具有为原位方法配置的反应室的淀积系统以及相关方法
【专利摘要】淀积系统，包括反应室(102)、用于加热反应室中的物质的至少一个热辐射发射器(104)以及用于在反应室(102)内原位探测和/或测量工件衬底的特性的至少一个测量装置(106)。一个或多个室壁对于热辐射以及测量装置所接收的辐射信号可以是透明的，以允许辐射分别传入并传出反应室。至少一定体积的不透明材料这样放置，使其遮蔽测量装置(106)的传感器(108)免于热辐射中的至少一部分。形成淀积系统的方法包括提供一定体积的不透明材料，其位置使其遮蔽传感器免于热辐射。使用淀积系统的方法包括遮蔽传感器免于热辐射中的至少一部分。
【专利说明】具有为原位方法配置的反应室的淀积系统以及相关方法
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请的主题涉及序列号61/526，137的美国临时专利申请的主题，其由Bertram等人于 2011 年 8 月 22 日提交，而其名称为 “DEPOSITION SYSTEMS HAVING ACCESS GATESAT DESIRABLE LOCATIONS, AND RELATED METHODS, ”；还涉及序列号 61/526，143 的美国临时专利申请的主题，其由Bertram等人于2011年8月22日提交，而其名称为“DEPOSITIONSYSTEMS INCLUDING A PRECUR SOR GAS FURNACE WITHIN A REACTION CHAMBER, AND RELATEDMETHODS, ”;还涉及序列号61/526，148的美国临时专利申请的主题，其由Bertram于2011年8 月 22 日提交，而其名称为“DIRECT LIQUID INJECTION FOR HALIDE VAPOR PHASE EPITAXYSYSTEMS AND METHODS, ”；通过此引用，本文以此包括上述每个申请的全部公开内容。
【技术领域】
[0003]本发明的实施方式大体上涉及在衬底上淀积材料的系统，以及制造和使用该系统的方法。更特别地，本发明的实施方式涉及在衬底上淀积II1-V半导体材料的气相外延(VPE)和化学气相淀积(CVD)方法以及制造和使用该系统的方法。
【背景技术】
[0004]化学气相淀积(CVD)是一种化学工艺，其用于在衬底上淀积固体材料，而且其广泛应用于半导体器件的制造。在化学气相淀积工艺中，衬底暴露于一种或多种反应物气体，该气体反应、分解或者反应并分解，从而导致固体材料在衬底表面上的淀积。
[0005]本领域中一类特定的CVD工艺称为气相外延(VPE)。在VPE工艺中，衬底在反应室内暴露于一种或多种反应物气体，该气体反应、分解或者反应并分解，从而导致固体材料在衬底表面上外延淀积。VPE工艺经常用于淀积II1-V半导体材料。VPE工艺中的一种反应物蒸汽包括氢化物蒸汽时，该工艺可以称为氢化物气相外延(HVPE)工艺。
[0006]HVPE工艺用于形成II1-V半导体材料，例如氮化镓(GaN)。此类工艺中，GaN在衬底上的外延生长源于在大约500°C和大约1100°C之间的高温下在反应室内进行的氯化镓(GaCl)和氨(NH3)之间的气相反应。NH3可以由标准NH3气体源供给。
[0007]一些方法中，GaCl蒸汽通过将氯化氢(HCl)气体(可以由标准HCl气体源提供)穿过加热了的液体镓(Ga)以在反应室内原位形成GaCl提供。液体镓可以被加热到大约750°C和大约850°C之间的温度。GaCl和NH3可以被导引至被加热衬底(例如半导体材料晶片(wafer))的表面(例如，导引至加热衬底表面之上)。2001年I月30日授权的Solomon等人的美国专利第6，179，913号公开了用于此类系统和方法的气体注入系统，本文通过引用包含该专利的完整公开。
[0008]此类系统中，必须向空气打开反应室以补充液体镓源。而且，此类系统中不可能原
位清洁反应室。
[0009]为解决这些问题，发展了利用GaCl3前体(precursor)的外部源的方法和系统,该GaCl3前体直接注入反应室。此类方法和系统的例子公布于，例如在2009年9月10日公布的Arena等人的美国专利申请公布第US2009/0223442A1号，本文通过引用包含该公布的完整公开。
【发明内容】
[0010]
【发明内容】
是为了以简化形式有选择地引入一组概念而提供的，这些概念在下面的【具体实施方式】中进一步描述，其具有本发明的示例性实施方式。此
【发明内容】
并不旨在指明所保护主题的关键特征或必要特征，也不旨在用以限定所保护主题的范围。
[0011]某些实施方式中，本公开包括淀积系统。该淀积系统包括具有一个或多个室壁的反应室。至少一个热辐射发射器被配置为发射热辐射穿过一个或多个室壁中的至少一个室壁进入反应室内部。热辐射可以包括电磁辐射谱的红外区域和可见区域中的至少一个区域的波长范围内的波长。至少一个被热辐射穿透的室壁包括透明材料，该透明材料对该波长范围的电磁辐射至少大体上透明。淀积系统还包括至少一个测量装置，该测量装置包括传感器。传感器位于反应室外面，其这样取向和配置:使其接收从反应室内部传递到反应室外部的电磁辐射信号。电磁辐射信号可以包括一个或多个在所发射的热辐射的波长范围内的波长。至少一定体积的不透明材料位于这样的位置:其防止至少一个热辐射发射器所发射的热辐射中的至少一部分被至少一个测量装置的传感器探测到。该不透明材料对在所发射的热辐射的波长范围内的电磁辐射波长不透明。
