ES2262853T3 - Susceptor con dispositivos de control del crecimeinto epitaxial y reactor epitaxial que utiliza los mismos. - Google Patents
Susceptor con dispositivos de control del crecimeinto epitaxial y reactor epitaxial que utiliza los mismos.Info
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Abstract
Susceptor (1) para reactores de crecimiento epitaxial que comprende una estructura (2) que tiene una base inferior (3), una parte superior (4) y algunas caras laterales básicamente planas (5), estando dichas caras laterales adaptadas para recibir, en áreas predeterminadas (6), sustratos sobre los que se desarrolla el crecimiento epitaxial y que están provistas de regiones laterales del borde (7) definidas por pares de caras laterales adyacentes (5), en las que a lo largo de dichas regiones laterales del borde (7) de la parte superior de la estructura se proporcionan unas primeras acanaladuras (8) adaptadas para controlar el flujo de gases de reacción a lo largo de dichas caras laterales (5) caracterizadas porque a lo largo de dichas regiones laterales del borde (7) de la parte inferior de la estructura se proporcionan unas segundas acanaladuras (9) adaptadas para controlar el flujo de los gases de reacción a lo largo de dichas caras laterales (5).
Description
Susceptor con dispositivos de control del
crecimiento epitaxial y reactor epitaxial que utiliza los
mismos.
La presente invención se refiere a un susceptor
para reactores de crecimiento epitaxial de acuerdo con el preámbulo
de la reivindicación 1 y a un reactor epitaxial que utiliza los
mismos.
En el campo de los reactores epitaxiales para la
industria microelectrónica, con el término "susceptor" quiere
decirse el soporte calentado que aloja uno o más sustratos durante
el proceso de crecimiento epitaxial; dicho soporte normalmente se
calienta aprovechando su susceptancia; dicho soporte conserva
normalmente el nombre de "susceptor" incluso en aquellos
reactores en los que el calentamiento tiene lugar de otras formas,
por ejemplo, a través de lámparas. La presente invención es
independiente del procedimiento de calentamiento.
Los susceptores de crecimiento epitaxial pueden
dividirse en dos grandes grupos: aquellos en los que los sustratos
yacen en una posición básicamente horizontal durante el proceso de
crecimiento epitaxial y aquellos en los que los sustratos yacen en
una posición básicamente vertical (a menudo a unos cuantos grados de
la dirección vertical) durante el proceso de crecimiento epitaxial.
La presente invención se aplica al segundo grupo de susceptores.
Con referencia a la Fig. 5, dicho susceptor
comprende una estructura 2 que tiene una base inferior 3, una parte
superior 4 y algunas caras laterales básicamente planas 5; las caras
laterales 5 están adaptadas para recibir, en áreas predeterminadas
6, sustratos sobre los que se desarrolla el crecimiento epitaxial;
la estructura 2 se proporciona con regiones laterales del borde 7
definidas por pares de caras laterales adyacentes 5. La estructura 2
tiene forma de pirámide o, más a menudo, de pirámide truncada y, por
ejemplo, una base inferior 3 tiene forma de heptágono y una parte
superior 4 también tiene forma de heptágono, pero de menor tamaño
que la base inferior 3, las caras laterales 5 tienen forma
básicamente rectangular, en las que las regiones laterales del borde
7 tienen forma básicamente triangular; en el caso de que las caras
laterales 5 tengan forma básicamente trapezoidal, las regiones
laterales del borde 7 son verdaderos bordes. Un reactor con un
susceptor que tenga forma de pirámide truncada se conoce, por
ejemplo, de la patente italiana nº 1.215.444 solicitada en 1987.
Como se muestra en la Fig. 5, dicho susceptor
normalmente admite varios sustratos en cada cara lateral colocados
verticalmente uno sobre otro y con la conveniente separación entre
ellos; el número de sustratos depende también de su diámetro.
