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Dokumentenidentifikation DE69033417T2 14.09.2000
EP-Veröffentlichungsnummer 0461194
Titel EPITAXIALER REAKTOR HOHER KAPAZITÄT
Anmelder Moore Epitaxial, Inc., San Jose, Calif., US
Erfinder MOORE, M., Gary, San Jose, US
Vertreter Wilhelms, Kilian & Partner, 81541 München
DE-Aktenzeichen 69033417
Vertragsstaaten DE, FR, IT
Sprache des Dokument En
EP-Anmeldetag 28.02.1990
EP-Aktenzeichen 909049918
WO-Anmeldetag 28.02.1990
PCT-Aktenzeichen US9001148
WO-Veröffentlichungsnummer 9010093
WO-Veröffentlichungsdatum 07.09.1990
EP-Offenlegungsdatum 18.12.1991
EP date of grant 05.01.2000
Veröffentlichungstag der Übersetzung europäischer Ansprüche 11.06.1992
Veröffentlichungstag im Patentblatt 14.09.2000
IPC-Hauptklasse C23C 16/46

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung betrifft im allgemeinen Epitaxialreaktoren zur Herstellung einheitlicher Filmbeschichtungen auf ausgewählten Oberflächen, wie sie zum Beispiel im US-Patent Nr. 5,053, 247 der vorliegenden Anmelderin beschrieben sind, und insbesondere einen Trommelepitaxialreaktor, der eine größere Stapelkapazität hat als Trommelepitaxialreaktoren des Standes der Technik und der eine Epitaxialschichtqualität erzeugt, die wenigstens genauso gut ist wie die, die von Trommelepitaxialreaktoren des Standes der Technik erzeugt werden.

Es sind in der Technik mehrere alternative Typen von Strahlungsheizungs-Epitaxialreaktoren bekannt. Es wird beispielsweise auf einen Epitaxialreaktortyp aus dem US-Patent Nr. 4,081,313 verwiesen, das am 28. März 1978 an McNeilly et al ausgegeben wurde. Im allgemeinen hat jeder Epitaxialreaktor (i) eine Reaktionskammer, (ii) eine Wärmequelle und Temperaturregelung, und (iii) Gasquellen sowie einen Gasdurchflußregler.

Eine Seitenquerschnittsansicht eines Trommelepitaxialreaktors des Standes der Technik ist in Fig. 1A zu sehen. Der Reaktor 10 ist von Applied Materials aus Santa Clara, Kalifornien, erhältlich. Der Reaktor 10 wird von Applied Materials unter den Modellnummern 7600, 7800, 7810 und 7820 geliefert.

Die Reaktionskammer 60 des Reaktors 10 ist das Innenvolumen der Glocke 40 zwischen der Übergangsregion 46 und dem Rand 45A der kugelgestrahlten Zone 45. Die Wärmequelle 50 besteht aus fünf Sätzen von Quarzhalogenlampen 51. Jeder Satz von Lampen 51 besteht aus einer Säule von vierzehn Lampen 51, wie nachfolgend ausführlicher beschrieben wird. Der Gasring 20 ist mit den Gasquellen und einem Gasregler verbunden. Die Wärmequelle 50 und die Reaktorkammer 60 befinden sich im Gehäuse 15.

Das Gehäuse 15 des Reaktors 10 umschließt ein Volumen, das eine Höhe von etwa 91,44 cm (36 Zoll) und eine Breite von etwa 116,84 cm (46 Zoll) hat. Die fünf Sätze von Lampen 51 in der Wärmequelle 50 bilden ein Fünfeck um die Glocke 40, wie in Fig. 1B illustriert ist, wobei jede Gruppe eine Seite des Fünfecks einnimmt. In Fig. 1B sind der Deutlichkeit halber nur die relativen Positionen der fünf Wärmequellensätze 50 und der Glocke 40 dargestellt. (Die Figuren sind nicht maßstabgetreu und sollen lediglich die relativen Positionen von Komponenten innerhalb des Reaktors 10 zeigen.) Die Lampen 51 erzeugen Strahlungsenergie im Kurzwellenbereich, d. h. etwa ein um oder darunter. Jede Lampe 51 ist in einem 2,86 cm (1 1/8 Zoll) parabolischen, vergoldeten, hochpolierten Reflektor 52 montiert. (In den Figuren haben die tiefgestellten Ziffern an Bezugszahlen den Zweck, (i) ähnliche Komponenten zu repräsentieren und (ii) bestimmte Merkmale einer Komponente zu bezeichnen. In der Beschreibung wird eine Bezugszahl ohne tiefgestellte Ziffer als Abkürzung benutzt, um alle Auftretensfälle dieser Bezugszahl mit tiefgestellten Ziffern in den Zeichnungen zu kennzeichnen).

Die Kurzwellen-Strahlungsenergie von der Wärmequelle 50 wird durch die transparente Quarzwand 41 der Glocke 40 übertragen. Die Quarzwand 41 absorbiert wenig oder keine Strahlung. Strahlungsenergie von der Wärmequelle 50 fällt auf einen Heizer 65, der in der Reaktionskammer 60 montiert ist. Der Heizer 65 hängt in der Glocke 40 an einem Quarzaufhängemittel 61, das wiederum drehbar durch den opaken oberen Quarzflansch 47 mit einem Rotationsmittel (nicht dargestellt) verbunden ist, so daß der Heizer 65 und die darauf montierten Wafer 70 relativ zur Wärmequelle 50 gedreht werden können. Die Rotation des Heizers 65 gewährleistet eine gleichförmige Erhitzung des Heizers 65 und der Wafer 70. Der Heizer 65 besteht aus einem Material, das die Strahlungsenergie von der Wärmequelle 50 absorbiert und eine Oberfläche mit einheitlicher Temperatur für die Wafer 70 erzeugt. Der Heizer 65 besteht gewöhnlich aus Graphit und ist auf der Außenfläche mit einem dünnen Siliziumcarbidüberzug beschichtet. Die Siliziumcarbidbeschichtung verhindert Kohlenstoffkontaminationen der Wafern 70.

Die Größe des Heizers 65 begrenzt die Kapazität des Reaktors 10, da die Größe die Anzahl der Wafer bestimmt, die gleichzeitig in der Reaktionskammer 60 plaziert werden können, d. h. die Stapelkapazität. Die "Stapelkapazität" wird zuweilen als die "Stapelgröße" bezeichnet. Tabelle 1 führt die Stapelkapazität des Trommelepitaxialreaktors 10 auf.

TABELLE 1 Stapelverarbeitungskapazität des Trommelepitaxialreaktors 10

Der Heizer 65 hat eine Länge von etwa 42,55 cm (16,75 Zoll) und bietet eine flache Zone von etwa 30,48 cm (12 Zoll). Der hierin verwendete Begriff der Länge des Heizers 65 bezieht sich auf das Senkrechtmaß des Heizers 65. Das Senkrechtmaß des Heizers 65 oder irgendeiner anderen Komponente im Reaktor 10 ist das Maß in derselben Richtung wie die Richtung, die vom Gaseintritt der Reaktionskammer 60 (der Oberseite der Reaktionskammer 60) zum Gasaustritt der Reaktionskammer 60 (dem Boden der Reaktionskammer 60) verläuft.

Die "flache Zone" des Heizers 65 ist die Region auf jeder Seite der Außenfläche des Heizers 65, wo Wafer plaziert und einheitliche Epitaxialablagerungen auf den Wafern erzielt werden können. Die flache Zone 67 des. Heizers 65 ist in Fig. 1 durch die gestrichelte Linie um die Wafer 70 dargestellt.

Ein weiteres Kriterium zum Messen der Kapazität des Trommelreaktors ist der Prozentanteil des Oberflächenbereiches des Heizers, der von den bearbeiteten Wafern bedeckt wird. So wird beispielsweise für den Reaktor 10 ein sechsseitiger Heizer zur Bearbeitung von Wafern mit einem Durchmesser von 125 mm benützt. Zwei Wafer werden auf jede Seite des Heizers gelegt, so daß sich die Stapelgröße von 12 Wafern in Tabelle 1 ergibt. Die Fläche auf einer Seite des Heizers beträgt etwa 559,0 cm² (86,645 in²). Die Fläche von zwei Wafern mit 125 mm Durchmesser in Kontakt mit dem Heizer beträgt etwa 245,44 cm² (38,04 in²). Somit beträgt der Prozentanteil einer von den Wafern bedeckten Heizerseite 38,04 = 86,645 oder etwa 44%.

Zum Bearbeiten von Wafern mit 200 mm Durchmesser wird ein vierseitiger Heizer mit einer Fläche von etwa 134,370 in² (866,90 cm²) pro Seite verwendet. Jede Seite des Heizers hält einen Wafer mit einer Fläche von 314,16 cm² (948,7 in²). Also beträgt für Wafer mit 200 mm Durchmesser der Prozentanteil der von dem Wafer bedeckten Heizerseite 48,7 = 134,370 oder etwa 36%.

Zum Bearbeiten von Wafern mit 100 mm Durchmesser wird ein achtseitiger Heizer mit einer Fläche von etwa 503,35 cm² (78,02 in²) pro Seite verwendet. Jede Seite des Heizers hält drei Wafer. Jeder Wafer hat eine Fläche von etwa 78,54 cm² (12,2 in²). Somit beträgt für Wafer mit 100 mm Durchmesser der Prozentanteil einer von Wafern bedeckten Heizerseite etwa (12,2 · 3)478,02 oder etwa 47%.

Zum Bearbeiten von Wafern mit 150 mm Durchmesser wird ein fünfseitiger Heizer mit einer Fläche von etwa 116,09 in² (748,97 cm²) pro Seite verwendet. Jede Seite des Heizers hält zwei Wafer. Jeder Wafer hat eine Fläche von etwa 27,4 in² (176,71 cm²). Somit beträgt für Wafer mit 100 mm Durchmesser der Prozentanteil einer von den Wafern bedeckten Heizerseite etwa (27,4 · 2) = 116,09 oder etwa 47%.

Für den Reaktor 10 (Fig. 1A) ist die flache Zone 67 so definiert, daß die Dickenvariation der Epitaxialschichten von Wafer zu Wafer auf benachbarten Wafern höchstens ±5% und die Variation des spezifischen Widerstandes der Epitaxialschichten von Wafer zu Wafer auf benachbarten Wafern höchstens ±5-10% beträgt. Über die flache Zone 67 beträgt die Dickenvariation der Epitaxialschichten von Wafer zu Wafer auf beliebigen zwei nicht benachbarten Wafern, einschließlich Wafern auf gegenüberliegenden Seiten der flachen Zone, höchstens ±4-7%, und die Variation des spezifischen Widerstandes von Wafer zu Wafer auf beliebigen zwei nicht benachbarten Wafern beträgt höchstens ±4-12%. Diese Variationen sind die Industriestandards für das Aufwachsenlassen von Epitaxialschichten.

Die Quarzglocke 40, in der der Heizer 65 montiert ist, hat einen unteren Flansch 42, der mit einer unteren Auflage 43 für die Glocke 40 verbunden ist. Der O-Ring 24 bildet eine Dichtung zwischen dem unteren Flansch 42 und dem Ablaßbecher 30. Die untere Auflage 43, mit einer Länge von etwa 7,62 cm (3 Zoll), ist über den unteren gekrümmten Abschnitt 44 der Glocke 40 mit der Seitenwand 41 verbunden. Der untere gekrümmte Abschnitt 44 wurde kugelgestrahlt (d. h. einem Hochgeschwindigkeitsstrom von Kugeln ausgesetzt, gewöhnlich Glaskugeln von 180 Grit), um eine opake Oberflächenregion 45 zu erzeugen. Es ist bekannt, daß "Grit" ein Maß für die Größe von Schleifpartikeln ist. Der Rand 45A ist das Ende des kugelgestrahlten unteren gekrümmten Abschnittes 44. Wie zuvor beschrieben, definiert der Rand 45A den Boden der Reaktionskammer 60. Die transparente senkrechte Seitenwand 41 der Quarzglocke 40 endet in einer Übergangsregion 46, mit der der opake obere Quarzflansch 47, typischerweise aus weißem Quarz, verbunden ist. Die Übergangsregion 46 hat eine Länge von etwa 7,62 cm (3 Zoll).

Die räumliche Beziehung zwischen der Seitenwand 41, dem gekrümmten Abschnitt 44, der unteren Auflage 43 und der Übergangsregion 46 beeinflußt die Gasströmungsdynamik, d. h. die Gasgeschwindigkeit, den Gasmassenfluß, die Strömungsmischung und die Strömungsturbulenz in der Reaktionskammer 60. Wenn die räumliche Beziehung dieser Abschnitte der Glocke 40 modifiziert wird, dann ändert sich die Gasströmungsdynamik in der Reaktionskammer 60. Da das gleichförmige Wachstum der Epitaxialschichten in der Reaktionskammer 60 unmittelbar abhängig ist von der Gasströmungsdynamik, hat jede Modifikation der Glocke 40 Einfluß auf die Einheitlichkeit der aufwachsenden Expitaxialschichten.

Der opake obere Flansch 47 ruht auf einer Grundplatte 32 und ist mit einem O-Ring 21 zwischen der Grundplatte 32 und dem oberen Flansch 47 abgedichtet. Der obere Flansch 47 ist mit einem Gasring 20 und zwei O- Ringen 22, 23 befestigt. Die Reaktionsmittelgase werden durch den Gasring 20 in die Reaktionskammer 60 eingeleitet. Nach dem Strömen der Gase durch die Reaktionskammer 60 treten die Gase durch (eine) Öffnung(en) im unteren Flansch 42 in den Edelstahl-Ablaßbecher 30 aus. Der Ablaßbecher 30 ist an der Tragbaugruppe 31 angebracht, die die Glocke 40 im Epitaxialreaktor 10 positioniert.

Der Gasfluß durch die Reaktionskammer 60 ist abhängig von der gewünschten Epitaxialwachstumsrate und den Prozeßspezifikationen. Im Reaktor 10 ist das Epitaxialwachstum abhängig vom Wasserstofffluß und dem Fluß der übrigen Reaktionsmittelgase durch die Kammer 60. Der Gasfluß in die Reaktionskammer 60 wird über Strahleinstellungen, die anhand von separaten Punkten auf einem Raster justiert werden, sowie über die Regelung von Wasserstoffhauptfluß und Wasserstoffrotationsfluß geregelt. Die Regelung von Strahleinstellungen und Wasserstofffluß ist der Fachperson bekannt. Für den Reaktor 10 sind typische Strahleinstellungen auf dem Raster für ein einheitliches Epitaxialschichtwachstum 3,5 und 3,5, und eine typische Wasserstoffflußeinstellung für ein einheitliches Epitaxialschichtwachstum ist ein Hauptstrom von 120 Litern pro Minute (Vm) und ein Rotationsfluß von 100 l/m.

Epitaxialwachstum auf Wafern 70 im Reaktor 10 erfordert Temperaturen im Bereich von etwa 900 bis 1200ºC. Die Quarzwand 41 wird jedoch typischerweise auf etwa 600ºC gehalten, so daß die Wand 41 relativ zu den Temperaturen von 900º-1200ºC in der Reaktionskammer 60 kalt ist. Die kalte Wand 41 der Glocke 40 begrenzt das Wachstum von Filmen auf der Innenseite der Wand 41. Die hierin verwendeten Begriffe "Innenfläche" und "Außenfläche" einer Glocke sind relativ zur Reaktionskammer 60 zu verstehen, so daß die "Innenfläche" eine Grenze der Reaktionskammer 60 und die "Außenfläche" außerhalb der Reaktionskammer 60 ist.

Die Wand 41 muß auf einer konstanten Temperatur gehalten werden, da sich bei zunehmender Temperatur der Wand 41 Filme auf der Wand 41 ablagern. Diese Filme absorbieren Strahlungsenergie, was wiederum die Einheitlichkeit der im Reaktor 10 wachsenden Epitaxialschichten beeinträchtigt.

Um die Wand 41 der Glocke 40 auf der gewünschten Temperatur zu halten und die übrigen Komponenten im Reaktor 10 vor hohen Temperaturen zu schützen, werden die Wärmequelle 50 und die Außenfläche der Glocke 40, d. h. die Übergangsregion 46, die Wand 41 und der gekrümmte Abschnitt 44 durch Zwangsluftzirkulation gekühlt. Insbesondere erzeugt ein Gebläse 80 einen konstanten Luftstrom zu einer Versorgungsluftkammer 81. Die Versorgungsluftkammer 81 hat ein senkrechtes Steigrohr 85, das mit einem wassergekühlten Wärmetauscher 53 auf der Rückseite von Lampenbaugruppen 50 verbunden ist. Somit tritt Luft vom Gebläse 80 in die Versorgungsluftkammer 81 ein, strömt durch den Wärmetauscher 53 auf der Rückseite von Lampenbaugruppen 50 durch den Reflektor 52 und um Lampen 51 in die Region 62 zwischen der Glockenwand 41 und Lampenbaugruppen 50.