[0012]其他实施方式中，本公开包括形成淀积系统的方法。至少一个热辐射发射器可以位于反应室外面并与反应室邻近，所述反应室包括一个或多个室壁。至少一个热辐射发射器可以这样取向，使其发射热辐射穿过一个或多个室壁中的至少一个室壁进入反应室内部。至少一个热辐射发射器可以包括发射器，该发射器被配置为在电磁辐射谱的红外区域和可见区域中的至少一 个区域内的电磁辐射波长范围内发射热辐射。可以选择被热辐射发射穿透的室壁中的至少一个使其包括透明材料，该透明材料对所发射热辐射的波长范围内的电磁辐射至少大体上透明。至少一个测量装置的传感器可以位于反应室外面并与反应室邻近。传感器可以这样取向:使其接收从反应室内部传递到反应室外部的电磁辐射信号。可以选择传感器使其包括这样配置的传感器:其探测一个或多个热辐射发射器所发射的热辐射波长范围内的一个或多个波长的电磁辐射信号。至少一定体积的不透明材料位于这样的位置:其防止至少一个热辐射发射器所发射的至少部分热辐射被至少一个测量装置的传感器探测到。可以选择该不透明材料使其包括对在发射热辐射的波长范围内的电磁辐射波长不透明的材料。
[0013]其他实施方式中，本公开包括使用淀积系统在工件衬底(workpiece substrate)上淀积材料的方法。至少一个工件衬底可以位于反应室内部。热辐射可以从位于反应室外面的至少一个热辐射发射器发射，穿过反应室的一个或多个室壁的至少一部分进入反应室内部。热辐射发射穿过的一个或多个室壁可以包括透明材料，该透明材料对热辐射透明。至少一种工艺气体可以被引入反应室。至少一个工件衬底以及至少一种工艺气体可以被热辐射加热。材料可以从至少一种工艺气体淀积到至少一个工件衬底上。至少一个测量装置的传感器可以用于检测表征工件衬底的至少一种特性的电磁辐射信号。传感器可以位于反应室外面并与反应室邻近。传感器检测的电磁辐射信号可以从反应室内部穿过反应室的一个或多个对电磁辐射信号透明的室壁传递到传感器。使用至少一定体积的不透明材料，可以遮蔽传感器免于热辐射发射器所发射的至少部分热辐射。
【专利附图】
【附图说明】
[0014]通过参考下面示例性实施方式的具体描述，本公开可以被更完整地理解，所附附图图示说明了该示例性实施方式，其中:
[0015]图1为剖开透视图，其图示了一种淀积系统的示例性实施方式，该系统包括一定体积的不透明材料，该不透明材料用于遮蔽测量装置的传感器免于淀积系统的热辐射发射器所发射的热辐射；
[0016]图2是图1所示淀积系统的部分透视图；
[0017]图3A至3B是简化示意图，用于图示图1和2中的淀积系统的热辐射发射器所发射的热辐射波长与图1和2中的淀积系统的多种部件的透明材料(图3B)以及不透明材料(图3C)的透射率的关系，该透射率是波长的函数。
【具体实施方式】
[0018]所示附图并非任何特定系统、部件或装置的实际视图，而只是为描述本发明实施方式而使用的理想化的表示。
[0019]如同本文所使用的，术语“II1-V半导体材料”意味着并且包括任何至少主要包括一种或多种元素周期表1IIA族元素(B、Al、Ga、In和Ti)以及一种或多种元素周期表VA族元素(N、P、As、Sb和Bi)的半导体材料。例如，II1-V半导体材料包括但不限于GaN、GaP、GaAs> InN、InP、InAs、 AIN、A1P、AlAs、InGaN、InGaP、InGaNP 等等。
[0020]如同本文所使用的，术语“气体”包括气体(不具有独立形状或体积的流体)和蒸汽(气体，其包括扩散的液体或在其中悬浮的固体物质)，而且本文中术语“气体”和“蒸汽”的意义是相同的。
[0021]图1图不了根据本公开的淀积系统100的例子。淀积系统100包括，至少大体上封闭的反应室102、至少一个热辐射发射器104、测量装置106以及一定体积的不透明材料(图1中未显示)，该不透明材料的配置和位置是这样的:其遮蔽测量装置106的传感器108免于热辐射发射器104所发射的辐射中的至少一部分。下文将更详细地讨论淀积系统100的这些部件。某些实施方式中，淀积系统100可以包括CVD系统，并且可以包括VPE淀积系统(例如，HVPE淀积系统)。
[0022]反应室102可以包括一个或多个室壁。例如，室壁可以包括水平朝向的顶壁124、水平朝向的底壁126以及一个或多个竖直朝向的在顶壁124和底壁126之间延伸的侧壁128。
[0023]淀积系统100还可以包括气体注入装置130，其用来将一种或多种工艺气体注入进反应室102,还可以包括排气和装载装置(venting and loading subassembly) 132,其用于将工艺气体排出反应室102，以及将衬底装载进反应室102和将衬底卸载出反应室102。气体注入装置130可以被配置为，穿过反应室102的一个或多个侧壁128将一种或多种工艺气体注入。
[0024]某些实施方式中，如图1所示，反应室102可以具有加长矩形棱柱(elongatedrectangular prism)的几何形状。某些此类实施方式中，气体注入装置132可以位于反应室102的第一端，而排气和装载装置可以位于反应室102的相对的第二端。其他实施方式中，反应室102可以具有其他几何形状。
