專利名稱：包含加熱步驟、處理步驟和冷卻步驟的熱處理方法
包含加熱步驟、處理步驟和冷卻步驟的熱處理方法本發(fā)明涉及一種處理方法，尤其是在反應(yīng)器殼體的處理室內(nèi)對(duì)工件，尤其是半導(dǎo)體基板，進(jìn)行鍍覆的方法，所述處理室構(gòu)造成具有可被加熱裝置加熱且具有用于容置工件的基座的處理室底部和可被冷卻裝置冷卻的處理室頂部，其中，由處理室頂部與處理室底部的間距所界定的處理室高度是可變的，其中，在加熱步驟中，將基座從所述處理室裝卸所述工件時(shí)的裝料/卸料溫度加熱至處理溫度，在之后的處理步驟中，在處理溫度下對(duì)所述工件進(jìn)行熱處理，隨后在冷卻步驟中，將基座冷卻至裝料/卸料溫度。由DE 102 17 806A1已知一種利用MOCVD方法將半導(dǎo)體層沉積在半導(dǎo)體基板上的裝置。該裝置具有反應(yīng)器殼體，在反應(yīng)器殼體內(nèi)設(shè)有進(jìn)氣機(jī)構(gòu)及基座。進(jìn)氣機(jī)構(gòu)底面與基座頂面之間為處理室。處理氣體可經(jīng)由處理室頂部上的開口進(jìn)入處理室?；戏庞写兏驳幕濉閷?shí)現(xiàn)鍍覆，反應(yīng)氣體或不同的反應(yīng)氣體成分尤其在待鍍覆的基板表面發(fā)生熱 解。反應(yīng)產(chǎn)物，即III和V主族元素，在基板表面形成覆層，該層為單晶體基板上的晶體外延附生層?；杉訜嵫b置自下方加熱?？裳卮怪狈较蛞苿?dòng)基座，以改變處理室高度。本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是縮短沉積制程周期。上述技術(shù)問(wèn)題通過(guò)權(quán)利要求書所提供的按照本發(fā)明的技術(shù)方案得以解決。在明顯低于處理溫度的，然而可大于等于100°C的裝料/卸料溫度下，當(dāng)打開反應(yīng)器殼體蓋時(shí)，在處理室裝載基板。隨后，關(guān)閉反應(yīng)器殼體并且用沖洗氣體沖洗處理室。在加熱步驟中，將基座加熱至高于裝料/卸料溫度數(shù)百攝氏度的處理溫度。在處理步驟中，將處理氣體送入處理室，以便實(shí)施熱處理。處理步驟結(jié)束后，在實(shí)施冷卻步驟過(guò)程中，將處理室及基座冷卻至裝料/卸料溫度。達(dá)到此溫度后，可打開反應(yīng)器殼體，以便取出經(jīng)處理的基板，并且更換為待處理的基板。按照本發(fā)明，在加熱階段使基座與已冷卻的處理室頂部之間達(dá)到最大距離，從而縮短處理周期。由此，從被加熱的基座至已冷卻的處理室頂部的散熱量被降至最低。特別優(yōu)選的是，在加熱過(guò)程中，通過(guò)構(gòu)成處理室頂部的進(jìn)氣機(jī)構(gòu)，送入一種低導(dǎo)熱性的沖洗氣體，例如氮?dú)?。將處理室高度調(diào)節(jié)至適于相應(yīng)處理的最佳值，以便實(shí)施處理步驟。所述處理可以是對(duì)工件，尤其是基板的純熱處理。然而優(yōu)選地，在實(shí)施該處理步驟時(shí)，將由一或多種成分構(gòu)成的處理氣體，經(jīng)由進(jìn)氣機(jī)構(gòu)的進(jìn)氣口送入處理室，在處理室內(nèi)該處理氣體在基板表面發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，從而在此形成半導(dǎo)體層。為此，所述處理氣體優(yōu)選含有
III主族金屬的金屬有機(jī)成分和V主族元素的氫化物。處理室高度在冷卻處理過(guò)程中取最小值。在此特別優(yōu)選的是，用高導(dǎo)熱性的沖洗氣體，例如氫氣，沖洗處理室高度。此措施使得從待冷卻的基座至已冷卻的處理室頂部的散熱達(dá)到最大程度。在特別優(yōu)選的實(shí)施方案中，在處理室內(nèi)部在低壓下進(jìn)行MOCVD過(guò)程。優(yōu)選用紅外線加熱裝置或射頻加熱裝置自下方加熱石墨制的基座。為了改變處理室高度，優(yōu)選通過(guò)執(zhí)行機(jī)構(gòu)沿垂直方向移動(dòng)基座和加熱基座的裝置。所述執(zhí)行機(jī)構(gòu)可位于反應(yīng)器殼體內(nèi)部，并且優(yōu)選由主軸驅(qū)動(dòng)裝置構(gòu)成。所述基座可圍繞安置于反應(yīng)器殼體中心的軸轉(zhuǎn)動(dòng)。處理室頂部?jī)?yōu)選由進(jìn)氣機(jī)構(gòu)的出氣面構(gòu)成，且具有多個(gè)可供冷卻劑穿過(guò)的冷卻通道。