Como es bien sabido, el susceptor está colocado
dentro de una campana hecha de cuarzo; en la campana se inyectan
gases de reacción; el flujo de los gases de reacción a lo largo de
las caras laterales 5 (donde están ubicados los sustratos) permite y
determina el crecimiento en las caras expuestas de los sustratos;
evidentemente, existen muchos parámetros que afectan al
crecimiento.
La calidad y la regularidad del material de
crecimiento tienen suma importancia para el uso de los sustratos
tratados de esta forma por la industria microelectrónica, y se ven
enormemente afectados por la regularidad y uniformidad del flujo de
los gases de reacción a lo largo de las caras laterales 5 del
susceptor y, por lo tanto, a lo largo de los sustratos. Por lo
tanto, dicho flujo debe controlarse con atención.
En el pasado, eso ya había sido propuesto por el
solicitante de la solicitud de la presente patente, por ejemplo, en
las patentes italiana nº 1.231.547
(EP-A-415191) solicitada en 1989 y
nº 1.261.886 solicitada en 1992 y en la solicitud de la patente
italiana nº MI199A000607 presentada en 1999, el uso de unas primeras
acanaladuras colocadas a lo largo de las zonas laterales del borde y
de modo que se controlara el flujo de los gases de reacción a lo
largo de las caras laterales.
Mientras que inicialmente, (en 1989) se propuso
que dichas acanaladuras se extendieran desde la parte superior de la
estructura hasta la base de la estructura, posteriormente (desde
1992 hasta hoy), en la fase de implantación de la idea en productos,
se prefirió limitar su extensión a la parte superior de la
estructura; esto se debió a dos razones: la supuesta inutilidad de
la parte inferior de las acanaladuras y las deformaciones de las
acanaladuras provocadas por las condiciones ambientales en la cámara
de reacción, siendo estas deformaciones proporcionales a su
longitud.
Recientemente, se están empezando a utilizar
también de forma generalizada, para la fabricación de dispositivos
microelectrónicos, áreas del sustrato que están realmente junto a su
borde (unos cuantos
milímetros).
milímetros).
A partir de las medidas efectuadas, se ha
descubierto que, si también se tienen en cuenta estas áreas que
están realmente junto al borde, la uniformidad del material crecido
empeora considerablemente, en especial, para aquellos sustratos que
están más cerca de la base inferior.
De cualquier forma, se ha comprobado que la
simple idea de alargar las acanaladuras hacia abajo, por ejemplo
hasta la base inferior, no es eficaz; de hecho, el alargamiento de
las acanaladuras deriva en una mejora del grosor del material
crecido en las áreas situadas junto al borde y la acanaladura pero
empeora, por ejemplo, en las áreas junto al borde pero alejado de la
acanaladura.
La presente invención está dirigida a solucionar
el problema de la uniformidad del grosor de los sustratos crecidos
epitaxialmente mejor de lo que se ha hecho en el pasado.
Dicho problema se soluciona a través de un
susceptor que tenga las características establecidas en la
reivindicación independiente 1.
El uso de unas segundas acanaladuras separadas y
espaciadas de las primeras acanaladuras y que están situadas en la
parte inferior de la estructura del susceptor mejora notablemente la
uniformidad del grosor del sustrato crecido epitaxialmente en el
área del borde del sustrato.
Si fuera necesario, podrían proporcionarse
acanaladuras adicionales en la parte central de la estructura del
sustrato. De acuerdo con otro aspecto, la presente invención se
refiere también a un reactor epitaxial que tiene las características
establecidas en la reivindicación independiente 10 y que usa dicho
susceptor.
En las reivindicaciones dependientes se
establecen otras características ventajosas de la presente
invención.
