空的。
11.根据权利要求10所述的反应器，其中，所述冷却液体被分布在所述屏板(13，14)上，所述冷却流体从所述屏板流过位于所述基座盘(5)上方的所述反应腔室(2)的区域。
12.根据权利要求11所述的反应器，其中，在所述基座盘(5)上方的所述反应腔室(2)的区域大致由弧形肋(8，9)限定，并且在侧面上敞开以允许所述冷却流体侧向流出。
13.根据权利要求12所述的反应器，其包括，喷嘴(24，25)，该喷嘴也适于朝向所述反应腔室(2)的在所述基座盘(5)上方的区域的中央喷射冷却流体。
14.根据前面权利要求中任意一项所述的反应器，其中，所述反应腔室的选择冷却区域被涂覆有反射层。
15.根据前面权利要求中任意一项所述的反应器，其中，安装在所述反应腔室(2)上的所述屏板(13，14)由金属材料制成或由反射材料涂覆。
16.一种用于权利要求6～15中任意一项所述的反应器的反应腔室，其具有大致平行六面体形状，并且在其上表面上包括一对大致弧形肋(8，9)，这些肋从腔室的一侧延伸至另一侧，以划分选择冷却的区域。
17.根据权利要求16所述的反应腔室，其中，由所述肋(8，9)划分的所述区域涂覆有反射层。
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