ES2207499T3 - Camara de reaccion para un reactor epitaxial. - Google Patents
Camara de reaccion para un reactor epitaxial.Info
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Abstract
Cámara de reacción perfeccionada para un reactor epitaxial que comprende una campana (14) fabricada de un material aislante y transparente, tal como cuarzo, un elemento de susceptibilidad (24) provisto de cavidades (34a-n) con forma de disco para recibir plaquetas (36a-n) de material a tratar, y una placa (40) aislante y químicamente resistente dispuesta sobre la misma, caracterizada porque emplea: un difusor (54) formado por la tapa (52) de un elemento de cúpula central (88) conectada a una cámara de distribución anular simétrica (104) provista de una pluralidad de tubos (106a-f) de igual longitud que conectan dicha cámara anular (104) de la tapa con una zona de cúpula (42, 44) de la campana situada justo debajo de un cuello (46) que conecta una pestaña superior (48) con la cúpula (42, 44), garantizando dicha pluralidad de tubos (106a-f) una distribución de flujo uniforme a menor velocidad; una zona cilíndrica de la campana (14) que se extiende sobre la placa (40) y está montada sobre el elemento de susceptibilidad para eliminar cualquier interferencia entre la placa (40) y el reborde (42); un diámetro interno mínimo de la campana (14) para mantener a la campana (14) lo más apartada posible del elemento de susceptibilidad (24); y en las esquinas del elemento de susceptibilidad (24), en su parte superior, unos deflectores (122a-g) sobresalientes insertados en rebajes formados en el cuerpo de dicho elemento de susceptibilidad (24), deflectores (122a-g) que tienen una longitud aproximadamente igual a la mitad de la longitud de las esquinas del elemento de susceptibilidad (24).
Description
Cámara de reacción para un reactor epitaxial.
La presente invención se refiere a una mejora de
la cámara de reacción de un reactor epitaxial que realiza
deposición por reacción de vapor químico sobre substratos de
material cristalizado. En particular, la presente invención se
refiere a una cámara de reacción perfeccionada destinada a un
reactor epitaxial que realiza deposición de materiales
semiconductores sobre substratos monocristalinos fabricados de los
mismos materiales y, más particularmente, se refiere al cultivo
epitaxial mediante deposición de silicio semiconductor sobre
substratos del mismo material.
La técnica relativa al cultivo epitaxial de
monocristales sobre substratos del mismo material se conoce desde
hace décadas, y se utiliza extensamente para la preparación de
dispositivos semiconductores electrónicos y, en particular, para la
preparación de los substratos de silicio o "plaquetas"
empleados en la fabricación de chips para circuitos integrados.
En este cultivo epitaxial de silicio se emplea
extensamente la deposición de vapor químico (CVD) obtenida por
medio de pirólisis de compuestos gaseosos de silicio - denominados
gases de origen de silicio - tales como silano (SiH_{4}),
monoclorosilano (SiH_{3}Cl), diclorosilano (SiH_{2}Cl_{2}),
triclorosilano (SiHCl_{3}) y tetraclorulo de silicio (SiCl_{4})
en una atmósfera de hidrógeno. Para lograr esta pirólisis se
utilizan reactores epitaxiales, estando dichos reactores formados
esencialmente por una campana de material aislante y transparente
que actúa como envolvente de un soporte y un calefactor de las
plaquetas de silicio, y que consiste en un elemento de
susceptibilidad fabricado de grafito con revestimiento de carburo de
silicio y provisto de unas cavidades con forma sustancial de discos
en las que se recibe y calientan las plaquetas por medio de la
inducción de corrientes a través de una bobina que rodea
externamente la campana de cuarzo. Los medidores de susceptibilidad
pueden tener diversas formas, tales como de disco o de pirámide
truncada. En el presente documento, se hará referencia a los
medidores de susceptibilidad con forma de pirámide truncada.
Los reactores con un elemento de susceptibilidad
en forma de pirámide truncada dentro de una campana de cuarzo se
conocen desde hace bastante tiempo, y se describen, por ejemplo, en
la patente italiana Nº 1.215.444 y en la correspondiente patente
europea Nº 293.021.