La presente invención resultará más evidente
gracias a la siguiente descripción que deberá tenerse en cuenta
junto con los dibujos anexos, en los que:
La Fig. 1 muestra una cámara de reacción de un
reactor epitaxial de acuerdo con la presente invención,
La Fig. 2 muestra una sección transversal
parcial a lo largo del plano horizontal A-A de la
cámara de la Fig. 1,
La Fig. 3 muestra una sección transversal
parcial a lo largo del plano horizontal B-B de la
cámara de la Fig. 1,
La Fig. 4 muestra un susceptor de acuerdo con la
presente invención provisto de dos juegos de acanaladuras,
La Fig. 5 muestra la estructura del susceptor de
la Fig. 4 sin acanaladuras,
La Fig. 6 muestra una primera tira de
susceptores de acuerdo con la presente invención y
La Fig. 7 muestra una segunda tira de
susceptores de acuerdo con la presente invención.
Con referencia a las figuras, especialmente en
la Fig. 4 y la Fig. 5, un susceptor 1 para susceptores de
crecimiento epitaxial de acuerdo con la presente invención comprende
una estructura 2 que tiene una base inferior 3, una parte superior 4
y algunas caras laterales básicamente planas 5; las caras laterales
5 están adaptadas para recibir, en áreas predeterminadas 6,
sustratos en los que se desarrolla el crecimiento epitaxial; la
estructura 2 se proporciona con regiones laterales del borde 7
definidas por pares de caras laterales adyacentes 5; a lo largo de
las regiones laterales del borde 7 de la parte superior de la
estructura 2 se proporcionan una primeras acanaladuras 8 adaptadas
para controlar el flujo de los gases de reacción a lo largo de las
caras laterales 5; adicionalmente, también a lo largo de las
regiones laterales del borde 7, pero en la parte inferior de la
estructura 2 se proporcionan las segundas acanaladuras 9 adaptadas
para controlar el flujo de los gases de reacción a lo largo de las
caras laterales 5.
Las segundas acanaladuras 9 están, por lo tanto,
separadas y adecuadamente espaciadas de las primeras acanaladuras 8
y colocadas de modo que mejore el grosor del material crecido en las
áreas junto al borde y junto a la acanaladura pero, al mismo tiempo,
que no empeore básicamente el grosor del material crecido en ninguna
otra parte.
Si fuera necesario, especialmente si el número
de sustratos por cara es grande, podría ser ventajoso que a lo largo
de las regiones laterales del borde 7 de la parte central de la
estructura 2, se proporcionen unas terceras (y, dado el caso, más)
acanaladuras adaptadas para controlar el flujo de gases de reacción
a lo largo de las caras laterales 5; éstas están, por lo tanto,
separadas y convenientemente espaciadas de las primeras acanaladuras
8 y las segundas acanaladuras 9.
El hecho de que las acanaladuras tengan una
longitud limitada, además de permitir un mejor control del flujo,
reduce el problema mencionado de las deformaciones de las
acanaladuras; de hecho, si las acanaladuras se deforman
(principalmente por las altas temperaturas en la cámara de
reacción), el efecto en el flujo de los gases de reacción cambia con
el tiempo y, por lo tanto, resulta difícil predecir lo contrario de
lo que se necesitaría.
Dichas acanaladuras, de acuerdo con su forma de
realización más simple, pero a su vez efectiva, podría consistir en
tiras; cada tira está colocada centralmente a lo largo de una región
lateral del borde 7.
De forma alternativa, dichas acanaladuras
podrían consistir en pares de tiras; una primera tira del par está
colocada a lo largo del primer borde de una región lateral 7 y una
segunda tira del par está colocada a lo largo de un segundo borde de
la misma región lateral 7.
Las acanaladuras están hechas preferentemente
del mismo material que la estructura del susceptor, que es grafito
recubierto de carburo de silicio; el uso de cuarzo recubierto con
carburo de silicio no es aconsejable, ya que crea problemas al
limpiar las tiras; de hecho, se debe limpiar periódicamente el
material que se deposita en ellas durante las reacciones repetidas
de crecimiento epitaxial.
Aunque el uso del mismo material tanto para las
acanaladuras como para la estructura del susceptor resulta
ventajoso, es preferible que éstas sean partes distintivas para
limitar el flujo de calor desde la estructura hasta las
acanaladuras; de hecho, si las acanaladuras contribuyeran
básicamente al calentamiento de los sustratos, esto sería
inevitablemente irregular.
