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1、(10)申请公布号 CN 102947483 A (43)申请公布日 2013.02.27 C N 1 0 2 9 4 7 4 8 3 A *CN102947483A* (21)申请号 201180029125.1 (22)申请日 2011.04.08 102010016477.1 2010.04.16 DE C23C 16/458(2006.01) C23C 16/52(2006.01) C23C 16/455(2006.01) H01L 21/687(2006.01) (71)申请人艾克斯特朗欧洲公司 地址德国黑措根拉特 (72)发明人 J凯普勒 (74)专利代理机构北京市柳沈律师事务所 。
2、11105 代理人侯宇 (54) 发明名称 包含加热步骤、处理步骤和冷却步骤的热处 理方法 (57) 摘要 本发明涉及一种处理方法，尤其是在反应器 壳体(1，2，3)的处理室(4)内对工件，尤其是半导 体基板(19)进行镀覆的方法，所述处理室(4)构 成可被加热装置(15)加热且具有用于安置所述 工件的基座(5)的处理室底部(9)和可被冷却装 置(23)冷却的处理室顶部(10)，其中，由处理室 顶部(10)与处理室底部(9)的间距所界定的处理 室高度(H)是可变的，其中，在加热步骤中，将基 座(5)从所述处理室装卸所述工件时的装料/卸 料温度加热至处理温度，在之后的处理步骤中，在 处理温度下对。
3、所述工件进行热处理，随后在冷却 步骤中，将基座冷却至装料/卸料温度。为了缩短 循环时间推荐，在冷却步骤时使处理室高度(H) 取其最小值。 (30)优先权数据 (85)PCT申请进入国家阶段日 2012.12.13 (86)PCT申请的申请数据 PCT/EP2011/055505 2011.04.08 (87)PCT申请的公布数据 WO2011/128260 DE 2011.10.20 (51)Int.Cl. 权利要求书2页 说明书4页 附图1页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 2 页 说明书 4 页 附图 1 页 1/2页 2 1.一种处理方法，尤其是在。
4、反应器壳体(1，2，3)的处理室(4)内对工件，尤其是半导 体基板(19)进行镀覆的方法，所述处理室(4)构造成具有可被加热装置(15)加热且具有 用于安置所述工件的基座(5)的处理室底部(9)和可被冷却装置(23)冷却的处理室顶部 (10)，其中，由所述处理室顶部(10)与所述处理室底部(9)的间距所界定的处理室高度(H) 是可变的，其中，在加热步骤中，将所述基座(5)从所述处理室装卸所述工件时的装料/卸 料温度加热至处理温度，在之后的处理步骤中，在处理温度下对所述工件进行热处理，随后 在冷却步骤中，将基座冷却至装料/卸料温度，其特征在于，在所述加热步骤中使处理室高 度(H)取其最大值，使得。
5、从被加热的基座(5)至被冷却的处理室顶部(10)的热流最小化， 并且在所述冷却步骤中使所述高度取其最小值，使得从所要冷却的基座(5)至被冷却的处 理室顶部的热流最大化，其中，流向所述处理室顶部(10)的热量被所述冷却装置(23)散 走。 2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述处理步骤中，通过构成所述处理室顶 部(10)的进气机构(7)，将处理气体送入所述处理室(4)，所述处理气体在至少一个放置于 所述基座(5)之上的所述基板(19)上通过化学反应或冷凝作用形成覆层。 3.如前述权利要求之任一项所述的方法，其特征在于，在所述加热步骤中，将具有低导 热性的冲洗气体，例如氮气，通过所述进气机。
