專利名稱：調(diào)節(jié)桶形反應(yīng)器清洗系統(tǒng)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及通過(guò)化學(xué)汽相淀積在半導(dǎo)體基片上淀積材料所用的桶形反應(yīng)器，尤其涉及一種調(diào)節(jié)這種桶形反應(yīng)器的清洗系統(tǒng)的方法。
本發(fā)明一般涉及的這類桶形反應(yīng)器用于半導(dǎo)體基片上外延層的淀積。在半導(dǎo)體材料工業(yè)中外延是一種重要的工藝，它用于獲得必須的半導(dǎo)體材料的電學(xué)特性。例如，在重?fù)诫s襯底上生長(zhǎng)一層輕摻雜外延層，由于襯底的低電阻，可以優(yōu)化CMOS器件，防止閉鎖(Latch up)。其諸如摻雜濃度曲線的精確控制和排除氧氣這樣的優(yōu)點(diǎn)也可以獲得。
載有要淀積到基片上的材料(例如硅)的反應(yīng)氣體被注入進(jìn)桶形反應(yīng)器的反應(yīng)腔容器中，在此完成材料在基片上的淀積。多個(gè)基片以垂直于基座側(cè)壁的方向固定，使得基片的一面暴露用于硅的淀積。反應(yīng)腔容器常用石英制成。用于關(guān)閉反應(yīng)腔，但為了在反應(yīng)腔中放入或取出半導(dǎo)體基片而能夠移動(dòng)以打開(kāi)反應(yīng)腔的密封是由不銹鋼制成的。密封板和反應(yīng)腔之間的氣環(huán)(gas ring)也是由不銹鋼制成。
淀積到基片上的硅層沒(méi)有被諸如鐵，鎳和鉬等金屬沾污，這一點(diǎn)是很重要的，它們對(duì)外延層中少數(shù)載流子的壽命有有害影響。在外延層中還應(yīng)避免非金屬無(wú)關(guān)顆粒的存在。石英反應(yīng)腔容器不是金屬沾污源，但是密封板和氣環(huán)中的不銹鋼確實(shí)提供了金屬沾污源。在殘存潮氣下與反應(yīng)氣體的副產(chǎn)物(例如HCl)接觸能引起不銹鋼的腐蝕。由于用來(lái)刻蝕基座背面淀積的硅，諸如HCl這樣的腐蝕劑也可能存在于腔中。不銹鋼腐蝕產(chǎn)物可以傳送進(jìn)反應(yīng)腔，被反應(yīng)氣體和要淀積到基片上的材料帶走。而且通過(guò)反應(yīng)氣體與桶形反應(yīng)器中的殘余氧氣反應(yīng)在不銹鋼上形成的SiO2沉淀物也應(yīng)該被去凈。否則，一些SiO2能夠剝落并淀積到基片上。
為了避免來(lái)自密封板和氣環(huán)的沾污，桶形反應(yīng)器被制成通過(guò)擋板使反應(yīng)氣流轉(zhuǎn)向離開(kāi)密封板和氣環(huán)并且讓清洗氣流流過(guò)密封板和氣環(huán)暴露于反應(yīng)氣體的部分。密封板和氣環(huán)也進(jìn)行水冷卻。傳統(tǒng)的清洗系統(tǒng)包括一個(gè)單一的清洗氣體管道，這個(gè)管道在到達(dá)密封板之前分為多個(gè)管道以將清洗氣體分送到環(huán)繞密封板的幾個(gè)不同位置上。這些管道連接于遍布于密封板并在密封板下面開(kāi)口的孔洞，它們用于在清洗氣體中清洗密封板和氣環(huán)暴露于反應(yīng)氣體的部分。
在典型桶形反應(yīng)器的操作中，清洗氣體系統(tǒng)由一個(gè)微處理器控制，首先用氮?dú)馇逑疵芊獍搴头磻?yīng)腔，去除反應(yīng)腔中的氧氣。氮?dú)馇逑粗螅诜磻?yīng)氣體注入反應(yīng)腔開(kāi)始淀積周期之前經(jīng)清洗管道通入氫氣幾分鐘。氫氣流繼續(xù)貫穿整個(gè)淀積周期，并在其后將反應(yīng)氣體從反應(yīng)腔中清除。然而在將密封板從反應(yīng)腔移開(kāi)之前，要進(jìn)行另一次氮?dú)馇逑?，將氫氣從反?yīng)腔中清除。