本發(fā)明尤其涉及一種在反應(yīng)器殼體的處理室中在至少一個(gè)基板上沉積至少一層的方法，所述處理室具有形成所述處理室底部的可被加熱裝置加熱的用于安置至少一個(gè)基板的基座以及可被冷卻裝置冷卻的處理室頂部，其中，處理室頂部與處理室底部的間距界定出處理室高度，該處理室高度可在最小值與不同于該最小值的最大值之間變化，此方法包含以下步驟-將所述基座調(diào)節(jié)至裝料/卸料溫度；-在裝料/卸料溫度下，為所述基座裝載至少一個(gè)基板；-將所述基座從裝料/卸料溫度加熱至高于裝料/卸料溫度的處理溫度，在此期間，處理室高度取其最大值；-在處理溫度下，將處理氣體送入所述處理室并使其發(fā)生分解，從而在所述至少一個(gè)基板上沉積至少一層，在此期間，處理室高度處于其最大值與最小值之間； -將所述基座從處理溫度冷卻至裝料/卸料溫度，在此期間，處理室高度取其最小值，且所述處理室頂部被冷卻；-在裝料/卸料溫度下，為處理室卸料。依據(jù)圖I所示的反應(yīng)器殼體的剖面圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行說(shuō)明。反應(yīng)器殼體由反應(yīng)器殼體蓋I、反應(yīng)器殼體底3和反應(yīng)器殼體壁2所構(gòu)成。反應(yīng)器殼體壁2可呈管狀?？捎梦词境龅恼婵昭b置將殼體內(nèi)部抽空，或者使處理室壓力保持低于大氣壓力水平。進(jìn)氣機(jī)構(gòu)7固定于殼體蓋I上，由進(jìn)氣管21向該進(jìn)氣機(jī)構(gòu)提供沖洗氣體或處理氣體。進(jìn)氣機(jī)構(gòu)7由不銹鋼制成的中空體所構(gòu)成，在此中空體內(nèi)，進(jìn)氣管21的出口前面設(shè)有擋板20。進(jìn)氣機(jī)構(gòu)7的底面構(gòu)成出氣板，而該出氣板具有多個(gè)呈篩狀布置的出氣口 8。出氣板的朝向下方的外表面構(gòu)成處理室頂部10。出氣口 8之間設(shè)有可供液態(tài)冷卻劑，例如水，穿過(guò)的冷卻通道23，以便對(duì)處理室頂部10進(jìn)行冷卻。設(shè)置在進(jìn)氣機(jī)構(gòu)7下方的基座5的頂面平行于進(jìn)氣機(jī)構(gòu)7的出氣板延伸，且構(gòu)成處理室底部9。進(jìn)氣機(jī)構(gòu)7與基座5之間為處理室4。圓盤形的基座5的直徑可大于30cm。基座5由位于處理室4的中心軸6上的支柱22所支承。支柱22可被旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)，以便基座5在鍍覆處理過(guò)程中圍繞軸線6旋轉(zhuǎn)?；?下方設(shè)有托板17，該托板可由石英構(gòu)成，且載有具有多個(gè)出氣口 18的出氣環(huán)16，而該出氣環(huán)則與未圖標(biāo)的真空裝置相連接?；?及托板17下方設(shè)有加熱盤管15，而該加熱盤管可產(chǎn)生射頻場(chǎng)，該射頻場(chǎng)在石墨制的基座5中感應(yīng)產(chǎn)生電渦流，由此可將基座5加熱至處理溫度。設(shè)有多個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)11，其具有主軸傳動(dòng)裝置13、可由主軸傳動(dòng)裝置13旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)的主軸12以及安置于托板17上的主軸螺母14。通過(guò)執(zhí)行機(jī)構(gòu)11，可改變基座5、托板17和加熱裝置15的垂直位置。因此，通過(guò)執(zhí)行機(jī)構(gòu)11，可使處理室高度H在最小值與最大值之間變化。高度H可在4mm與50mm之間變化。通常情況下，基座的直徑至少為30cm并且最大為650cm。利用上述裝置可實(shí)施以下處理方法在介于室溫與200°C至300°C之間的裝料/卸料溫度下，打開反應(yīng)器殼體，例如，通過(guò)掀起反應(yīng)器殼體蓋I實(shí)現(xiàn)。由于進(jìn)氣機(jī)構(gòu)7固定在反應(yīng)器殼體蓋I上，所以當(dāng)打開反應(yīng)器殼體蓋I時(shí)可接觸到基座5，以便在基座5上裝載基板19。將待鍍覆的基板19放置到基座5上后，重新關(guān)閉處理室殼體。用沖洗氣體，例如氮?dú)?，沖洗處理室4。