6、构(7)送入所述处理室(4)内。 4.如前述权利要求之任一项所述的方法，其特征在于，在所述冷却步骤中，将具有高导 热性的处理气体，例如氢气，通过所述进气机构(7)送入所述处理室(4)内。 5.如前述权利要求之任一项所述的方法，其特征在于，所述处理步骤是金属有机化合 物化学气相沉积(MOCVD)过程。 6.如前述权利要求之任一项所述的方法，其特征在于，在低于1000mbar的处理室压力 下实施所述处理步骤。 7.如前述权利要求之任一项所述的方法，其特征在于，借助射频加热装置(15)或红外 线加热装置对石墨制成的所述基座(5)进行调温。 8.如前述权利要求之任一项所述的方法，其特征在于，借助流经所。
7、述冷却通道(23)的 液态冷却剂冷却所述处理室顶部。 9.如前述权利要求之任一项所述的方法，其特征在于，为了改变处理室高度(H)，执行 机构(11)使所述基座(5)连同所述加热装置(15)沿垂直方向相对于所述反应器壳体(1， 2，3)发生位移。 10.如前述权利要求之任一项所述的方法，其特征在于，所述具有至少30cm直径的圆 盘形的基座(5)与所述处理室顶部的最小间距不超过2cm，并且与所述处理室顶部的最大 间距不低于7cm。 11.一种在反应器壳体(1，2，3)的处理室(4)中在至少一个基板(19)上沉积至少一层 的方法，该处理室具有形成所述处理室底部(9)的可被加热装置(15)加热的用于安。
8、置至少 一个基板(19)的基座(5)以及可被冷却装置(23)冷却的处理室顶部(10)，其中，所述处理 室顶部(10)与所述处理室底部(9)的间距界定出处理室高度(H)，该处理室高度可在最小 值与不同于该最小值的最大值之间变化，此方法包含以下步骤： -将所述基座(5)调节至装料/卸料温度； -在装料/卸料温度下，为所述基座(5)装载所述至少一个基板(19)； 权 利 要 求 书CN 102947483 A 2/2页 3 -将所述基座(5)从装料/卸料温度加热至高于装料/卸料温度的处理温度，在此期 间，处理室高度(H)取其最大值； -在处理温度下，将处理气体送入所述处理室(4)并使其发生分解，从而。
9、在所述至少一 个基板(19)上沉积至少一层，在此期间，处理室高度(H)处于其最大值与最小值之间； -将所述基座(5)从处理温度冷却至装料/卸料温度，在此期间，处理室高度(H)取其 最小值，且所述处理室顶部(10)被冷却； -在装料/卸料温度下，为处理室(4)卸料。 12.如权利要求11所述的方法，其特征在于，在加热所述基座以及处理所述工件时，冷 却所述处理室顶部(10)。 权 利 要 求 书CN 102947483 A 1/4页 4 包含加热步骤、 处理步骤和冷却步骤的热处理方法 0001 本发明涉及一种处理方法，尤其是在反应器壳体的处理室内对工件，尤其是半导 体基板，进行镀覆的方法，所述处理。
10、室构造成具有可被加热装置加热且具有用于容置工件 的基座的处理室底部和可被冷却装置冷却的处理室顶部，其中，由处理室顶部与处理室底 部的间距所界定的处理室高度是可变的，其中，在加热步骤中，将基座从所述处理室装卸所 述工件时的装料/卸料温度加热至处理温度，在之后的处理步骤中，在处理温度下对所述 工件进行热处理，随后在冷却步骤中，将基座冷却至装料/卸料温度。 0002 由DE 102 17 806A1已知一种利用MOCVD方法将半导体层沉积在半导体基板上的 装置。该装置具有反应器壳体，在反应器壳体内设有进气机构及基座。进气机构底面与基 座顶面之间为处理室。处理气体可经由处理室顶部上的开口进入处理室。基。
11、座上放有待镀 覆的基板。为实现镀覆，反应气体或不同的反应气体成分尤其在待镀覆的基板表面发生热 解。反应产物，即III和V主族元素，在基板表面形成覆层，该层为单晶体基板上的晶体外 延附生层。基座由加热装置自下方加热。可沿垂直方向移动基座，以改变处理室高度。 0003 本发明要解决的技术问题是缩短沉积制程周期。 0004 上述技术问题通过权利要求书所提供的按照本发明的技术方案得以解决。 0005 在明显低于处理温度的，然而可大于等于100的装料/卸料温度下，当打开反应 器壳体盖时，在处理室装载基板。随后，关闭反应器壳体并且用冲洗气体冲洗处理室。在加 热步骤中，将基座加热至高于装料/卸料温度数百摄氏。