現(xiàn)有的避免由不銹鋼密封板和氣環(huán)造成的金屬和顆粒沾污的擋板和清洗氣體系統(tǒng)僅僅獲得了部分成功。尤其是這些清洗系統(tǒng)不足以從桶形反應(yīng)器中真正清除所有的氧氣和水蒸汽。由于氧氣的存在(以自由氧或水蒸汽形式存在)，在一個(gè)淀積周期里，密封板和氣環(huán)上就形成了很明顯的SiO2沉淀物，這些沉淀物在僅僅幾個(gè)桶形反應(yīng)器的工作周期之后就必須去除。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)沉淀物實(shí)際發(fā)生在氣環(huán)與密封板之間的位置，這些位置輸運(yùn)氣體清洗密封板和氣環(huán)之間的空間的清洗氣體管道最遠(yuǎn)。從密封板清除SiO2沉淀物的作用能引起密封板的腐蝕。在清除過(guò)程中任何引到密封板的沒(méi)有去除的水份，將加速不銹鋼與HCl的反應(yīng)。密封板的形狀總是使得難于去除所有水份。
在現(xiàn)有清洗系統(tǒng)中，各種各樣的清洗管道之間的壓力差能夠?qū)е潞缥?yīng)，反應(yīng)氣體實(shí)際上被吸入清洗系統(tǒng)的一個(gè)或多個(gè)管道中并對(duì)密封板排氣。被吸入系統(tǒng)中的反應(yīng)氣體經(jīng)常噴射進(jìn)密封板的旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)中，造成嚴(yán)重的腐蝕。因此，不但沒(méi)有防止密封板和氣環(huán)的硅淀積和腐蝕，清洗系統(tǒng)反而加速了它們的損壞。再有，現(xiàn)有系統(tǒng)在淀積周期之后，不能從反應(yīng)腔充分清除反應(yīng)氣體。其結(jié)果是當(dāng)打開(kāi)反應(yīng)腔，充滿潮氣的空氣與密封板接觸時(shí)，不銹鋼可以與反應(yīng)氣體中的HCl反應(yīng)。
本發(fā)明的幾個(gè)目的和特征可以描述為提供了用于調(diào)節(jié)桶形反應(yīng)器清洗系統(tǒng)的方法，它防止在桶形反應(yīng)器中于半導(dǎo)體基片上淀積的材料層被金屬沾污；提供了這樣的方法保證沒(méi)有反應(yīng)氣體吸入清洗系統(tǒng)；提供了這樣的方法導(dǎo)致在反應(yīng)氣體通入桶形反應(yīng)器之前通過(guò)清洗系統(tǒng)確實(shí)清除桶形反應(yīng)器中的所有氧氣和水蒸汽；提供了這樣的方法造成了清洗系統(tǒng)在需要防止反應(yīng)氣體的桶形反應(yīng)器部分更加均勻地分配清洗氣體，提供了這樣的方法減小了桶形反應(yīng)器用于清洗所需的停機(jī)時(shí)間，并提供了這樣的方法可以既經(jīng)濟(jì)又容易地實(shí)現(xiàn)。
本發(fā)明的幾個(gè)目的和特征還可以描述為提供了一個(gè)桶形反應(yīng)器，在其中能夠監(jiān)測(cè)和改變清洗氣體流量，優(yōu)化清洗氣體系統(tǒng)的工作；并提供了這樣一個(gè)桶形反應(yīng)器在需要防止反應(yīng)氣體的桶形反應(yīng)器部分更加均勻地分配清洗氣體。
本發(fā)明的其它目的和特征一部分是明顯的一部分將在下文中指出。


圖1是桶形反應(yīng)器的簡(jiǎn)單圖示，示出了其清洗氣體和反應(yīng)氣體輸送管道；圖2是桶形反應(yīng)密封板和清洗氣體系統(tǒng)示意圖，示出了用于調(diào)節(jié)系統(tǒng)的流量計(jì)和閥門；圖3是密封板和桶形反應(yīng)器的局部剖面圖；圖4是圖3中密封板的右端的局部放大剖面圖；圖5是帶有擋板，O型環(huán)和移去了密封板的氣體容留環(huán)形套管的密封板的底視平面圖；以及圖6是氣體容留環(huán)形套管的局部放大透視圖。
整個(gè)附圖的幾個(gè)視圖中一致的標(biāo)號(hào)表示相同的部分。