Es un hecho conocido que, en estos tipos de
reactor, la velocidad de deposición del silicio sobre un substrato,
fabricado igualmente de silicio, dependía más o menos directamente
- en igualdad de las restantes condiciones - de la velocidad de
flujo de los gases de origen de silicio anteriormente citados sobre
las superficies de los substratos mantenidas a unas temperaturas
inductoras de pirólisis en dichos gases para formar los depósitos
de silicio. Según se comenta en la patente italiana Nº 1.231.547 y
en la correspondiente solicitud publicada de la patente europea Nº
0.415.191, a nombre del propietario de la presente solicitud, un
elemento de susceptibilidad con forma de pirámide truncada situado
dentro de una campana cilíndrica con una cúpula semiesférica
montada en su extremo superior producía unas velocidades de flujo de
los gases de origen de silicio que eran mínimas en el centro de las
caras laterales del elemento de susceptibilidad, donde la distancia
entre las caras laterales y la pared próxima de la campana
cilíndrica era máxima, y en el punto más cercano a las esquinas que
separan las caras adyacentes del elemento de susceptibilidad, donde
la distancia entre dichas caras y dicha pared de la campana era
mínima. Con el fin de corregir las correspondientes variaciones de
la velocidad de deposición y las consiguientes variaciones en los
espesores de la deposición, en la patente italiana Nº 1.231.547
anteriormente citada se contempla proporcionar, en las esquinas del
elemento de susceptibilidad, unas protuberancias orientadas hacia
la pared de la campana que reducirían a cero, o aproximadamente
cero, las velocidades de flujo de dichos gases en la proximidad de
las citadas protuberancias, produciendo unas velocidades más o
menos uniformes en cada cara del elemento de susceptibilidad, entre
dichas protuberancias y la pared de la campana. Las protuberancias
formadas para tal fin se muestran en las figuras 8 a 19 de la
patente anteriormente citada, figuras que ilustran tanto unas
protuberancias insertadas en las esquinas del elemento de
susceptibilidad, según se aprecia en las figuras 8 a 9B, como las
formadas del mismo material del elemento de susceptibilidad, según
se aprecia en las figuras 11 a 19. El sistema actuaba de forma
relativamente satisfactoria, aunque se notaba un cierto grado de
irregularidad e imprevisibilidad operativa cuando, para fines de
limpieza o reparación de fallos graves, la campana era sustituida
por una campana nueva, incluso si ésta era prácticamente idéntica a
la sustituida. Además, debido a la tendencia actual de fabricar
plaquetas cada vez mayores, con un diámetro aproximado de entre 100
mm y 200 mm, se observó un incremento de tales irregularidades
posteriores a la sustitución de la campana a medida que las
plaquetas de silicio se fabricaban cada vez mayores.
En este sentido, actualmente se sabe que, al
aumentar el diámetro de las plaquetas, los requisitos cualitativos
de las plaquetas epitaxiales se tornan cada vez más rigurosos, por
lo que un reactor que procesa un gran número de plaquetas de forma
simultánea (tipo de reactor por lotes) debe lograr un equilibrio
aceptable entre la cantidad y la calidad de las plaquetas
producidas (bajo coste).
Un parámetro cualitativo de especial importancia
es la uniformidad del espesor de la capa epitaxial depositada. En
este sentido, la uniformidad del espesor en un reactor epitaxial,
especialmente del tipo por lotes, está influenciada por ciertos
factores:
- diferencia de espesor entre diferentes puntos
de cada plaqueta individual;
- diferencia entre plaquetas individuales dentro
del mismo lote;
- diferencia entre diversos lotes.
Como podrá apreciarse en la citada documentación
de la técnica anterior, la cámara de reacción de un típico reactor
epitaxial dotado de elemento de susceptibilidad de pirámide
truncada, conocido como reactor epitaxial de barril, consta
esencialmente de las partes siguientes:
- una campana con forma de cilindro situada en el
extremo superior, provista de una pestaña conectada a la cúpula de
cierre de la campana por medio de un estrecho cuello
cilíndrico;
- un difusor de gas, utilizado en las reacciones
de deposición de vapor químico, consistente en un tubo de entrada
conectado a dos placas paralelas que tienen la función de
distribuir uniformemente el flujo de gas saliente;
- una placa de cuarzo que descansa sobre a tapa
del elemento de susceptibilidad; y
- un elemento de susceptibilidad con sus
soportes.
Los componentes anteriormente citados forman la
parte esencial de una cámara de reacción.
