感受器系統的製作方法
2023-10-21 07:54:22 1
專利名稱：感受器系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種用於處理基片和/或晶片的裝置的感受器系統。
為了產生集成電路，需要處理基片和/或晶片；它們可以由一種材料(半導體或絕緣體)或多種材料(導體、半導體和絕緣體)製成；術語「基片」和術語「晶片」實際上通常指相同物品，也就是通常為盤形的薄元件；當元件基本只用作半導電材料的支承層或結構時使用術語「基片」；在其它情況下通常使用術語「晶片」。
涉及加熱的有純粹的熱處理和化學/物理處理。
通常，為了在基片上外延地(epitaxially)生長半導電材料(Si、Ge、SiGe、GaAs、AlN、GaN、SiC...)，當材料生長質量適用於微電子用途時需要高溫。對於半導電材料例如矽，使用的溫度通常從1000℃至1100℃。對於半導電材料例如碳化矽，需要甚至更高的溫度，特別是，使用的溫度通常從1500℃至2000℃。
因此，用於碳化矽或類似材料的外延生長的反應器首先需要產生熱量的系統，從而能夠在反應腔室能達到這些溫度；當然，希望系統不僅能夠有效產生熱量，而且要高效。因此，具有熱壁的反應腔室用於這種反應器中。
加熱反應腔室的壁的一種最合適方法是基於電磁感應的方法；提供了由導電材料製成的元件、感應器和交流電流(頻率通常在2kHz和20kHz之間)，電流在感應器中流動，以便產生可變磁場，元件定位成使它浸沒在可變磁場中；由於可變磁場而在元件中感應的電流使得元件通過焦耳效應而加熱；這種加熱元件稱為感受器，且當使用合適材料時能夠直接用作反應腔室的壁。
用於碳化矽或類似材料的外延生長的反應器還需要反應腔室很好地與外界環境絕熱，以便特別限制熱損失，並將很好地密封，以便一方面防止汙染外部環境的反應氣體擴散，另一方面防止汙染反應環境的氣體從外部環境進入。
下面將簡要介紹在用於碳化矽的外延生長的反應器中適用的一些已知感受器。
美國專利US5879462介紹了一種柱形感受器(圓形截面)，它有內部空腔(該內部空腔作為反應腔室)，該內部空腔沿縱向方向延伸，並有基本矩形截面；該感受器整個由粉末形式的碳化矽製成；加熱通過包圍感受器並輻射射頻場的裝置來進行。
美國專利US5674320介紹了一種柱形感受器(基本橢圓形截面)，它有兩個內部空腔(這兩個內部空腔作為反應腔室)，這兩個內部空腔沿縱向方向延伸，並有相同和基本矩形的截面；該感受器能夠形成為單件或由兩個相同部件形成(各部件有一個內部空腔)；感受器部件由石墨製成，並塗覆有一層碳化矽；在兩部件感受器中，部件通過石墨螺釘而機械連接在一起，並彼此電絕緣，特別是通過一層碳化矽而絕緣；加熱由包圍感受器的裝置通過電磁感應來進行；在石墨中感應的電流在各空腔的四周流動。
美國專利US5695567公開了一種稜柱形感受器(六邊形截面)，它有內部空腔(該內腔作為反應腔室)，該內部空腔沿縱向方向延伸，並有基本矩形截面；該感受器製成為4個部件；感受器部件由石墨製成，並塗覆有一層碳化矽；部件通過石墨螺釘而相互機械連接；兩個碳化矽板覆蓋感受器的上下部件，以便使得側部件與上下部件分離；加熱由包圍感受器的裝置通過電磁感應來進行；在石墨中感應的電流在界定空腔的各部件中流動。
本發明的目的是提供一種用於處理基片和/或晶片的裝置的感受器系統，該感受器系統適於利用螺線管通過電磁感應而加熱，該感受器系統均勻、有效和高效地加熱處理腔室，特別是，該感受器具有較低的熱慣性和良好的加熱能力，且該感受器系統還有簡單的結構。