12、度的处理温度。在处理步骤中，将处 理气体送入处理室，以便实施热处理。处理步骤结束后，在实施冷却步骤过程中，将处理室 及基座冷却至装料/卸料温度。达到此温度后，可打开反应器壳体，以便取出经处理的基 板，并且更换为待处理的基板。按照本发明，在加热阶段使基座与已冷却的处理室顶部之间 达到最大距离，从而缩短处理周期。由此，从被加热的基座至已冷却的处理室顶部的散热量 被降至最低。特别优选的是，在加热过程中，通过构成处理室顶部的进气机构，送入一种低 导热性的冲洗气体，例如氮气。将处理室高度调节至适于相应处理的最佳值，以便实施处理 步骤。所述处理可以是对工件，尤其是基板的纯热处理。然而优选地，在实施该处理步。
13、骤 时，将由一或多种成分构成的处理气体，经由进气机构的进气口送入处理室，在处理室内该 处理气体在基板表面发生化学反应，从而在此形成半导体层。为此，所述处理气体优选含有 III主族金属的金属有机成分和V主族元素的氢化物。处理室高度在冷却处理过程中取最 小值。在此特别优选的是，用高导热性的冲洗气体，例如氢气，冲洗处理室高度。此措施使得 从待冷却的基座至已冷却的处理室顶部的散热达到最大程度。在特别优选的实施方案中， 在处理室内部在低压下进行MOCVD过程。优选用红外线加热装置或射频加热装置自下方加 热石墨制的基座。为了改变处理室高度，优选通过执行机构沿垂直方向移动基座和加热基 座的装置。所述执行机构。
14、可位于反应器壳体内部，并且优选由主轴驱动装置构成。所述基 座可围绕安置于反应器壳体中心的轴转动。处理室顶部优选由进气机构的出气面构成，且 具有多个可供冷却剂穿过的冷却通道。 0006 本发明尤其涉及一种在反应器壳体的处理室中在至少一个基板上沉积至少一层 的方法，所述处理室具有形成所述处理室底部的可被加热装置加热的用于安置至少一个基 说 明 书CN 102947483 A 2/4页 5 板的基座以及可被冷却装置冷却的处理室顶部，其中，处理室顶部与处理室底部的间距界 定出处理室高度，该处理室高度可在最小值与不同于该最小值的最大值之间变化，此方法 包含以下步骤： 0007 -将所述基座调节至装料/卸。
15、料温度； 0008 -在装料/卸料温度下，为所述基座装载至少一个基板； 0009 -将所述基座从装料/卸料温度加热至高于装料/卸料温度的处理温度，在此期 间，处理室高度取其最大值； 0010 -在处理温度下，将处理气体送入所述处理室并使其发生分解，从而在所述至少一 个基板上沉积至少一层，在此期间，处理室高度处于其最大值与最小值之间； 0011 -将所述基座从处理温度冷却至装料/卸料温度，在此期间，处理室高度取其最小 值，且所述处理室顶部被冷却； 0012 -在装料/卸料温度下，为处理室卸料。 0013 依据图1所示的反应器壳体的剖面图对本发明的实施例进行说明。 0014 反应器壳体由反应器壳体。
16、盖1、反应器壳体底3和反应器壳体壁2所构成。反应器 壳体壁2可呈管状。可用未示出的真空装置将壳体内部抽空，或者使处理室压力保持低于 大气压力水平。 0015 进气机构7固定于壳体盖1上，由进气管21向该进气机构提供冲洗气体或处理气 体。进气机构7由不锈钢制成的中空体所构成，在此中空体内，进气管21的出口前面设有 挡板20。进气机构7的底面构成出气板，而该出气板具有多个呈筛状布置的出气口8。出 气板的朝向下方的外表面构成处理室顶部10。出气口8之间设有可供液态冷却剂，例如水， 穿过的冷却通道23，以便对处理室顶部10进行冷却。 0016 设置在进气机构7下方的基座5的顶面平行于进气机构7的出气板。