Se sabe que los medidores de susceptibilidad de
los reactores pueden recibir muchas plaquetas, dependiendo del
diámetro de las mismas - por ejemplo, según la tabla siguiente:
| Diámetro de | Número de | Disposición de las plaquetas |
| la plaqueta | plaquetas | |
| 100 mm | 30 | Tres anillos divididos en diez columnas |
| 125 mm | 24 | Tres anillos divididos en ocho columnas |
| 150 mm | 14 | Dos anillos divididos en siete columnas |
| 200 mm | 5 | Un anillo dividido en cinco columnas |
En general, mientras mayor sea el número de
anillos, menor será el número de columnas y mayor será la dificultad
para lograr un equilibrio aceptable en la uniformidad del espesor
de las capas epitaxiales. La uniformidad del espesor tiende a variar
considerablemente entre los anillos - es decir, en dirección
vertical - debido a la forma de pirámide truncada del elemento de
susceptibilidad instalado dentro de una campana sustancialmente
cilíndrica.
La cámara de reacción, elaborada de acuerdo con
las enseñanzas de la citada técnica anterior, produce unos
resultados satisfactorios siempre que la totalidad de sus
componentes se fabrique según la especificación de diseño. Sin
embargo, si alguno de los componentes no se fabrica según la
especificación, esto puede dar lugar a graves problemas. En general,
ni el elemento de susceptibilidad ni la placa de cuarzo causan
problemas, a menos que se haya incurrido en una grave desviación.
Por el contrario, la campana y el distribuidor son extremadamente
críticos, y dicha naturaleza crítica aumenta si se producen
plaquetas de un diámetro cada vez mayor. Esto exige unas
tolerancias cada vez menores, las cuales, llegado a un cierto punto,
son imposibles de cumplir. Por lo tanto, cuando se sustituye una
campana o un difusor - incluso si han sido fabricados según la
misma especificación de diseño - los resultados en términos de
uniformidad del espesor de la capa depositada varían
considerablemente, en sentido positivo o negativo.
Los estudios y pruebas que se han realizado al
respecto demuestran que:
a) el difusor es extremadamente crítico debido a
que la velocidad del gas en el tubo de admisión es sumamente alta
(del orden de 130 m/seg), siendo considerablemente menor en la
salida (del orden de 3 m/seg); por lo tanto, unas desviaciones
mínimas en términos de configuración o unas pequeñas diferencias
entre piezas individuales generan unas desviaciones considerables
en términos de rendimiento;
b) la forma del denominado "reborde" de la
campana, es decir, la zona con forma de cúpula que conecta la pared
lateral cilíndrica de la campana con el cuello que finaliza en la
pestaña superior, a la que va adherida y sellada una placa de
soporte conectada al difusor, es extremadamente crítica debido a
que la placa de cuarzo que descansa sobre el elemento de
susceptibilidad está situada muy próxima a la pared curva del citado
reborde, de manera que se forman bolsas de convección dentro del
flujo de gas que presentan formas muy diversas, dependiendo del
radio de curvatura del reborde (ya que unas mínimas variaciones del
radio generan grandes variaciones en las bolsas de convección) y
dependiendo de las irregularidades de la superficie interna formadas
al emplear técnicas manuales de procesamiento del vidrio. Una
campana con una cúpula elaborada de manera deficiente produce malos
resultados en términos de uniformidad vertical - es decir,
considerables diferencias entre un anillo y el siguiente;
c) el diámetro interno de la campana es
extremadamente crítico: si la campana es demasiado estrecha, la
uniformidad de cada plaqueta individual tiende a ser
deficiente.
Los inconvenientes anteriormente citados se
solucionan con la presente invención, en la que:
- un difusor con discos paralelos provenientes de
un tubo central, según la técnica anterior y soportado por una tapa
adherida a la pestaña superior, se sustituye por un nuevo difusor
formado por la tapa de un elemento de cúpula central conectado a una
cámara de distribución simétrica anular que tiene una pluralidad de
tubos de igual longitud que conectan dicha cámara anular de la tapa
con una zona de la cúpula de la campana situada justo debajo del
cuello que conecta la pestaña superior a la cúpula, según lo cual
dicha pluralidad de tubos garantiza la uniformidad de la
distribución del flujo a una velocidad más baja;
- la zona cilíndrica de la campana, sobre la
placa de cuarzo que descansa sobre el elemento de susceptibilidad,
se prolonga con el fin de eliminar cualquier interferencia entre la
placa y el reborde;
- se establece un diámetro interno mínimo de la
campana para mantenerla lo más apartada posible del elemento de
susceptibilidad; y
- las esquinas del elemento de susceptibilidad,
en la zona superior del mismo, están dotadas de unos deflectores
sobresalientes insertados en unos rebajes formados en el cuerpo del
elemento de susceptibilidad, deflectores que tienen una longitud
aproximadamente igual a la mitad de la longitud de las esquinas del
elemento de susceptibilidad.