用執(zhí)行機(jī)構(gòu)11將基座5連同加熱裝置15調(diào)節(jié)至最低位置，此時(shí)，處理室高度H是最大值，例如至少7cm。在此位置上，自基座至已冷卻的處理室頂部10的導(dǎo)熱量降至最低，將基座5加熱至高于600°C或者高于1000°C的處理溫度。通過(guò)將處理氣體經(jīng)由進(jìn)氣管21送入進(jìn)氣機(jī)構(gòu)7，并經(jīng)由出氣口 8排氣進(jìn)入處理室4，由此開始生長(zhǎng)制程，其中半導(dǎo)體層沉積在基板19上。生長(zhǎng)步驟結(jié)束后，用沖洗氣體，此時(shí)可為氫氣，沖洗處理室4。用執(zhí)行機(jī)構(gòu)11將基座5沿垂直方向向上調(diào)節(jié)至最高位置，此時(shí)，處理室高度H是最小值。該最小值例如可最大為2cm。當(dāng)斷開加熱裝置15并用冷卻劑冷卻處理室頂部10時(shí)，基座5溫度下降，其中由于沖洗氣體導(dǎo)熱性能良好且基座與處理室頂部之間達(dá)到最小距離，使得自基座5至已冷卻的處理室頂部10的散熱達(dá)到最大程度。達(dá)到裝料/卸料溫度后，將氮?dú)馑腿胩幚硎也⒋蜷_反應(yīng)器殼體蓋1，以便更換基板。所有公開的特征(本身)都有發(fā)明意義或發(fā)明價(jià)值。在本申請(qǐng)的公開文件中，所屬/附屬的優(yōu)先權(quán)文本(在先申請(qǐng)文件)的公開內(nèi)容也被完全包括在內(nèi)，為此也將該優(yōu)先權(quán)文本中的特征納入本申請(qǐng)的權(quán)利要求書中。從屬權(quán)利要求中的那些可選擇的并列設(shè)計(jì)方案都是對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)有獨(dú)立發(fā)明意義或價(jià)值的改進(jìn)設(shè)計(jì)，尤其可以這些從屬權(quán)利要求為基礎(chǔ)提出分案申請(qǐng)。
附圖
標(biāo)記列表I反應(yīng)器殼體蓋2反應(yīng)器殼體壁3反應(yīng)器殼體底4處理室5 基座6 軸線7進(jìn)氣機(jī)構(gòu)8 出氣口9處理室底部10處理室頂部11執(zhí)行機(jī)構(gòu)12 主軸13主軸傳動(dòng)裝置14主軸螺母15加熱裝置16出氣元件17 托板18 出氣口19 基板20 擋板21進(jìn)氣管
22 支柱23冷卻通道 H處理室高度
權(quán)利要求
1.一種處理方法，尤其是在反應(yīng)器殼體(1，2，3)的處理室(4)內(nèi)對(duì)工件，尤其是半導(dǎo)體基板(19)進(jìn)行鍍覆的方法，所述處理室(4)構(gòu)造成具有可被加熱裝置(15)加熱且具有用于安置所述工件的基座(5)的處理室底部(9)和可被冷卻裝置(23)冷卻的處理室頂部(10)，其中，由所述處理室頂部(10)與所述處理室底部(9)的間距所界定的處理室高度(H)是可變的，其中，在加熱步驟中，將所述基座(5)從所述處理室裝卸所述工件時(shí)的裝料/卸料溫度加熱至處理溫度，在之后的處理步驟中，在處理溫度下對(duì)所述工件進(jìn)行熱處理，隨后在冷卻步驟中，將基座冷卻至裝料/卸料溫度，其特征在于，在所述加熱步驟中使處理室高度(H)取其最大值，使得從被加熱的基座(5)至被冷卻的處理室頂部(10)的熱流最小化，并且在所述冷卻步驟中使所述高度取其最小值，使得從所要冷卻的基座(5)至被冷卻的處理室頂部的熱流最大化，其中，流向所述處理室頂部(10)的熱量被所述冷卻裝置(23)散走。
2.如權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，在所述處理步驟中，通過(guò)構(gòu)成所述處理室頂部(10)的進(jìn)氣機(jī)構(gòu)(7)，將處理氣體送入所述處理室(4)，所述處理氣體在至少一個(gè)放置于所述基座(5)之上的所述基板(19)上通過(guò)化學(xué)反應(yīng)或冷凝作用形成覆層。
3.如前述權(quán)利要求之任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，在所述加熱步驟中，將具有低導(dǎo)熱性的沖洗氣體，例如氮?dú)猓ㄟ^(guò)所述進(jìn)氣機(jī)構(gòu)(7)送入所述處理室(4)內(nèi)。
4.如前述權(quán)利要求之任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，在所述冷卻步驟中，將具有高導(dǎo)熱性的處理氣體，例如氫氣，通過(guò)所述進(jìn)氣機(jī)構(gòu)(7)送入所述處理室(4)內(nèi)。