Da ein Widerstand gegenüber dem Luftstrom vom senkrechten Steigrohr 85 in die Region 62 vorhanden ist, wird ein Teil des Luftstroms vom Gebläse 80 von der Versorgungsluftkammer 81 durch ein Rohr 82 mit 5,98 cm (zwei Zoll) Außendurchmesser in die obere Luftkammerregion 63 abgelenkt. Der Zwangsluftstrom vom Rohr 82 durch die obere Luftkammerregion 63 verhindert, daß sich heiße stehende Luft in der Luftkammerregion 63 staut.

Der Zwangsluftstrom von der Region 63 und vom senkrechten Steigrohr 85 strömt an der Seitenwand 41 der Glocke 40 nach unten in die Auslaßluftkammer 83, die sich am Boden des Reaktors 10 befindet. Die Luft strömt durch die Auslaßluftkammer 83 in einen Wärmetauscher 84. Der Wärmetauscher 84 wird mit einem Strom von etwa 5 Gallonen pro Minute wassergekühlt. Der Kühlwasserfluß wird durch die Durchflußdrossel 94 geregelt. Somit wird die Luft bei ihrem Fluß durch den Wärmetauscher 84 gekühlt, und die gekühlte Luft vom Wärmetauscher 84 strömt in die Gebläse- Versorgungsluftkammer 86.

Außer der Luftkühlung hat die obere Luftkammerregion 63 eine wassergekühlte Kühlplatte 88, die eine vergoldete Oberfläche neben Lampenbaugruppen 50 aufweist. Ebenso wird die Versorgungsluftkammer 81 durch die wassergekühlte Wand 89 gekühlt, die eine vergoldete Oberfläche hat, die der Glocke 40 zugewandt ist und Strahlungswärmeenergie von der Versorgungsluftkammer 81 weg reflektiert. Außerdem ist ein vergoldeter Schutzkragen 87 um den unteren Flansch 42 der Glocke 40 montiert. Der Goldüberzug dieser Komponenten reflektiert Strahlungsenergie von anderen Komponenten außerhalb der Reaktionskammer 60 weg und begrenzt somit Wärmeverluste aus der Reaktionskammer 60 und die Erhitzung von Komponenten außerhalb der Reaktionskammer 60.

Die Zwangsluftkühlung des Reaktors 10 hält eine einheitliche Wandtemperatur für die Konfiguration der Glocke 40, der Wärmequelle 50, der Versorgungs-, Auslaß- und oberen Luftkammern 81, 82, 63 aufrecht (s. Fig. 1A). Wenn die Konfiguration dieser Komponenten geändert wird, dann beeinflußt dies die Zwangsluftkühlung der Wand 41 und demzufolge die Wandtemperatur, da sich der Luftstrom über die Wand 41 ändern würde. Bei zunehmender Wandtemperatur lagern sich Teile auf der Wand ab, was wiederum die Gasverteilung in der Reaktionskammer 60 beeinflußt. Ferner ändert eine solche Änderung der Wandtemperatur das Temperaturprofil in der Reaktionskammer 60, was wiederum die Gasverteilung innerhalb der Reaktionskammer 60 weiter beeinflussen kann. Der kumulative Effekt solcher Veränderungen auf das einheitliche Wachstum von Epitaxialschichten ist unbekannt.

Jede der fünf Sätze von Wärmequellen 50 hat vierzehn Lampen 51 (Fig. 2A). Die Strahlungsenergie von jeder Lampe 51 ist direkt proportional zur Spannung über die Lampe. Daher wird, wie in Tabelle 2 gezeigt, eine höhere Spannung an die Lampen 51&sub1;-51&sub3; sowie 51&sub1;&sub2; 51&sub1;&sub4; jeweils an der oberen und unteren Peripherie der Reaktorkammer 60 angelegt. An die äußersten Lampen 51&sub1;, 51&sub1;&sub4; (Fig. 2A) jedes Satzes wird eine Spannung von 350 Volt angelegt, während an die nächsten beiden Lampen 51&sub2;, 51&sub3; sowie 51&sub1;&sub2;, 51&sub1;&sub3; jeweils eine Spannung von 300 Volt angelegt wird. An die verbleibenden acht Lampen 51&sub4;-51&sub1;&sub1; wird jeweils eine Spannung von 240 Volt angelegt.

TABELLE 2 Spannungsverteilung für jeden Wärmequellensatz 50

Die höheren Spannungen werden für die sechs äußersten Lampen 51&sub1;-51&sub3;, 51&sub1;&sub2;-51&sub1;&sub4; in jedem Satz benötigt, um die Grenzbedingungen auszugleichen, d. h. die energieabsorbierende Struktur am oberen und unteren Ende des Reaktors 10, sowie Wärmeverluste vom Heizer 65 und von der Reaktionskammer 60.

Die Lampen 51 in jedem Satz sind in drei Gruppen unterteilt: eine erste Gruppe bestehend aus Lampen 51&sub1;-51&sub5;; eine zweite Gruppe bestehend aus Lampen 51&sub6;-51&sub9;; und eine dritte Gruppe bestehend aus Lampen 51&sub1;&sub0;-51&sub1;&sub4; Jede Gruppe von Lampen 51 ist mit einem steuerbaren Siliziumgleichrichter (SCR) verbunden. Die Last auf dem SCR für die zweite Gruppe beträgt nur etwa 70% der Last an den beiden anderen SCRs. Da jeder Lampensatz vierzehn Lampen hat, werden zwei 14-Pin-Steckverbinder zum Zuführen des Stroms zu jedem Lampensatz verwendet.

Ein Infrarotsensor (nicht dargestellt) wird durch eine Hülle in der Quarzhängevorrichtung 61 in den Heizer 65 abgesenkt und kann an Stellen 64 im Heizer 65 positioniert werden. Jede der drei Stellen erlaubt die Messung der Strahlungsenergie von einer der drei Gruppen von Lampen wie oben definiert. Der Infrarotsensor ist über ein geschlossenes Temperaturregelungssystem an die Stromversorgung für die Wärmequelle 50 angeschlossen, und die Spannung über die Lampen 51 wird so eingestellt, daß etwa dieselbe Temperatur an jeder der drei Stellen 64&sub1;, 64&sub2;, 64&sub3; am Heizer 65 erhalten wird.

Um den Durchsatz von Wafern 70 im Reaktor 10 zu erhöhen (d. h. die Anzahl der Wafer, die in jedem Stapel von Wafern bearbeitet werden kann), muß die flache Zone 67 vergrößert werden. Wenn der Heizer 65 in senkrechter Richtung verlängert wird, um eine größere flache Zone 67 zu erzeugen, dann muß entweder der Abstand Y zwischen dem Boden 65, und der Linie 45A verringert werden, oder die Reaktionskammer 60 muß verlängert werden. Mit abnehmendem Abstand Y wird die flache Zone weiter in die Grenzregion der Wärmequelle 50 bewegt. Somit wird die Einheitlichkeit von im Reaktor 10 aufwachsenden Epitaxialschichten durch eine Änderung des Abstands Y beeinflußt.

Der Einbau einer größeren Reaktionskammer 60 in das Gehäuse 15 des Reaktors 10 scheint nicht möglich zu sein, da die größere Kammer notwendigerweise die Beziehung zwischen der Kühlvorrichtung zum Halten der Temperatur der Wand 41, der Wärmequelle 50 und der Temperatur in der Reaktionskammer 60 verändert. Wie oben beschrieben, beeinflussen solche Änderungen das einheitliche Wachstum von Epitaxialschichten, so daß selbst dann, wenn die Modifikation möglich ist, mit der erhöhten Stapelkapazität möglicherweise keine Epitaxialschichten innerhalb der Einheitlichkeits- Industriestandards erzielt würden.

Wenn eine in senkrechter Richtung längere Reaktionskammer 60 im Gehäuse 15 plaziert wird, dann befinden sich der obere und der untere Rand der größeren Kammer 60 notwendigerweise dichter am Gehäuse 15. Die Außenseite des Gehäuses 15 ist mit der Umgebungstemperatur des Raumes verbunden, in dem sich der Reaktor 10 befindet, während die Wand 41 etwa 600ºC und der Heizer 65 etwa 900º-1200ºC hat. Wenn also die Reaktionskammer 60 großer wird, dann muß die Wärmequelle 50 das große Temperaturgefälle zwischen Reaktionskammer 60 und Umgebungsraum halten, aber der Widerstand gegenüber dem Wärmestrom von der Reaktionskammer 60 nimmt ab, weil sich die Reaktionskammer 60 dichter am Gehäuse 15 befindet. Somit muß die Energie von der Wärmequelle 50 eventuelle höhere Wärmeverluste von der Kammer 60 kompensieren, die vom verringerten Widerstand gegenüber dem Wärmefluß von der Kammer 60 herrühren. Eine größere Wärmequelle beeinflußt die Gasströmungsdynamik in der Kammer 60 auf eine Weise, die der zuvor für Änderungen in der Glocke 40 beschriebenen ähnlich sind, und demzufolge das Epitaxialschichtwachstum in der Kammer 60.

Ferner kann die größere Wärmequelle andere Komponenten im Reaktor 10 negativ beeinflussen. Der Reflektor 52 hinter der Wärmequelle 50 ist aus vergoldetem Aluminium. Der Reflektor 52 muß auf einer Temperatur unterhalb des Schmelzpunktes von Aluminium gehalten werden. Jede Wärmezunahme der Wärmequelle 50 kann zu einer Überhitzung des Aluminiums führen, was wiederum zu Verformungen der Vergoldung und demzufolge zu Uneinheitlichkeiten in der Wärmequelle 50 führen kann. Solche Uneinheitlichkeiten würden das Wachstum von Epitaxialschichten noch weiter verändern.

Die Geometrie der Reaktionskammer 60 (z. B. Größe und Form der Glocke 40, Größe und Form des Heizers 65 sowie die Position des Heizers 65 in der Glocke 40), Wärmequelle 50, Gasfluß und Zwangsluftkühlung des Reaktors 10 wurden gewählt, um eine maximale Stapelgröße zu erzielen, wobei jeder Wafer in dem Stapel eine Epitaxialschicht innerhalb der Einheitlichkeits-lndustriestandards hat. Um die Stapelgröße des Reaktors 10 zu erhöhen, muß wenigstens die Geometrie der Reaktionskammer 60 geändert werden, so daß mehr Wafer in die Reaktionskammer 60 gelegt werden können. Außerdem müßten wahrscheinlich weitere Eigenschaften des Reaktors modifiziert werden.

Leider geben die Eigenschaften des Reaktors 10 keine Richtlinie darüber, wie die Stapelkapazität des Reaktors 10 zu erhöhen ist, da, wie oben beschrieben, eine Änderung einer Eigenschaft des Reaktors Auswirkungen auf andere Eigenschaften des Reaktors hat. Die Gasflußdynamik in der Reaktionskammer 60, das Temperaturprofil in der Reaktionskammer 60, die Zwangsluftkühlung, Wärmeverluste von der Reaktionskammer 60 und die Reflektion von Strahlungsenergie in die und aus der Reaktionskammer 60 sind alle so gekoppelt, daß eine Änderung eines Parameters Einfluß auf die anderen hat.

Wenn beispielsweise die senkrechte Länge des Heizers 65 erhöht wird, so daß er mehr Wafer hält, dann erhöht die größere Länge, zusätzlich zu den oben erörterten Problemen, den Widerstand gegenüber dem Gasstrom durch die Reaktionskammer 60. Die Veränderung des Gasstroms beeinflußt die von der Reaktionskammer durch das Gas geführte Wärme. Außerdem muß die Wärmequelle 50 verstärkt werden, damit der größere Heizer auf einer einheitlichen Temperatur gehalten werden kann. Die Änderung der Wärmequelle hat ferner Auswirkungen auf den Gasfluß und die Wärmeverluste von der Reaktionskammer.

Somit hat eine einfache Zunahme der Länge des Heizers zahlreiche Änderungen von Bedingungen im Reaktor 10 zur Folge, und jede dieser Bedingungen hat Einfluß auf das Wachstum von Epitaxialschichten. Ebenso beeinflußt jede Änderung der Reaktorgeometrie, Wärmequelle, Gasfluß und Zwangsluftkühlung das einheitliche Wachstum von Epitaxialschichten im Reaktor 10. Da der kumulative Effekt dieser Änderungen unbekannt ist, ist auch die Durchführbarkeit der Erhöhung der Stapelgröße des Reaktors 10 unbekannt.

Wie zuvor erwähnt, wurde der Reaktor 10 optimiert, um eine maximale Stapelgröße innerhalb der Einheitlichkeits-lndustriestandards zu erhalten. Eine Erhöhung der Stapelgröße des Reaktors 10 erfordert notwendigerweise auch eine Änderung von Reaktionskammergeometrie, Wärmequelle und Zwangsluftkühlung im Vergleich zu den im Reaktor 10 verwendeten Parametern. Daher wird ein neuer Reaktor benötigt, der sowohl die Stapelgröße des Reaktors 10 erhöht als auch die Epitaxialschichteinheitlichkeit des Reaktors 10 aufrechterhält, um die Leistung des Reaktors 10 zu verbessern. Wie nachfolgend ausführlicher beschrieben wird, führte eine Modifikation des Reaktors 10 gemäß dem Stand der Technik, bei der die Stapelgröße für einen Wafer einer bestimmten Größe um etwa 50% erhöht wurde, zu unakzeptablen Variationen der Einheitlichkeit der Epitaxialschichten.

Bei der Modifikation des Reaktors 10 gemäß dem Stand der Technik wurde kein größerer Heizer verwendet, der die oben erwähnten Unsicherheiten einführen würde, sondern es wurde stattdessen eine erweiterte flache Zone 67 des Heizers 65 in senkrechter Richtung verwendet. Typischerweise wird die flache Zone 67 für Wafer 70 in einem ersten gewählten Abstand 68 vom oberen Rand 652 und vom unteren Rand 65, des Heizers 65 und in einem zweiten gewählten Abstand 69 von den Seitenrändern 653, 654 gehalten. Der erste und der zweite Abstand 68, 69 werden so gewählt, daß die Oberflächentemperatur des Heizers 65 in der flachen Zone 67 nahezu konstant ist.

Bei der Modifikation des Reaktors 10 gemäß dem Stand der Technik wurde die flache Zone 67 des Heizers 65 durch Verringern des ersten gewählten Abstandes 68 vergrößert. Somit befand sich die flache Zone 67 näher am oberen und am unteren Rand 652, 65, des Heizers 65. Um die Regionen der den Rändern 652, 65, am nächsten liegenden flachen Zone 67 auf etwa 900ºC-1200ºC zu halten, mußte die Temperatur des Heizers über die größere Länge der flachen Zone 67 erhöht werden. Dies erforderte eine höheren Energieeingangsleistung in diese Regionen, um Wärmeverluste von den Rändern 652, 65, auszugleichen. Ferner würde, wenn die Struktur in Regionen unmittelbar über und unter der flachen Zone erhitzt würde, indem diesen Regionen mehr Energie zugeführt würde, das Temperaturdifferential zwischen der benachbarten Struktur und der flachen Zone abnehmen. Das niedrigere Temperaturdifferential würde die Wärmeverluste von der flachen Zone reduzieren, und die Reduzierung der Wärmeverluste würde dazu beitragen, eine einheitliche Temperatur über der größeren flachen Zone des Heizers 65 beizubehalten.

Somit wurde in der Modifikation des Standes der Technik eine Wärmequelle 50 (Fig. 2A) durch die Wärmequelle 50' ersetzt, wie in Fig. 2B illustriert ist. Der oben erörterte Reflektor 52 (Fig. 1 und 2A) hat oben und unten eine Lippe 55, die in einem Winkel von etwa 90º zum Körper des Reflektors 52 ausgebildet ist. In der in Fig. 2B gezeigten modifizierten Wärmequelle 50' wurden Enden 55' des Reflektors 52' nach außen aufgeweitet, und der Reflektor 52' wurde in drei Segmente 52,', 522, 523' unterteilt. Ein Abstandshalter 56 von 0,32 cm bis 2,54 cm (ein Achtel bis ein Zoll) wurde zwischen die Segmente eingefügt. Die Spannung an den äußeren Lampen 51&sub1;', 51&sub1;&sub4;'w 480 wurde auf 480 Volt erhöht, und die vier Lampen 51&sub2;', 51&sub3;' 51&sub1;&sub2;', 51&sub1;&sub3;' wurden mit 240 Volt betrieben. Die höheren Spannungen an den Lampen 51&sub1;' und 51&sub1;&sub4;' ergeben einen höheren Strahlungsenergieausstoß, um die erhöhten Wärmeverluste auszugleichen, die mit der Bewegung der flachen Zone 67' näher zur Peripherie der Reaktionskammer 60 verbunden sind. Aufgeweitete Enden 55' des Reflektors 52' reflektierten Strahlungsenergie über eine größere Fläche als Reflektor 55, der, wie oben beschrieben, dazu beitragen sollte, Wärmeverluste von der größeren flachen Zone minimal zu halten.