現(xiàn)在參考附圖，尤其是附圖1，以10表示的桶形反應(yīng)器是這樣的類型，可用于在桶形反應(yīng)器中被固定在基座S的半導(dǎo)體基片W上淀積材料(例如硅)。桶形反應(yīng)器10包括一個(gè)石英反應(yīng)腔容器12，它確定了反應(yīng)腔14。反應(yīng)腔容器12有一個(gè)上部開(kāi)口16和下部端口18用于從反應(yīng)腔14排氣。位于端口18的排氣連接件20用于連接排氣管道21到容器12。氣環(huán)(一般以22表示)由不銹鋼制成，位于反應(yīng)腔容器12的上部，提供了進(jìn)入反應(yīng)腔14的途徑，用于將通過(guò)左注入管道24和右注入管道26(概括地說(shuō)，就是“反應(yīng)氣體輸送裝置”)的反應(yīng)氣體(例如SiCl4，SiHCl3，SiH2Cl2，或SiH4)注入。氣體中的硅通過(guò)化學(xué)氣相淀積淀積到基片W之上。氣環(huán)22和反應(yīng)腔容器12彼此通過(guò)O型環(huán)27封接，O型環(huán)27置于氣環(huán)22中，與反應(yīng)腔容器12密封連接(圖3)。
反應(yīng)腔容器12的上部開(kāi)口26通過(guò)一般以28表示的密封板從打開(kāi)狀態(tài)(未示出)移動(dòng)夾關(guān)閉。打開(kāi)狀態(tài)是指密封板與容器有一定間隔，允許將載有基片W的基座s放入容器和取出容器，而關(guān)閉狀態(tài)是指將密封板密封連接到氣環(huán)22，關(guān)閉容器的上部開(kāi)口，將反應(yīng)腔14與外界環(huán)境隔離。密封板28包括一個(gè)密封板載有的旋轉(zhuǎn)外殼30，罩住了旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)(未示出)。托住基片W的基座S由旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)懸掛，用于在桶形反應(yīng)器10的淀積周期中基座的旋轉(zhuǎn)。
桶形反應(yīng)器10的清洗氣體系統(tǒng)包括一個(gè)單獨(dú)的供應(yīng)管道32，由清洗氣體源延伸到桶形反應(yīng)器的上部。如圖1和圖2所示，供應(yīng)管道32分叉為四路清洗氣體管道，左側(cè)擋板的清洗管道34，旋轉(zhuǎn)外殼清洗管道36，右側(cè)擋板清洗管道38和密封板清洗管道40，這些管道在四個(gè)分離位置與密封板28相連。這四路清洗氣體管道34-40輸送清洗氣體清洗密封板28的不同區(qū)域。如圖2所示，適當(dāng)尺寸的旋轉(zhuǎn)式流量計(jì)(分別以42A-42D表示)與波紋管限流閥分別以44A-44D表示(一起放置于四路清洗氣體管道34-40的每一路中，共同使得監(jiān)測(cè)和獨(dú)立調(diào)節(jié)流過(guò)四路清洗氣體管道中每一路的清洗氣體的流速成為可能。在圖2中，旋轉(zhuǎn)式流量計(jì)如圖所示被裝配到桶形反應(yīng)器10的提升臂45上，它用于升高和降低密封板28。波紋管限流閥44A-44D可以被概括地稱為“流量調(diào)節(jié)器”。
圖3中在密封板的關(guān)閉狀態(tài)中示出了密封板28和氣環(huán)22。旋轉(zhuǎn)外殼30，旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)和基座S已被去掉。然而，可以看到密封板28有一個(gè)中央開(kāi)口28A，通過(guò)它基座S固定于旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)上。密封板28有一個(gè)內(nèi)部環(huán)形通道28B，水通過(guò)通道循環(huán)冷卻密封板。在氣環(huán)22中有相同通道22A，用于循環(huán)冷卻水。