Si las tiras se acoplaran a la estructura del
susceptor, la tira podría modelarse de tal forma que tuviera en un
primer borde un gancho 11 o un diente 12, como se muestra claramente
en las Fig. 6 y la Fig. 7, lo que permitiría fijarla a la estructura
del susceptor; adicionalmente, es preferible que, en un segundo
borde, la tira se proporcione con un pasador de centrado 13 que
evite movimientos de oscilación de la tira cuando el susceptor gira
en la cámara de reacción.
Claramente, en la estructura del susceptor deben
proporcionarse orificios adecuados o ranuras adecuadas para el
gancho, el diente y el pasador: éstos se muestran claramente en la
sección transversal de la parte izquierda de la Fig. 4 y la Fig.
5.
Para limitar aún más el flujo de calor desde la
estructura hasta las tiras, la tira podría estar provista de un
surco 14 en el lado que se apoya en la estructura del susceptor; de
esta forma, la superficie de la tira en contacto con la estructura
está extremadamente
limitada.
limitada.
Como ya se ha resaltado, la colocación de las
acanaladuras es extremadamente importante para lograr el efecto
deseado.
Se ha descubierto experimentalmente que se
obtiene un buen resultado cuando las primeras acanaladuras 8 se
extienden desde un nivel correspondiente a aproximadamente la parte
superior 4 de la estructura 2, hasta un nivel correspondiente a
aproximadamente el centro de una de las áreas de sustratos 6,
especialmente el área 6a más cercana a la parte superior 4 de la
estructura 2.
En lo que respecta a las segundas acanaladuras
9, se ha descubierto experimentalmente que se obtiene un buen
resultado cuando las segundas acanaladuras 9 se extienden desde un
nivel correspondiente a aproximadamente el borde superior de una de
las áreas de sustratos 6, especialmente el área 6b más cercana a la
base 3 de la estructura 2, hasta un nivel correspondiente a
aproximadamente la base 3 de la estructura 2.
En lo que respecta a las terceras acanaladuras,
éstas podrían colocarse en todas las regiones laterales 7, por
ejemplo, justamente alineadas con una de las áreas de sustratos 6
(quizás con su mitad superior); de esta forma, contribuyen al
control del flujo de los gases de reacción de forma selectiva en
determinadas partes de las caras laterales 5.
Igualmente importante, además de la colocación,
es la selección de los tamaños de las acanaladuras, especialmente su
proyección desde la estructura del susceptor; por cierto, existe una
proporción entre la proyección y el grosor del material crecido.
Con el fin de controlar mejor el flujo de los
gases de reacción, resulta ventajoso que las primeras acanaladuras 8
se proyecten desde la estructura 2 en una primera cantidad y que las
segundas acanaladuras 9 se proyecten desde la estructura 2 en una
segunda cantidad; naturalmente, las cantidades primera y segunda
podrían ser diferentes.
Con el fin de tener una idea de los tamaños de
las proyecciones, podría decirse simplemente que, para un susceptor
de aproximadamente 500 mm de alto y con un diámetro de base de
aproximadamente 350 mm, se han probado proyecciones entre 1 mm y 10
mm.
En el caso de que se utilicen terceras
acanaladuras, éstas podrían proyectarse desde la estructura 2 en una
tercera cantidad que podría también ser distinta tanto de la primera
cantidad como de la segunda cantidad.
De acuerdo con un aspecto posterior, la presente
invención se refiere también a un reactor epitaxial que comprende al
menos una cámara de reacción en la que está ubicado al menos un
susceptor 1 que tiene las características descritas
anteriormente.
En la Fig. 1 se muestra, en una sección
transversal, una cámara de reacción de un reactor epitaxial de
acuerdo con la presente invención; en la figura pueden distinguirse,
entre otras cosas, la campana 10 y el susceptor 1 alojado dentro de
la campana 10.