5.如前述權(quán)利要求之任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述處理步驟是金屬有機(jī)化合物化學(xué)氣相沉積(MOCVD)過(guò)程。
6.如前述權(quán)利要求之任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，在低于IOOOmbar的處理室壓力下實(shí)施所述處理步驟。
7.如前述權(quán)利要求之任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，借助射頻加熱裝置(15)或紅外線加熱裝置對(duì)石墨制成的所述基座(5)進(jìn)行調(diào)溫。
8.如前述權(quán)利要求之任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，借助流經(jīng)所述冷卻通道(23)的液態(tài)冷卻劑冷卻所述處理室頂部。
9.如前述權(quán)利要求之任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，為了改變處理室高度(H)，執(zhí)行機(jī)構(gòu)(11)使所述基座(5)連同所述加熱裝置(15)沿垂直方向相對(duì)于所述反應(yīng)器殼體(1，2,3)發(fā)生位移。
10.如前述權(quán)利要求之任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述具有至少30cm直徑的圓盤形的基座(5)與所述處理室頂部的最小間距不超過(guò)2cm，并且與所述處理室頂部的最大間距不低于7cm。
11.一種在反應(yīng)器殼體(1，2，3)的處理室(4)中在至少一個(gè)基板(19)上沉積至少一層的方法，該處理室具有形成所述處理室底部(9)的可被加熱裝置(15)加熱的用于安置至少一個(gè)基板(19)的基座(5)以及可被冷卻裝置(23)冷卻的處理室頂部(10)，其中，所述處理室頂部(10)與所述處理室底部(9)的間距界定出處理室高度(H)，該處理室高度可在最小值與不同于該最小值的最大值之間變化，此方法包含以下步驟 -將所述基座(5)調(diào)節(jié)至裝料/卸料溫度； -在裝料/卸料溫度下，為所述基座(5)裝載所述至少一個(gè)基板(19)；-將所述基座(5)從裝料/卸料溫度加熱至高于裝料/卸料溫度的處理溫度，在此期間，處理室高度(H)取其最大值； -在處理溫度下，將處理氣體送入所述處理室(4)并使其發(fā)生分解，從而在所述至少一個(gè)基板(19)上沉積至少一層，在此期間，處理室高度(H)處于其最大值與最小值之間；-將所述基座(5)從處理溫度冷卻至裝料/卸料溫度，在此期間，處理室高度(H)取其最小值，且所述處理室頂部(10)被冷卻； -在裝料/卸料溫度下，為處理室(4)卸料。
12.如權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，在加熱所述基座以及處理所述工件時(shí)，冷卻所述處理室頂部(10)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種處理方法，尤其是在反應(yīng)器殼體(1，2，3)的處理室(4)內(nèi)對(duì)工件，尤其是半導(dǎo)體基板(19)進(jìn)行鍍覆的方法，所述處理室(4)構(gòu)成可被加熱裝置(15)加熱且具有用于安置所述工件的基座(5)的處理室底部(9)和可被冷卻裝置(23)冷卻的處理室頂部(10)，其中，由處理室頂部(10)與處理室底部(9)的間距所界定的處理室高度(H)是可變的，其中，在加熱步驟中，將基座(5)從所述處理室裝卸所述工件時(shí)的裝料/卸料溫度加熱至處理溫度，在之后的處理步驟中，在處理溫度下對(duì)所述工件進(jìn)行熱處理，隨后在冷卻步驟中，將基座冷卻至裝料/卸料溫度。為了縮短循環(huán)時(shí)間推薦，在冷卻步驟時(shí)使處理室高度(H)取其最小值。
文檔編號(hào)C23C16/52GK102947483SQ201180029125
公開日2013年2月27日 申請(qǐng)日期2011年4月8日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月16日
發(fā)明者J·凱普勒 申請(qǐng)人:艾克斯特朗歐洲公司