Die Änderung der Wärmequelle 50 in Verbindung mit der Überlappung von Wafern auf dem Heizer 65 sollte die flache Zone für Wafer mit 125 mm Durchmesser erhöhen, so daß die Stapelgröße von 12 Wafern auf 18 Wafer erhöht werden konnte. Daher sollte die Modifikation den Oberflächenbereich des von den Wafern bedeckten Heizers von 44% auf etwa 60-65% erhöhen. Die Variation des spezifischen Widerstands der Epitaxialschicht von benachbarten Wafern betrug jedoch etwa ±30%. Die Stapelgröße für Wafer mit 100 mm, 150 mm und 200 mm Durchmesser änderte sich durch diese Modifikation nicht.

Demgemäß konnte auf der Basis dieser Ergebnisse die Stapelgröße des Reaktors 10 für 125 mm Durchmesser nur dann um etwa fünfzig Prozent erhöht werden, wenn eine ±30% Variation des spezifischen Widerstands der Epitaxialschicht von benachbarten Wafern akzeptabel ist. Außerdem müssen auch die Einheitlichkeitsstandards für andere Wafergrößen in Beziehung gebracht werden. Im allgemeinen ist eine Variation von ±30% nicht akzeptabel, so daß die Wärmequelle 50' (Fig. 2B) in Kombination mit der Verwendung einer größeren Heizerfläche keine durchführbare Methode zum Erhöhen der Stapelkapazität des Reaktors 10 darstellt.

Diese Ergebnisse demonstrieren, daß die Erhöhung eine Stapelkapazität nicht einfach ein Vorgang des Dimensionierens und Kompensierens vorhersehbarer Effekte von Größenänderungen ist.

Stattdessen führt, wie oben beschrieben, jede Änderung im Reaktor 10 zu einem komplexen Satz von Wechselwirkungen, die die Einheitlichkeit der Epitaxialschicht beeinflussen. Ferner scheint in Anbetracht der schlechten Ergebnisse, die durch Erhöhen des Energieausstoßes des dem Gehäuse 15 am nächsten liegenden Abschnittes der Wärmequelle 50' erhalten wurden, die Erhöhung der Kapazität des Reaktors 10 mit Hilfe eines größeren Heizers, wie oben beschrieben, nicht durchführbar zu sein, da der größere Heizer wohl eine Wärmequelle ähnlich der in Fig. 2B illustrierten erfordern würde. Somit scheint die Stapelkapazität des Reaktors 10, wie in Tabelle 1 angegeben, das Beste zu sein, was bei Erfüllung der Industriestandards für die Einheitlichkeit der Epitaxialschichten erzielbar ist.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Kaltwandtrommel- Epitaxialreaktor zum Verarbeiten von Wafern bereitgestellt, umfassend ein Gehäuse zur Aufnahme einer ersten Reaktionskammer, eine erste Strahlungsenergie-Wärmequelle und einen ersten Heizer mit einer flachen Zone von etwa 30,48 cm (12 Zoll), wobei der genannte Kaltwandtrommel- Epitaxialreaktor gekennzeichnet ist durch:

eine zweite Reaktionskammerstruktur, die die Grenze zwischen einer zweiten Reaktionskammer und einer Heizerbaugruppe definiert, die in der genannten zweiten Reaktionskammerstruktur montiert ist, wobei die genannte Heizerbaugruppe eine flache Zone im Bereich von mehr als 30,48 cm und bis zu 45,72 cm (12 Zoll bis 18 Zoll) Länge in einer ersten Richtung hat, und wobei ferner die genannte zweite Reaktorkammerstruktur betriebsmäßig in dem genannten Gehäuse montiert ist; und wobei die flache Zone des Heizers die Region auf jeder Fläche der Außenseite des Heizers ist, wo Wafer plaziert und einheitliche Epitaxialauftragungen auf dem Wafer erzielt werden können, da die Dickenvariation der Epitaxialschichten von Wafer zu Wafer auf benachbarten Wafern höchstens t5% und die Variation des spezifischen Widerstands von Wafer zu Wafer auf benachbarten Wafern höchstens ±10% beträgt; und

eine zweite Strahlungsenergie-Wärmequelle, die betriebsmäßig in dem genannten Gehäuse außerhalb der genannten zweiten Reaktionskammerstruktur montiert und so angeordnet ist, daß sie eine Wärmeenergieverteilung schafft, die um die Mitte der genannten Wärmequelle in der genannten ersten Richtung unsymmetrisch ist, und die so konfiguiert ist, daß der Energieausstoß der Wärmequelle an einem Ende sich vom Energieausstoß der Wärmequelle am gegenüberliegenden Ende in der ersten Richtung unterscheidet, so daß auf benachbarten Wafern in der genannten Reaktionskammer ausgebildete Epitaxialschichten einen spezifischen Widerstand haben, der um weniger als ± 10% variiert.

Im Gegensatz zu den im Stand der Technik erzielten Ergebnissen kann gemäß den Grundsätzen der vorliegenden Erfindung ein Trommelepitaxialreaktor gemäß dem Stand der Technik so konfiguiert werden, daß eine erhöhte Stapelgröße erzielt wird. Im Gegensatz zu den Modifikationen des Standes der Technik, die zu einer schlechten Einheitlichkeit des spezifischen Widerstandes führten, werden mit dem Trommelepitaxialreaktor gemäß Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung Epitaxialschichten auf benachbarten Wafern hergestellt, die eine Einheitlichkeit des spezifischen Widerstandes sowie eine Dickengleichförmigkeit aufweisen, die wenigstens von derselben Qualität sind wie in den konventionellen Reaktoren mit niedrigerer Kapazität.

Die erhöhte Stapelgröße und die Einheitlichkeit der Epitaxialschichten können mit Hilfe eines einzigartigen Satzes von Bedingungen erhalten werden, die meinen Entdeckungen zufolge Epitaxialdicken und spezifische Widerstände ergeben, deren Qualität wenigstens so gut ist wie im Stand der Technik, die aber die Verwendung einer anderen Reaktorgeometrie, einer anderen Wärmequelle und einer anderen Zwangsluftkühlung beinhalten.

Ferner wurden die größere Wärmequelle und die größere Reaktionskammer innerhalb des Gehäuses des konventionellen Reaktors verwirklicht, und trotzdem ist die Einheitlichkeit der Epitaxialschichten, die in dem neuen Reaktor aufwachsen gelassen wurden, von der Einheitlichkeit des ursprünglichen Reaktors im wesentlichen nicht zu unterscheiden. Dieses Ergebnis steht im krassen Gegensatz zu früheren Mitteln zum Erhöhen der Stapelkapazität des bekannten Trommelepitaxialreaktors.

In einer Ausgestaltung befindet sich eine Reaktionskammer mit einer flachen Zone, die um 25-50% größer ist als die flache Zone des Reaktors des Standes der Technik, und einer Strahlungsenergie-Wärmequelle zur Erzielung einer einheitlichen Temperaturverteilung über die größere flache Zone im Gehäuse des Epitaxialreaktors des Standes der Technik. Die Strahlungsenergie-Wärmequelle umfaßt Sätze von Lampen, die Strahlungsenergie im Kurzwellenbereich erzeugen, das heißt etwa 1 um oder darunter. Jeder Satz von Lampen beinhaltet eine Säule von Lampen mit einem hochpolierten Reflektor. Der Energieausstoß jeder Lampe in dem Satz ist direkt proportional zu der an die Lampe angelegten Spannung.

Zur Erzielung einer einheitlichen Temperatur über die flache Zone eines Heizers in der Reaktionskammer ist die Wärmequelle etwa 15-30% länger als die flache Zone. Die an die Lampen angelegte Spannung ist derart, daß der Energieausstoß der Lampen über die Länge der flachen Zone etwa einheitlich ist, und der Energieausstoß von den Lampen in Regionen an der Säule, die über die flache Zone hinausgehen, liegt im Bereich von etwa 25- 100% über dem Energieausstoß der Lampen über die Länge der flachen Zone. Diese Energieverteilung in Kombination mit der Geometrie der Reaktionskammer und der Zwangsluftkühlung (nachfolgend beschrieben) führt zu einem Reaktor mit einer höheren Stapelgröße mit Epitaxialschichten im Rahmen der Einheitlichkeitsindustriestandards. Im Gegensatz dazu führte die zum Erhöhen der Stapelgröße im Stand der Technik angewendete Energieverteilung zu unakzeptablen Einheitlichkeitsvariationen.

Die Reaktionskammer der vorliegenden Erfindung befindet sich innerhalb einer Glocke mit einer kleineren Übergangsregion als bekannte Glocken und einer größeren senkrechten Wandlänge relativ zur Gesamtlänge der Glocke. Außerdem wurde die Position des Heizers innerhalb der Glocke angehoben, so daß die Oberseite des Heizers etwa -0,64 cm bis +5,08 cm (- 0,25 bis +2,0 Zoll) und vorzugsweise etwa +0,64 cm (+0,25 Zoll) über der Oberseite des mit der Wärmequelle verwendeten Reflektors liegt. Glocke und Wärmequelle der vorliegenden Erfindung können mit Gasströmungsvorrichtung, Zwangsluftstrom-Zuführungsmittel, Heizerdrehmittel und Leistungssteuerelektronik des Reaktors des Standes der Technik verbunden werden.

Über die größere Reaktionskammer in der neuen Glocke und der größeren Wärmequelle hinaus beinhaltet gemäß den Grundsätzen der vorliegenden Erfindung der erfindungsgemäße Epitaxialreaktor ein Mittel zum Verbinden des Gebläses des bekannten Reaktors mit einer Versorgungsluftkammer, die wiederum Zwangsluftströmung durch die Wärmequelle und zu einer Sektion der Reaktionskammerwand hinter einem Ende der Wärmequelle bereitstellt. Somit wird ein Zwangsluftstrom entlang der Wand der Reaktionskammer erzeugt, um die Wand der Reaktionskammer auf einer einheitlichen kalten Temperatur relativ zur Temperatur des Heizers mit der größeren Wärmequelle der vorliegenden Erfindung zu halten.

Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Epitaxialreaktor bereitgestellt, der ferner durch eine Zwangsluftkühlvorrichtung gekennzeichnet ist, um eine Außenseite der genannten transparenten Quarzwand der genannten zweiten Reaktionskammerstruktur etwa auf einer einheitlichen Temperatur zu halten. Gemäß einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Verbessern der Stapelkapazität des Trommelepitaxialreaktors des Standes der Technik bereitgestellt, indem die Reaktionskammergröße erhöht und die Strahlungswärmungsquelle vergrößert wird, so daß eine einheitliche Temperatur über eine größere flache Zone in der Reaktionskammer aufrecht erhalten wird. Außerdem wird im Verfahren der vorliegenden Erfindung der Zwangsluftstrom von einem bekannten Gebläse so verteilt, daß ein positiver Luftstrom entlang der Außenwand der Reaktionskammer beibehalten und demzufolge die Wand auf einer einheitlichen kalten Temperatur relativ zur Temperatur der Reaktionskammer gehalten wird.

Die Dickenvariation der Epitaxialschicht zwischen benachbarten Wafern sowie die Variation des spezifischen Widerstandes der Epitaxialschicht zwischen benachbarten Wafern, die im Reaktor der vorliegenden Erfindung bearbeitet werden, sind gleich oder besser als die Variationen des bekannten Trommelepitaxialreaktors und erheblich besser als die des bekannten Reaktors, bei dem ein größerer Abschnitt des Heizers verwendet wurde.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird mit der unsymmetrischen Wärmequelle in Kombination mit einer neuen Reaktorgeometrie eine einheitliche Temperatur über flache Zonen verschiedener Längen beibehalten, indem eine Strahlungsenergieverteilung bereitgestellt wird, die drei getrennte Regionen hat. Die durchschnittliche Energie von der Wärmequelle ist über eine erste Region konstant. Die Energie von der Wärmequelle in einer zweiten Region, die von einem Ende der ersten Region in Richtung auf den Gaseinlaß verläuft, ist nicht einheitlich. In der zweiten Region ist die Energie von der Wärmequelle um 25-100% höher als die durchschnittliche Energie der ersten Region. Die Energie von der Wärmequelle in einer dritten Region, die von einem zweiten Ende der ersten Region in Richtung auf ein Ende der Reaktionskammer gegenüber dem Gaseinlaß verläuft, ist entweder einheitlich oder uneinheitlich. In der dritten Region liegt die Energie von der Wärmequelle im Bereich von 25-60%, vorzugsweise etwa 30%, höher als die durchschnittliche Energie der ersten Region.

Außer der unsymmetrischen Wärmequelle wird in der vorliegenden Ausgestaltung ein Heizer einer ersten Größe für einen ausgewählten Satz von Waferdurchmessern und ein anderer Heizer einer zweiten Größe für andere Waferdurchmesser verwendet. Die Kombination unterschiedlicher Heizergrößen sowie die unsymmetrische Wärmequelle führen zu einer Erhöhung der Stapelkapazität für alle Wafergrößen gegenüber Reaktoren des Standes der Technik, während die Einheitlichkeit von Dicke und spezifischem Widerstand wenigstens so gut gehalten wird wie die Einheitlichkeit in den Reaktoren des Standes der Technik.

Zur Vermittlung eines besseren Verständnisses der vorliegenden Erfindung, und um zu zeigen, wie diese ausgeführt werden kann, wird nachfolgend beispielhaft auf die Begleitzeichnungen Bezug genommen.

Fig. 1A illustriert eine Seitenquerschnittsansicht eines Trommelepitaxialreaktors des Standes der Technik;

Fig. 1B illustriert eine horizontale Querschnittsansicht der Sätze von Lampen in der Wärmequelle und der Reaktionskammer des Trommelepitaxialreaktors des Standes der Technik;

Fig. 2A illustriert einen Satz von Quarzhalogenlampen, die im Trommelepitaxialreaktor des Standes der Technik gemäß Fig. 1 verwendet werden;

Fig. 2B illustriert einen Satz von modifizierten Wärmequellen, die im Trommelepitaxialreaktor von Fig. 1 verwendet werden, um die Kapazität dieses Reaktors zu erhöhen;

Fig. 3A illustriert eine Seitenquerschnittsansicht einer Modifikation eines Trommelepitaxialreaktors;

Fig. 3B illustriert eine horizontale Querschnittsansicht der Sätze von Lampen in der Wärmequelle und der Reaktionskammer gemäß Fig. 3A;

Fig. 4 ist ein Verdrahtungsdiagramm für die zweite Gruppe von Lampen in jedem Wärmequellensatz in Fig. 3B;

Fig. 5A bis 5D illustrieren den Heizer der vorliegenden Erfindung für Wafer mit 123 mm Durchmesser;

Fig. 6A illustriert eine Seitenquerschnittsansicht eines Trommelepitaxialreaktors gemäß den Grundsätzen der vorliegenden Erfindung;

Fig. 6B illustriert eine horizontale Querschnittsansicht der Sätze von Lampen in der Wärmequelle der vorliegenden Erfindung und der Reaktionskammer der vorliegenden Erfindung;

Fig. 7 ist ein Verdrahtungsdiagramm für die erste Gruppe von Lampen in jedem Satz der Wärmequelle der vorliegenden Erfindung.

Gemäß den Grundsätzen der vorliegenden Erfindung wird ein Trommelepitaxialreaktor 10 des Standes der Technik (Fig. 1A) so umkonfiguriert, daß eine erhöhte Stapelgröße für Wafer mit 100 mm, 125 mm, 150 mm und 200 mm Durchmesser erzielt wird. In einer ersten Modifikation wird nur die Stapelgröße für Wafer mit 100 mm, 125 mm und 200 mm Durchmesser erhöht. In der Erfindung werden die Stapelgröße für Wafer mit 150 mm Durchmesser sowie für Wafer mit den anderen Durchmessern erhöht.

Im Gegensatz zu der in Fig. 2B illustrierten Modifikation des Standes der Technik, die zum Erhöhen der Stapelgröße verwendet wurde und zu einer schlechten Einheitlichkeit des spezifischen Widerstandes führte, ergibt der Trommelepitaxialreaktor gemäß den Grundsätzen der vorliegenden Erfindung Epitaxialschichten auf benachbarten Wafern mit derselben oder sogar einer besseren Einheitlichkeit des spezifischen Widerstands wie der Reaktor 10 (Fig. 1A) und mit einer Dickengleichförmigkeit von wenigstens derselben Qualität wie beim Reaktor 10. Die erhöhte Stapelgröße und die Einheitlichkeit der Epitaxialschicht innerhalb der Industriestandards werden mit einer Reaktorkammergeometrie, Wärmequelle und Zwangsluftkühlung erhalten, die einen einzigartigen Satz von Bedingungen für das Wachstum von Epitaxialschichten bereitstellen.