一般以60表示的石英擋板有一個(gè)法蘭盤(pán)62，法蘭盤(pán)放置于密封板28的接頭片64上(只示出兩個(gè))。擋板60基本上覆蓋密封板28的全部，否則密封板將暴露于反應(yīng)器14中的氣體。一個(gè)環(huán)形外部擋板66垂掛于擋板60，位于其周邊的內(nèi)側(cè)，而一個(gè)環(huán)形內(nèi)部擋板68環(huán)繞中心開(kāi)口70，垂掛于擋板，與密封板的中心開(kāi)口28A套準(zhǔn)。內(nèi)部擋板68幫助保護(hù)將基座S連接到旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的掛鉤(未示出)。氣環(huán)22的徑向內(nèi)表面被石英環(huán)72覆蓋。擋板60和石英環(huán)72有開(kāi)口(未示出)，通過(guò)開(kāi)口從左右注入管道24，26輸送的反應(yīng)氣體被注入到反應(yīng)腔14中。
左右擋板清洗氣體管道34，38輸送清洗氣體清洗外部擋板66和石英環(huán)72之間的空間。旋轉(zhuǎn)外殼清洗氣體管道36輸送清洗氣體至旋轉(zhuǎn)外殼30處，下行通過(guò)內(nèi)部擋板68。密封板清洗氣體管道40輸送清洗氣體至氣環(huán)22和密封板28之間的地方，用于清洗二者之間的空間。
現(xiàn)在參考圖3-5，當(dāng)密封板處于關(guān)閉狀態(tài)時(shí)，密封板28有一個(gè)環(huán)形表面覆蓋了相應(yīng)的氣環(huán)22的表面，(圖3)。密封板28上的一對(duì)同心環(huán)形溝槽(分別以46A和46B表示)包括O型環(huán)48，它在關(guān)閉狀態(tài)時(shí)連接氣環(huán)22以密封氣環(huán)和將反應(yīng)腔14與外界環(huán)境隔離。氣環(huán)22上的溝槽50位于O型環(huán)48之間，可以經(jīng)泵抽至真空壓力，用于反應(yīng)腔14的密封泄漏檢測(cè)。密封板28有一個(gè)環(huán)形槽52，與O型環(huán)溝槽46A，46B同心，但是由兩個(gè)溝槽的內(nèi)部溝槽(46B)向內(nèi)徑向分布。密封清洗氣體管道40在小孔54處開(kāi)口，進(jìn)入環(huán)形槽52，用于提供環(huán)繞環(huán)形槽360°的清洗氣體(圖5)。
輸送到環(huán)形槽52的清洗氣體從槽漏進(jìn)反應(yīng)腔14并且最終經(jīng)由反應(yīng)腔容器12底部的端口18排出。氣體容留環(huán)形套管56用于在環(huán)形槽52中足夠長(zhǎng)時(shí)間地容留清洗氣體以使得整個(gè)槽充滿清洗氣體。氣體容器留環(huán)形套管56最好為不銹鋼環(huán)，一般具有U形剖面(參見(jiàn)圖6)。如圖4所示，容留環(huán)形套管56在尺寸上與環(huán)形槽52一致以使得它可以被環(huán)形槽容納。容留環(huán)形套管56具有彈性，這樣它擠壓槽52的側(cè)壁用于在槽內(nèi)固定自身。容留環(huán)形套管56不能防止清洗氣體從槽52泄漏進(jìn)反應(yīng)腔14中，但是降低了泄漏速度使得當(dāng)反應(yīng)器10工作時(shí)槽中充滿清洗氣體。如果沒(méi)有容留環(huán)形套管56，清洗氣體傾向于快速泄漏出槽52使得不是全部槽都充滿清洗氣體。其結(jié)果是密封板28和氣環(huán)22之間交界的部分地方不能在清洗氣體中清洗。槽52自身可成為保留有氧氣和水蒸汽的地方，它們易于在反應(yīng)腔14的上部積累。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)以前的桶形反應(yīng)器(未示出)中，更高濃度的SiO2在密封板和氣環(huán)交界處積累。然而應(yīng)用本發(fā)明的調(diào)節(jié)方法和容留環(huán)形套管56，在將反應(yīng)氣體通入反應(yīng)腔14之前可實(shí)現(xiàn)從環(huán)形槽52更完全地去除氧氣和水蒸汽。
