CN1258324A - 水平反应器用的二次边缘反射器 - Google Patents

Abstract

一种用来将外延生长层沉积在半导体反应器。该反应器包括一个反应室,其大小和形状可用来接纳半导体晶片;和一个衬托器,它有一个外边和一个位在反应室内一般为平面的晶片接纳表面可用来支承半导体晶片。另外包括位在反应室外侧的加热行列,它有多个加热灯和一次反射器可用来将多个加热灯发出的热辐射导向衬托器以资加热半导体晶片和衬托器。此外还包括二次边缘反射器,它有一个位在加热行列旁边的镜面可用来回收一般导向加热行列的一侧并离开衬托器的误导的热辐射。二次边缘反射器相对于加热行列和衬托器而被成形并布置,可用来将误导的热辐射重新导向衬托器的外边。这样,二次边缘反射器便可加热外边并减小横越衬托器和半导体晶片的热梯度,从而可在外延生长层沉积时阻止晶片内滑移位错的发生。

Description

水平反应器用的二次边缘反射器

本发明的背景

本发明一般地涉及一种将外延生长层沉积在半导体晶片上的水平反应器，更具体点说涉及一种反应器，它有一个二次反射器可用来收回误导的热辐射并将回收的辐射重新导向支承半导体晶片的衬托器的外边以资加热边缘并在外延生长层沉积时抑制晶片内的滑移位错。

传统的水平反应器具有一个石英反应室，该室在接纳反应气体来到室内的入口和从室内排放反应气体的出口之间水平地延伸。一个定位在反应室内的衬托器具有一个一般为平面的晶片接纳表面用来在化学汽相沉积过程中支承半导体晶片。定位在反应室之上和之下的加热行列将半导体晶片和衬托器加热。每一行列都具有多个红外加热灯和一个或多个反射器用来将加热灯发出的热辐射导向衬托器以资加热晶片和衬托器。

重要的是在化学汽相沉积时应在整个晶片上保持均匀的温度分布以免发生被称为滑移位错的晶片缺陷。如果在晶片的跨度上温度有变化，那么应力会在晶片内发展起来，一旦发展到足够大，滑移位错便能发生。滑移位错能使晶体表面上出现阶梯。但半导体晶片的表面必须极端光滑和平整，使电子线路能够用电子束平版印刷术或照相平版印刷术印刷在其上。平整程序对保持印出线条的能被分辨至关紧要，线条能窄到一微米或更小。滑移位错缺陷不能被除去。如果发生滑移位错，晶片必须被报废。因此，在外延生长层沉积时必须防止发生滑移位错缺陷。

另外，在化学汽相沉积时外延生长层的厚度和电阻随着晶片温度而变化。从晶片生产具有所需性能的半导体要求外延生长层有均匀的厚度和电阻。因此，在化学汽相沉积时必须保持均匀的晶片温度。

因为衬托器的边缘比其他部分每单位体积具有较大的表面积，较多热能由于辐射和对流会从边缘流失。如果不设法补偿这个热能损失，或是将增添的热能导向边缘或是设法减少损失，衬托器的边缘就会比中间冷。由于晶片直接放置在衬托器上，两者在热流上连通，这样热量就通过衬托器从晶片上流失。另外，如果衬托器的边缘比中间冷，晶片的边缘也会比中间冷，这样如上所述就会造成滑移位错，从而产生不能被接受的晶片。

为了减少在衬托器边缘上热能的流失并减少由于失能而造成的缺陷，曾安排热屏障和加热炉来减少热损失并将热能集中在衬托器边缘上。虽然这些措施在不同程度上能有效地防止滑移位错，但在减少横越衬托器的热梯度方面仍有较多工作可做。

本发明的概述

本发明的目的和特征包括：提供一种反应器，其中，在化学汽相沉积时能减小横越晶片的热梯度；提供一种能产生具有较少滑移位错缺陷的晶片的反应器；提供一种能更有效地加热晶片的反应器；及提供一种反应器，它能将误导的热能重新导向具有最大热损失的区域。