Da der Epitaxialreaktor der vorliegenden Erfindung die Epitaxialschicht innerhalb der Qualitätsindustrienormen für erhöhte Stapelgrößen hält, werden die Bearbeitungskosten pro Wafer verringert. Ferner werden, da viele Teile des Reaktors 10 im Epitaxialreaktor der vorliegenden Erfindung wiederverwendet werden, die Overhead-Kosten in Verbindung mit dem erfindungsgemäßen Reaktor minimal gehalten.

Die erhöhte Stapelkapazität der vorliegenden Erfindung wird mit einer flachen Zone 167 (Fig. 3A) erzielt, die um bis zu 50% größer ist als die flache Zone des Reaktors 10 (Fig. 1A). Außerdem befindet sich die Reaktionskammer 160 (Fig. 3A), die die um 25-50% größere flache Zone 167 des Epitaxialreaktors 100 (Fig. 3A) enthält, innerhalb des Gehäuses 15 des Reaktors 10 des Standes der Technik (Fig. 1A).

Im Gegensatz zur bekannten Technik zum Erweitern der flachen Zone mit der Wärmequelle 50' (Fig. 2B), die die Leistungsdichte an den Rändern der flachen Zone erhöhte und die Leistungsdichte in ausgewählten Regionen in der flachen Zone verringerte, habe ich entdeckt, daß durch Bereitstellen einer kontinuierlichen Wärmequelle 150 über die flache Zone 167 der vorliegenden Erfindung die durchschnittliche Leistungsdichte, die von der flachen Zone 167 absorbiert wird, etwa einheitlich gehalten werden kann. Da die flache Zone 167 um 25-50% erhöht wird, befindet sich eine Wärmequelle 150, die im Bereich von 10-40% höher ist als die Wärmequelle 50 des Standes der Technik, im Reaktor 100, so daß eine einheitliche Temperatur über die flache Zone 167 beibehalten wird. Ferner werden die Temperatur der Wand 141, die Wärmeverluste und die reflektierte Wärmeenergie im Reaktor 100 so beibehalten, daß eine größere Wärmequelle 150 die einheitliche Temperatur über die größere flache Zone 167 erzeugt, ohne Leistungseinbußen für andere Komponenten im Reaktor 100.

Somit werden gemäß den Grundsätzen der vorliegenden Erfindung eine größere Wärmequelle 150, ein größerer Heizer 165 und eine größere Reaktionskammer 160 in einem engeren Raum, dem Gehäuse 15, gehalten, um eine größere Stapelkapazität bei ausgezeichneter Einheitlichkeit bereitzustellen. Im Gegensatz dazu versucht, wie zuvor beschrieben, der Stand der Technik, eine größere Wärmequelle 50' im des Gehäuses 15 zu verwenden, was zu unakzeptablen Variationen des spezifischen Widerstandes der Epitaxialschicht führte. Die Wärmequelle 50' des Standes der Technik hatte keinen einheitlichen Energieausstoß über die größere flache Zone, weil Abstandshalter 56 zur Wärmequelle hinzugefügt wurden.

Um die erhöhte Stapelkapazität zu erzielen, wurde der Heizer 65 von 42,55 cm (16,75 Zoll) (Fig. 1A) des Standes der Technik durch einen mit Siliziumcarbid beschichteten Graphitheizer von 54,61 cm (21,5 Zoll) ersetzt. Alternativ kann der Heizer 65 des Standes der Technik durch einen mit Siliziumcarbid beschichteten Graphitheizer von 48,90 cm (19,25 Zoll) ersetzt werden. Wie zuvor erläutert, werden Heizer nach der senkrechten Länge der flachen Zone und der senkrechten Gesamtlänge des Heizers identifiziert. Wenn ein einziges Maß für einen Heizer angegeben wird, dann ist dieses Maß die Gesamtlänge des Heizers. In diesen Vorrichtungen wird das senkrechte Maß als die Richtung vom Gaseintritt der Reaktionskammer, d. h. einem ersten Ende der Reaktionskammer, bis zum Gasaustritt der Reaktionskammer, d. h. einem zweiten Ende der Reaktionskammer gegenüber dem ersten Ende definiert.

Während in den Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung ein einstückiger Graphitheizer verwendet wurde, kann ein Heizer 165, wie nachfolgend ausführlicher beschrieben wird, aus einem beliebigen Material hergestellt werden, das

(i) Strahlungsenergie von der Wärmequelle 150 absorbiert,

(ii) eine einheitliche Oberflächentemperatur ergibt, und

(iii) die Wafer 70 nicht kontaminiert.

Die Wärmequelle 50 des Reaktors 10 wurde durch eine neue Wärmequelle 150, die Glocke 40 durch eine neue Glocke 140 ersetzt, und die Quarzaufhängevorrichtung 61, die obere Luftkammer 63, das senkrechte Steigrohr 85 und die Ablaßluftkammer 83 des Reaktors 10 wurden jeweils durch die Quarzhängevorrichtung 161, die obere Luftkammerbaugruppe 163, das senkrechte Steigrohr 185 und die Ablaßluftkammer 183 ersetzt.

Außerdem wurde ein Luftstromablenker 188 am Einlaß des Rohrs 82 in die Versorgungsluftkammer 81 gesetzt. Der Auslaß 80A des Gebläses 80 wurde um einen Abstand von etwa 3,81 cm (1,5 Zoll) abgesenkt, und ein Übergangsrohr 179 verbindet den Auslaß 80A des Gebläses 80 mit der Versorgungsluftkammer 81.

Die oben erwähnten neuen Komponenten des Reaktors 100 sind in dem Packet der vorliegenden Erfindung enthalten, um den Reaktor 10 des Standes der Technik so umzukonfigurieren, daß die Stapelkapazität erhöht wird. Wie nachfolgend ausführlicher beschrieben, befinden sich in einer Ausgestaltung des Reaktors 100 der vorliegenden Erfindung der Heizer 165, die Wärmequelle 150, die Glocke 140, die obere Luftkammer 161, das senkrechte Steigrohr 185 und die Ablaßluftkammer 183 im Gehäuse 15, so daß der Gasring 20, das Rotationsmittel für den Heizer 165, die Versorgungsluftkammer 81, der Wärmetauscher 84, die Kühlplatte 88, die wassergekühlte Wand 89, der Schutzring 87, das Gebläse 80 sowie die übrigen Elektro- und Schaltkomponenten des Reaktors 10 des Standes der Technik verwendet werden können.

Da der Heizer 165 (Fig. 3A) bis zu 12,07 cm (4,75 Zoll) länger ist als der Heizer 65 des Reaktors 10 (Fig. 1A), wird eine längere Wärmequelle 150 (Fig. 3A) benötigt, um eine Quelle von einheitlicher Strahlungswärmeenergie über die flache Zone 167 zu erzeugen. Wie nachfolgend ausführlicher erläutert wird, ist die Wärmequelle 150 etwa 11,43 cm (4, 5 Zoll) länger als die Wärmequelle 50 des Reaktors 10 (Fig. 1A), während in der zweiten Ausgestaltung die Wärmequelle 150A (Fig. 5A) etwa 14,48 cm (5,7 Zoll) länger ist als die Wärmequelle 50.

Um die Wärmequelle 150 im Gehäuse 15 zu montieren, muß die Höhe der Ablaßkammer 183 und der oberen Luftkammerbaugruppe 163 verringert werden. Spezifischer ausgedrückt, in der ersten Ausgestaltung wurde die obere Luftkammer 163 um 2,54 cm (ein Zoll) und die Ablaßluftkammer 183 um 8,89 cm (3,5 Zoll) verkürzt, und in der zweiten Ausgestaltung wurde die Ablaßluftkammer 183A (Fig. 6A) um 10,67 cm (4,2 Zoll) verkürzt. Das Volumen der oberen Luftkammer 163 und das Volumen der Ablaßluftkammer 183 wurden reduziert, aber die Wärmequelle 150 wurde vergrößert. Somit änderte sich die Zwangsluftkühlung der Reaktionskammer 160, wie nachfolgend ausführlicher beschrieben wird, im Vergleich zum Reaktor 10 des Standes der Technik.

Die Abstände X und Y werden, wie in Fig. 3A illustriert, zwischen dem Heizer 165 und den Grenzen der Reaktionskammer 160 beibehalten. Der Abstand X liegt im Bereich von etwa 4,57 cm (1,8 Zoll) und 6,35 cm (2,5 Zoll), und der Abstand Y liegt im Bereich von etwa 2,54 cm (1 Zoll) und 7,62 cm (3 Zoll). Da der Heizer 165 um bis zu 11,43 cm (4,5 Zoll) länger ist als der Heizer des Standes der Technik, muß auch die Reaktionskammer 160 um etwa 11,43 cm (4,5 Zoll) länger sein, so daß der Abstand Y zwischen dem Boden 165, des Heizers 165 und dem Boden der Reaktionskammer 160 beibehalten wird. Daher konnte die Glocke 40 des Reaktors 10 in der vorliegenden Erfindung nicht verwendet werden, und es wurde eine neue Glocke 140 benötigt. Die neue Glocke ändert die Geometrie der Reaktionskammer 160 wie nachfolgend beschrieben. Wie oben beschrieben, beeinflussen Änderungen der Reaktionskammergeometrie direkt die Bedingungen, die für ein gleichförmiges Wachstum von Epitaxialschichten in der Kammer benötigt werden. Die Gasdynamik, wie zuvor beschrieben, die Wärmeverluste und möglicherweise das Temperaturprofil in der Glocke ändern sich.

Die Glocke 140, die einen Außendurchmesser von etwa 35,56 cm (14 Zoll) hat, ist um 2,79 cm (1, 1 Zoll) länger als die konventionelle Glocke 40 des Reaktors 10 (Fig. 1A). Die Tragvorrichtung 131 wurde so modifiziert, daß die Glocke 140 ordnungsgemäß im Gehäuse 15 positioniert ist. Auch wurden etwa 2,54 cm (ein Zoll) vom Flansch 47, vom opaken oberen Flansches 47 weggenommen. Die senkrechte Tragvorrichtung 143 ist mit dem Flansch 42 verbunden, und der O-Ring 24 bildet eine Dichtung zwischen dem Flansch 42 und dem Ablaßbecher 30.

Das Verlängern der Glocke 140 um 2,79 cm (1,1 Zoll) reicht nicht aus, um die Reaktionskammer 160 um etwa 11,43 cm (4,5 Zoll) zu verlängern. Daher wurde die Übergangszone 146 von 7,63 cm (drei Zoll) im Reaktor 10 (Fig. 1A) auf 3,81 cm (1,5 Zoll) im Reaktor 100 (Fig. 3A) reduziert. Die um 2,79 cm (1,1 Zoll) größere Länge der Glocke 140 plus den 3,81 cm (1,5 Zoll), die von der Übergangsregion 146 weggenommen wurden, ergeben 6,60 cm (2,6 Zoll) der benötigten 11,43 cm (4,5 Zoll). Zusätzliche 1,27 cm (0,5 Zoll) wurden dadurch erhalten, daß die Länge der unteren vertikalen Tragvorrichtung 143 für die Glocke 140 verringert wurde. Diese Veränderungen ergaben 7,87 cm (3,1 Zoll) der zusätzlichen 11,43 cm (4,5 Zoll) an Länge, die für die Reaktionskammer 160 benötigt wurden.

Die zusätzlichen 3,56 cm (1,4 Zoll), die für die Reaktionskammer 160 benötigt wurden, wurden erhalten, indem (i) der Heizer 165 in der Glocke 140 nach oben bewegt wurde, und (ii) indem der kugelgestrahlte Bereich 145 nach unten bewegt wurde, um den Abstand Y zwischen dem kugelgestrahlten Bereich 145 und dem Boden 165, des Heizers 165 zu erhalten. Spezifischer ausgedrückt, an der Aufhängevorrichtung 161 hängt der Heizer 165 in der Glocke 140 so, daß die Oberseite 1652 des Heizers 165 etwa -0,64 bis 5,08 cm (-0,25 bis 2,0 Zoll), vorzugsweise etwa 0,64 cm (0,25 Zoll) über der Oberseite 155 des Reflektors 152 ist. Der kugelgestrahlte Bereich 145 wurde nach unten bewegt, so daß ein senkrechter Abstand 145, von der senkrechten Tragvorrichtung 143 bis zur Linie 145A etwa 2,54 cm (ein Zoll) geringer war als der entsprechende Abstand im Reaktor 10 (Fig. 1A).

Somit erforderte der Reaktor 100 die Entwicklung einer neuen Glocke 140 mit einer kleineren Übergangsregion 146 und einer größeren vorbestimmten senkrechten Wandlänge 141 relativ zur Gesamtlänge der Glocke 140. Auch die Beziehung des Heizers 165 in der Glocke 140 wurde verändert. So wurden nicht nur die Grenzbedingungen an Decke und Boden der Reaktionskammer 160 modifiziert, indem Decke und Boden näher zum Gehäuse 15 bewegt wurden, sondern auch die Konfiguration der Reaktionskammer 160 in der Glocke 140 wurde modifiziert. Während also der Reaktor 100 (Fig. 3A) etwa ähnlich aussieht wie der Reaktor 10 (Fig. 1A), so wurden doch die Grenzbedingungen sowie die Beziehung zwischen Reaktionskammer 160, Heizer 165 und Wärmequelle 150 modifiziert, um die verbesserte Leistung des Reaktors 100 zu erzielen.

Die Wärmequelle 150 besteht aus fünf Sätzen von Quarzhalogenlampen 151. Die fünf Sätze von Lampen in der Wärmequelle 150 bilden ein Fünfeck um die Glocke 140 (Fig. 3B). In Fig. 3B sind der Übersichtlichkeit halber nur die fünf Sätze von Lampen und die Glocke 140 in der horizontalen Querschnittsansicht illustriert. Die horizontale Breite jeder Säule, wie in Fig. 3B gezeigt, beträgt etwa 37,47 cm (14,75 Zoll). Der Außendurchmesser der Reaktionskammer 160 beträgt etwa 35,56 cm (14 Zoll).

In dieser Vorrichtung hat jeder der fünf Wärmequellensätze 150 achtzehn Lampen 151. Wie in Fig. 3A illustriert, bildet jeder Lampensatz in der Wärmequelle 150 eine Säule, die von einer Außenfläche der Wand 141 der Reaktionskammer 160 durch die Region 62 getrennt ist. Die senkrechte Länge der Säule von Lampen 151 ist, wie in Fig. 3A illustriert, etwa um 25% größer als die Länge der flachen Zone 167. Spezifischer ausgedrückt, die flache Zone 167 hat eine Länge von 41,15 cm (16,5 Zoll), und jeder Satz von Lampen 151 hat eine Länge von etwa 51,44 cm (20,25 (18 Lampen · 1,125 Zoll/Lampe) Zoll). Wie zuvor beschrieben, ist das senkrechte Maß als das Maß in der Richtung definiert, die vom Gaseintritt in die Kammer 160 zum Gasaustritt aus der Kammer 160 verläuft.

Alle Lampen 151 sind Quarzhalogenlampen mit einem Wolframfaden, der Strahlungsenergie im Kurzwellenbereich erzeugt, d. h. etwa ein u oder darunter. Eine Quelle für Lampen, die für den Einsatz in der vorliegenden Erfindung geeignet sind, ist das Modell Nr. QIR 480-6000E von Ushio American, Inc aus Torrance, CA 90502. Die Spezifikationen für diese Lampen sind in Tabelle 3 aufgeführt.

TABELLE 3 Spezifikation für Strahlungsenergielampen 151

Jede Lampe 151 ist in einem 2,858 cm (1,125 Zoll) großen parabolischen, vergoldeten, hochpolierten Reflektor montiert. Eine für den Einsatz in der vorliegenden Erfindung geeignete Reflektorbaugruppe ist von Vector Technical Group, Inc. aus Santa Clara, CA erhältlich und wird unter der Bezeichnung Spiral-Array Reflector Extended (Teilenummer 85815) veräußert.

Wie oben beschrieben, ist die Strahlungsenergie von jeder Lampe 151 direkt proportional zur Spannung über die Lampe. Wie in Tabelle 4 illustriert, wird eine höhere Spannung an die Lampen 151&sub1; -151&sub3; und 151&sub1;&sub6;-151&sub1;&sub8; jeweils an der oberen und unteren Peripherie der Reaktionskammer 160 angelegt. Überraschenderweise erforderten die Erweiterung der Kammer 160, die Plazierung des Heizers 165 und die Plazierung der Wärmequelle 150 näher am Gehäuse 15 keine Erhöhung der an die Lampen 151&sub1;, 151&sub1;&sub8; angelegten Spannung um einen Faktor zwei gegenüber der in der Mitte der Wärmequelle 150 an die Lampen 151&sub4; -151&sub1;&sub5; angelegten Spannung, wie die Wärmequelle 50' des Standes der Technik gemäß Fig. 2B nahelegt.