17、延伸，且构成 处理室底部9。进气机构7与基座5之间为处理室4。圆盘形的基座5的直径可大于30cm。 0017 基座5由位于处理室4的中心轴6上的支柱22所支承。支柱22可被旋转驱动， 以便基座5在镀覆处理过程中围绕轴线6旋转。 0018 基座5下方设有托板17，该托板可由石英构成，且载有具有多个出气口18的出气 环16，而该出气环则与未图标的真空装置相连接。 0019 基座5及托板17下方设有加热盘管15，而该加热盘管可产生射频场，该射频场在 石墨制的基座5中感应产生电涡流，由此可将基座5加热至处理温度。 0020 设有多个执行机构11，其具有主轴传动装置13、可由主轴传动装置13旋转驱动的 。
18、主轴12以及安置于托板17上的主轴螺母14。通过执行机构11，可改变基座5、托板17和 加热装置15的垂直位置。 0021 因此，通过执行机构11，可使处理室高度H在最小值与最大值之间变化。高度H可 在4mm与50mm之间变化。通常情况下，基座的直径至少为30cm并且最大为650cm。 0022 利用上述装置可实施以下处理方法： 0023 在介于室温与200至300之间的装料/卸料温度下，打开反应器壳体，例如，通 过掀起反应器壳体盖1实现。由于进气机构7固定在反应器壳体盖1上，所以当打开反应 器壳体盖1时可接触到基座5，以便在基座5上装载基板19。将待镀覆的基板19放置到基 座5上后，重新关闭。
19、处理室壳体。用冲洗气体，例如氮气，冲洗处理室4。用执行机构11将 说 明 书CN 102947483 A 3/4页 6 基座5连同加热装置15调节至最低位置，此时，处理室高度H是最大值，例如至少7cm。在 此位置上，自基座至已冷却的处理室顶部10的导热量降至最低，将基座5加热至高于600 或者高于1000的处理温度。 0024 通过将处理气体经由进气管21送入进气机构7，并经由出气口8排气进入处理室 4，由此开始生长制程，其中半导体层沉积在基板19上。 0025 生长步骤结束后，用冲洗气体，此时可为氢气，冲洗处理室4。用执行机构11将基 座5沿垂直方向向上调节至最高位置，此时，处理室高度H是最。
20、小值。该最小值例如可最大 为2cm。当断开加热装置15并用冷却剂冷却处理室顶部10时，基座5温度下降，其中由于 冲洗气体导热性能良好且基座与处理室顶部之间达到最小距离，使得自基座5至已冷却的 处理室顶部10的散热达到最大程度。 0026 达到装料/卸料温度后，将氮气送入处理室并打开反应器壳体盖1，以便更换基 板。 0027 所有公开的特征(本身)都有发明意义或发明价值。在本申请的公开文件中，所 属/附属的优先权文本(在先申请文件)的公开内容也被完全包括在内，为此也将该优先 权文本中的特征纳入本申请的权利要求书中。从属权利要求中的那些可选择的并列设计方 案都是对于现有技术有独立发明意义或价值的改。
21、进设计，尤其可以这些从属权利要求为基 础提出分案申请。 0028 附图标记列表 0029 1 反应器壳体盖 0030 2 反应器壳体壁 0031 3 反应器壳体底 0032 4 处理室 0033 5 基座 0034 6 轴线 0035 7 进气机构 0036 8 出气口 0037 9 处理室底部 0038 10 处理室顶部 0039 11 执行机构 0040 12 主轴 0041 13 主轴传动装置 0042 14 主轴螺母 0043 15 加热装置 0044 16 出气元件 0045 17 托板 0046 18 出气口 0047 19 基板 0048 20 挡板 0049 21 进气管 说 明 书CN 102947483 A 4/4页 7 0050 22 支柱 0051 23 冷却通道 0052 H 处理室高度 说 明 书CN 102947483 A 1/1页 8 图1 说 明 书 附 图CN 102947483 A 。