简要地说，本发明的设备为一水平反应器可用来将外延生长层沉积在半导体晶片上。反应器具有：一个反应室，其大小和形状可接纳半导体晶片；及一个衬托器，它有一个外边和一个位在反应室内一般为平面的晶片接纳表面可用来支承半导体晶片。另外，反应器还具有位在反应室外侧的加热行列，它有多个加热灯和一次反射器可用来将加热灯发出的热辐射导向衬托器以资加热半导体晶片和衬托器。此外，反应器还具有二次边缘反射器，它有一个位在加热行列旁边的镜面可用来回收误导的热辐射，这种热辐射一般被导向加热行列的一侧并离开衬托器。二次边缘反射器相对于加热行列而被成形并布置，可用来将误导的热辐射重新导向衬托器的外边。这样，二次边缘反射器便可加热外边并减小横越衬托器和半导体晶片的热梯度，从而可在外延生长层沉积时防止滑移位错在晶片内发生。

本发明的其他目的和特征部分将自明，部分将在后面指出。

附图的简要说明

图1为用来在半导体晶片上沉积外延生长层的本发明的水平反应器的概略的垂直剖视图；

图2为反应器的反应室的概略的顶平面图，该室的部分已被破开以便示出位在反应室内的衬托器；

图3为示出下部加热行列的反应器沿图1中3-3线的平面切开的剖视图；

图4为反应器沿图3的4-4线的平面切开的剖视图；及

图5为本发明的二次边缘反射器的透视图。

相应的标号指这几个图中相应的零件。

优选实施例的详细说明

现在参阅附图特别是图1，其中用标号10指出将外延生长层沉积在半导体晶片W上的反应器整体。反应器被容纳在壳体12(部分示出)内，一般具有一个反应室14、一个衬托器16、一个上部加热行列18和一个下部加热行列20。

如图2所示，反应室14的大小和形状可接纳半导体晶片W。反应器14在接纳反应气体来到反应室内的入口30(图1)和从室内排放反应气体的出口32(图1)之间水平地延伸。入口30和出口32都分别具有突缘34、36，以便可脱开地将反应室连接到处理管道(未示出)，由该管道将反应气体输入和输出该室。晶片W最好在化学汽相沉积过程之前和之后用机械手(未示出)通过入口30插入室14内和从室14内取走。虽然其他材料也可采用并未离开本发明的范围，但较优实施例的反应室14是由石英制成的。

衬托器16具有一个圆形凹槽40，在其上侧形成一个一般为平面的晶片接受表面用来接受晶片W。衬托器16装在一根轴42上，该轴在化学汽相沉积过程中缓慢转动衬托器以资将外延生长的材料和热能均匀地分布在晶片W的表面上。虽然图中所示轴42为直接连接到衬托器上，但也可将传统的三臂支架(未示出)装在轴的上端以便用来夹持衬托器。支架可牢固地支承衬托器但只在三个点上与衬托器接触以资减少轴和衬托器之间的热传递。

上、下部加热行列18、20是相似的。为了避免重复，将只就下部加热行列详细说明。对行列18、20之间的微小差异，将跟随下部行列的说明予以说明。与下部行列20的构件相似的上部行列18的构件在图中用相同的标号指出，但在右上角加撇以资识别。

如图1所示，下部加热行列20具有：八个管状红外加热灯50互相平行地布置在一个平面内，四个位在管状加热灯之下的泡式红外加热灯52，和一个一次反射器54用来将加热灯发出的热辐射导向衬托器16以资加热半导体晶片W和衬托器。行列20还包括一个支承结构56用来支承一次反射器54和加热灯50、52。一次反射器54包括位在行列每一侧的两个最外边的管状加热灯50下面的两个抛物线形反射器58和位在四个中间的管状加热灯下面的一个平直的反射器60。在每一个管状加热灯下面的反射器54内制有通槽62使冷却空气能够通入环绕加热灯循环。如图3所示，在中央反射器60的中心内制有一个四叶首蓿形孔64。如图1所示，在每一瓣孔64的下面都有一个圆筒形套管66以一角度离开反射器60向下延伸用来支持传统的泡式红外加热灯组合件68。套管66斜置以资将泡式加热灯发出的热能导向衬托器16的中央部分。