La Fig. 2 muestra una sección transversal
parcial a lo largo de un plano horizontal A-A de la
cámara de la Fig. 1; la sección transversal se limita a la campana y
al susceptor.
La Fig. 3 muestra una sección transversal
parcial a lo largo de un plano horizontal B-B de la
cámara de la Fig. 1; la sección transversal se limita a la campana y
al susceptor.
Claims (10)
1. Susceptor (1) para reactores de
crecimiento epitaxial que comprende una estructura (2) que tiene una
base inferior (3), una parte superior (4) y algunas caras laterales
básicamente planas (5), estando dichas caras laterales adaptadas
para recibir, en áreas predeterminadas (6), sustratos sobre los que
se desarrolla el crecimiento epitaxial y que están provistas de
regiones laterales del borde (7) definidas por pares de caras
laterales adyacentes (5), en las que a lo largo de dichas regiones
laterales del borde (7) de la parte superior de la estructura se
proporcionan unas primeras acanaladuras (8) adaptadas para controlar
el flujo de gases de reacción a lo largo de dichas caras laterales
(5) caracterizadas porque a lo largo de dichas regiones
laterales del borde (7) de la parte inferior de la estructura se
proporcionan unas segundas acanaladuras (9) adaptadas para controlar
el flujo de los gases de reacción a lo largo de dichas caras
laterales (5).
2. Susceptor de acuerdo con la
reivindicación 1, en el que a lo largo de dichas regiones laterales
del borde (7) en la parte central de la estructura se proporcionan
al menos unas terceras acanaladuras adaptadas para controlar el
flujo de gases de reacción a lo largo de dichas caras laterales
(5).
3. Susceptor de acuerdo con la
reivindicación 1 ó 2, en el que dichas primeras (8) y/o segundas (9)
y/o terceras acanaladuras se componen de tiras o pares de tiras.
4. Susceptor de acuerdo con la
reivindicación 3, en el que una o cada tira está provista de un
gancho (11) o un diente (12) en un primer extremo, y preferentemente
con un pasador de centrado (13) en un segundo extremo, y en el que
una o cada tira se acopla a dicha estructura (2) a través de dicho
gancho o diente (11, 12) y, preferentemente, dicho pasador (13).
5. Susceptor de acuerdo con la
reivindicación 4, en el una o cada tira está provista de un surco
(14) en el lado que se apoya en la estructura (2) del susceptor
(1).
6. Susceptor de acuerdo con cualquiera
de las reivindicaciones anteriores, en el que dichas primeras
acanaladuras (8) se extienden desde un nivel correspondiente a
aproximadamente la parte superior (4) de la estructura (2), hasta un
nivel correspondiente a aproximadamente el centro de una de dichas
áreas de sustratos (6), especialmente el área (6a) más cercana a la
parte superior (4) de la estructura (2).
7. Susceptor de acuerdo con cualquiera
de las reivindicaciones anteriores, en el que dichas segundas
acanaladuras (9) se extienden desde un nivel correspondiente a
aproximadamente el extremo superior de una de dichas áreas de
sustratos (6), especialmente el área (6b) más cercana a la base (3)
de la estructura (2), hasta un nivel correspondiente a
aproximadamente la base (3) de la estructura (2).
8. Susceptor de acuerdo con cualquiera
de las reivindicaciones anteriores, en el que dichas primeras
acanaladuras (8) se proyectan desde la estructura en una primera
cantidad y en el que dichas segundas acanaladuras (9) se proyectan
desde la estructura en una segunda cantidad.
9. Susceptor de acuerdo con la
reivindicación 8, en el que dichas terceras acanaladuras se
proyectan desde la estructura en una tercera cantidad.
10. Reactor epitaxial que comprende al
menos una cámara de reacción, donde en una o en cada cámara de
reacción hay ubicado al menos un susceptor (1) de acuerdo con
cualquiera de las reivindicaciones
anteriores.
anteriores.
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