該目的通過具有獨立權利要求1所述特徵的感受器系統來實現。
本發明的原理就是使用感受器元件，該感受器元件為空心，並形成為使得它的一部分布置成靠近用於處理基片和/或晶片的腔室(為了良好的換熱)，並使它的一部分布置成靠近螺旋管(為了良好的磁耦合)。
本發明的感受器系統的優選特徵在直接或間接從屬於權利要求1的權利要求中提出。
根據另一方面，本發明還涉及一種具有在獨立權利要求15中所述特徵的、用於處理基片和/或晶片的裝置。
本發明的裝置的優選特徵在直接或間接從屬於權利要求15的權利要求中提出。
通過下面結合附圖的說明，將更清楚本發明，附圖中
圖1是本發明的感受器系統的示意軸測圖，其中有一些附加元件；圖2是表示本發明第一實施例的感受器系統的示意剖視圖；圖3是表示本發明第二實施例的感受器系統的示意剖視圖；圖4是表示本發明第三實施例的感受器系統的示意剖視圖；圖5是表示本發明第四實施例的感受器系統的示意剖視圖；以及圖6A和6B是本發明感受器系統的底壁的示意軸測圖，該下部壁有滑動器，且該滑動器分別完全插入和取出。
下面將參照附圖中所示的實施例對本發明進行描述，但並不局限於這些實施例。
本發明的感受器系統特別設計成用於處理基片和/或晶片的裝置，它提供有由至少兩個壁界定的處理腔室，並有至少一個加熱螺線管；它包括至少一個感受器元件，該感受器元件的特徵在於它由外表面界定，並由適於通過電磁感應加熱的導電材料製成；具有這些特徵的一個或多個感受器元件為空心，且它的外表面的第一部分適於作為處理腔室的壁，而它的外表面的第二部分適於布置成靠近加熱螺線管。
參考圖1，處理腔室表示為1，螺旋管表示為9；在圖1的實施例中，有兩個空心感受器元件(由導電材料製成，表示為2和3)和兩個非空心感受器元件(表示為4和5)；各感受器元件2、3、4、5的外表面的第一部分適於作為處理腔室1的壁，且各感受器元件2、3、4、5的外表面的第二部分適於布置成靠近加熱螺線管9。
通過該結構，感受器元件可以形成為這樣，即它的一部分布置成靠近處理腔室，這產生良好的熱交換，且其還有一部分布置成靠近螺線管，這產生良好的磁耦合；基本所有感應電流都在這兩部分中流通，因為從電觀點來看，空心感受器元件基本構成網，且重要的是，基本所有感應電流(該感應電流引起加熱)都恰好在處理腔室附近流通；由於感受器元件為空心，它的質量明顯較低，因此它的熱慣性明顯較低。
感受器元件的、作為處理腔室的壁的外表面部分必須能承受處理腔室的高溫和侵蝕性環境；為了有利於該功能，感受器元件優選是可以至少在該區域提供有熱和化學保護裝置。
該保護裝置可以由在感受器元件內部的、至少一個惰性和耐火材料的表面層而構成；這是圖2和圖3的實施例的空心感受器元件2和3中的情況。在這兩個實施例中，該層超過處理腔室的界限延伸。
也可選擇，該保護裝置可以由靠近感受器元件外表面的、至少一個由惰性和耐火材料製成的板而構成；這是圖4和圖5的空心感受器元件2和3的情況；在這兩個實施例中，板超過處理腔室的界限延伸。
而且，保護裝置可以選擇由在感受器元件內部的、至少一個惰性和耐火材料的表面層以及靠近感受器元件外表面的、至少一個由惰性和耐火材料製成的板的組合而構成。
因為電流(由螺線管感應形成)流過感受器元件，因此，在某些情況下優選是惰性和耐火材料的層和/或板也為電絕緣，以便防止在處理腔室中的電火花和/或漏電。
特別適於製造由導電材料製成的感受器元件的物質是石墨；不過，石墨不能承受處理腔室的典型環境，因此必須由一種從化學和熱觀點來看更耐久的材料來保護。只有在靠近腔室的區域才嚴格需要石墨的保護裝置，但是有時更方便的和/或更有利的是製造整個保護裝置，或者至少超過最少所需。