Las características típicas de la presente
invención se definen en las reivindicaciones que constituyen la
parte concluyente de la presente descripción. No obstante, otras
características y ventajas de la invención surgirán con mayor
claridad a partir de la siguiente descripción detallada de una
realización de la invención, que se proporciona de forma meramente
ilustrativa y no limitante, y conjuntamente con los dibujos
adjuntos, en los que:
La figura 1 muestra una vista en sección
transversal de la cámara de reacción de un reactor epitaxial de la
invención que contiene un elemento de susceptibilidad del tipo que
incluye dos anillos de siete columnas cada uno, es decir, destinados
a plaquetas con un diámetro de 150 mm;
la figura 2 es una vista seccionada en planta de
la misma cámara de reacción a lo largo de la línea
A-A que aparece en la figura 1;
la figura 3 es una vista parcial ampliada del
conjunto de tapa y distribuidor de la cámara de reacción según la
invención; y
la figura 4 es una vista despiezada en
perspectiva del mismo conjunto de tapa y distribuidor, que muestra
todos sus componentes.
Con referencia a las figuras, se puede ver que la
cámara de reacción 10 de un reactor epitaxial está formada por una
base 12 que soporta a una campana 14 fabricada de material aislante
y transparente, tal como cuarzo, que no reacciona frente a los
reactivos químicos a introducir en la campana 14 y que está rodeada
por una bobina de inducción 16 de tipo reflectante, como la
ilustrada en la patente italiana Nº 1.215.444 y en la
correspondiente patente europea Nº 293.021 anteriormente citadas.
Obviamente, la bobina 16 descansa sobre un soporte 18 que contiene
unas aspas 20 que distribuyen las corrientes de aire 22 que fluyen
por el espacio formado entre la campana 14 y la bobina 16 para fines
de refrigeración.
En su interior, la campana 14 tiene un elemento
de susceptibilidad 24 con forma de pirámide truncada que descansa
sobre un eje de soporte rotativo 26 formado esencialmente por una
carcasa lateral 28 fabricada de un material conductor de
electricidad, tal como grafito, y revestido con una fina capa de
material químicamente inerte, tal como carburo de silicio (SiC),
cerrada en su extremo inferior por una primera placa plana 30 y en
su extremo superior por una segunda placa plana 32. Dichas placas
planas 30 y 32 se pueden fabricar de materiales que son a la vez
aislantes e inertes, tales como el cuarzo o la cerámica, y
conductores, tales como el grafito, siempre que estén revestidos de
un material inerte, tal como el carburo de silicio. El grafito es
especialmente preferible debido a su facilidad de mecanización
(factor de dureza 2 en la escala Moss) y la facilidad con que se
puede revestir de carburo de silicio utilizando procedimientos
conocidos desde hace mucho tiempo por los expertos en esta técnica.
La carcasa lateral 28 del elemento de susceptibilidad 24 tiene unas
cavidades 34a-n con forma de disco capaces de
recibir unas plaquetas 36a-n de silicio
semiconductor susceptibles de ser tratadas mediante los
procedimientos necesarios para preparar chips semiconductores para
circuitos integrados.
Por encima del elemento de susceptibilidad 24 se
proyecta una columna 38 que soporta una placa 40, estando ambos
elementos fabricados de un material inerte, tal como cuarzo o
cerámica. La placa 40 tiene la función evidente de evitar que los
gases de origen de silicio choquen directamente contra el elemento
de susceptibilidad 24.
Según la presente invención, la campana 14 no
acaba en la cúpula hemisférica convencional de la técnica anterior
sino en un reborde 42 elevado respecto al elemento de
susceptibilidad 24 y la placa 40, de manera que el espacio entre la
campana 14 y la placa 40 queda sustancialmente libre de
restricciones, evitándose así cualquier interferencia entre la
placa 40 y el reborde 42.