[0025]淀积系统100包括衬底支撑结构134 (例如，基座(susceptor))，其被配置为支撑一个或多个工件衬底136，而所希望的是在淀积系统100中在该工件衬底上淀积或者否则提供半导体材料。例如，该一个或多个工件衬底136可以包括管芯(die)或晶片。如图1所示，衬底支撑结构134可以连接至转轴139，转轴139可以连接(例如，直接机械连接、磁连接等等)至驱动装置(未显示)，例如被配置为驱动转轴139旋转并从而驱动反应室102内的衬底支撑结构134旋转的电动机。
[0026]淀积系统100还包括气体流动系统，其用于使工艺气体流动穿过反应室102。例如，淀积系统100可以包括至少一个在第一位置103A的将一种或多种工艺气体注入进反应室102的气体注入装置130，以及将一种或多种工艺气体从第一位置103A穿过反应室102抽至第二位置103B、并且在第二位置103B将一种或多种工艺气体排出反应室102的真空装置133。气体注入装置130可以包括，例如，气体注入歧管(manifold)，其包括连接器，该连接器被配置为与从工艺气体源运载一种或多种工艺气体的导管连接。
[0027]继续参考图 1，淀积系统100可以包括五个气体流入导管140A-140E，其从各自的工艺气体源142A-142E运载气体至气体注入装置130。可选的，气体阀门(141A-141E)可以用于有选择地分别控制通过气体流入导管140A-140E的气体流。
[0028]某些实施方式中，气体源142A-142E中的至少一个可以包括GaCl3、InCl3或AlCl3中至少一种的外部源，如同美国专利申请公布第US2009/0223442A1号所描述的。GaCl3、InCl3和AlCl3可以以二聚体的形式存在，例如，分别以Ga2Cl6Un2Cl6和Al2Cl6的形式存在。这样，气体源142A-142F中的至少一个可以包括诸如Ga2Cl6、In2Cl6或Al2Cl6的二聚体。
[0029]气体源142A-142E中的一个或多个是或者包括GaCl3源的实施方式中，GaCl3源可以包括保持在至少100°c (例如，大约130°C)的温度的液体GaCl3储液器，并且可以包括加快液体GaCl3蒸发速度的物理方式。此类物理方式可以包括，例如，被配置为搅动液体GaCl3的装置、被配置为喷射液体GaCl3的装置、被配置为使运载气体快速流过液体GaCl3的装置、被配置为使运载气体冒泡通过液体GaCl3的装置、被配置为使液体GaCl3超声分散的装置(例如压电装置)，等等。作为非限制性例子，诸如He、N2、H2*Ar的运载气体可以冒泡通过液体GaCl3,同时液体GaCl3保持在至少100°C的温度，使得源气体可以包括一种或多种运载气体，前体气体在该一种或多种运载气体中被运送。
[0030]某些实施方式中，气体流入导管140A-140E的温度可以控制在气体源142A-142E和反应室102之间。气体流入导管140A-140E的温度以及相关的质量流传感器(mass flowsensor)、控制器等等可以从在气体源142A-142E各自出口处的第一温度(例如，大约100°C或更高)逐渐升高到在进入反应室102处的第二温度(例如，大约150°C或更低)，这是为了防止气体(例如GaCl3蒸汽)在气体流入导管140A-140E中凝结。可选地，各自的气体源142A-142E和反应室102之间的气体流入导管140A-140E的长度可以为大约三英尺或更短、大约两英尺或更短或者甚至大约一英尺或更短。源气体的压强可以由一个或多个压强控制系统控制。
[0031]其他实施方式中，淀积系统100可以包括少于五个(例如一个至四个)的气体流入导管和各自的气体源，或者淀积系统100可以包括多于五个(例如，六个、七个等等)的气体流入导管和各自的气体源。
[0032]一个或多个气体流入导管140A-140E延伸到气体注入装置130。气体注入装置130可以包括一个或多个材料块，工艺气体穿过该材料块运载至反应室102内。一个或多个冷却导管131可以延伸穿过材料块。可以使冷却流体流过一个或多个冷却导管131，以在淀积系统100运行期间保持气体在希望的温度范围内经气体流入导管140A-140E流过气体注入装置130。例如，所希望的可以是，在淀积系统100运行期间保持气体以小于200°C的温度(例如大约150°C )经气体流入导管140A-140E流过气体注入装置130。
[0033]可选地，淀积系统100可以包括内部前体气体炉138,如同Bertram等人2011年8月22日提交的序列号为61/526，143的美国临时专利申请“DEPOSITION SYSTEMSINCLUDING A PRECURSOR GAS FURNACE WITHIN A REACTION CHAMBER, AND RELATEDMETHODS, ”中所描述的，本文通过引用包含该专利的完整公开。
[0034]继续参考图1，排气和装载装置132可以包括真空室194，流过反应室102的气体被真空室194内的真空抽至真空室并从反应室102排出。真空室194中的真空是由真空装置133产生的。如图1所示，真空室194可以位于反应室102下面。
[0035]排气和装载装置132还可以包括净化气体帘(purge gas curtain)装置196,其配置和朝向是为了提供流动净化气体的大体上是平面的帘，该流动净化气体从净化气体帘装置196流出并流入真空室194。排气和装载装置132还可以包括存取闸188，其可以有选择地打开以从衬底支撑结构134装载和/或卸载工件衬底136，也可以有选择地关闭以使用淀积系统100加工工件衬底 136。某些实施方式中，存取闸188可以包括至少一个板，其被配置为在关闭第一位置和打开第二位置之间移动。存取闸188在某些实施方式里可以延伸穿过反应室102的侧壁。
