特許ウォッチ

公開番号2025078611
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-05-20
出願番号2024193587
出願日2024-11-05
発明の名称半導体膜のエピタキシャル堆積のための高速冷却反応器
出願人エルピーイー・エッセ・ピ・ア
代理人個人,個人,個人
主分類C30B 35/00 20060101AFI20250513BHJP(結晶成長)
要約【課題】半導体膜のエピタキシャル堆積のための高速冷却反応器を提供する。
【解決手段】本発明は、基板上の半導体膜のエピタキシャル堆積に適し、動作後の反応器の冷却時間を短縮するように適合された反応器(1)に関する。反応器は、反応チャンバ(10)および断熱システムを特徴とする。後者は、複数の断熱構成要素(110、120、130、140、150)、および必要に応じて反応チャンバの断熱を最小化または最大化するために、断熱構成要素の少なくとも一つを移動させるように適合された少なくとも一つのアクチュエータ(200)を備える。本発明はさらに、上記の反応器の使用、および反応器を動作させるための方法に関する。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
（ｉ）少なくとも一つの仕切り要素（２１、２２、２３、２４）によって形成され、基板ホルダを受容するように適合された底部（３０）を有する反応チャンバ（１０）と、（ｉｉ）前記反応チャンバに断熱を提供するように適合された断熱システムと、を備える基板上の半導体膜のエピタキシャル堆積に適した反応器において、
－前記反応器が、長手方向軸（Ｘ）に沿って延在し、前記長手方向軸に垂直な平面において実質的に円形断面であることを特徴とし、
－前記断熱システムが、前記長手方向軸に垂直な平面において円形または円弧形状の断面を有する複数の断熱構成要素（１１０、１２０、１３０、１４０、１５０）と、少なくとも一つのアクチュエータ（２００）と、を備えることを特徴とする反応器であって、
前記少なくとも一つのアクチュエータが、前記断熱構成要素の少なくとも一つを断熱位置から冷却位置へ、およびその逆に移動させるように適合され、前記断熱位置および前記冷却位置がそれぞれ、前記反応チャンバの前記断熱を相対的に最大化および最小化するように適合される、反応器。
続きを表示（約 1,500 文字）【請求項２】
前記少なくとも一つの仕切り要素と前記断熱システムとの間に位置決めされた少なくとも一つのカバージャケットをさらに備える請求項１に記載の反応器。
【請求項３】
前記カバージャケットがグラファイトまたは断熱材料で作製される、請求項２に記載の反応器。
【請求項４】
前記少なくとも一つのアクチュエータが、耐熱材料、好ましくはセラミック、石英、ホウケイ酸ガラス、サファイアガラス、グラファイト、またはそれらの組み合わせで実質的に作製されるか、または被覆される、請求項１～３のいずれか一項に記載の反応器。
【請求項５】
前記少なくとも一つのアクチュエータが、前記長手方向軸に沿って少なくとも一つの断熱構成要素を移動させるように適合され、
－シリンダ（２１０）と、
－前記シリンダ内で収縮位置から伸長位置へと、およびその逆に移動するように適合されたピストン（２２０）と、を備え、
前記ピストンが、前記断熱構成要素の少なくとも一つに接続、または接続可能である、請求項１～３のいずれか一項に記載の反応器。
【請求項６】
－前記ピストンが、不活性ガスの流れによって前記シリンダ内に加えられる圧力下で、前記収縮位置から前記伸長位置に移動し、
－前記ピストンが、前記シリンダ内の前記圧力を前記反応器の動作圧力未満に減少させることによって得られた吸引圧力下で、前記伸長位置から前記収縮位置に移動する、請求項５に記載の反応器。
【請求項７】
前記アクチュエータがリニアアクチュエータである、請求項１～３のいずれか一項に記載の反応器。
【請求項８】
前記複数の断熱構成要素が、前記反応チャンバの前記底部の実質的に上方に位置する上部構成要素（１１０）と、前記反応チャンバの前記底部の実質的に下方に位置する二つの下部構成要素（１２０、１３０）と、を備え、前記リニアアクチュエータが、前記二つの下部構成要素のうちの一つを、前記二つの下部構成要素が前記長手方向軸に沿って隣接する断熱位置から、前記長手方向軸に沿って前記二つの下部構成要素間に間隙が形成される冷却位置まで前記長手方向軸に沿って直線的に移動するように適合され、その逆も同様である、請求項７に記載の反応器。
【請求項９】
前記複数の断熱構成要素が、互いに実質的に同心の、外側構成要素（１４０）と、内側構成要素（１５０）と、を備え、
－前記外側構成要素が、前記内側構成要素に対して、全体またはその一部に外部被覆を提供するように適合され、
－前記リニアアクチュエータが、前記内側構成要素の被覆を相対的に最大化する断熱位置から、被覆が相対的に最小化する冷却位置に、前記外側構成要素を直線的に移動させるように適合され、その逆も同様である、請求項７に記載の反応器。
【請求項１０】
－前記外側構成要素が、その主表面上に少なくとも一つの貫通孔（５０１、５０２、５０３）を備え、
－前記内側構成要素が、その主表面上に少なくとも一つの貫通孔（５５１、５５２、５５３）を備え、