適用於製造保護層和/或板的化合物是碳化矽，不過，當腔室也用於碳化矽的外延生長時，優選是使用甚至更耐久的化合物，例如碳化鈮、碳化硼或碳化鉭；其中，後兩種化合物也有作為電導體的特性。
可用於製造保護層和/或板的其它化合物是某些氮化物；其中可以有氮化矽、氮化鋁，特別是氮化硼。當例如將在腔室中處理碳化矽時，應當非常小心地使用氮化物；實際上，當氮原子將從塗層中分離時，它們將攙雜碳化矽。
當層和/或板將由導電材料製成時，例如可以使用碳化鉭或碳化硼。
應當知道，上述化學物質的物理特性取決於它們的同素異形類型，還取決於製造方法；例如，碳、碳化矽和氮化硼有多種穩定的同素異形類型，具有非常大的物理特性差異；還有，例如對於石墨，它能夠製造具有良好導熱和導電性的材料以及製造具有較差導熱和導電性的材料；最後，向材料中添加化學化合物能夠改變它的某些物理特性。
保護層基本可以以兩種方法來製造通過化學反應或通過物理施加。例如，由碳化物製成的層通常更容易通過在石墨件上的化學反應來製造。有一些公司專門製造這些層。
對於保護層的厚度，對於碳化矽，它例如可以為100μm，而對於碳化鉭，例如可以為20μm；所使用的厚度首先取決於材料的特性和所需的功能。
優選是，感受器元件可以製成空心，以便有至少一個沿縱向方向延伸的孔，優選是通孔；這樣，感應電流必須限定在周邊區域，因此必須非常靠近處理腔室地流動；這是圖中所示的所有實施例的情況，其中，感受器元件2有通孔21，且感受器元件3有通孔31。實際上，各感受器元件的通孔數目可以大於一，但是效果基本沒有變化。
圖中所示的所有實施例都包括兩個空心感受器元件2、3；這兩個感受器元件中的一個的外表面的第一部分以及另一個的外表面的第一部分適於分別作為處理腔室1的上部壁和下部壁；這兩個感受器元件中的一個的外表面的第二部分以及另一個的外表面的第二部分適於布置成靠近加熱螺線管9；這樣的優點是在數量上倍增。
當兩個壁為合適形狀時，它們足以完全界定處理腔室(在頂部和在底部)。不過，在圖中所示的所有實施例中，優選是還包括兩個感受器元件4、5，這兩個感受器元件4、5分別適於作為處理腔室1的右側壁和左側壁。
即使當本發明的感受器系統由四個感受器元件構成時，如圖中所示的所有實施例，它的結構也非常簡單；實際上，壁可以簡單地靠攏布置和插入合適隔腔中，如圖1所示；不過，感受器系統的結構可以通過用於使元件相互連接的簡單縱向肋和/或槽而變得更牢固。
這些側部感受器元件可以由電絕緣材料製成，此外該電絕緣材料還為惰性和耐火；因此它們能夠承受處理腔室的高溫和侵蝕性環境，同時還能夠防止在空心感受器中流通的電流洩漏，並減小產生電火花的可能性。
特別適於製造側部感受器元件的化合物是碳化矽；而且這時，它們有良好的導熱性，因此獲得良好的被動加熱。
特別適於製造側部感受器元件的另一化合物是氮化硼；這時，它們也有良好的導熱性，因此獲得良好的被動加熱；實際上，當該化合物具有六邊形同素異形類型時，物理特性類似於石墨的物理特性，而當它具有立方體同素異形類型時，物理特性類似於金剛石的物理特性；根據製造方法，能夠製造一種或其它同素異形類型。
也可選擇，側部感受器元件可以由導電材料製成，並有助於主動加熱處理腔室。這時，它們的、靠近處理腔室的表面部分也必須能夠承受處理腔室的高溫和侵蝕性環境；為了有利於該功能，這些感受器元件優選是可以至少在該區域提供有熱和化學保護裝置。