[0036]反应室102可以为至少大体上是封闭的，存取闸188的板处于关闭第一位置时，穿过存取闸188到达衬底支撑结构134的通路是可以被排除的。存取闸188的板处于打开第二位置时，穿过存取闸188到达衬底支撑结构134的通路可以打开。
[0037]净化气体帘装置196发出的净化气体帘可以减少或者防止在装载和/或卸载工件衬底136期间气体从反应室102流出。
[0038]气体副产物、运载气体和任何多余的前体气体可以经过排气和装载装置132从反应室102排尽。
[0039]淀积系统100可以包括多个热辐射发射器104，如图1所示。热辐射发射器104被配置为，在电磁辐射谱的红外区域和可见区域中的至少一个区域内的电磁辐射的波长范围内发射热辐射。例如，热辐射发射器104可以包括热灯(thermal lamp)(未显示)，其被配置为以电磁辐射形式发射热能。
[0040]某些实施方式中，热辐射发射器104可以位于反应室102的外面、下面，而与底壁126邻近。其他实施方式中，热辐射发射器104可以位于反应室102上面而与顶壁124邻近，位于反应室102侧面而与一个或多个侧壁128邻近，或位于这些位置的组合。
[0041]热辐射发射器104可以被安排为，具有多行热辐射发射器104，其可以每一个单独控制。换句话说，热辐射发射器104的每行所发射的热能可以单独控制。该行的朝向可以横向于穿过反应室102的净气体流的方向，也就是图1视角里从左到右延伸的方向。这样，如果需要的话，独立控制的热辐射发射器104行可以用于提供所选的穿过反应室102内部的热梯度。
[0042]热辐射发射器104可以位于反应室102外面，而被配置为发射热辐射穿过反应室102的至少一个室壁并进入反应室102内部。这样，被热辐射穿透而进入反应室102的室壁中的至少一部分可以包括透明材料，以允许热辐射到反应室102内部的有效传输。透明材料可以是在下述意义上透明的:该材料可以是至少大体上对波长对应于热辐射发射器104所发射热辐射的电磁辐射透明。例如，照射到透明材料上的、至少大约80%、至少大约90%或者甚至至少大约95%的热辐射发射器104所发射热辐射的波长中的至少一部分可以穿透透明材料并进入反应室102内部。
[0043]作为一个非限制性例子，透明材料可以包括透明耐火陶瓷材料，例如透明石英(即，二氧化硅(SiO2))。透明石英可以是熔凝石英，而且可以具有非晶微结构。在使用淀积系统100的淀积工艺期间所受的温度和环境下物理且化学稳定、而且对热辐射发射器104所发射的热辐射足够透明的任何其他耐火材料可以在本发明的其他实施方式中用以构成淀积系统100的一个或多个室壁。
[0044]如图1所示，某些实施方式中，热辐射发射器104可以置于反应室102的外面、下面，而与反应室102的底壁126邻近。这类实施方式中，底壁126可以包括透明材料(例如透明石英)以允许热辐射发射器104所发射的热辐射传输进入反应室102的内部，如上所述。当然，可以邻近反应室102的其他室壁地提供热辐射发射器104，而这些室壁中的至少一部分也可以包括如本文所述的透明材料。
[0045]如前所述，淀积系统100可以包括一个或多个测量装置106，以探测并/或测量工件衬底136的一种或多种特性，或者在反应室102内部原位淀积于工件衬底136上的材料的一种或多种特性。该一个或多个测量装置106可以包括，例如，一个或多个反射计(reflectometer)、挠 度计(def Iectometer)和高温计(pyrometer)。反射计在本领域中经常用于测量，例如，在反应室102中的工件衬底136上淀积的材料的生长速度和/或形貌。挠度计在本领域中经常用于测量工件衬底136(和/或其上淀积的材料)的平面性(planarity)或非平面性(例如，弓曲(bow))。高温计在本领域中经常用于测量反应室102内的工件衬底136的温度。此类测量装置106包括一个或多个传感器108，用于探测和/或测量一个或多个预先决定的波长的电磁辐射，以进行这些波长各自的测量。某些此类测量装置106中，被接收并探测的电磁辐射也可以由测量装置106发射。换句话说，测量装置106可以向工件衬底136发射电磁辐射，然后在其被工件衬底136反射、偏转或以其他方式影响后探测所发射的电磁辐射。
[0046]一个或多个测量装置106以及相关的传感器108可以位于反应室102外面。传感器108可以这样朝向并配置:使得其接收从反应室102内部传递到反应室102外部的电磁辐射信号。例如，如图1所示，一个或多个测量装置106以及相关的传感器108可以位于反应室102上方而邻近顶壁124。这样的配置里，传感器108可以这样朝向并配置:使得其接收从反应室102内部穿透顶壁124到达反应室102外部的电磁辐射信号。这样，被电磁辐射信号穿透以到达传感器108的室壁(例如，顶壁124)中的至少一部分可以至少大体上对对应于传感器108所接收的电磁福射信号的电磁福射的波长透明。被电磁福射信号穿透以到达传感器108的室壁中的至少一部分可以包括本文前述的透明材料，例如透明石英。