A continuación del reborde 42, la pared de la
campana prosigue a través de una zona 44 conectada a un cuello
central elevado 46 que acaba en una pestaña engrosada 48 que define
una abertura 50 destinada a recibir la tapa 52 de un difusor 54
según la invención, lo cual se ilustra más detalladamente en las
figuras 3 y 4.
El difusor 54 consta de una tapa hueca 52 unida a
una pestaña anular 56 por un mínimo de tres tensores
58a-c con acción de muelle, los cuales constan de
manijas 60a-c, vástagos roscados
62a-c, mangas huecas 64a-c
engrosadas en su extremo superior y roscadas en su extremo inferior,
arandelas de presión de muelle 66a-c, muelles de
presión 68a-c, orificios roscados
70a-c para recibir las áreas roscadas de las mangas
64a-c y tornillos de sujeción 72a-c
que fijan las citadas mangas 64a-c una vez
finalizado el atornillado en los orificios 70a-c.
Finalmente, los extremos roscados de los vástagos
62a-c se acoplan a los orificios roscados de la
pestaña anular 56. Esta pestaña 56 está provista de unos orificios
pasantes 76a-f que reciben unos tornillos
78a-f que encajan en los orificios roscados
80a-f de dos medias contrapestañas 82a y 82b que,
junto con la pestaña 56, afianzan la pestaña engrosada 48 adherida
al cuello 46 de la campana 14. Un sello compensatorio 84, que se
mantiene sujeto por la acción de los tornillos 78a-f
en los orificios roscados 80a-f, está insertado
entre las contrapestañas 82a y 82b.
La tapa 52 está cerrada en su parte de arriba por
una pestaña 86 que acaba en un elemento de cúpula superior 88 sobre
el cual está montada una manga roscada 90 adherida internamente por
un vástago roscado 92 que termina en una manija elevadora 94. Dicho
elemento de cúpula 88 comunica con una manga 96 conectada a una
fuente externa de suministro del gas a utilizar dentro de la cámara
de reacción 10. El elemento de cúpula 88 dispone de una cámara
interna 98 cuyo extremo inferior 100 define una ranura anular que,
junto con otra ranura anular 102, proporciona una conducción
angularmente uniforme hasta una cámara anular 104 definida entre la
pestaña 86 y el extremo superior de la tapa 52, donde la cámara
anular 104 se comunica con los tubos de salida
106a-f (en número de seis, en este caso) que
emergen, en el interior de la campana 14, por encima de la placa
40. Una junta de aro tórico 108 establece un sello entre la pestaña
86 y la tapa 52 cuando la pestaña 86 es presionada contra la tapa
52 por el conjunto de tornillos 110a-f mostrado en
las figuras 3 y 4. Los tubos de salida 106a-f,
fabricados de un material químicamente inerte, tal como cuarzo o
cerámica, están conectados al extremo inferior de la tapa 52 por
medio de las mangas roscadas 112a-f atornilladas a
los correspondientes orificios roscados que pasan a través del
extremo inferior de dicha tapa 52. La tapa 52 tiene una cámara
interna 114 que permite el flujo de un líquido refrigerante, tal
como agua, que entra y sale de las mangas de conexión 116 y 118,
respectivamente. Una manga 120, conectada a un espacio definido
entre dos juntas afianzadas entre el extremo inferior de la tapa 52
y la pestaña engrosada 48, indica la eficiencia de sellado de las
juntas.
Haciendo nuevamente referencia a las figuras 1 y
2, puede verse que la carcasa 28 y la placa plana superior 30 del
elemento de susceptibilidad 24, en la región de las esquinas
laterales, están provistas de unos deflectores
122a-g fabricados de un material químicamente
inerte, tal como vidrio, cuarzo, cerámica o grafito con
revestimiento de carburo de silicio. Es preferible el grafito, ya
que se puede mecanizar con facilidad y precisión, además de
revestirse fácilmente con carburo de silicio, de manera que, una
vez logradas las dimensiones deseadas, los deflectores
122a-g casi no requieren más modificaciones.
Los gases de origen de silicio emergen de los
tubos de salida 106a-f del distribuidor 54, se
difunden sobre la placa inerte 40 y luego fluyen por el espacio
entre la pared lateral de la campana 14 y la carcasa 28 del
elemento de susceptibilidad 24, donde se generan las reacciones de
la pirólisis, produciéndose una deposición epitaxial de silicio
sobre las plaquetas 36a-n.