前記内側構成要素および前記外側構成要素が、（ｉ）前記冷却位置において、前記外側構成要素の前記少なくとも一つの貫通孔および前記内側構成要素の前記少なくとも一つの貫通孔が実質的に整列して、前記断熱システム内に少なくとも一つの貫通孔を形成し、（ｉｉ）前記断熱位置において、前記外側構成要素の前記少なくとも一つの貫通孔および前記内側構成要素の前記少なくとも一つの貫通孔が整列しないように配置されている、請求項９に記載の反応器。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板上の半導体膜のエピタキシャル堆積の分野に関し、特に堆積後の冷却時間を短縮するように適合された反応器、およびそれを動作させるための方法に関する。
続きを表示（約 1,900 文字）【０００２】
さらに、本発明は、排他的ではないが、ホットウォール、クロスフローホモエピタキシャル反応器またはクロスフローヘテロエピタキシャル反応器内で半導体基板上にシリコン膜、炭化ケイ素膜、およびヒ化ガリウム膜を堆積する分野に関する。
【背景技術】
【０００３】
エピタキシャル成長によって作製された半導体膜は、エピ層としても知られ、反応器の反応チャンバ内での堆積によって形成される。堆積された材料は、基板と同じであってもよく、または特定の望ましい品質を有する異なる半導体を含んでもよい。エピタキシャル技術は、基板上に形成される結晶構造を制御し、エピ層の表面特徴を改善できるため、非常に複雑なマイクロプロセッサおよびメモリデバイスの製造に適している。
【０００４】
典型的には、反応チャンバは、膜堆積の前に所望の温度に加熱され、温度は堆積プロセス全体を通じて実質的に一定に維持される。この趣旨で、堆積プロセスの公称温度を達成および維持するために必要なエネルギーを低減するために断熱システムが使用される。例えば、断熱材料の一つ以上のケーシングは、反応チャンバを囲み、それによって、隣接する環境における熱分散を制限し得る。
【０００５】
一定かつ制御された温度を維持する能力も、膜の成長の品質にも影響を与える。しかしながら、断熱がより効率的であるほど、チャンバを開いて処理された基板を取り出しおよびハンドリングするために、堆積後に反応器を冷却するために必要なダウンタイムがより長くなる。
【０００６】
この問題は、半導体基板（同一または異なる材料の）上のシリコン（Ｓｉ）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、および窒化ガリウム（ＧａＮ）のエピタキシャル堆積で有利に使用され得る、ホットウォール反応器で特に感じられる。上記の非限定的な実施例では、チャンバは通常、化学的性質に応じて、８００～１８００℃の非常に高温で動作する。これらのホットウォール反応器では、反応チャンバの壁は、動作中に能動的に加熱され、高温に保たれる。一つ以上の壁は、グラファイトなどの高感受性を有する材料で作製され、誘導手段を介して加熱されてもよい。いずれにせよ、チャンバおよびその周囲の壁が到達する高温は、反応器動作の冷却時間および全体的な効率に影響を与える。
【０００７】
反応器の冷却、特に反応チャンバの冷却は、典型的には、単独で、または組み合わせて、（ｉ）照射、（ｉｉ）反応器の断熱要素および感受性要素を通した伝導、（ｉｉｉ）チャンバの中への水素の流れ、のいずれかの受動的および能動的手段を介して行われる。
【０００８】
上記にもかかわらず、反応器の冷却ダウンタイムは依然として長いままである。例えば、ＳｉＣホットウォール反応器を１６５０℃から９００℃（堆積後に基板を取り出すために反応チャンバを開放し得るおおよその最大温度）まで冷却するのに最大２０分かかる場合がある。
【０００９】
ＷＯ２０２３／０３７２７８は、箱状の反応チャンバ、および反応チャンバ上で摺動することによって可変の断熱性を提供する断熱プレートを備える基板上に半導体材料をエピタキシャル堆積するための反応器を開示している。しかしながら、この設計は、反応チャンバのすぐ近く、かつ反応チャンバの上部壁のすぐ上方に摺動面および作動片を伴うため、チャンバ内の破片の存在のさらなる一因になり得る。これは、エピタキシャル堆積の品質に影響を与え得、および／またはさらなる洗浄を必要とし得る。さらに、従来技術の設計は、反応チャンバを均一かつ効率的に加熱できる利点がある、ＥＰ１５７０１０７に開示されているものなどの円筒形反応器には「そのまま」適用できない。
【００１０】
したがって、円筒形反応器、特に、限定されるものではないが、同じまたは異なる材料の半導体基板上にＳｉ膜、ＳｉＣ膜、およびＧａＮ膜を堆積させるためのホットウォール反応器の冷却ダウンタイムを短縮するための新しい方法を提供することが望ましい。さらに、この新しい方法は、堆積領域の破片による汚染の可能性を制限しながら、加熱中およびエピタキシャル堆積プロセス中に反応チャンバの適切な断熱を維持することが望ましい。さらに、前述の方法を実施するのに適した新しい反応器を提供することが望ましい。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
（【００１１】以降は省略されています）

関連特許