在圖3和圖4的實施例中，側部感受器元件4和5提供有保護裝置，該保護裝置由在感受器元件內部的、至少一個惰性和耐火材料的表面層而構成。
在圖5的實施例中，側部感受器元件4和5提供有保護裝置，該保護裝置由靠近感受器元件表面的、至少一個由惰性和耐火材料製成的板而構成。
根據感受器元件2和3的製造方法，用於側部感受器元件的保護裝置可以由導電或電絕緣材料製成。
當側部感受器元件並不用作處理腔室的主加熱源時，如果它們不是空心，則它更簡單，因此更有利；這時，側部感受器元件比上部和下部的感受器元件小得多；這是圖中所示的所有實施例中的情況。
最佳的幾何方案(它共用於圖中所示的所有實施例)包括空心感受器元件，該空心感受器元件基本均勻地沿縱向方向延伸，且它的截面的外形基本為一段圓或一段橢圓；以及非空心感受器元件，該非空心感受器元件基本均勻地沿縱向方向延伸，且它的截面為基本矩形或梯形形狀。
這種感受器系統通常可用於適合處理基片和/或晶片的裝置，這是本發明的另一方面。
下面將非限定地參考圖1介紹本發明的裝置。
本發明的裝置提供有由至少兩個壁界定的處理腔室，並基本包括感受器系統，該感受器系統有空心感受器元件，該空心感受器元件靠近處理腔室；以及至少一個螺線管，該螺線管纏繞感受器系統和處理腔室，並適於通過電磁感應來加熱感受器系統。
在圖1中，處理腔室表示為1；感受器系統由表示為2、3、4、5的四個感受器元件組成，其中的兩個感受器元件(也就是元件2和3)為空心；螺線管表示為9。
優選是，感受器系統在裝置中沿縱向方向延伸，且本發明的感受器系統的截面外形為沿縱向方向基本均勻，並基本為圓形或橢圓形；這樣，感受器系統實際上容易製造，且能夠很容易地與用於加熱它的螺線管進行良好連接。
裝置的處理腔室的截面形狀也優選是沿縱向方向基本均勻；這樣，實際實施將簡化。
在已知反應器中，腔室的截面沿縱向方向減小，以便補償產物母體濃度的降低。相反，本發明通過使得基片或晶片旋轉和使用較高反應氣體流量來解決該問題；該較高氣體流量還有能夠有效和快速地從反應腔室中除去任何固體顆粒的優點。
優選是，處理腔室的平均寬度為處理腔室的平均高度的至少三倍，更優選是至少五倍；這樣，處理腔室的加熱實際在更大程度上是由於空心感受器元件的壁引起的。
優選是，本發明的裝置可以包括第一構件7，該第一構件7包圍處理腔室1和感受器系統2、3、4、5，且該第一構件7基本由沿縱向方向延伸的耐火和絕熱材料管而構成；這時，螺線管9纏繞第一構件7。
優選是，本發明裝置還可以包括適於包圍第一構件7的第二密封構件8；這時，螺線管9還纏繞第二構件8。
這些結構可以由單部件或者合適連接在一起的多部件而形成。
當裝置的感受器系統具有提供了通孔的壁時(與圖中所示的實施例相同)，裝置優選是可以包括適於使得至少一個氣流流入至少一個孔內的裝置；氣流可以用於除去從孔的內壁脫落的任何顆粒；氣流還可以用於稍微改變感受器系統的溫度；氬氣或更普通的惰性氣體特別適用於前一種功能；例如氫氣特別適用於後一種功能，特別是用於冷卻。
優選是，本發明的裝置可以包括滑動器，該滑動器在圖6A中表示為6，安裝在處理腔室中，並適於支承至少一個基片或至少一個晶片；滑動器可以以引導方式沿縱向方向滑動；因此方便用於插入和取出基片或晶片的操作；實際上，基片或晶片在處理腔室外部操作，並通過滑動器的運動而插入和取出。
實際上，優選是使得感受器系統(在圖6的實施例中為下部感受器元件3)布置成具有引導件(在圖6B中表示為32)，該引導件適於接收滑動器(在圖6A中表示為6)，且該引導件沿縱向方向延伸，從而使得滑動器能夠沿該引導件滑動。在圖6的實施例中，引導件32整個形成於感受器元件3內，且滑動器6有扁平上表面，該上表面基本與感受器元件3的扁平上表面對齊；這樣，處理腔室1的有效截面為基本矩形和規則形狀(就象沒有提供滑動器6)。