應(yīng)該認(rèn)識(shí)到，除了將容留環(huán)形套管56插入槽中之外，在整個(gè)環(huán)形槽52可以獲得更好的氣體分布，這并沒(méi)有偏離本發(fā)明的范圍。例如，可以焊一個(gè)平的金屬環(huán)(未示出)到密封板上覆蓋環(huán)形槽52。穿過(guò)環(huán)預(yù)先鉆出小孔允許清洗氣體按照所控制的方式從槽52中排出以便保持整個(gè)槽充滿清洗氣體。
桶形反應(yīng)器10的一般操作對(duì)那些普通熟練技術(shù)人員來(lái)講已是熟知的了。裝載基片W的基座S當(dāng)密封板處于打開(kāi)，狀態(tài)時(shí)是從密封板28上的旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)吊出。密封板28通過(guò)提升臂45下降與氣環(huán)22密封連接，因而同時(shí)將基座S定位于反應(yīng)腔14內(nèi)，并通過(guò)密封板的O型環(huán)48與氣環(huán)的連接將反應(yīng)腔密封，與外界環(huán)境隔離。清洗氣體由清洗氣體源中的一個(gè)通過(guò)輸送管道32通入四個(gè)清洗氣體管道34-40中，用以從反應(yīng)腔14清除氧氣和水蒸汽。兩種清洗氣體(氮?dú)夂蜌錃?的次序已經(jīng)在前文敘述了，對(duì)那些普通熟練技術(shù)人員來(lái)講已是眾所周知的了。接著，反應(yīng)氣體通過(guò)左右注入管道24，26進(jìn)入反應(yīng)腔14，用于在基片W上淀積一層反應(yīng)氣體載有的硅。在整個(gè)淀積周期中清洗氣體繼續(xù)通入從密封板28和氣環(huán)22處驅(qū)走反應(yīng)氣體。在結(jié)束淀積周期時(shí)，反應(yīng)氣流關(guān)閉，但是清洗氣體繼續(xù)清除反應(yīng)腔14中的反應(yīng)氣體。
本發(fā)明用于調(diào)節(jié)清洗系統(tǒng)的方法包括關(guān)斷四個(gè)清洗氣體管道34-40的每一個(gè)并連接位于管道中的旋轉(zhuǎn)式流量計(jì)42A-42D和下波紋管限流閥44A-44B。當(dāng)然也可以一開(kāi)始就制作清洗管道中帶有旋轉(zhuǎn)式流量計(jì)和波紋管限流閥的桶形反應(yīng)器使得管道不必被切斷。每個(gè)管道的流速現(xiàn)在可以通過(guò)檢查旋轉(zhuǎn)式流量計(jì)42A-42D而容易地監(jiān)測(cè)并可通過(guò)控制波紋管限流閥44A-44D來(lái)調(diào)節(jié)。任何已有的可能由制造者放于清洗管道34-40中的流量約束小孔(未示出)被去掉了。清洗氣體從輸送管道32輸送進(jìn)入四個(gè)清洗氣體管道34-40。起初，要監(jiān)測(cè)旋轉(zhuǎn)式流量計(jì)42A-42D并按要求調(diào)節(jié)管道34-40中的一個(gè)或多個(gè)管道的流速以確定在任何管道中沒(méi)有虹吸現(xiàn)象或逆向流動(dòng)。這種方法能夠確定沒(méi)有反應(yīng)氣體會(huì)進(jìn)入清洗系統(tǒng)。
監(jiān)測(cè)桶形反應(yīng)器10中存在的氧氣和水蒸汽，并通過(guò)控制波紋管限流閥44A-44D改變清洗管道34-40中一個(gè)或多個(gè)管道的流速，使得桶形反應(yīng)器中氧氣和水蒸汽的含量最低。尤其是為了清除易于殘留在密封板28和氣環(huán)22之間間隙的氧氣和水蒸汽，與傳統(tǒng)設(shè)置相比，密封板清洗氣體管道40的流速充分增大了。但是清洗氣體的流速不能過(guò)高以致于稀釋了反應(yīng)氣體到使得基片上硅層厚度受到不利的影響的程度。一般在達(dá)到減少金屬和顆粒沾污的優(yōu)化設(shè)置之后，就沒(méi)有必要調(diào)節(jié)通過(guò)清洗管道34-40的流速了。因此，波紋管限流閥44A-44D能夠用固定小孔(未示出)來(lái)替代，小孔尺寸允許與波紋管限流閥相同的最佳流速。