An die äußersten Lampen 151&sub1;, 151&sub1;&sub8; jedes Satzes wird eine Spannung von 350 Volt angelegt, während an die vier Lampen 15&sub1;&sub2;, 15&sub1;&sub3; 151&sub1;&sub6;, 151&sub1;&sub7; jeweils eine Spannung von 300 Volt angelegt wird. An die übrigen zwölf Lampen 151&sub4; -151&sub1;&sub5; wird eine Spannung von 240 Volt angelegt. Da die Wärmequelle 150 vier Lampen mehr hat als die Wärmequelle 50 des Reaktors 10 (Fig. 1A), hat die Wärmequelle 150 einen Gesamtenergieausstoß, der etwa um 25% größer ist als der der Wärmequelle 50.

Die Lampen 15&sub1;&sub4;-151&sub1;&sub5;, die eine senkrechte Länge von etwa 34,29 cm (13,5 Zoll) haben, ergeben einen einheitlichen Energieausstoß und sind senkrecht um die Mitte der flachen Zone 167 herum zentriert. Somit ist die durchschnittliche Strahlungswärmeenergie über die flache Zone 167 etwa einheitlich. Die Energie von den Lampen 151&sub1;-151&sub2; sowie 151&sub1;&sub7; -151&sub1;&sub8; wird an die Abschnitte des Heizers 165 jeweils unter der flachen Zone 167 und über der flachen Zone 167 angelegt. Auch geben die Lampen 15&sub1;&sub3; und 151&sub1;&sub6; Energie jeweils an die untere und die obere Grenze der flachen Zone 167 ab. Der Energieausstoß jeder dieser Lampen 151&sub1; -151&sub3; sowie 151&sub1;&sub6;-151&sub1;&sub8; liegt im Bereich von 25%-50% über dem Energieausstoß jeder der Lampen 151&sub4;- 151&sub1;&sub5;. Somit ist der durchschnittliche Energieausstoß der Wärmequelle 150 in den Regionen der Wärmequelle 150, die über die flache Zone 167 hinaus verlaufen, etwa um 25-50% größer als der durchschnittliche Energieausstoß der Wärmequelle 150 über der flachen Zone 167.

Der höhere Energieausstoß von den Lampen 151&sub1;-151&sub3; sowie 151&sub1;&sub6;- 151&sub1;&sub8; kompensiert für Wärmeverluste vom Heizer 165, so daß die Temperaturverteilung über die flache Zone 167 einheitlich ist. Die Wärmequelle 150 der vorliegenden Ausgestaltung hält die Oberflächentemperatur des Heizers 165 im Bereich von 900º-1200ºC und vorzugsweise bei 1100ºC ±5ºC.

TABELLE 4 Spannungsverteilung für jede Wärmequellensatz 150

Im Gegensatz zur Wärmequelle 50' des Standes der Technik gemäß Fig. 2B, die die Energie an der Peripherie der Wärmequelle erhöhte und die Energie in zwei Regionen im Inneren der Wärmequelle verringerte, ist die Wärmequelle 150 über die Innenseite einheitlich und nimmt an der Peripherie zu. Ferner ist in dieser Vorrichtung der Energieausstoß von Lampen an der Peripherie der Wärmequelle 150 um weniger als 50% höher als der Energieausstoß von Lampen im Inneren der Wärmequelle 150 und um nicht mehr als 100% größer als in der Wärmequelle 50' (Fig. 2B).

Somit hält die Wärmequelle 150 in Kombination mit der neuen Reaktorgeometrie eine einheitliche Temperatur über die flache Zone aufrecht, ohne die zur Peripherie des Heizers gelieferte Energie zu erhöhen. Ein solches Ergebnis ist überraschend, weil, wie zuvor beschrieben, eine vergrößerte flache Zone einen größeren Heizer erfordert, was wiederum eine größere Reaktionskammer erfordert. Eine größere Reaktionskammer führt dazu, daß die Grenzen der Reaktionskammer näher an das Gehäuse 15 herankommen, und die Wärmequelle 150 muß das Temperaturdifferential zwischen der Reaktionskammer 160 und dem Gehäuse 15 aufrechterhalten, obwohl der Widerstand gegenüber Wärmeverlusten durch die erhöhte Größe der Reaktionskammer 160 abgenommen hat.

Jeder Satz von Lampen 151 in der Wärmequelle 150 in der ersten Ausgestaltung ist in drei Gruppen unterteilt: eine erste Gruppe bestehend aus Lampen 151&sub1;-15&sub1;&sub5;; eine zweite Gruppe bestehend aus Lampen 151&sub6;-151&sub1;&sub3;; und eine dritte Gruppe bestehend aus Lampen 151&sub1;&sub4;-151&sub1;&sub8;. Man errinere sich, daß für den Reaktor 10 in Fig. 1 drei steuerbare Siliziumgleichrichter verwendet wurden, um die drei Gruppen von Lampen in jedem Wärmequellensatz 50 anzusteuern. Diese drei steuerbaren Siliziumgleichrichter wurden auch mit den drei Gruppen von Lampen 151 wie oben definiert verwendet.

Da die Leistung der ersten und der dritten Gruppe von Lampen 151 im Reaktor 100 sowie im Reaktor 10 des Standes der Technik gleich sind, war keine Modifikation der SCR-Schaltungsanordnung notwendig. Um die zweite Gruppe von acht Lampen mit dem SCR zu verbinden, mußten die Lampen 151&sub6;-151&sub1;&sub3; in einer Serien-Parallel-Kombination, wie in Fig. 4 gezeigt, geschaltet werden, so daß die Verdrahtung von der zweiten Gruppe von Lampen direkt mit den 14-Pin-Steckverbindern des Standes der Technik verbunden werden konnte. Diese Verdrahtung erfolgt an den Lampenmodulen mit Schaltbrücke 157, so daß die Lampen 151&sub6;-151&sub1;&sub3; direkt mit den ursprünglichen Steckverbindern des Reaktors 10 gekoppelt werden können. Ferner hatte der zweite SCR, wie oben beschrieben, eine geringere Leistungsausnutzung, so daß der SCR die Last aufgrund der zusätzlichen Lampen bewältigen kann.

Die Quarzaufhängevorrichtung 161 der vorliegenden Erfindung beinhaltet auch eine Hülle mit einem Pfad 169 zum Einsetzen eines lnfrarotsensors auf eine solche Weise, daß er an drei Stellen 164 in dem Heizer 165 positioniert werden kann. Jede der drei Stellen erlaubt die Messungen der Strahlungsenergie von einer der drei Gruppen von Lampen in einem Satz von Lampen wie oben definiert. Der Infrarotsensor ist derselbe wie der mit dem Reaktor 10 (Fig. 1A) benutzte Sensor, mit der Ausnahme, daß in der vorliegenden Erfindung der Sensor verlängert wurde, so daß der größere senkrechte Abstand des Heizers 165 bewältigt werden kann. Der Infrarotsensor ist mit dem geschlossenen Temperaturregelsystem verbunden, das im Reaktor 10 des Standes der Technik verwendet wurde, so daß die Spannung an jeder Gruppe von Lampen in einem Satz geregelt werden kann. Somit wurde der Strahlungsenergie-Gesamtausstoß der Wärmequelle 150 der vorliegenden Erfindung um mehr als 25% in bezug auf die Wärmequelle 50 des Reaktors 10 (Fig. 1) erhöht, aber die Wärmequelle 150 (Fig. 3) kann direkt mit dem Spannungsregler des Standes der Technik und mit einer Schaltungsanordnung verbunden werden, so daß keine zusätzlichen Anschlüsse oder Hardware benötigt werden, um die größere Wärmequelle 150 aufzunehmen.

Die Seitenwand 141 der Quarzglocke 140, die in einer Ausgestaltung eine Dicke von etwa 3 Millimetern hat, ist transparent, so daß die Strahlungsenergie von der Wärmequelle 150 durch die Wand passiert und direkt auf den Heizer 165 fällt. Während in dieser Ausgestaltung die Seitenwand 141 aus Quarz ist, das wenig oder keine Strahlungswärmeenergie von der Quelle 150 absorbiert, kann jedes beliebige Material, das wenig oder keine Strahlungswärmeenergie absorbiert und Temperaturen von etwa 600ºC aushalten kann, zur Bildung der Reaktionskammerwand 141 verwendet werden. Der Heizer 165 ist drehbar mit dem Rotationsmittel des Reaktors des Standes der Technik durch die Quarzaufhängevorrichtung 161 verbunden, so daß keine Modifikationen am Rotationsmittel erforderlich sind.

Für jede Wafergröße wird ein anderer Heizer verwendet. Insbesondere wird für Wafer mit 125 mm Durchmesser ein sechsseitiger Heizer verwendet. Für Wafer mit 100 mm Durchmesser wird entweder ein sieben- oder ein achtseitiger Heizer verwendet. Für Wafer mit 150 mm Durchmesser wird ein fünfseitiger Heizer verwendet, und für Wafer mit 200 mm Durchmesser wird ein vierseitiger Heizer verwendet. Die Zahl der für einen Heizer angegebenen Seiten beinhaltet hier nicht die Ober- und Unterseite des Heizers.

Die wichtigsten Faktoren für alle Heizer der vorliegenden Erfindung sind, (i) daß der erste gewählte Abstand 69 von einem beliebigen, im wesentlichen senkrechten Rand des Heizers bis zu einer Wafertasche, wie oben beschrieben, wenigstens 0.25 cm (0,1 Zoll) beträgt, und (ii) daß die zweiten gewählten Abstände 68A, 68B so gewählt werden, wie nachfolgend ausführlicher beschrieben wird, daß die Oberflächentemperatur des Heizers über die senkrechte Länge der flachen Zone etwa einheitlich ist.

Eine Draufsicht, eine Seitenansicht und eine Bodenansicht des Heizers 165 der vorliegenden Erfindung sind jeweils in den Fig. 5A bis 5C dargestellt. Die Länge L ist die senkrechte Länge des Heizers 165, d. h. der Abstand von der Oberseite 165&sub2; zur Unterseite 165&sub1;. Der Heizer 165 hat eine Vielzahl von Außenflächen, zum Beispiel sechs Flächen wie in Fig. 5A, 5B und 5C, die von der Oberseite 165&sub2; zur Unterseite 165, verlaufen. Die Außenflächen sind jeweils um den Umfang der Oberseite 165, und der Unterseite 165&sub2; herum orientiert. Jede Oberfläche ist eine Fläche des Heizers 165, zuweilen auch als Seite bezeichnet. Der Heizer 165 hat, wie oben beschrieben, eine veränderliche Anzahl von Flächen je nach der Wafergröße. Ebenso ist die Anzahl der Wafertaschen 166 auf einer Fläche von der Wafergröße abhängig. Zwei benachbarte Flächen schneiden sich an einem Rand, z. B. am Rand 165&sub6;

Der Heizer 165 ist nach außen, d. h. in Richtung auf die Reaktionskammerwand, von der Oberseite 165&sub2; zur Unterseite 165&sub1; um etwa 1º30' bis etwa 2º50' geneigt, so daß die Querschnittsbreite der Unterseite 165, größer ist als die Querschnittsbreite der Oberseite 165&sub2;. So hat beispielsweise der sechsseitige Heizer für Wafer mit 125 mm Durchmesser eine Neigung, einen Flächenwinkel, von etwa 2º32'20". Der untere Abschnitt des Heizers 165 ist jedoch so geschnitten, daß ein Abstand X zwischen dem Heizer 165 und der Wand 141 im Bereich von etwa 3,81 cm bis 6,35 cm (1,8 Zoll bis 2,5 Zoll) bleibt. Somit sind die Ränder 165&sub6;, 165&sub7;, 165&sub8;, 165&sub9; sowie die entsprechenden Ränder auf anderen Flächen des Heizers 165 nur im wesentlichen senkrecht und im wesentlichen lotrecht zur Oberseite 165&sub2; und zur Unterseite 165&sub1;.

Wenn der Waferdurchmesser D ist, dann beträgt der Abstand L1 zwischen den Mitten der Wafertaschen 166 D + Δx1, wobei Δx1 im Bereich von 0,15 cm bis 0,51 cm (0,06 bis 0,2 Zoll) liegt. Der Abstand L2 zwischen der Unterseite 165, des Heizers 165 und der Mitte der Wafertasche neben der Unterseite 165, beträgt 0,5D + Δx2, wobei Δx2 im Bereich von 2,28 cm bis 5,08 cm (0,9 bis 2,0 Zoll) liegt. Der Abstand L2 wird typischerweise experimentell bestimmt, so daß der Wafer in der Tasche keine erkennbare kristallographische Gleitung in einem Abschnitt des Wafers zu haben braucht, die mehr als ein Millimeter vom Umfangsrand des Wafers ist, zum Beispiel muß ein Wafer mit 125 mm Durchmesser eine Region mit 123 mm Durchmesser ohne erkennbare kristallographische Gleitung haben.

Abstand L3 von der Oberseite 1652 des Heizers 165 zur Mitte der Wafertasche neben der Oberseite 1652 beträgt 0,5D + Δx3, wobei Δx3 im Bereich von 1,1 bis 10,16 cm (4,0 Zoll) liegt. Abstand L3 wird ebenfalls experimentell bestimmt, so daß der Wafer in der Tasche keine erkennbare kristallographische Gleitung in einem Abschnitt des Wafers erfährt, die mehr als ein Millimeter vom Umfangsrand des Wafers ist. Ferner wird der Abstand L3 so gewählt, daß die im Aufdampfungsprozeß verwendeten Gase bis auf eine Temperatur erhitzt werden, die ausreicht, um eine ordnungsgemäße Reaktion zu gewährleisten, wenn die Gase den der Oberseite 1652 am nächsten liegenden Wafer erreichen.

Die Ausschnitte des Heizers 165 in Fig. 5B zeigen Lippen 168 und 169, die zum Verbinden der oberen Platte 170 (in der Draufsicht von Fig. 5A gezeigt) und der unteren Platte 171 (in der Bodenansicht von Fig. 5C gezeigt) jeweils mit dem Heizer 165 dienen. Jede Fläche des Heizers 165 hat in dieser Ausgestaltung eine Dicke von etwa 0,51 cm (0,20 Zoll), und die Taschen haben eine Tiefe von etwa 0,11 cm (0,045 Zoll). Eine Schnittansicht einer Tasche ist in Fig. 5D zu sehen. Die Taschen 166 wurden der Übersichtlichkeit halber aus der Draufsicht 5A weggelassen.

Außer einer gleichförmigen Wärmequelle wie der, die mit der Quelle 150 verwendet wird, der Rotation des Heizers 165 und der Positionierung der Wafer 70 auf dem Heizer 165 erfordert der Betrieb des Reaktors 100, daß (i) die Wand 141 der Glocke 140 auf einer kalten Temperatur relativ zur Temperatur des Heizers 165 bleibt, und (ii) daß die Temperatur der Wand 141 etwa einheitlich ist. Wenn die Temperatur der Wand 141 zunimmt oder nicht einheitlich ist, dann ändern sich die Wandgrenzbedingungen an der Reaktionskammer 160, was wiederum, wie oben beschrieben, zur Folge hat, daß das Wachstum von Epitaxialschichten nicht gleichförmig ist. Daher muß die Zwangsluftzirkulation die größere Wärmequelle 150 kompensieren und die Wand 141 auf einer kalten einheitlichen Temperatur relativ zur Temperatur des Heizers 165 halten.

Das Gebläse 80 rotiert in einer Ausgestaltung mit etwa 3450 Umdrehungen pro Minute und erzeugt einen Luftstrom zwischen etwa 8000 und etwa 15000 Kubikfuß pro Minute zur Versorgungsluftkammer 81. Die Versorgungsluftkammer 81 hat ein senkrechtes Steigrohr 185, das mit dem auf der Rückseite von Lampenbaugruppen 150 montierten Wärmetauscher 153 verbunden ist. Somit strömt die Luft in der Versorgungsluftkammer 81 durch den Wärmetauscher 153 auf der Rückseite von Lampenbaugruppen 150 durch den Reflektor 152 und um die Lampen 151 in die Region 62 zwischen der Glockenwand 141 und den Lampenbaugruppen 150. In Fig. 3A ist der Luftstrom durch Pfeile ohne Bezugsziffer dargestellt.

Die durch den Widerstand gegenüber dem Luftstrom durch die Lampenbaugruppe 150 erzeugte Druckdifferenz schafft jedoch keinen ausreichenden Luftstrom zur Luftkammerregion 161, um einen positiven Luftstrom an der Wand 141 der Glocke 140 hinab zu erhalten. Demgemäß wird eine Luftschaufel 188 in der Versorgungsluftkammer 81 am Einlaß des Rohres 82 mit 5,1 cm (zwei Zoll) Außendurchmesser bereitgestellt, so daß ein Teil der Luft vom Gebläse 80 direkt in das Rohr 82 und demzufolge in die obere Luftkammerregion 161 abgeleitet wird.

Somit ließt ein Zwangsluftstrom von der Region 163 und vom senkrechten Steigrohr 185 an der Oberfläche der Seitenwand 141, die sich außerhalb der Reaktionskammer 160 befindet, abwärts in die Ablaßluftkammer 183. Die Luft strömt durch die Ablaßluftkammer 183 in den Wärmetauscher 84. Die Temperatur der Rückluft zum Wärmetauscher 84 liegt im Bereich von etwa 90º-105ºC. Der Wasserstrom durch den Wärmetauscher 84 wurde auf sechs Gallonen pro Minute erhöht, indem die Durchflußdrossel in der Wasserzufuhrleitung zum Wärmetauscher 84 verändert wurde.