参阅图1、3和4可最好地了解支承结构56。结构56具有两个位在一次反射器54两端下面的冷却汇流管80。每一汇流管80都有一个用来输送冷却水的内部通道82以资减少一次反射器的温度。汇流管80用螺钉紧固件84(图3)连结在壳体12上，而反射器58、60用更多的螺钉紧固件(未示出)连结在汇流管上。

如图3所示，框架90环绕着一次反射器54并具有两个端板92(其中只有一个可见)和两个钣金属的二次反射器94。端板92的两端和二次反射器94用螺钉紧固件96固定在一起(图4)。盖板98用螺钉紧固件100连接在端板92上以资覆盖管状加热灯的端头。虽然可以设想也可使用其他材料，这样并未离开本发明的范围，但在较优实施例中，盖板98、端板92和二次反射器94都是由铝制成的。另外，这些构件的外表面都经过抛光和镀金借以提高热反射率，这样不仅可减少它们自身的温度还可将热能导向反应室14。如图4所示，陶瓷绝缘件102、104被定位在管状加热灯50的端头之上和之下。从管状加热灯50的每一端引出的电线106用螺钉108固定到装在绝缘件104上的总线110(图3)上以资当控制系统(未示出)许可通电时将电供到加热灯上。

上部加热行列18(在图1和4中示出)与下部行列20基本相同，只是它夹持的是九个管状加热灯50’而不是八个，并且它没有泡式加热灯52或相关的套管66。另外，上部加热行列18的外部反射器58’是平的而不是抛物线形的。

上述加热行列18、20都是传统的式样，只是下侧的盖板已被修改成如图5所示借以形成二次反射器94、94’。特别是，这些加热行列18、20可用美国Arizona州Phoenix市先进半导体材料美国公司所制造的修改Epsilon I型外延生长的外反应器。二次反射器94、94’平行于管状加热灯50而延伸使它们的中央部位在一次反射器58的旁边并且至少部分在一次反射器的反射表面(即镜面)的后面。每一个二次反射器94、94’都有一个向外斜置的镜面120，使从反射器58和其他构件一侧发出的热辐射可向衬托器16的边缘反射。这样，镜面120就可回收一般被误导到衬托器16之外的热辐射并重新将它们导向衬托器的边缘以资加热边缘。本行业的行家将会明白，镜面120所反射的能量可减小横越衬托器16和半导体晶片W的热梯度，从而可在外延生长层沉积时阻止晶体内滑移位错的发生。

虽然在本发明的范围内可以设想采用其他形状，但在较优实施例中采用的镜面120基本上为一平面并且相对于衬托器16的晶片接纳表面40和管状加热灯50的平面成一角度，这个角度例如可在约40°和约80°之间。另外，在本发明的范围内虽然可以设想采用其他角度，但较优实施例中的镜面120却是相对于衬托器16的晶片接纳表面40和管状加热灯50的平面成一约为55°的角度。曾经发现这个角度可以适当地使二次反射器94、94’的镜面120、120’定位，从而可将反射器58和反应器10的其他构件一侧发生的热辐射反射到衬托器16的边缘上以资加热该边缘。这样，反射器94、94’便可将热能重新导向衬托器16的边缘，从而可补偿由于单位体积的表面积较大而造成的边缘上增加的热损失。

看了上面的说明，可以知道本发明的几个目的都已完成并可得到其他一些有利的效果。

由于在上述构造内可以作各种不离开本发明范围的改变，因此在上述说明内包含的或在附图中示出的所有材料都只能是说明性的而不能是限制性的。

Claims (14)