預(yù)計(jì)能夠使用裝置監(jiān)測(cè)反應(yīng)腔10中氧氣和水蒸汽的存在。但是在目前的情況下，氧氣(以自由氧，或水蒸汽形式存在)的存在是通過(guò)在反應(yīng)腔10的一個(gè)淀積周期之后檢查密封板28上的SiO2沉淀物來(lái)判斷的。相當(dāng)?shù)腟iO2沉淀物的存在表明了與反應(yīng)氣體載有的硅反應(yīng)生成沉淀物的地方存在氧氣。SiO2的位置還表明了哪個(gè)清洗氣體管道不具有足夠的流量。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)SiO2沉淀最常見(jiàn)的位置是氣環(huán)22和密封板28之間。所以在密封板清洗管道40中的清洗氣體流量要充分增大。另外，氣體容留環(huán)形套管52插入密封板28中的環(huán)型槽幫助沿槽以及密封板和氣環(huán)22之間更均勻地分布由密封板清洗管道40來(lái)的氣體。
在密封板28和氣環(huán)22區(qū)域SiO2沉淀物存在的減少表明與自由氧一道易于殘留在反應(yīng)腔14上部的水蒸汽與自由氧被同時(shí)清除了。通過(guò)檢查在反應(yīng)器10中加工過(guò)的基片W，確定基片金屬沾污程度，證實(shí)了這一點(diǎn)。水份的存在將導(dǎo)致HCl(反應(yīng)氣體與氧氣的另一種副產(chǎn)物)與不銹鋼的反應(yīng)，產(chǎn)生腐蝕和淀積層的金屬沾污。注意到HCl也可以存在于反應(yīng)器10中因?yàn)橥ǔＳ盟タ涛g基座S背面淀積的硅。并且在淀積周期之后通過(guò)清洗系統(tǒng)從反應(yīng)腔14中完全去除反應(yīng)氣體，防止了當(dāng)密封板28移動(dòng)打開(kāi)反應(yīng)腔時(shí)，潮濕的空氣進(jìn)入反應(yīng)器10后HCl與不銹鋼的反應(yīng)的發(fā)生。
這個(gè)方法也可以通過(guò)直接檢查半導(dǎo)體基片W上淀積的硅層中金屬和顆粒沾污來(lái)實(shí)現(xiàn)。在那種情況下清洗氣體的流速將增加直至在硅淀積層中檢測(cè)到的沾污量達(dá)到可接受的最小量。但是，正如前面所述，太大量的清洗氣體會(huì)導(dǎo)致反應(yīng)氣體的稀釋，減小硅淀積層的厚度。所以半導(dǎo)體基片上硅淀積層的厚度也要檢查使得清洗氣體流量不要增加到使硅層變得太薄以致于不能獲得那個(gè)特定基片所需的電學(xué)特性。在實(shí)踐中，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)清洗氣體的大流速對(duì)淀積層厚度的不利影響。清洗氣流的上限幾乎都是由減小趨勢(shì)回位(diminished returns)點(diǎn)來(lái)決定的。在這一點(diǎn)上，進(jìn)一步增大清洗氣流，對(duì)金屬和顆粒沾污的減小沒(méi)有明顯的影響。
在一個(gè)最佳實(shí)施例中，對(duì)于California的Santa Clara AppliedMaterials，Inc.制造的7800桶形反應(yīng)器，四個(gè)清洗氣體管道的流速是左右檔板清洗管道34，38為15標(biāo)準(zhǔn)升每分鐘(SLM)；旋轉(zhuǎn)外殼清洗管道36為100SLM；以及密封板清洗管道40為150SLM；總的清洗氣體流速為300SLM。然而，四個(gè)清洗氣體管道的流速最佳范圍被認(rèn)為是左右擋板清洗管道34，38為10-20SLM；旋轉(zhuǎn)外殼清洗管道36為75-150SLM；及密封板清洗管道40為140-175SLM；總的流速為235-365SLM。清洗氣體流速的上界以導(dǎo)致反應(yīng)氣體過(guò)于稀釋使得淀積在基片W上的硅層厚度受到不利影響的流速界定。然而，應(yīng)該認(rèn)識(shí)到流速可以受到特定桶形反應(yīng)器的尺寸和其它因素的影響。