[0047]对应于传感器108接收的电磁辐射信号的电磁辐射的波长可以在电磁辐射谱的红外区域和可见区域中的至少一个区域中，而且可以在对应于热辐射发射器104所发射的热辐射的电磁辐射的波长范围内。结果，热辐射发射器104所发射的杂散电磁辐射可以被一个或多个测量装置106的传感器108接收并探测，而这在探测到的电磁辐射信号中导致噪声，该噪声会对使用一个或多个测量装置106获得准确测量的能力产生不利影响。另外，某些情况下，反应室102的室壁可以用来将热辐射发射器104所发射的热辐射反射并导引到一个或多个测量装置106的传感器108。
[0048]这样，根据本公开的实施方式，淀积系统100还可以包括一个或多个不透明材料部分，该不透明材料部分被有选择地放置，以防止热辐射发射器104所发射的至少部分热辐射被一个或多个测量装置106的传感器108探测到。该不透明材料可以对在对应于热辐射发射器104所发射的热辐射的波长的波长范围内的电磁辐射波长不透明。换句话说，不透明材料可以对热辐射发射器104所发射的至少部分热辐射不透明。例如，照射到一毫米厚的不透明材料样本上的、大约25%或更少、大约15%或更少或者甚至大约5%或更少的热辐射发射器104所发射热辐射的波长中的至少一部分可以穿透该不透明材料样本。.[0049]作为一个非限制性例子，不透明材料可以包括不透明耐火陶瓷材料，例如不透明石英(即，二氧化硅(Si02))。不透明石英可以是熔凝石英，而且可以具有非晶微结构。某些实施方式中，该石英可以包括微空隙(miCTovoid)(即气泡)或其他使得石英不透明的内部结构。在使用淀积系统100的淀积工艺期间所受的温度和环境下物理且化学稳定、而且对热辐射发射器104所发射的热辐射足够不透明的任何其他耐火材料可以用作根据本公开的实施方式的不透明材料。
[0050]如图1所示，某些实施方式中，每个包括一定体积此不透明材料的一个或多个不透明体(body) 148可以位于反应室102内部。某些实施方式中，一个或多个不透明体148可以包括大体上是平面的板状结构。此类实施方式中，该大体上是平面的板状结构可以是水平朝向的，其与顶壁12 4以及底壁126大体平行地延伸，如图1所示。一个或多个不透明体148可以位于顶壁124和底壁126之间，而且可以这样放置和朝向:使得其遮蔽传感器108免于热辐射发射器104所发射的热辐射中的至少一部分。例如，大体上是平面的板状不透明体148可以位于内部前体气体炉148之上而邻近气体注入装置130，而另外的大体上是平面的板状不透明体138可以位于邻近排气和装载装置132的位置，如图1所示。
[0051]另外，一个或多个室壁的至少一部分可以包括一定体积的不透明材料。例如，图2是图1所示淀积系统100的简化透视图。在图2中，不透明材料具有点阴影，以图示室壁的不透明区域。
[0052]如图2所示，同时继续参考图1，一个或多个侧壁128的至少一部分可以包括不透明材料。这些侧壁128可以包括在气体注入装置130与排气和装载装置132之间沿反应室102纵向延伸的侧壁128。图2所示实施方式中，沿反应室102纵向延伸的侧壁128完全由不透明材料构成。其他实施方式中，仅仅侧壁128的一部分可以包括不透明材料。
[0053]如前所述，一个或多个测量装置106的传感器108可以位于反应室102外面而与反应室102的室壁邻近。邻近传感器108的室壁可以包括一个或多个透明部分，这些透明部分可以定义电磁辐射信号在照射到传感器108之前可以穿过的窗口，还可以包括一个或多个不透明部分，这些不透明部分遮蔽传感器108免于热辐射发射器104所发射的杂散电磁辐射。例如，图2的实施方式中，一个或多个测量装置106(图1)的传感器108位于邻近顶壁124的位置。顶壁124包括不透明材料部分150以及延伸穿过不透明材料部分150的透明窗口 152。这样，电磁辐射信号可以穿过透明窗口 152并照射传感器108，不透明材料部分150可以遮蔽传感器108免于热辐射发射器104(图1)所发射的电磁辐射。
[0054]室壁的不透明材料部分可以是室壁的完整部分，或者其可以包括，例如，板或者简单邻近放置、可选结合到相应室壁的其他不透明材料体。作为非限制性例子，顶壁124的不透明材料部分150可以包括不透明材料构成的大体上是平面的板状结构，其具有穿透自身的开口，这些开口定义了窗口 152。该板状不透明结构可以置于(可选地，结合于)另一由透明材料构成的大体上是平面的板状透明结构，该板状透明结构构成了顶壁124的剩余部分。
[0055]图3A到3C是用来进一步描述本公开的实施方式的图。图3A是显示可以由热辐射发射器104(图1)发射的热辐射的发射谱的例子的简化示意图。换句话说，图3A图示的是作为所发射热辐射波长的函数的所发射热辐射强度。图3A(以及图3B和3C)所示的波长从电磁福射谱的可见区域(例如，从大约380nm到大约760nm)延伸至红外区域(例如，从大约750nm到大约1.0mm)。图3B所图示的是，如前所述的，作为波长的函数的、穿透一毫米厚的一个或多个室壁的透明材料样本的电磁辐射的百分比，所述波长与图3A所示的波长在同样的范围内。相似地，图3C所图示的是，如前所述的，作为波长的函数的、穿透一毫米厚的不透明材料样本的电磁辐射的百分比，所述波长与图3A和3B所示的波长在同样的范围内。