1.一种水平反应器，可用来在化学汽相沉积的过程中将外延生长层沉积在包含在反应器内的半导体晶片上，该反应器具有：

一个反应室，其大小和形状可接纳半导体晶片，反应室在接纳反应气体来到室内的入口和从室内排放反应气体的出口之间水平地延伸；

一个衬托器，它有一个外边和一个位在反应室内一般为平面的晶片接纳表面可用来在化学汽相沉积的过程中支承半导体晶片；

位在反应室外侧的加热行列，它有多个加热灯和一次反射器可用来将所说多个加热灯发出的热辐射导向衬托器以资加热半导体晶片和衬托器；及

二次边缘反射器，它有一个位在加热行列旁边的镜面可用来回收误导的热辐射，这种热辐射一般被导向加热行列的一侧并离开衬托器，二次边缘反射器相对于加热行列和衬托器而被成形并布置，可用来将误导的热辐射重新导向衬托器的外边，这样便可加热外边并减小横越衬托器和支承在其上的半导体晶片的热梯度，从而可在外延生长层沉积时防止滑移位错在晶片内发生。

2.按照权利要求1的水平反应器，其特征为，所说多个加热灯为多个互相平行布置的管状加热灯，而边缘反射器一般平行于所说多个管状加热灯而延伸。

3.按照权利要求2的水平反应器，其特征为，边缘反射器有一基本上为平面的表面。

4.按照权利要求3的水平反应器，其特征为，边缘反射器的所说平表面相对于衬托器的晶片接纳表面所成角度在约40°和约80°之间。

5.按照权利要求4的水平反应器，其特征为，边缘反射器的所说平表面相对于衬托器的晶片接纳表面所成角度约为55°。

6.按照权利要求1的水平反应器，其特征为，所说边缘反射器为第一边缘反射器，反应器还具有第二边缘反射器，其位置在加热行列旁与第一边缘反射器相对的另一侧。

7.按照权利要求6的水平反应器，其特征为，所说加热行列为第一加热行列，而反应器还具有第二加热行列，其位置在反应室外与反应器的第一加热行列相对的一侧，第二加热行列具有多个加热灯和一个一次反射器用来将所说多个加热灯发出的热辐射导向衬托器以资加热半导体晶片和衬托器。

8.按照权利要求7的水平反应器，其特征为，还具有第三和第四边缘反射器，它们分别位在所说第二加热行列的两个相对侧，所说第三和第四边缘反射器都各具有一位在所说第二加热行列旁的镜面用来回收误导的热辐射，这种热辐射一般被导向第二加热行列的一侧并离开衬托器，而第三和第四边缘反射器相对于第二加热行列和衬托器被成形并布置，可用来将误导的热辐射重新导向衬托器的外边，从而可加热边缘并减少横越衬托器和半导体晶片的热梯度。

9.一种与水平反应器配合使用的加热行列，而该反应器可用来在化学汽相沉积的过程中将外延生长层沉积到反应器内被衬托器夹持的半导体晶片上，加热行列具有：

多个加热灯；

反射器，用来将加热灯发出的热辐射导向衬托器以资加热半导体晶片和衬托器；及

支承结构，用来支承反射器和加热灯并将它们夹持在位，该结构包括有镜面可用来回收误导的热辐射，这种热辐射一般被导离衬托器，而镜面相对于加热行列和衬托器被成形并布置，可用来将误导的热辐射重新导向衬托器的边缘，以资加热边缘并减小横越衬托器和支承在其上的半导体晶片的热梯度，从而可在外延生长层沉积时阻止晶片内滑移位错的发生。

10.按照权利要求9的加热行列，其特征为，加热灯被布置在一个平面内并且镜面基本上是平的。

11.按照权利要求10的加热行列，其特征为，镜面相对于加热灯的所说平面所成的角度在约40°至约80°之间。

12.按照权利要求11的加热行列，其特征为，镜面相对于加热灯的所说平面所成的角度约为55°。

13.一种与水平反应器配合使用的加热组件，该组件可用来在化学汽相沉积的过程中将外延生长层沉积在反应器内衬托器夹持的半导体晶片上，该组件具有：

加热灯；

位在加热灯邻近的一次反射器用来将加热灯发出的热辐射导向衬托器以资加热半导体晶片和衬托器；及

二次反射器，具有位在一次反射器邻近的镜面可用来回收一次反射器发出而一般被导离衬托器的误导的热辐射，二次边缘反射器相对于加热行列和衬托器被成形并布置，可用来将误导的热辐射重新导向衬托器。

14.按照权利要求13的加热行列，其特征为，二次边缘反射器至少部分位在一次反射器的镜面之后。

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