Los resultados de utilizar la cámara de reacción
según la presente invención son los siguientes:
1) las partes individuales ya no son de
naturaleza crítica, de manera que el cambio de campanas, tapas y
tubería no afecta al rendimiento;
2) mejora la uniformidad del espesor de las
plaquetas individuales dentro de un mismo lote;
3) se obtiene una "forma" típica de
distribución del espesor del cultivo dentro de cada plaqueta.
En particular, debido a los resultados 1 y 3, se
han podido concentrar los esfuerzos sólo en las variaciones del
espesor del cultivo dentro de cada plaqueta. De hecho, la
distribución del espesor en cada plaqueta se realiza de la manera
siguiente:
En el caso de un elemento de susceptibilidad para
plaquetas con un diámetro de 125 mm provisto de tres anillos de
ocho plaquetas cada uno:
- en el primer anillo, las plaquetas tienen una
capa de cultivo que es más delgada en los lados derecho e izquierdo
y más gruesa en el centro;
- en el segundo anillo, las plaquetas tienen una
capa de cultivo que es más delgada en los lados derecho e izquierdo
y sólo ligeramente más gruesa en el centro;
- en el tercer anillo, las plaquetas tienen una
capa de cultivo totalmente uniforme.
En el caso de un elemento de susceptibilidad para
plaquetas con un diámetro de 150 mm provisto de dos anillos de
siete plaquetas cada uno:
- en el primer anillo, las plaquetas tienen una
capa de cultivo que es más delgada en los lados derecho e izquierdo
y más gruesa en el centro;
- en el segundo anillo, las plaquetas tienen una
capa de cultivo que es totalmente uniforme.
La tarea que se pretende llevar a cabo consiste
en lograr, en la medida de lo posible, una distribución idéntica
del espesor del cultivo en los anillos individuales.
Se sabe que, en un reactor de tipo de barril, el
elemento de susceptibilidad 24 tiene forma de pirámide truncada con
base poligonal regular y la campana 14 tiene forma circular. Por lo
tanto, el canal para los gases que fluyen entre el elemento de
susceptibilidad 24 y la campana 14 dispone de una sección
transversal variable en dirección horizontal, con una mayor sección
transversal en el centro de la plaqueta (véase la figura 2).
Además, el canal de flujo mismo tiene una sección transversal
variable en dirección vertical, ya que la pared de la campana 14 es
perfectamente vertical, en tanto que las paredes laterales del
elemento de susceptibilidad 24 están inclinadas unos pocos grados
(típicamente, 3º) respecto a un eje vertical común a la campana y
al elemento de susceptibilidad. Esta inclinación genera un
incremento de la velocidad de flujo de los gases hacia el extremo
inferior del elemento de susceptibilidad y la campana, necesaria
para compensar el escape gradual de silicio de la mezcla de
hidrógeno y compuestos de silicio que se produce a medida que el
gas fluye hacia abajo por el elemento de susceptibilidad. Según lo
expuesto en la patente italiana Nº 1.231.547 y en la correspondiente
solicitud publicada de la patente europea Nº 0.415.191, una menor
sección transversal corresponde, dentro de ciertos límites, a una
mayor velocidad de flujo de los gases y por consiguiente a una
mayor velocidad de deposición del silicio. No obstante, la situación
se torna más compleja debido a la interacción entre las capas
marginales en torno al elemento de susceptibilidad y la campana,
donde la interacción depende de las respectivas temperaturas (hay
que tener presente que el elemento de susceptibilidad 24 es
calentado por las corrientes inducidas por la bobina 16, en tanto
que la campana es refrigerada por las corrientes de aire 22) y de
la distancia entre el elemento de susceptibilidad y la pared interna
de la campana. Por este motivo, en el primer anillo de un elemento
de susceptibilidad para plaquetas con un diámetro de 150 mm y en el
primer y segundo anillos para plaquetas con un diámetro de 125 mm,
la distancia entre las capas marginales - y en consecuencia la
sección transversal del flujo - es tal que produce un movimiento
más rápido de los gases sobre los costados que sobre el centro de
la plaqueta. Por el contrario, en el anillo inferior, la distancia
entre las capas marginales - y en consecuencia la sección
transversal del flujo - es tal que produce un movimiento con
velocidad uniforme de los gases tanto en los costados como el
centro de la plaqueta. El problema ha sido resuelto a través de las
medidas descritas y reivindicadas en la citada patente italiana Nº
1.231.547 y en la correspondiente solicitud publicada de la patente
europea Nº 0.415.191, cuyas descripciones se consideran incorporadas
al presente documento para fines de referencia. Según esta
solución, las esquinas del elemento de susceptibilidad han sido