為了更均勻地處理基片或晶片，滑動器可以包括至少一個盤，用於支承至少一個基片或至少一個晶片，且該滑動器可以提供有用於可旋轉地裝入該盤的凹口；在圖6的實施例中，滑動器6包括單個盤(在圖6A中表示為61)，並提供有用於裝入該盤的相應凹口(在圖6A中表示為62)。
通過附加其它部件，本發明的裝置可以用作用於使碳化矽或類似材料在基片上外延生長的反應器。
碳化矽是非常有前途的半導體材料，但是還很難處理。上述大部分特徵特別設計成用於該用途和用於該材料。
通過附加其它部件，本發明的裝置也可以用作用於對晶片進行高溫熱處理的裝置。
權利要求
1.一種感受器系統，用於處理基片和/或晶片的裝置，該感受器系統設有由至少兩個壁界定的處理腔室(1)，並有至少一個加熱螺線管(9)；它包括至少一個感受器元件(2、3)，該感受器元件由外表面界定，並由適於通過電磁感應加熱的導電材料製成；其特徵在於所述至少一個感受器元件(2、3)為空心的，且所述至少一個感受器元件(2、3)的所述外表面的第一部分適於作為處理腔室(1)的壁，而所述至少一個感受器元件(2、3)的所述外表面的第二部分適於布置得靠近加熱螺線管(9)。
2.根據權利要求1所述的感受器系統，其中所述至少一個感受器元件(2、3)至少在所述外表面的所述第一部分上設有熱和化學保護裝置。
3.根據權利要求2所述的感受器系統，其中所述保護裝置由在所述至少一個感受器元件(2、3)內部的至少一個惰性和耐火材料的表面層而構成。
4.根據權利要求2所述的感受器系統，其中所述保護裝置由與所述至少一個感受器元件(2、3)的所述外表面相鄰的至少一個惰性和耐火材料的板而構成。
5.根據權利要求2所述的感受器系統，其中該保護裝置通過由在所述至少一個感受器元件(2、3)內部的至少一個惰性和耐火材料的表面層以及與該至少一個感受器元件(2、3)的所述外表面相鄰的至少一個惰性和耐火材料的板的組合而構成。
6.根據權利要求3至5中任意一個所述的感受器系統，其中該惰性和耐火材料也電絕緣。
7.根據前述任意一個權利要求所述的感受器系統，其中所述至少一個感受器元件(2、3)為空心的，以便具有沿縱向方向延伸的至少一個孔(21、31)，優選是通孔。
8.根據前述任意一個權利要求所述的感受器系統，還包括兩個空心感受器元件(2、3)；這兩個感受器元件中的一個(2)的外表面的第一部分以及這兩個感受器元件中的另一個(3)的外表面的第一部分適於分別作為處理腔室(1)的上部壁和下部壁；且這兩個感受器元件中的一個(2)的外表面的第二部分以及這兩個感受器元件中的另一個(3)的外表面的第二部分適於布置得靠近加熱螺線管(9)。
9.根據權利要求8所述的感受器系統，還包括兩個感受器元件(4、5)，這兩個感受器元件由電絕緣且惰性的耐火材料製成，並分別適於作為處理腔室(1)的右側壁和左側壁。
10.根據權利要求8所述的感受器系統，還包括兩個感受器元件(4、5)，這兩個感受器元件由導電材料製成，並分別適於作為處理腔室(1)的右側壁和左側壁。
11.根據權利要求10所述的感受器系統，其中側部感受器元件(4、5)至少在其靠近處理腔室(1)的部分表面上設有熱和化學保護裝置。
12.根據權利要求9、10和11中任意一個所述的感受器系統，其中側部感受器元件(4、5)並不是空心的。