因此可以看到前面所述的調(diào)節(jié)桶形反應(yīng)器10的方法實(shí)現(xiàn)了本發(fā)明的幾個(gè)目的。半導(dǎo)體基片W上淀積層內(nèi)金屬和顆粒沾污的存在顯著減少。例如，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)使用AMC 7800桶形反應(yīng)器外延硅層中鐵的濃度從不調(diào)節(jié)清洗系統(tǒng)或不應(yīng)用氣體容留環(huán)形套管56時(shí)的每立方厘米大約2.4-2.7個(gè)原子減少到采用本發(fā)明的方法和裝置時(shí)的1.5-1.8個(gè)原子。密封板28和氣環(huán)22不再需要象以前那樣頻繁清洗。此外，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)能夠用干布進(jìn)行清洗使得在清洗過(guò)程中沒(méi)有水份引到密封板28或氣環(huán)22。因此，桶形反應(yīng)器10可以運(yùn)行更長(zhǎng)的時(shí)間而不必用為清洗SiO2沉淀物而關(guān)機(jī)，所以提高了基片的生產(chǎn)量。
綜上所述，可以看到本發(fā)明的幾個(gè)目的得以實(shí)現(xiàn)并且獲得了其它優(yōu)勢(shì)結(jié)果。
因?yàn)樵诓黄x本發(fā)明的范圍的情況下上述結(jié)構(gòu)能做各種變化，因此，所有包含在上面所述或附圖所示中的內(nèi)容都應(yīng)被理解為本發(fā)明的示例，而沒(méi)有限制意義。
權(quán)利要求
1.一種調(diào)節(jié)桶形反應(yīng)器的清洗系統(tǒng)的方法，桶形反應(yīng)器用于通過(guò)來(lái)自反應(yīng)氣體的材料的化學(xué)汽相淀積將材料淀積到半導(dǎo)體基片上。桶形反應(yīng)器包括一個(gè)反應(yīng)腔和一個(gè)用于關(guān)閉反應(yīng)腔的密封板，該清洗系統(tǒng)包括多個(gè)連接于清洗氣體源的清洗氣體管道并且彼此留有一定間距分布于桶形反應(yīng)器的分離位置，用于輸送清洗氣體進(jìn)入桶形反應(yīng)器，在桶形反應(yīng)器內(nèi)所選擇的地方清洗反應(yīng)氣體和其它氣體。該方法包括的步驟是監(jiān)測(cè)清洗氣體管道中清洗氣體的流速；設(shè)定通過(guò)清洗氣體管道到所述桶形反應(yīng)器所述位置的清洗氣體的流速；實(shí)現(xiàn)下面控制步驟中的至少一個(gè)步驟(a)在清洗氣體開(kāi)始流入所述桶形反應(yīng)器后，監(jiān)測(cè)所述桶形反應(yīng)器內(nèi)氧氣的存在，以及(b)檢查淀積有材料的半導(dǎo)體基片以確定淀積材料層中顆粒沾污的存在；以所述的至少一個(gè)控制步驟為基礎(chǔ)，選擇性地調(diào)節(jié)至少一個(gè)清洗氣體管道中清洗氣體的流速，來(lái)減少所述桶形反應(yīng)器中的顆粒沾污。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述的設(shè)定第一流速的步驟包括調(diào)節(jié)清洗氣體流速以獲得在所有清洗氣體管道中清洗氣體向桶形反應(yīng)器方向流動(dòng)的步驟。
3.如權(quán)利要求1所述的方法進(jìn)一步包括的步驟是在清洗氣體管道中放置流量計(jì)；以及在清洗氣體管道中放置可調(diào)節(jié)的流量調(diào)節(jié)器；并且其中有選擇性調(diào)節(jié)清洗氣體流速的步驟包括調(diào)節(jié)可調(diào)節(jié)流量調(diào)節(jié)器中的至少一個(gè)的步驟。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其中監(jiān)測(cè)所述桶形反應(yīng)器中氧氣的存在的步驟包括的步驟是操作所述桶形反應(yīng)器，在所述半導(dǎo)體基片上淀積材料；為了檢測(cè)氧氣的存在，檢查所述含有反應(yīng)產(chǎn)物的桶形反應(yīng)器。