Die Luft wird bei ihrem Durchfluß durch den Wärmetauscher 84 gekühlt, und die gekühlte Luft vom Wärmetauscher 84 strömt in die Gebläseversorgungsluftkammer 86. Die Lufttemperatur der zur Gebläseversorgungsluftkammer 86 geführten Luft liegt im Bereich von etwa 55º-60ºC. So wurde nicht nur die Wärmequelle 150 direkt mit der Schaltungsanordnung des Standes der Technik gekoppelt, sondern es wurde auch die Zwangsluftkühlung mit Hilfe des Gebläses 80, des Wärmetauschers 84 und der Versorgungsluftkammer 81 des Reaktors 10 des Standes der Technik bewerkstelligt. Außerdem blieben die Kühlplatte 88 in der oberen Luftkammer 161 und die wassergekühlte Wand 89 in der Versorgungsluftkammer 81 unverändert.

Tabelle 5 führt die Stapelgrößen auf für: (i) Reaktor 10 von Fig. 1A, (ii) Reaktor 10, der so modifiziert wurde, daß er die Wärmequelle von Fig. 2B enthält, (iii) Reaktor 100 der vorliegenden Erfindung mit dem 54,61 cm (21,5 Zoll) Heizer mit einer flachen Zone von etwa 41,91 cm (16,5 Zoll), (iv) Reaktor 100 mit dem 48,90 cm (19,25 Zoll) Heizer mit einer flachen Zone von etwa 41,91 cm (16,5 Zoll), und (v) Reaktor 100A der vorliegenden Erfindung, nachfolgend ausführlicher beschrieben, mit einem 52,71 cm (20,75 Zoll) Heizer mit einer flachen Zone von etwa 45,72 cm (18 Zoll) für Wafer mit 150 mm Durchmesser und dem 48,90 cm (19,25 Zoll) Heizer mit einer flachen Zone von etwa 41,91 cm (16,5 Zoll) für Wafer mit 100 mm, 125 mm und 200 mm Durchmesser.

Wie in Tabelle 5 gezeigt, ist die Variation des spezifischen Widerstandes der Epitaxialschicht zwischen benachbarten Wafern, die im Reaktor 100 bearbeitet werden, gleich oder besser als die Variationen des Reaktors 10 des Standes der Technik und erheblich besser als die Variationen des Reaktors 10 unter Verwendung der Wärmequelle 50' von Fig. 2B. Die Dickenvariation der Epitaxialschicht zwischen benachbarten Wafern im Reaktor 100 ist von derselben Qualität wie im Reaktor 10 des Standes der Technik. Somit wurden eine größere Wärmequelle und eine größere Reaktorkammer im Gehäuse 15 des Reaktors 10 verwendet, so daß die Stapelgröße um 100% für 200 mm Wafer erhöht wurde, wobei die Gleichförmigkeit der im neuen Reaktor aufwachsen gelassenen Epitaxialschichten im wesentlichen von der Gleichförmigkeit im ursprünglichen Reaktor nicht zu unterscheiden sind. Dieses Ergebnis steht im krassen Gegensatz zu früheren Mitteln zum Erhöhen der Stapelkapazität des ursprünglichen Reaktors 10.

TABELLE 5 Stapelkapazität

* mit einem 48,90 cm (19,25 Zoll) Heizer für Wafer mit 100, 125 und 200 mm Durchmesser, und einem 52,71 cm (20,75 Zoll) Heizer für Wafer mit 150 mm Durchmesser.

Die Erzielung dieser Einheitlichkeit erfordert die Einstellung der Gasströme durch die Reaktionskammer 160, weil die Reaktionskammer 160 der vorliegenden Erfindung größer ist als die Reaktionskammer 60 des Reaktors 10 des Standes der Technik. Für den Reaktor 100, der denselben Gasring und dieselben Regelungen verwendet wird der oben erörterte Reaktor 10 des Standes der Technik, werden gleichförmige Epitaxialschichten aufwachsen gelassen, mit typischen Strahleinstellungen auf dem Raster von 3.1 und 3.1, einem Wasserstoffhauptstrom von 107 Litern pro Minute und einem Wasserstoffrotationsstrom von 72 Litern pro Minute. Der Strom des Aufdampfungsgases, wie zum Beispiel Trichlorsilan, in die Reaktionskammer 160 muß so justiert werden, daß die gewünschte Wachstumsrate und die gewünschten Prozeßspezifikationen erzielt werden. Diese Einstellungen entsprechen denen, die für die Reaktoren des Standes der Technik erforderlich sind, und sind der Fachperson bekannt.

Der Reaktor 100 (Fig. 3A) mit 48,90 cm (19,25 Zoll) Heizer 165 nutzt einen größeren Teil des Oberflächenbereiches des Heizers 165, als mit dem 42,54 cm (16,75 Zoll) Heizer 65 des Reaktors 10 genutzt wurde. Die flache Zone von 30,48 cm (zwölf Zoll) des Heizers 65 ließ etwa 12,07 cm (4,75 Zoll) des Heizers 65 ungenutzt. Im Gegensatz dazu läßt die flache Zone von etwa 41,91 cm (16,5 Zoll) des 48,90 cm (19,25 Zoll) Heizers 165 nur etwa 7,0 cm (2,75 Zoll) ungenutzt. Somit liegt die flache Zone der vorliegenden Vorrichtung wesentlich näher an den Enden 165&sub1;, 165&sub2; des Heizers 165, und doch ist die Gleichförmigkeit der Epitaxialschichten bei einer viel größeren Stapelgröße unverändert.

Der Prozentanteil des Oberflächenbereiches des mit Wafern 70 bedeckten Heizers 165 demonstriert den Unterschied zwischen dem Heizer 165 der vorliegenden Erfindung und dem Heizer 65 des Reaktors 10 des Standes der Technik noch weiter. Für Wafer mit 125 mm Durchmesser hat eine Fläche des 48,90 cm (19,25 Zoll) Heizers 165 einen Oberflächenbereich von etwa 656,35 cm² (101,735 in²). (Der Oberflächenbereich einer Fläche des Heizers beinhaltet nicht den Bereich in Verbindung mit den abgeschnittenen Rändern am Boden des Heizers.) Wie in Tabelle 5 angedeutet, beträgt die Stapelkapazität 18 Wafer, und der oben angegebene Heizer 165 hat sechs Seiten. Somit hält jede Fläche, d. h. eine Seite, des Heizers 165 drei Wafer, die einen Oberflächenbereich von etwa 368,13 cm² (57,06 in²) einnehmen. Somit bedecken die Wafer etwa 57% (57,06 = 101,735) des Oberflächenbereiches einer Fläche des Heizers 165. Im Gegensatz dazu wurden beim Reaktor 10 des Standes der Technik nur 44%, wie oben beschrieben, des Oberflächenbereiches des Heizers 165 bedeckt. Somit ist auf einer Heizerfläche-pro-Wafer-Basis der Heizer 165 der vorliegenden Erfindung kleiner als der Heizer 65 des Standes der Technik.

Der Abschnitt des Heizers 165 in Verbindung mit einem Wafer ist die Wärmemenge, die zur Verfügung steht, um den Wafer auf einer einheitlichen Temperatur zu halten. Die Wafertemperatur ist abhängig von der einfallenden Strahlungsenergie auf den Wafer, der Wärmemenge in Verbindung mit dem Wafer, den Wärmeübertragungsbedingungen in Verbindung mit Wafer und Wärmemenge. Mit abnehmender Wärmemenge des Heizers in Verbindung mit einem Wafer nimmt auch die Wärmeträgheit des Heizers in Verbindung mit einem Wafer ab.

Somit führen im Vergleich zu Systemen mit größerer Wärmeträgheit pro Wafer geringfügigere Veränderungen der Grenzbedingungen zu Temperaturänderungen des Heizers, weil die geringere Wärmeträgheit weniger Widerstand gegenüber Temperaturveränderungen bietet. Da der Wafer typischerweise eine höhere Temperatur hat als der Heizer, führen Temperaturänderungen im Heizer zu einer Temperaturänderung des Wafers, wenn Wärme vom Wafer auf den Heizer übertragen wird. Um also Veränderungen der Heizertemperatur minimal zu halten, benötigte das System des Standes der Technik eine relativ große Wärmemenge für jeden Wafer und demzufolge eine große Wärmeträgheit, um eine einheitliche Erhitzung des Wafers zu gewährleisten. Im Gegensatz dazu wird in den Reaktoren der vorliegenden Erfindung eine einheitliche Erhitzung des Wafers bei geringerer Menge pro Wafer erzielt.

Für Wafer mit 200 mm Durchmesser hat jede Seite des vierseitigen Heizers 165 eine Fläche von etwa 1025,31 cm² (158,923 in²). Wie in Tabelle 5 angedeutet, beträgt die Stapelkapazität acht Wafer, so daß jede Seite des Heizers 165 zwei Wafer hält. Die beiden Wafer bedecken etwa 628,39 cm² (97,4 in²) des Heizers 165. Somit bedecken die Wafer etwa 61% (97,4+158,923) der Oberfläche einer Seite des Heizers 165. Im Gegensatz dazu wurden im Reaktor 10 des Standes der Technik, wie oben beschrieben, nur 36% der Oberfläche einer Seite des Heizers 65 bedeckt. Für Wafer mit 100 mm Durchmesser hat jede Seite des achtseitigen Heizers 165 eine Fläche von etwa 576,77 cm² (89,400 in²).

Ein Heizerleistungsfaktor wird als alternative Möglichkeit zur Charakterisierung des Heizemutzungsgrades definiert:

Leistungsfaktor = Gesamter Heizeroberflächenbereich / ((# Wafer/Stapel) (Oberfläche des Wafers in Kontakt mit Heizer))

Die Heizerleistung für den Reaktor 10 mit Heizer 65, Reaktor 100 und Reaktor 100A der vorliegenden Erfindung sind in Tabelle 6 aufgeführt. Wie aus Tabelle 6 ersichtlich ist, liegt gemäß den Grundsätzen der vorliegenden Erfindung die Gesamtoberfläche der Seiten des Heizers 165 zwischen etwa 3900 cm² und etwa 4700 cm².

TABELLE 6

Mit zurückgehender Heizerleistung nimmt die Leistung des Heizers dahingehend zu, daß die Fläche des Heizers in Verbindung mit einem Wafer abnimmt. Somit liegt, wie in Tabelle 6 gezeigt, die Heizerleistung für die Reaktoren der vorliegenden Erfindung im Bereich von etwa 10% und etwa 40% über der der Heizer der Reaktoren des Standes der Technik. Somit ist für alle Waferdurchmesser auf einer Heizerfläche-pro-Wafer-Basis der Heizer 165 der vorliegenden Erfindung kleiner als der Heizer 65 des Standes der Technik.

Die in Fig. 3A gezeigte Vorrichtung arbeitete entweder mit einem 55,25 cm (21,75 Zoll) oder einem 48,90 cm (19,25 Zoll) Heizer, beide mit einer flachen Zone 167 von etwa 41,91 cm (16,5 Zoll) und einer Wärmequelle 150, um die Stapelkapazität, wie oben beschrieben, für Wafer mit 100 mm, 125 mm und 200 mm Durchmesser zu erhöhen. Die Stapelkapazität für Wafer mit 150 mm Durchmesser blieb jedoch gegenüber dem Reaktor 10 des Standes der Technik unverändert.

Daher wird die erfindungsgemäße Ausgestaltung zum Erhöhen der Stapelkapazität für Wafer mit 150 mm Durchmesser sowie für Wafer mit 100 mm, 125 mm und 200 mm Durchmesser bereitgestellt. In der Ausgestaltung ist der Reaktor 100A (Fig. 6A) derselbe wie der Reaktor 100 mit dem 48,90 cm (19,25 Zoll) Heizer, mit der Ausnahme, daß eine andere untere Luftkammer 183A und ein anderer Heizer für Wafer mit 150 mm Durchmesser verwendet werden. Jede Seite des Heizers für Wafer mit 150 mm Durchmesser hat eine Fläche von etwa 922,23 cm² (142,9465 in²). In der Ausgestaltung wird ein etwa einheitlicher

Strahlungsenergieausstoß durch die Wärmequelle 150A über die flache Zone 167 erzeugt, aber der Strahlungsenergieausstoß ist nicht über die senkrechte Mitte der Wärmequelle 150A symmetrisch. Diese Strahlungswärmeverteilung steht im Gegensatz zu Strahlungsenergieverteilungen des Standes der Technik, die symmetrisch um die senkrechte Mitte der Wärmequelle waren. Die Wärmequelle 150A besteht in dieser Ausgestaltung ebenfalls aus fünf Sätzen von Quarzhalogenlampen 151. Die fünf Lampensätze in der Wärmequelle 150A bilden ein Fünfeck um die Glocke 140 (Fig. 6B). In Fig. 6B sind nur die fünf Lampensätze und die Glocke 140 in der horizontalen Breite jeder Säule illustriert (siehe Fig. 6B), ist etwa 37,47 cm (14,75 Zoll) [sic]. Der Außendurchmesser der Reaktionskammer 160 beträgt etwa 35,56 cm (14 Zoll).

In der Ausgestaltung hat jeder der fünf Wärmequellensätze 150A neunzehn Lampen 151. Wie in Fig. 6A illustriert, bildet jeder Lampensatz in der Wärmequelle 150A eine Säule, die durch die Region 62 von einer Außenfläche der Wand 141 der Reaktionskammer 160 getrennt ist. Die senkrechte Länge der Säule von Lampen 151 ist, wie in Fig. 6A illustriert, wenigstens um 18% größer als die Länge der flachen Zone 167. Spezifischer ausgedrückt, hat in dieser Ausgestaltung die flache Zone 167 eine Länge von etwa 41,91 cm (16,5 Zoll) für Wafer mit 100, 125 und 200 mm Durchmesser und von 45,72 cm (achtzehn Zoll) für Wafer mit 150 mm Durchmesser. Jeder Lampensatz 151 hat eine Länge von etwa 54,29 cm (21,375 (19 Lampen x 1,125 Zoll/Lampe) Zoll). Wie zuvor beschrieben, ist das senkrechte Maß als das Maß in der Richtung definiert, die vom Gaseintritt in die Kammer 160 zum Gasaustritt aus der Kammer 160 verläuft.

Jede der Lampen 151 in der Wärmequelle 150A ist mit den oben in Tabelle 3 beschriebenen Lampen identisch. In dieser Ausgestaltung ist jede Lampe 151 in einem 2,86 cm (1,125 Zoll) großen parabolischen, vergoldeten, hochpolierten Reflektor, einer Spiral-Array, wie in der ersten Ausgestaltung montiert. Eine für den Einsatz in der vorliegenden Erfindung geeignete Reflektorbaugruppe ist von Vector Technical Group, Inc. aus Santa Clara, CA erhältlich und wird unter der Bezeichnung Spiral-Array Reflector Extended (Teilenummer 85815) veräußert. Die Lippe 155A an der Oberseite der Reflektorbaugruppe wurde in einer Ausgestaltung jedoch um einen Betrag im Bereich von etwa 0,25 cm bis 0,76 cm (0,1 bis 0,3 Zoll) verkürzt. Durch das Kürzen der Lippe 155 kann Wärmeenergie von der Lampe 151,9 zum Erhitzen der oberen Regionen der Reaktionskammer strömen.

Wie zuvor beschrieben, ist die Strahlungsenergie von jeder Lampe 151 direkt proportional zur Spannung über die Lampe. Wie in Tabelle 7 illustriert, ist in der vorliegenden Ausgestaltung die an die Lampen 151 angelegte Spannung nicht symmetrisch um die senkrechte Mitte der Lampensäule. An die erste Lampe 151&sub1;&sub9; jedes Satzes wird eine Spannung im Bereich von etwa 350 bis 480 Volt angelegt, während an die nächsten beiden Lampen 15113 und 151&sub1;&sub7; eine Spannung von etwa 300 Volt angelegt wird. Hier bezieht sich "erste" auf die Lampe an der Oberseite des Reaktors 100A. An den nächsten vierzehn Lampen 15&sub1;&sub3;-151&sub1;&sub6; liegt eine Spannung von etwa 240 Volt an. An den Lampen 151&sub1;-151&sub2; schließlich liegt eine Spannung im Bereich von 300 bis 380 Volt an, vorzugsweise von etwa 310 Volt. Da die Wärmequelle 150A fünf Lampen mehr hat als die Wärmequelle 50 des Reaktors 10 (Fig. 1A), hat die Wärmequelle 150A einen Gesamtenergieausstoß von mehr als 25% über dem der Wärmequelle 50.