[0056]参考图3A，根据本公开的实施方式，可以定义波长范围，例如从第一波长λ ?延伸到第二波长λ 2的范围，热辐射发射器104(图1)可以被配置为发射在此范围内的热辐射。热福射发射器104也可以在第一波长λ j和第二波长λ 2之间的波长范围之外的波长发射热辐射，但是所发射的热辐射的波长包括第一波长X1和第二波长λ2之间的波长。一个或多个测量装置106的传感器108(图1)可以这样朝向并配置:其在一个或多个预先决定的信号波长上接收电磁辐射信号，例如在图3Α所示的信号波长As上接收，而该预先决定的信号波长是在第一波长X1和第二波长λ 2之间延伸的波长范围之内的。
[0057]如前所述，热辐射发射器104 (图1)可以被配置为发射热辐射穿过至少一个室壁并进入反应室102内部区域。热辐射传送通过的至少一个室壁可以包括透明材料，该透明材料至少对于在从第一波长λ 1延伸到第二波长λ2的范围内的辐射波长的电磁辐射至少大体上是透明的。例如，图3Β图示了，作为波长的函数的、把被热辐射穿透的一个或多个室壁的透明材料的一毫米厚的样本穿透的电磁辐射的百分比。如图3Β所示，透明材料的平均透射率在从第一波长λ 1延伸到第二波长λ2的波长范围内可以为至少大约80%。其他实施方式中，透明材料的平均透射率在从第一波长λ 1延伸到第二波长λ 2的波长范围内可以为至少大约90%或者甚至至少大约95%。
[0058]另外，如前所述，淀积系统100的用于遮蔽一个或多个测量装置106的传感器108免于热辐射发射器104(图1)所发射的至少部分热辐射的不透明材料的至少一部分可以对从第一波长λ 1延伸 到第二波长λ2的波长范围内的电磁辐射的波长不透明。例如，图3C图示了，作为波长的函数的、把被热辐射穿透的一个或多个室壁的不透明材料的一毫米厚的样本穿透的电磁辐射的百分比。如图3C所示，不透明材料的平均透射率在从第一波长入工延伸到第二波长λ 2的波长范围内可以为大约25%或更低。其他实施方式中，不透明材料的平均透射率在从第一波长λ I延伸到第二波长λ 2的波长范围内可以为大约15%或更低，或者甚至大约5%或更低。
[0059]某些实施方式中，上述条件可以在这样的时候满足:当第一波长A1和第二波长λ 2的定义使得热辐射发射器104所发射的热辐射的发射谱曲线之下的面积(例如如图3Α所示)包括电磁辐射谱的可见以及红外区域中的(即，从380nm到1.0mm)发射谱曲线截面下的总面积的至少大约50%、至少大约60%或者甚至至少大约70%的时候。
[0060]本公开的其他实施方式包括制造和使用本文所述淀积系统的方法。
[0061]例如，再参考图1和2，淀积系统100可以通过将一个或多个热辐射发射器104置于包括一个或多个室壁的反应室102外面并与所述反应室102邻近来形成。热辐射发射器104可以这样朝向，使其发射热辐射穿过至少一个室壁进入反应室102内部。可以选择热辐射发射器104使其包括被配置为在电磁辐射谱的红外区域和可见区域之中的至少一个区域里的电磁福射的波长范围内发射热福射的发射器。该波长范围可以从第一波长λ工延伸到第二波长λ2，如同上文参考图3Α至3C所述。
[0062]可以选择至少一个室壁使其包括透明材料，该透明材料对于上文参考图3Β所述的波长范围内的电磁辐射至少大体上是透明的。 [0063]至少一个测量装置106的传感器108可以位于反应室102外面并与其邻近，传感器108可以这样朝向:使其接收从反应室102内部传递到反应室102外部的电磁辐射信号。另外，传感器108可以这样选择:使得传感器108被配置为探测所述波长范围内的一个或多个波长的电磁辐射信号，例如本文参考图3Α至3C所述的信号波长λ s的电磁辐射信号。
[0064]至少部分不透明材料可以被提供在这样的位置:使其防止一个或多个热辐射发射器104所发射的至少一部分热辐射被一个或多个测量装置106的传感器108探测到。可以选择不透明材料使其包括对从第一波长λ 1延伸到第二波长λ 2的波长范围内的电磁辐射波长不透明的材料，如同上文参考图3C所述。某些实施方式中，可以选择一个或多个室壁使其包括至少一部分不透明材料。另外或者说作为替代方案，可以选择不透明体使其包括不透明材料，而不透明体可以位于反应室102内部。可以选择该体使其包括大体上是平面的板状结构。
[0065]可选地，反应室102可以包括顶壁124、底壁126以及在顶壁124和底壁126之间延伸的至少一个侧壁128。此种实施方式中,可选地,某些实施方式中的一个或多个热福射发射器104可以位于反应室102的外面、下面，并与底壁126邻近，而一个或多个测量装置106的传感器108可以位于反应室102的外面、上面，并与顶壁124邻近。此种实施方式中，可以选择底壁126使其包括透明材料。另外，可以选择至少一个顶壁124以及至少一个侧壁128使其包括至少一定体积的不透明材料。另外或者说作为替代方案，可以选择并放置不透明体148使其位于反应室102的内部，如上文参考图1所述。
[0066]作为非限制性例子，透明材料可以包括透明石英材料，而不透明材料可以包括不透明石英材料，如前所述。