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述清洗氣體輸送到所述桶形反應(yīng)器的位置之一是在環(huán)形密封板清洗槽中，清洗槽環(huán)繞密封板延伸，并且其中所述方法進(jìn)一步包括在所述密封板清洗槽中保留清洗氣體使之環(huán)行所述密封板清洗槽的全長(zhǎng)。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其中在所述密封板清洗槽中保留清洗氣體的步驟包括提供一個(gè)環(huán)形套管，其尺寸既為所述密封板清洗槽接受，又可充分與所述密封板清洗槽結(jié)合，以及將所述環(huán)形套管插入所述密封板清洗槽的步驟。
7.一種桶形反應(yīng)器用于通過(guò)化學(xué)汽相淀積將從反應(yīng)氣體來(lái)的材料淀積到半導(dǎo)體基片上，所述桶形反應(yīng)器包括一個(gè)具有上部開(kāi)口的反應(yīng)腔，開(kāi)口尺寸允許至少將一片半導(dǎo)體基片放入所述反應(yīng)腔；一個(gè)通常環(huán)繞所述反應(yīng)腔上部開(kāi)口的氣環(huán)；與所述氣環(huán)相連的反應(yīng)氣體輸送裝置，用于輸送反應(yīng)氣體到所述反應(yīng)腔；多個(gè)清洗氣體管道用于輸送清洗氣體到所述密封板；一個(gè)適合于與所述反應(yīng)腔的上部開(kāi)口密封結(jié)合的密封板，用于密封所述反應(yīng)腔隔離外部環(huán)境，所述密封板包括一個(gè)可與所述氣環(huán)和一個(gè)環(huán)形槽相密封結(jié)合的封口，環(huán)形槽環(huán)繞所述密封板的中心延伸，通常與所述氣環(huán)對(duì)準(zhǔn)，清洗氣體管道之一被安排將清洗氣體輸送進(jìn)入所述環(huán)形槽；在所述環(huán)形槽中有清洗氣體容留裝置，用于保留清洗氣體，使清洗氣體從清洗氣體管道輸送清洗氣體進(jìn)入所述環(huán)形槽的地方環(huán)行所述環(huán)形槽全長(zhǎng)。
8.如權(quán)利要求7所述的桶形反應(yīng)器，其中所述清洗氣體容留裝置包括一個(gè)環(huán)形套管，通常具有U形剖面，所述環(huán)形套管的尺寸與密封板上的環(huán)形槽相對(duì)應(yīng)。
9.如權(quán)利要求7所述的桶形反應(yīng)器，其中每一個(gè)清洗氣體管道包括一個(gè)流量計(jì)和一個(gè)可調(diào)的流量調(diào)節(jié)器，用于有選擇性調(diào)節(jié)清洗氣體的流速，減少所述桶形反應(yīng)器中存在的氧氣。
全文摘要
一種用于調(diào)節(jié)被用于在半導(dǎo)體基片上化學(xué)汽相淀積材料層的桶形反應(yīng)器的清洗系統(tǒng)的方法，包括在多個(gè)清洗管道的每一個(gè)中放置旋轉(zhuǎn)式流量計(jì)和可調(diào)節(jié)的流量控制閥門。監(jiān)測(cè)管道中清洗氣體的流速和調(diào)節(jié)閥門保證氣流都向桶形反應(yīng)器的方向流動(dòng)，使得不發(fā)生反應(yīng)氣體被吸入清洗系統(tǒng)的虹吸效應(yīng)。桶形反應(yīng)器中氧氣的存在也得到了監(jiān)測(cè)，且調(diào)節(jié)流速減少以氧氣的存在。調(diào)節(jié)流速以保證在一個(gè)化學(xué)汽相淀積周期完成之后從桶形反應(yīng)器中完全清除反應(yīng)氣體。降低淀積材料層中金屬沾污程度得以實(shí)現(xiàn)。
文檔編號(hào)C23C16/455GK1152627SQ9611284
公開(kāi)日1997年6月25日 申請(qǐng)日期1996年9月20日 優(yōu)先權(quán)日1995年9月20日
發(fā)明者托馬斯·馬丁·漢利 申請(qǐng)人:Memc電子材料有限公司