Für die mit Wafern mit 150 mm Durchmesser verwendete flache Zone von 45,72 cm (achtzehn Zoll) wird die Energie der Lampen 151, und 151&sub1;&sub8; 151&sub1;&sub9; vornehmlich für die Abschnitte des Heizers 165 unter der flachen Zone 167 bzw. über der flachen Zone 167 verwendet. Die Lampen 151&sub2; und 151&sub1;&sub7;, liefern einen Teil der Energie jeweils zur unteren und zur oberen Grenze der flachen Zone 167. Der Energieausstoß jeder der Lampen 151&sub1;-151&sub2; und 151&sub1;&sub7;- 151&sub1;&sub9; liegt im Bereich von 25%-100% über dem Energieausstoß jeder der Lampen 151&sub3;- 151&sub1;&sub6;. Somit beträgt der durchschnittliche Energieausstoß der Wärmequelle 150A in den Regionen der Wärmequelle 150, die über die flache Zone 167 hinaus verlaufen, etwa 25-100% mehr als der durchschnittliche Energieausstoß der Wärmequelle 150A über der flachen Zone 167.

Der höhere Energieausstoß von den Lampen 151&sub1;-151&sub2; und 151&sub1;&sub7;- 151&sub1;&sub9; kompensiert Wärmeverluste vom Heizer 165, so daß die Temperaturverteilung über die flache Zone 167 einheitlich ist. Die Wärmequelle 150A der vorliegenden Erfindung hält die Oberflächentemperatur der flachen Zone 167 von 45,72 cm (achtzehn Zoll) im Bereich von 900º-1200ºC und vorzugsweise bei 1100ºC ±5ºC.

TABELLE 7 Spannungsverteilung für jeden Wärmequellensatz 150A

Im Gegensatz zur Wärmequelle 50' des Standes der Technik gemäß Fig. 2B, die die Energie an der Peripherie der Wärmequelle erhöhte und die Energie in zwei Regionen im Inneren der Wärmequelle verringerte, ist der Energieausstoß der Wärmequelle 150A im Inneren einheitlich und nimmt an der Peripherie zu, aber die Zunahmen an der Peripherie sind nicht gleich. Daher ist die Wärmequelle 150A nicht symmetrisch um die senkrechte Mitte der Wärmequelle in dieser Ausgestaltung.

Für die flache Zone von 41,91 cm (16,5 Zoll) ergeben die Lampen 151&sub3; -151&sub1;&sub6;, die eine senkrechte Länge von etwa 40.01 cm (15,75 Zoll) haben, einen einheitlichen Energieausstoß über den größten Teil der flachen Zone 167 von 41,91 cm (16,5 Zoll). Die Energie von den Lampen 151&sub1;- 151&sub2; und 151&sub1;&sub8;-151&sub1;&sub9; wird hauptsächlich zu den Abschnitten des Heizers 165 unter bzw. über der flachen Zone 167 geleitet. Die Wärmequelle 150A der vorliegenden Erfindung hält die Oberflächentemperatur der flachen Zone von 41,91 cm (16,5 Zoll) im Bereich von 900º-1200ºC und vorzugsweise bei 1100ºC ±5ºC.

Somit hält die Wärmequelle 150A der vorliegenden Erfindung in Verbindung mit der neuen Reaktorgeometrie eine einheitliche Temperatur über die flachen Zonen unterschiedlicher Längen aufrecht, indem eine Strahlungsenergieverteilung verwendet wird, die drei getrennte Regionen hat. Die durchschnittliche Energie von der Wärmequelle 150A ist über eine erste Region konstant. Die Energie von der Wärmequelle 150A in einer zweiten Region, die von einem Ende der ersten Region in Richtung auf den Gaseinlaß verläuft, ist nicht einheitlich. In der zweiten Region ist die durchschnittliche Energie von der Wärmequelle 150A um 25-100% höher als die durchschnittliche Energie der ersten Region. Die durchschnittliche Energie von der Wärmequelle 150A in einer dritten Region, die von einem zweiten Ende der ersten Region in Richtung auf den Gasauslaß verläuft, ist einheitlich, aber in einer anderen Ausgestaltung ist die Energie in dieser Region nicht einheitlich. In der dritten Region liegt die durchschnittliche Energie von der Wärmequelle 150A im Bereich von etwa 25-60%, vorzugsweise etwa 30%, über der durchschnittlichen Energie der ersten Region.

Jeder Satz von Lampen 151 in der Wärmequelle 150A ist in drei Gruppen unterteilt: eine erste Gruppe bestehend aus Lampen 151&sub1;-151&sub6;; eine zweite Gruppe bestehend aus Lampen 151&sub7;- 151&sub1;&sub4;; und eine dritte Gruppe bestehend aus Lampen 151&sub1;&sub5;-151&sub1;&sub9;. Man errinere sich, daß für den Reaktor 10 in Fig. 1 drei steuerbare Siliziumgleichrichter verwendet wurden, um die drei Gruppen von Lampen in jedem Wärmequellensatz 50 anzusteuern. Diese drei steuerbaren Siliziumgleichrichter werden ebenfalls mit den drei oben definierten Gruppen von Lampen 151 verwendet.

Da die Leistung der zweiten und der dritten Gruppe von Lampen 151 in der Wärmequelle 150A des Reaktors 100A der Wärmequelle 150 des Reaktors ähnlich sind [sic]. Die zweite und dritte Gruppe von Lampen in der Wärmequelle 150A sind mit den SCRs verbunden, wie oben für die Wärmequelle 150 beschrieben wurde. Um die erste Gruppe von sechs Lampen mit den SCRs zu verbinden, mußten Lampen 151&sub1;-151&sub6; in einer Serien-Parallel-Kombination verdrahtet werden (siehe Fig. 7), so daß die Verdrahtung von der ersten Gruppe von Lampen direkt mit den 14-Pin- Steckverbindern des Standes der Technik verbunden werden konnte. Diese Verdrahtung erfolgt an den Lampenmodulen mit Hilfe von Schaltbrücken 158, so daß die Lampen 151&sub1;-151&sub6; direkt mit den ursprünglichen Steckverbindern des Reaktors 10 verbunden werden können.

Wie in Tabelle 5 oben gezeigt, ist die Variation des spezifischen Widerstands der Epitaxialschicht zwischen benachbarten Wafern, die im Reaktor 100A der vorliegenden Erfindung bearbeitet werden, gleich oder besser als die Variationen im Reaktor 10 des Standes der Technik und wesentlich besser als die Variationen des Reaktors 10 unter Verwendung der Wärmequelle 50' von Fig. 2B. Die Dickenvariation der Epitaxialschicht zwischen benachbarten Wafern im Reaktor 100A ist von derselben Qualität wie im Reaktor 10 des Standes der Technik. So wurden eine größere unsymmetrische Wärmequelle und eine größere Reaktorkammer im Gehäuse 15 des Reaktors 10 verwendet, so daß die Stapelgröße um 100% für 200 mm Wafer und um 50% für 150 mm Wafer erhöht wurde, wobei jedoch die Gleichförmigkeit der Epitaxialschichten, die im neuen Reaktor aufwachsen gelassen wurden, von der Gleichförmigkeit des ursprünglichen Reaktors im wesentlichen nicht unterscheidbar sind. Dieses Ergebnis steht im krassen Gegensatz zum vorherigen Mittel zum Erhöhen der Stapelkapazität des ursprünglichen Reaktors 10.

Die Erzielung dieser Gleichförmigkeit erfordert die Einstellung der Gasströme durch die Reaktionskammer 160 wie oben beschrieben. Für den Reaktor 100A der vorliegenden Erfindung in einem Experiment mit dem 52,71 cm (20,75 Zoll) Heizer für Wafer mit 150 mm Durchmesser werden gleichförmige Epitaxialschichten mit typischen Strahleinstellungen auf dem Raster von 3.5 und 1.0, einem Wasserstoffhauptstrom von 75 Litern pro Minute und einem Wasserstoffrotationsstrom von 40 Litern pro Minute aufwachsen gelassen. Der Strom des Aufdampfungsgases, wie zum Beispiel Trichlorsilan, in die Reaktionskammer 160 muß so eingestellt werden, daß die gewünschte Wachstumsrate und die gewünschten Prozeßspezifikationen erzielt werden. Diese Einstellung entspricht den Einstellungen, die für die Reaktoren des Standes der Technik erforderlich sind. Ferner müssen, wie der Fachperson bekannt ist, die Strahleinstellungen und Wasserstoffströme für jeden einzelnen Reaktor eingestellt werden und können zwischen Reaktoren desselben Typs variieren. Daher sind die hier angegebenen Einstellungswerte lediglich illustrativ und stellen keine Einschränkung der Erfindung auf die gegebenen Werte dar.

In den oben beschriebenen Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung wurde die Länge des Heizers erhöht, um eine erhöhte Stapelkapazität für den Epitaxialreaktor zu erzielen. Die Reaktionskammer und die Wärmequelle wurden so bereitgestellt, daß die Industrienormen für Gleichförmigkeit von Epitaxialschichten beibehalten wurde.


Anspruch[de]

1. Kaltwandtrommel-Epitaxialreaktor zum Verarbeiten von Wafern, umfassend ein Gehäuse zur Aufnahme einer ersten Reaktionskammer, eine erste Strahlungsenergie-Wärmequelle und einen ersten Heizer mit einer flachen Zone von etwa 30,48 cm (12 Zoll), wobei der genannte Kaltwandtrommel-Epitaxialreaktor gekennzeichnet ist durch:

eine zweite Reaktionskammerstruktur, die die Grenze zwischen einer zweiten Reaktionskammer und einer Heizerbaugruppe definiert, die in der genannten zweiten Reaktionskammerstruktur montiert ist, wobei die genannte Heizerbaugruppe eine flache Zone im Bereich von mehr als 30,48 cm und bis zu 45,72 cm (12 Zoll bis 18 Zoll) Länge in einer ersten Richtung hat, und wobei ferner die genannte zweite Reaktorkammerstruktur betriebsmäßig in dem genannten Gehäuse montiert ist; und wobei die flache Zone des Heizers die Region auf jeder Fläche der Außenseite des Heizers ist, wo Wafer plaziert und gleichförmige Epitaxialauftragungen auf dem Wafer erzielt werden können, da die Dickenvariation der Epitaxialschichten von Wafer zu Wafer auf benachbarten Wafern höchstens ±5% und die Variation des spezfischen Widerstands von Wafer zu Wafer auf benachbarten Wafern höchstens ±10% beträgt; und

eine zweite Strahlungsenergie-Wärmequelle, die betriebsmäßig in dem genannten Gehäuse außerhalb der genannten zweiten Reaktionskammerstruktur montiert und so angeordnet ist, daß sie eine Wärmeenergieverteilung schafft, die um die Mitte der genannten Wärmequelle in der genannten ersten Richtung unsymmetrisch ist, und die so konfiguiert ist, daß der Energieausstoß der Wärmequelle an einem Ende sich vom Energieausstoß der Wärmequelle am gegenüberliegenden Ende in der ersten Richtung unterscheidet, so daß auf benachbarten Wafern in der genannten Reaktionskammer ausgebildete Epitaxialschichten einen spezifischen Widerstand haben, der um weniger als ± 10% variiert.

2. Epitaxialreaktor nach Anspruch 1, bei dem die genannte zweite Reaktionskammerstruktur ferner dadurch gekennzeichnet ist, daß sie eine transparente Quarzwand aufweist, die in die genannte erste Richtung verläuft.

3. Epitaxialreaktor nach Anspruch 1 oder 2, ferner gekennzeichnet durch eine Zwangsluftkühlvorrichtung, um eine Außenseite der genannten transparenten Quarzwand der genannten zweiten Reaktionskammerstruktur etwa auf einer einheitlichen Temperatur zu halten.

4. Epitaxialreaktor nach Anspruch 3, wobei der Epitaxialreaktor ein Gebläse aufweist und die genannte Zwangsluftkühlvorrichtung ferner gekennzeichnet ist durch:

Verteilen eines Zwangsluftstroms durch die genannte zweite Strahlungsenergie-Wärmequelle auf die genannte transparente Quarzwand der genannten zweiten Reaktionskammerstruktur.

5. Epitaxialreaktor nach Anspruch 3 oder 4, bei dem die Zwangsluftkühlvorrichtung ferner gekennzeichnet ist durch:

ein Mittel, das betriebsmäßig mit dem genannten Verteilungsmittel gekoppelt ist, um einen Teil des genannten Zwangsluftstroms zu einem Abschnitt der genannten transparenten Quarzwand hinter einem Ende der genannten zweiten Strahlungsenergie-Wärmequelle abzuleiten, so daß ein Zwangsluftstrom entlang der genannten transparenten Quarzwand der genannten zweiten Reaktionskammerstruktur entsteht.

6. Epitaxialreaktor nach Anspruch 4 oder 5, bei dem die Zwangsluftkühlvorrichtung ferner gekennzeichnet ist durch:

ein Mittel zum Abführen des genannten Zwangsluftstroms zu einem Wärmetauscher, nachdem der genannte Zwangsluftstrom über die genannte Außenseite der genannten transparenten Quarzwand der genannten zweiten Reaktionskammerstruktur passiert ist.

7. Epitaxialreaktor nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem die genannte zweite unsymmetrische Strahlungswärmequelle eine Säule von Lampen mit einem ersten und einem zweiten Ende umfaßt, und wobei die genannte Säule von Lampen so in dem genannten Epitaxialreaktor konfiguriert ist, daß der Energieausstoß einer ersten Vielzahl von Lampen am genannten ersten Ende der genannten Säule anders ist als der Energieausstoß einer zweiten Vielzahl von Lampen am genannten zweiten Ende der genannten Säule.

8. Epitaxialreaktor nach Anspruch 7, bei dem die zweite unsymmetrische Strahlungswärmequelle einen Reflektor umfaßt, der betriebsmäßig mit der genannten Säule von Lampen verbunden ist, wobei der genannte Reflektor ein erstes Ende hat.

9. Epitaxialreaktor nach Anspruch 8, umfassend ein Aufhängemittel zum Positionieren der genannten Heizerbaugruppe in der genannten zweiten Reaktionskammerstruktur.

10. Epitaxialreaktor nach Anspruch 9, bei dem das genannte Aufhängemittel ein Ende der genannten Heizerbaugruppe im Bereich von - 0,64 bis 5,08 cm (-0,25 bis 2,0 Zoll), vorzugsweise 0,64 cm (0,25 Zoll) über dem genannten ersten Ende des genannten Reflektors positioniert.

11. Epitaxialreaktor nach Anspruch 9 oder 10, bei dem das Aufhängemittel die genannte Heizerbaugruppe im Bereich von 4,58 bis 6,35 (1,8 bis 2,5 Zoll) von einer Wand der genannten zweiten Reaktorkammerstruktur positioniert.

12. Epitaxialreaktor nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem die genannte Heizerbaugruppe entweder einen ersten Heizer mit einer ersten flachen Zone oder einen zweiten Heizer mit einer zweiten flachen Zone umfaßt, die eine größere Länge hat als die genannte erste flache Zone, und die genannte zweite Reaktionskammerstruktur so ausgestaltet ist, daß sie ohne Modifikation entweder den genannten ersten oder den genannten zweiten Heizer für einen vorgegebenen Stapel von Wafern aufnimmt.

13. Packet zum Erhöhen der Stapelgröße eines Trommelepitaxialreaktors, der eine erste Strahlungsenergie-Wärmequelle, einen Spannungsregler für die genannte erste Wärmequelle, eine erste Reaktionskammer mit einem ersten Heizer mit einer flachen Zone einer ersten Länge in einer ersten Richtung, ein Mittel zur Erzeugung eines Gasstroms und eine Kühlvorrichtung aufweist, wobei die genannte Strahlungsenergie-Wärmequelle und die genannte Reaktionskammer in einem Gehäuse untergebracht sind, wobei das genannte Packet folgendes umfaßt:

eine zweite Strahlungsenergie-Wärmequelle zum Ersetzen der genannten ersten Strahlungsenergie-Wärmequelle, wobei die genannte zweite Strahlungsenergie-Wärmequelle eine unsymmetrische Wärmeenergieverteilung um die Mitte der genannten Wärmequelle in der genannten ersten Richtung aufweist und so konfiguriert ist, daß der Energieausstoß der Wärmequelle an einem Ende anders ist als der Energieausstoß der Wärmequelle am gegenüberliegenden Ende; und

eine zweite Reaktionskammer mit einem zweiten Heizer, der eine flache Zone hat mit einer Länge, die um 25% bis 50% größer ist als die Länge der genannten ersten flachen Zone, wobei die genannte zweite Strahlungsenergiequelle, der genannte Heizer und die genannte zweite Reaktionskammer (i) betriebsmäßig mit dem genannten Spannungsregler, dem genannten Mittel zum Erzeugen eines Gasstroms und der genannten Kühlvorrichtung verbunden werden können, und (ii) betriebsmäßig in dem genannten Gehäuse montiert werden können, so daß die Stapelgröße des Trommelepitaxialreaktors erhöht wird, wobei die flache Zone des Heizers die Region auf jeder Fläche der Außenseite des Heizers ist, wo Wafer plaziert und gleichförmige Epitaxialauftragungen auf dem Wafer erzielt werden können, da die Dickenvariation der Epitaxialschichten von Wafer zu Wafer auf benachbarten Wafern höchstens ±5% und die Variation des spezifischen Widerstands von Wafer zu Wafer auf benachbarten Wafern höchstens ±10% beträgt.