[0067]使用淀积系统100的方法可以根据本公开的其他实施方式执行。至少一个工件衬底136可以被置于反应室102的内部。可以从至少一个位于反应室102外面的热辐射发射器104发射热辐射穿过反应室102的一个或多个室壁进入反应室102内部，该室壁包括对热辐射透明的材料。至少一种前体气体可以被引入反应室102，至少一个工件衬底136和至少一种前体气体可以使用热辐射加热。材料可以从至少一种前体气体淀积到反应室102中的工件衬底136上。至少一个测量装置106的传感器108可以用于检测表示工件衬底136的至少一个特性(例如，淀积到工件衬底136上的材料的特性)的电磁辐射信号。传感器108可以位于反应室102外面并与反应室102邻近。传感器108所检测的电磁辐射信号可以从反应室102的内部穿过反应室102的一个或多个室壁的至少一部分传递到传感器108，该部分对电磁辐射信号是透明的。可以使用至少一定体积的不透明材料遮蔽传感器108免于至少一个热辐射发射器104所发射的热辐射的至少一部分，如前文所述。例如，可以使用反应室102的包括至少一定体积的不透明材料的至少一个室壁遮蔽传感器108免于热辐射的至少一部分。另外或者说作为替代方案，可以使用位于反应室102内部的至少一个不透明体148遮蔽传感器108免于热辐射的至少一部分，如前所述。
[0068]本公开的其他非限制性示例性实施方式如下所述。
[0069]实施方式1:一种淀积系统，其包括:反应室，其包括一个或多个室壁；至少一个热辐射发射器，其被配置为在电磁辐射谱的红外区域和可见区域中的至少一个区域内的电磁辐射的波长范围内发射热辐射穿过所述一个或多个室壁中的至少一个室壁并进入所述反应室内部，所述至少一个室壁包括对所述波长范围的电磁辐射至少大体上透明的透明材料；至少一个测量装置，其包括位于所述反应室外面的传感器，所述传感器这样取向并配置，使其接收从所述反应室内部传递到所述反应室外部的在所述波长范围内的一个或多个波长的电磁辐射信号；以及至少一定体积的不透明材料，所述不透明材料对所述波长范围内的电磁辐射波长不透明，所述至少一定体积的不透明材料位于这样的位置，使其防止所述至少一个热辐射发射器所发射的至少部分热辐射被所述至少一个测量装置的所述传感器探测到。
[0070]实施方式2:如实施方式I所述的淀积系统，其中所述至少一定体积的不透明材料包括所述一个或多个室 壁中的一个室壁的至少一部分。
[0071]实施方式3:如实施方式I所述的淀积系统，其还包括位于所述反应室内部的体，所述体包括所述至少一定体积的不透明材料。
[0072]实施方式4:如实施方式3所述的淀积系统，其中位于所述反应室内部的所述体包括大体上是平面的板状结构。
[0073]实施方式5:如实施方式I到3中的任意一项的淀积系统，其中所述反应室的所述一个或多个室壁包括顶壁、底壁以及在所述顶壁和所述底壁之间延伸的至少一个侧壁。
[0074]实施方式6:如实施方式5所述的淀积系统，其中所述至少一个热辐射发射器被与所述底壁邻近地放置。
[0075]实施方式7:如实施方式5或是实施方式6所述的淀积系统，其中所述底壁包括所述透明材料。
[0076]实施方式8:如实施方式7所述的淀积系统，其中所述底壁包括透明石英。
[0077]实施方式9:如实施方式5到8中的任意一项所述的淀积系统，其中所述顶壁的至少一部分包括一定体积的不透明材料，例如不透明石英。
[0078]实施方式10:如实施方式5到9中的任意一项所述的淀积系统，其中所述至少一个侧壁的至少一部分包括一定体积的不透明材料，例如不透明石英。
[0079]实施方式11:如实施方式5到10中的任意一项所述的淀积系统，其中所述至少一个测量装置的所述传感器被与所述顶壁邻近地放置。
[0080]实施方式12:如实施方式5到11中的任意一项所述的淀积系统，其中所述至少一个热辐射发射器位于所述反应室外面而与所述底壁邻近，所述底壁的至少一部分包括透明材料，所述至少一个测量装置的所述传感器位于所述反应室外面而与所述顶壁邻近。
[0081]实施方式13:如实施方式12所述的淀积系统，其中所述顶壁以及所述至少一个侧壁中的至少一个包括所述至少一定体积的不透明材料。
[0082]实施方式14:如实施方式13所述的淀积系统，其还包括另一体积的不透明材料，所述另一体积的不透明材料位于所述反应室内部、所述顶壁和所述底壁之间。
[0083]实施方式15:如实施方式12所述的淀积系统，其中所述至少一定体积的不透明材料位于所述反应室内部、所述顶壁和所述底壁之间。
[0084]实施方式16:如实施方式I到15中的任意一项所述的淀积系统，其中所述至少一个热辐射发射器包括多个灯。
[0085]实施方式17:如实施方式I所述的淀积系统，其中所述透明材料包括透明石英。
[0086]实施方式18:如实施方式I到17中的任意一项所述的淀积系统，其中所述不透明材料包括不透明石英。
[0087]实施方式19:一种形成淀积系统的方法，其包括:将至少一个热辐射发射器置于反应室外面并与所述反应室邻近，所述反应室包括一个或多个室壁；确定所述至少一个热辐射发射器的取向使其 发射热辐射穿过所述一个或多个室壁中的至少一个室壁并进入所述反应室的内部；选择所述至少一个热辐射发射器使其包括被配置为在电磁辐射谱的红外区域和可见区域中的至少一个区域内的电磁辐射的波长范围内发射热辐射的发射器；选择所述至少一个室壁使其包括透明材料，所述透明材料对所述波长范围内的电磁辐射至少大体上透明；将至少一个测量装置的传感器置于所述反应室外面并与所述反应室邻近；确定所述传感器的取向使其接收从所述反应室内部传递到所述反应室外部的电磁辐射信号；选择所述传感器使其包括被配置为探测所述波长范围内的一个或多个波长的电磁辐射信号的传感器；提供至少一定体积的不透明材料，所述至少一定体积的不透明材料的位置使其防止所述至少一个热辐射发射器所发射的至少部分热辐射被所述至少一个测量装置的所述传感器探测到；以及选择所述不透明材料使其包括对所述波长范围内的电磁辐射波长不透明的材料。