13.根據前述任意一個權利要求所述的感受器系統，其中至少一個所述空心感受器元件(2、3)基本均勻地沿縱向方向延伸，且其截面的外形基本為一段圓形或橢圓形。
14.根據前述任意一個權利要求所述的感受器系統，其中至少一個所述非空心感受器元件(4、5)基本均勻地沿縱向方向延伸，且其截面為基本矩形或梯形的外部形狀。
15.一種適於處理基片和/或晶片的裝置，設有由至少兩個壁界定的處理腔室(1)，其特徵在於，它包括如權利要求1至14中任意一個所述的感受器系統(2、3、4、5)，該感受器系統(2、3、4、5)靠近處理腔室(1)；以及至少一個螺線管(9)，該螺線管(9)纏繞感受器系統(2、3、4、5)和處理腔室(1)，並適於通過電磁感應而加熱感受器系統。
16.根據權利要求15所述的裝置，其中感受器系統(2、3、4、5)沿縱向方向延伸，且該感受器系統(2、3、4、5)的截面外形沿縱向方向基本均勻，並基本為圓形或橢圓形。
17.根據權利要求15或16所述的裝置，其中處理腔室(1)沿縱向方向延伸，且該處理腔室(1)的截面形狀沿縱向方向基本均勻。
18.根據權利要求17所述的裝置，其中處理腔室(1)的平均寬度為處理腔室(1)的平均高度的至少三倍，優選是至少五倍。
19.根據權利要求15至18中任意一個所述的裝置，還包括第一構件(7)，該第一構件(7)包圍處理腔室(1)和感受器系統(2、3、4、5)，且該第一構件(7)基本由沿縱向方向延伸的耐火和絕熱材料管而構成，且螺線管(9)纏繞第一構件(7)。
20.根據權利要求19所述的裝置，還包括適於包圍第一構件(7)的第二密封構件(8)，其中，螺線管(9)還纏繞第二構件(8)。
21.根據權利要求15至20中任意一個所述的裝置，還包括用於使得至少一個氣流流入感受器系統(2、3、4、5)的至少一個通孔(21、31)內的裝置。
22.根據權利要求15至21中任意一個所述的裝置，還包括滑動器(6)，該滑動器安裝在處理腔室(1)中，並適於支承至少一個基片或至少一個晶片，滑動器可以以被引導的方式沿縱向方向滑動。
23.根據權利要求22所述的裝置，其中感受器系統(2、3、4、5)有引導件(32)，該引導件適於接收滑動器(6)，且該引導件沿縱向方向延伸，從而使得滑動器(6)能夠沿該引導件(32)滑動。
24.根據權利要求22或23所述的裝置，其中滑動器(6)包括至少一個盤(61)，該盤適於支承至少一個基片或至少一個晶片，且該滑動器設有用於可旋轉地容納該盤(61)的凹口(62)。
25.根據權利要求15至24中任意一個所述的裝置，其特徵在於它是用於使得碳化矽或類似材料在基片上外延生長的反應器。
26.根據權利要求15至24中任意一個所述的裝置，其特徵在於它是用於晶片的高溫熱處理的裝置。
全文摘要
本發明涉及一種感受器系統，用於處理基片和/或晶片的裝置，該感受器系統提供有由至少兩個壁界定的處理腔室(1)，並有至少一個加熱螺線管(9)；該感受器系統包括至少一個感受器元件(2、3)，該感受器元件由外表面界定，並由適於通過電磁感應加熱的導電材料製成；感受器元件(2、3)為空心的，且該感受器元件(2、3)的外表面的第一部分適於作為處理腔室(1)的壁，而該感受器元件(2、3)的外表面的第二部分適於布置成靠近加熱螺線管(9)。
文檔編號C30B25/12GK1708601SQ02830017
公開日2005年12月14日 申請日期2002年12月10日 優先權日2002年12月10日
發明者G·N·馬卡利, O·科迪納, G·瓦倫特, D·克裡帕, F·普雷蒂 申請人:Etc外延技術中心有限公司