14. Packet nach Anspruch 13, bei dem die Kühlvorrichtung für den genannten Trommelepitaxialreaktor ein Gebläse zur Erzeugung eines Zwangsluftstroms beinhaltet, wobei das genannte Packet ferner folgendes umfaßt:

ein Mittel, das betriebsmäßig mit dem genannten Gebläse gekoppelt werden kann, um den genannten Zwangsluftstrom durch die genannte zweite Strahlungsenergie-Wärmequelle auf eine Seitenwand der genannten zweiten Reaktionskammer zu verteilen.

15. Packet nach Anspruch 14, ferner umfassend:

ein Mittel, das betriebsmäßig mit dem genannten Verteilungsmittel gekoppelt ist, um einen Teil des genannten Zwangsluftstroms zu einem Abschnitt der genannten Wand hinter einem Ende der genannten Strahlungsenergie-Wärmequelle abzuleiten, so daß ein Zwangsluftstrom über die genannte Seitenwand der genannten zweiten Reaktionskammer entsteht.

16. Packet nach Anspruch 14 oder 15, das folgendes umfaßt:

ein Mittel zum Abführen des genannten Zwangsluftstroms zu einem Wärmetauscher, nachdem der genannte Zwangsluftstrom über die genannte Seitenwand der genannten Reaktionskammer passiert ist.

17. Packet nach Anspruch 13, 14, 15 oder 16, bei dem die zweite Strahlungsenergie-Wärmequelle nach der Montage in dem genannten Trommelepitaxialreaktor so konfiguriert wird, daß sie drei Regionen aufweist, wobei eine erste mittlere Region einen etwa gleichförmigen durchschnittlichen Strahlungsenergieausstoß hat;

eine zweite Region einen durchschnittlichen Strahlungsenergieausstoß hat, der größer ist als der durchschnittliche Energieausstoß der genannten ersten Region, wobei sich die genannte zweite Region an einem ersten Ende der genannten zweiten Strahlungsenergie-Wärmequelle befindet; und

eine dritte Region einen durchschnittlichen Strahlungsenergieausstoß hat, der größer ist als der durchschnittliche Energieausstoß der genannten ersten Region und kleiner als der durchschnittliche Energieausstoß der genannten zweiten Region, wobei die genannte dritte Region sich an einem zweiten Ende der genannten zweiten Strahlungsenergie-Wärmequelle befindet.

18. Packet nach einem der Ansprüche 13 bis 17, bei dem die zweite Strahlungsenergie-Wärmequelle eine Länge in der genannten ersten Richtung aufweist, die größer ist als die Länge der genannten ersten Strahlungsenergiewärmequelle.

19. Packet nach einem der Ansprüche 13 bis 18, bei dem die genannte zweite Strahlungsenergie-Wärmequelle eine Säule von Lampen mit einem ersten Ende und einem zweiten Ende umfaßt, wobei die genannte Säule von Lampen in dem genannten Trommelepitaxialreaktor so konfiguriert ist, daß der Energieausstoß einer ersten Vielzahl von Lampen an einem genannten ersten Ende der genannten Säule anders ist als der Energieausstoß einer zweiten Vielzahl von Lampen an dem genannten zweiten Ende der genannten Säule.

20. Packet zum Erhöhen der Stapelgröße eines Trommelepitaxialreaktors, der eine erste Strahlungsenergie-Wärmequelle mit einer vorbestimmten Länge, einen Spannungsregler für die genannte erste Wärmequelle, eine erste Reaktionskammer mit einer Wand einer ersten vorbestimmten Länge in einer ersten Richtung, eine erste Heizerbaugruppe mit einer flachen Zone einer ersten Länge in der genannten ersten Richtung, ein Mittel zum Drehen des genannten ersten Heizers, ein Mittel zum Regeln des Gasstroms und eine Kühlvorrichtung aufweist, wobei die genannte Strahlungsenergie- Wärmequelle, die genannte Reaktionskammer und die genannte Heizerbaugruppe in einem Gehäuse untergebracht sind, wobei das genannte Packet folgendes umfaßt:

eine zweite Reaktionskammer, die betriebsmäßig in dem genannten Trommelepitaxialreaktorgehäuse montiert werden kann und eine Wand mit einer zweiten vorbestimmten Länge in der genannten ersten Richtung aufweist, die größer ist als die Länge der ersten vorbestimmten Wand;

eine zweite Heizerbaugruppe, die betriebsmäßig in der genannten zweiten Reaktionskammer montiert werden kann, mit einer flachen Zone mit einer Länge in der genannten ersten Richtung, die um 25% bis 50% größer ist als die Länge der genannten ersten flachen Zone; und

eine zweite Strahlungsenergie-Wärmequelle, die betriebsmäßig in dem genannten Trommelepitaxialreaktorgehäuse montiert und betriebsmäßig mit dem genannten Spannungsregler verbunden werden kann, mit einer Länge, die größer ist als die der genannten flachen Zone, und einer unsymmetrischen Energieverteilung um die Mitte der genannten zweiten Strahlungsenergie-Wärmequelle in der Richtung der genannten Länge, und die so konfiguriert ist, daß der Energieausstoß der Wärmequelle an einem Ende anders ist als der Energieausstoß der Wärmequelle am gegenüberliegenden Ende, wobei nach der Montage des genannten Packets in dem genannten Trommelepitaxialreaktorgehäuse der genannte Reaktor eine höhere Stapelgröße zum Verarbeiten von Wafern aufweist, wobei die flache Zone des Heizers die Region auf jeder Fläche der Außenseite des Heizers ist, wo Wafer plaziert und gleichförmige Epitaxialauftragungen auf dem Wafer erzielt werden können, da die Dickenvariation der Epitaxialschichten von Wafer zu Wafer auf benachbarten Wafern höchstens ±5% und die Variation des spezifischen Widerstandes von Wafer zu Wafer auf benachbarten Wafern höchstens ±10% beträgt.

21. Packet nach Anspruch 20, bei dem die zweite Strahlungsenergie- Wärmequelle gekennzeichnet ist durch eine Säule von Lampen mit einem ersten Ende und einem zweiten Ende, die so konfiguriert sind, daß der Energieausstoß einer ersten Vielzahl von Lampen am ersten Ende der Säule anders ist als der Energieausstoß einer zweiten Vielzahl von Lampen am genannten zweiten Ende der Säule.

22. Packet nach Anspruch 21, bei dem die zweite Strahlungsenergiequelle einen Reflektor umfaßt, der betriebsmäßig mit der genannten Säule von Lampen verbunden ist, wobei der genannte Reflektor ein erstes Ende hat.

23. Packet nach Anspruch 22, umfassend ein Aufhängemittel zum Positionieren der genannten zweiten Heizerbaugruppe in der genannten zweiten Reaktionskammer.

24. Packet nach Anspruch 23, bei dem das genannte Aufhängemittel ein Ende der genannten zweiten Heizerbaugruppe -0,64 bis 5,08 cm (-0,25 bis 2,0 Zoll), vorzugsweise 0,64 cm (0,25 Zoll) oberhalb des genannten ersten Endes des genannten Reflektors positioniert.

25. Packet nach Anspruch 23 oder 24, bei dem das genannte Aufhängemittel die genannte zweite Heizerbaugruppe 4,58 bis 6,35 cm (1,8 bis 2,5 Zoll) vor der genannten Wand der genannten zweiten Reaktionskammer positioniert.

26. Epitaxialreaktor nach Anspruch 7, bei dem wenigstens eine Lampe am genannten ersten Ende der genannten Säule so konfiguriert ist, daß sie einen höheren Energieausstoß hat als der Energieausstoß irgendeiner anderen Lampe in der genannten Säule.

27. Epitaxialreaktor nach Anspruch 7 oder 26, bei dem jede Lampe in einer dritten Vielzahl von Lampen in der genannten Säule von Lampen so konfiguriert ist, daß sie etwa denselben Energieausstoß hat.

28. Epitaxialreaktor nach Anspruch 27, bei dem die unsymmetrische Wärmequelle so konfiguriert ist, daß der Energieausstoß jeder Lampe in der genannten ersten Vielzahl von Lampen um 25% bis 100% höher ist als der Energieausstoß irgendeiner Lampe in der genannten dritten Vielzahl von Lampen.

29. Epitaxialreaktor nach Anspruch 27 oder 28, bei dem die unsymmetrische Wärmequelle so konfiguriert ist, daß der Energieausstoß jeder Lampe in der genannten zweiten Vielzahl von Lampen um 25% bis 40% höher ist als der Energieausstoß irgendeiner Lampe in der genannten dritten Vielzahl von Lampen.

30. Epitaxialreaktor nach einem der Ansprüche 7 und 26 bis 29, bei dem die unsymmetrische Wärmequelle so konfiguriert ist, daß der Energieausstoß jeder Lampe in der genannten zweiten Vielzahl von Lampen etwa gleich ist.

31. Verfahren zum Verbessern der Stapelgröße eines Trommelepitaxialreaktors, bei dem der spezifische Widerstand des Wafers und die Dickengleichförmigkeiten innerhalb von Industriestandards gehalten werden, wobei der genannte Trommelepitaxialreaktor eine erste Strahlungsenergie-Wärmequelle, einen Spannungsregler für die genannte erste Wärmequelle, eine erste Reaktionskammer mit einem ersten Heizer mit einer flachen Zone einer ersten Länge in einer ersten Richtung, ein Mittel zum Erzeugen eines Gasstroms und eine Kühlvorrichtung aufweist, wobei der genannte Trommelepitaxialreaktor in einem Gehäuse untergebracht ist, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfaßt:

Ersetzen der genannten ersten Strahlungsenergie-Wärmequelle durch eine zweite Strahlungsenergie-Wärmequelle, wobei die genannte zweite Strahlungsenergie-Wärmequelle eine unsymmetrische Energieverteilung um die Mitte der genannten zweiten Strahlungsenergie-Wärmequelle in der genannten ersten Richtung hat und so konfiguriert ist, daß der Energieausstoß der Wärmequelle an einem Ende anders ist als der Energieausstoß der Wärmequelle am gegenüberliegenden Ende; und

Ersetzen der genannten ersten Reaktionskammer durch eine zweite Kammer mit einem zweiten Heizer mit einer flachen Zone mit einer Länge, die um 25% bis 50% größer ist als die Länge der genannten ersten flachen Zone, wobei die genannte zweite Strahlungsenergie-Wärmequelle und die genannte zweite Reaktionskammer betriebsmäßig (i) mit dem genannten Spannungsregler, dem genannten Mittel zum Erzeugen eines Gasstroms und der genannten Kühlvorrichtung verbunden werden können, und (ii) in dem genannten Gehäuse montiert sind, wobei die flache Zone des Heizers die Region auf jeder Fläche der Außenseite des Heizers ist, wo Wafer plaziert und gleichförmige Epitaxialauftragungen auf dem Wafer erzielt werden können, da die Dickenvariation der Epitaxialschichten von Wafer zu Wafer auf benachbarten Wafern höchstens ±5% und die Variation des spezifischen Widerstandes von Wafer zu Wafer auf benachbarten Wafern höchstens ±10% beträgt.

32. Verfahren nach Anspruch 31, bei dem die genannte Kühlvorrichtung für den genannten Trommelepitaxialreaktor ein Gebläse zur Erzeugung eines Zwangsluftstroms beinhaltet, wobei das genannte Verfahren ferner folgendes umfaßt:

Verteilen des genannten Zwangsluftstroms durch die genannte zweite Quelle auf eine Wand der genannten zweiten Reaktionskammer.

33. Verfahren nach Anspruch 32, umfassend:

das Ableiten eines Teils des genannten Zwangsluftstroms zu einem Abschnitt der genannten Wand hinter einem Ende der genannten Wärmequelle, damit ein Zwangsluftstrom entlang der genannten Wand der genannten zweiten Reaktionskammer entsteht.

34. Verfahren nach Anspruch 32 oder 33, das folgendes umfaßt:

Abführen des genannten Zwangsluftstroms zu einem Wärmetauscher, nachdem der Zwangsluftstrom über die genannte Seitenwand der genannten zweiten Reaktionskammer passiert ist.

35. Verfahren nach Anspruch 31, 32, 33 oder 34, bei dem die zweite Strahlungsenergie-Wärmequelle eine Säule von Lampen mit einem ersten Ende und einem zweiten Ende umfaßt, wobei der Energieausstoß einer ersten Vielzahl von Lampen an dem genannten ersten Ende der genannten Säule anders ist als der Energieausstoß einer zweiten Vielzahl von Lampen an dem genannten zweiten Ende der genannten Säule.

36. Verfahren nach Anspruch 35, bei dem wenigstens eine Lampe an dem genannten ersten Ende der genannten Säule einen höheren Energieausstoß hat als der Energieausstoß irgendeiner anderen Lampe in der genannten Säule.

37. Verfahren nach Anspruch 35 oder 36, bei dem jede Lampe in einer dritten Vielzahl von Lampen in der genannten Säule von Lampen etwa denselben Energieausstoß hat.

38. Verfahren nach Anspruch 37, bei dem der Energieausstoß jeder Lampe in der genannten ersten Vielzahl von Lampen um 25% bis 100% höher ist als der Energieausstoß irgendeiner Lampe in der genannten dritten Vielzahl von Lampen.

39. Verfahren nach Anspruch 37 oder 38, bei dem der Energieausstoß jeder Lampe in der genannten zweiten Vielzahl von Lampen um 25% bis 40% höher ist als der Energieausstoß irgendeiner Lampe in der genannten dritten Vielzahl von Lampen.

40. Verfahren nach einem der Ansprüche 35 bis 39, bei dem der Energieausstoß jeder Lampe in der genannten zweiten Vielzahl von Lampen etwa gleich ist.

41. Verfahren nach einem der Ansprüche 35 bis 39, bei dem die zweite Strahlungsenergiequelle einen Reflektor umfaßt, der betriebsmäßig mit der genannten Säule von Lampen verbunden ist, wobei der genannte Reflektor betriebsmäßig mit der genannten Säule von Lampen verbunden ist, wobei der genannte Reflektor ein erstes Ende aufweist.

42. Verfahren nach Anspruch 41, bei dem der genannte Trommelepitaxialreaktor ein erstes Aufhängemittel zum Positionieren der genannten ersten Heizerbaugruppe in der genannten ersten Reaktionskammer aufweist, wobei das genannte Verfahren das Ersetzen des genannten ersten Aufhängemittels durch ein zweites Aufhängemittel umfaßt, um den genannten zweiten Heizer in der genannten zweiten Reaktionskammer zu positionieren.

43. Verfahren nach Anspruch 42, bei dem das genannte zweite Aufhängemittel ein Ende des genannten zweiten Heizers -0,64 bis 5,08 cm (- 0,25 bis 2,0 Zoll), vorzugsweise 0,64 cm (0,25 Zoll) über dem genannten ersten Ende des genannten Reflektors positioniert.

44. Verfahren nach Anspruch 42 oder 43, bei dem das genannte zweite Aufhängemittel den genannten zweiten Heizer 4,58 bis 6,35 (1,8 bis 2,5 Zoll) von einer Wand der genannten zweiten Reaktionskammer positioniert.

45. Packet nach einem der Ansprüche 19 und 21 bis 25, bei dem wenigstens eine Lampe am genannten ersten Ende der genannten Säule so konfiguriert ist, daß sie einen höheren Energieausstoß hat als der Energieausstoß irgendeiner anderen Lampe in der genannten Säule.

46. Packet nach einem der Ansprüche 19, 21 bis 25 und 45, bei dem jede Lampe in einer dritten Vielzahl von Lampen in der genannten Säule von Lampen so konfiguriert ist, daß sie etwa denselben Energieausstoß hat.

47. Packet nach Anspruch 46, bei dem die unsymmetrische Wärmequelle so konfiguriert ist, daß der Energieausstoß jeder Lampe in der genannten ersten Vielzahl von Lampen um 25% bis 100% höher ist als der Energieausstoß irgendeiner Lampe in der genannten dritten Vielzahl von Lampen.

48. Packet nach Anspruch 46 oder 47, bei dem die unsymmetrische Wärmequelle so konfiguriert ist, daß der Energieausstoß jeder Lampe in der genannten zweiten Vielzahl von Lampen um 25% bis 40% höher ist als der Energieausstoß irgendeiner Lampe in der genannten dritten Vielzahl von Lampen.

49. Packet nach einem der Ansprüche 19, 21 bis 25 und 45 bis 48, bei dem die unsymmetrische Wärmequelle so konfiguriert ist, daß der Energieausstoß jeder Lampe in der genannten Vielzahl von Lampen etwa gleich ist.







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