dotadas de unos deflectores divisores que modifican las capas
marginales del anillo superior sin modificar la capa marginal del
anillo inferior. No obstante, y tal como se menciona en el preámbulo
de la presente descripción, aunque la medida propuesta por esta
técnica anterior basta para garantizar una distribución
relativamente uniforme de la velocidad de salida de los gases,
desplazando las capas marginales para separarlas entre sí, sólo
produce resultados positivos si no se sustituyen los componentes
ajenos al elemento de susceptibilidad, tales como la campana, la
tapa y el distribuidor de gas dotado de un par de discos paralelos
superpuestos. Tan pronto como se sustituye uno de estos
componentes, los resultados se tornan extremadamente negativos, de
manera que se estima que el valor de la invención anteriormente
indicada tiene un valor limitado. Sólo ahora, con el descubrimiento
relativo a la influencia de la altura del reborde 42 de la campana
14 en relación con la placa 40 y la modificación del distribuidor
54, realizada según se muestra detalladamente en las figuras 3 y 4,
ha sido posible eliminar los inconvenientes que surgen en dicha
técnica anterior, por lo que la invención anteriormente citada
resulta totalmente utilizable.
Según lo mencionado anteriormente, la presente
invención hace que la patente italiana Nº 1.231.547 resulte
plenamente utilizable, ofreciendo la ventaja adicional de emplear
unos deflectores divisores 122a-g de reducido tamaño
que no son permanentes, es decir, que simplemente se insertan en
unos rebajes de las esquinas del elemento de susceptibilidad 24
pero que no están formados integralmente en el elemento de
susceptibilidad 24. La reducción del tamaño de los deflectores
122a-g también tiene unos efectos positivos en el
control de sensibilidad de la capa epitaxial, ya que los
deflectores, que en efecto son disipadores de calor, podrían
influenciar los parámetros de rendimiento, tales como la
uniformidad de la resistividad, parámetro que es sensible a la
temperatura, particularmente en puntos de las plaquetas adyacentes a
los deflectores. En realidad, con estos deflectores
122a-g de reducido tamaño, la uniformidad de la
resistividad no empeora, en tanto que, debido a la mejor
uniformidad del espesor en dirección vertical, es decir, entre un
anillo y el siguiente, se puede conseguir un perfil de temperaturas
para el elemento de susceptibilidad capaz de optimizar dicha
uniformidad, al emplear, por ejemplo, unos sistemas de regulación
en los que intervienen dispositivos de inducción secundaria, según
se describe en la patente italiana Nº 1.215.444 y en la
correspondiente patente europea Nº 0.293.021.
La anterior descripción se refiere a una
realización específica de la invención que de ninguna manera deberá
contemplarse como limitante, siendo posible que personas expertas en
la técnica lleguen a diseñar soluciones similares o equivalentes que
deberán contemplarse como se describen en el presente documento,
según se define en las reivindicaciones adjuntas.
Claims (15)
1. Cámara de reacción perfeccionada para un
reactor epitaxial que comprende una campana (14) fabricada de un
material aislante y transparente, tal como cuarzo, un elemento de
susceptibilidad (24) provisto de cavidades (34a-n)
con forma de disco para recibir plaquetas (36a-n)
de material a tratar, y una placa (40) aislante y químicamente
resistente dispuesta sobre la misma, caracterizada porque
emplea:
un difusor (54) formado por la tapa (52) de un
elemento de cúpula central (88) conectada a una cámara de
distribución anular simétrica (104) provista de una pluralidad de
tubos (106a-f) de igual longitud que conectan dicha
cámara anular (104) de la tapa con una zona de cúpula (42, 44) de
la campana situada justo debajo de un cuello (46) que conecta una
pestaña superior (48) con la cúpula (42, 44), garantizando dicha
pluralidad de tubos (106a-f) una distribución de
flujo uniforme a menor velocidad;
una zona cilíndrica de la campana (14) que se
extiende sobre la placa (40) y está montada sobre el elemento de
susceptibilidad para eliminar cualquier interferencia entre la
placa (40) y el reborde (42);
un diámetro interno mínimo de la campana (14)
para mantener a la campana (14) lo más apartada posible del elemento
de susceptibilidad (24); y
en las esquinas del elemento de susceptibilidad
(24), en su parte superior, unos deflectores
(122a-g) sobresalientes insertados en rebajes
formados en el cuerpo de dicho elemento de susceptibilidad (24),
deflectores (122a-g) que tienen una longitud
aproximadamente igual a la mitad de la longitud de las esquinas del
elemento de susceptibilidad (24).
2. Cámara de reacción para un reactor epitaxial,
según la reivindicación 1, caracterizada porque la tapa (52)
del difusor (54) está adherida a una pestaña anular (56) que a su
vez está adherida a una pestaña engrosada superior (48) de la
campana (14) por medio de un par de dos medias contrapestañas (82a,
82b) que afianzan la pestaña anular (56) contra la pestaña superior
(48) de la campana (14).
3. Cámara de reacción para un reactor epitaxial,
según la reivindicación 2, caracterizada porque la fijación
de la tapa (52) del difusor (54) a la pestaña anular (56) se
realiza por medio de una pluralidad de tensores
(58a-c) con acción de muelle que presionan la tapa
(52) elásticamente contra la pestaña anular (56).
4. Cámara de reacción para un reactor epitaxial,
según las reivindicaciones 2 y 3, caracterizada porque la
tapa (52) está cerrada en su parte superior por una pestaña (86)
que acaba en un elemento de cúpula (88) que comunica con una manga
(96) conectada a una fuente de suministro externa del gas a utilizar
dentro de la cámara de reacción, cúpula cuyo extremo inferior (100)
define al menos una ranura circular que garantiza una distribución
rigurosamente uniforme del gas en una cámara anular (104) para
alimentar la pluralidad de tubos (106a-f) que salen
del distribuidor (54) instalado dentro de la campana (14).
5. Cámara de reacción para un reactor epitaxial,
según la reivindicación 4, caracterizada porque, además de la
ranura del extremo inferior (100), otra ranura anular (102) ayuda a
garantizar una distribución uniforme del gas en la cámara anular
(104) que alimenta los tubos de salida (106a-f).
6. Cámara de reacción para un reactor epitaxial,
según las reivindicaciones 4 y 5, caracterizada porque la
tapa (52) del distribuidor (54) comprende una cámara interna (114)
para el flujo de un fluido refrigerante.
7. Cámara de reacción para un reactor epitaxial,
según las reivindicaciones 4, 5 y 6, caracterizada porque
los tubos de salida (106a-f) están fabricados de un
material químicamente inerte respecto al gas utilizado en la
campana.
8. Cámara de reacción para un reactor epitaxial,
según la reivindicación 7, caracterizada porque los tubos de
salida (106a-f) están fabricados de vidrio.
9. Cámara de reacción para un reactor epitaxial,
según la reivindicación 7, caracterizada porque los tubos de
salida (106a-f) están fabricados de material
cerámico.
10. Cámara de reacción para un reactor epitaxial,
según la reivindicación 7, caracterizada porque los tubos de
salida (106a-f) están fabricados de cuarzo.
11. Cámara de reacción para un reactor epitaxial,
según las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque
los deflectores (122a-f) adheridos al elemento de
susceptibilidad (24) están fabricados de un material químicamente
inerte respecto a los gases utilizados en dicha cámara.
12. Cámara de reacción para un reactor epitaxial,
según la reivindicación 11, caracterizada porque los
deflectores (122a-f) adheridos al elemento de
susceptibilidad (24) están fabricados de vidrio.
13. Cámara de reacción para un reactor epitaxial,
según la reivindicación 11, caracterizada porque los
deflectores (122a-f) adheridos al elemento de
susceptibilidad (24) están fabricados de material cerámico.
14. Cámara de reacción para un reactor epitaxial,
según la reivindicación 11, caracterizada porque los
deflectores (122a-f) adheridos al elemento de
susceptibilidad (24) están fabricados de cuarzo.
15. Cámara de reacción para un reactor epitaxial,
según la reivindicación 11, caracterizada porque los
deflectores (122a-f) adheridos al elemento de
susceptibilidad (24) están fabricados de grafito revestido de
carburo de silicio.
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