[0088]实施方式20:如实施方式19所述的方法，其还包括选择所述一个或多个室壁中的至少一个室壁使其包括所述至少一定体积的不透明材料。
[0089]实施方式21:如实施方式20所述的方法，其还包括:将体置于所述反应室内部；并选择所述体使其包括另一体积的不透明材料。
[0090]实施方式22:如实施方式19所述的方法，其还包括:将体置于所述反应室内部；并选择所述体使其包括所述至少一定体积的不透明材料。
[0091]实施方式23:如实施方式22所述的方法，其还包括选择所述体使其包括大体上是平面的板状结构。
[0092]实施方式24:如实施方式19到23中的任意一项的方法，其还包括选择所述反应室的所述一个或多个室壁使其包括顶壁、底壁以及至少一个在所述顶壁和所述底壁之间延伸的侧壁。[0093]实施方式25:如实施方式24所述的方法，其还包括将所述至少一个热辐射发射器与所述底壁邻近地放置。
[0094]实施方式26:如实施方式24或实施方式25所述的方法，其还包括选择所述底壁使其包括所述透明材料。
[0095]实施方式27:如实施方式24到26中的任意一项所述的方法，其还包括选择所述底壁使其包括透明石英。
[0096]实施方式28:如实施方式24到27中的任意一项所述的方法，其还包括选择所述顶壁使其包括所述至少一定体积的不透明材料。
[0097]实施方式29:如实施方式24到28中的任意一项所述的方法，其还包括选择所述至少一个侧壁使其包括所述至少一定体积的不透明材料。
[0098]实施方式30:如实施方式24到29中的任意一项的所述的方法，其还包括将所述至少一个测量装置的所述传感器与所述顶壁邻近地放置。
[0099]实施方式31:如实施方式30所述的方法，其还包括选择所述顶壁使其包括包括所述透明材料的至少一部分。
[0100]实施方式32:如实施方式24到31中的任意一项所述的方法，其还包括:将所述至少一个热辐射发射器置于所述反应室 外面而与所述底壁邻近；选择所述底壁使其包括所述透明材料；以及将所述至少一个测量装置的所述传感器置于所述反应室外面并与所述顶壁邻近。
[0101]实施方式33:如实施方式32所述的方法，其还包括选择所述顶壁以及所述至少一个侧壁中的至少一个使其包括所述至少一定体积的不透明材料。
[0102]实施方式34:如实施方式32或实施方式33所述的方法，其还包括:将体置于所述反应室内部；并选择所述体使其包括所述至少一定体积的不透明材料。
[0103]实施方式35:—种使用淀积系统在工件衬底上淀积材料的方法，其包括:将至少一个工件衬底置于反应室内部；从在所述反应室外面的至少一个热福射发射器发射热福射穿过所述反应室的一个或多个包括对所述热辐射透明的材料的室壁中的至少一部分进入所述反应室内部；将至少一种工艺气体引入所述反应室；使用所述热辐射加热所述工件衬底中的至少一个以及所述至少一种工艺气体；从所述至少一种工艺气体在所述至少一个工件衬底上淀积材料；使用位于所述反应室外面且与所述反应室邻近的至少一个测量装置的传感器检测表示所述至少一个工件衬底的至少一种特性的电磁辐射信号，所述电磁辐射信号从所述反应室内部穿过所述反应室的一个或多个对所述电磁辐射信号透明的室壁传递到所述传感器；以及使用至少一定体积的不透明材料遮蔽所述传感器免于所述热辐射中的至少一部分。
[0104]实施方式36:如实施方式35所述的方法，其中使用至少一定体积的不透明材料遮蔽所述传感器免于所述热辐射中的至少一部分包括使用所述一个或多个室壁中的至少一个室壁遮蔽所述传感器免于所述热辐射中的至少一部分，所述至少一个室壁包括至少一定体积的不透明材料。
[0105]实施方式37:如实施方式35或实施方式36所述的方法，其中使用至少一定体积的不透明材料遮蔽所述传感器免于所述热辐射中的至少一部分包括使用位于所述反应室内部的至少一个体遮蔽所述传感器免于所述热辐射中的至少一部分，所述至少一个体包括至少一定体积的不透明材料。
[0106] 上述本发明的实施方式并不限定本发明的范围，因为这些实施方式只是本发明实施方式的例子，而本发明的范围由所附权利要求及其法律等同形式限定。任何等同实施方式应当在本发明的范围内。事实上，不同于本文已经公开并描述的本发明的各种修改，例如所述元件的替换性有 用组合，对于本领域技术人员而言参照上述描述将变得明显。此类修改应当也落入所附权利要求的范围内。
【权利要求】
1.一种淀积系统，其包括: 反应室，其包括顶壁、底壁以及在所述顶壁和所述底壁之间延伸的至少一个侧壁； 至少一个热辐射发射器，其被与所述底壁邻近地放置，所述发射器被配置为在电磁辐射谱的红外区域和可见区域中的至少一个区域内的电磁辐射的波长范围内发射热辐射穿过所述反应室的至少一个室壁并进入所述反应室内部，所述反应室的所述底壁包括对所述波长范围内的电磁辐射至少大体上透明的透明材料，所述底壁包括透明石英； 至少一个测量装置，其包括位于所述反应室外面的传感器，所述传感器这样取向并配置，使其接收从所述反应室内部传递到所述反应室外部的在所述波长范围内的一个或多个波长的电磁福射信号；以及 至少一定体积的不透明材料，所述不透明材料对所述波长范围内的电磁辐射波长不透明，所述至少一定体积的不透明材料位于这样的位置，使其防止所述至少一个热辐射发射器所发射的热辐射中的至少一部分被所述至少一个测量装置的所述传感器探测到，所述顶壁的至少一部分包括所述至少一定体积的不透明材料，所述不透明材料包括不透明石英。
2.如权利要求1所述的淀积系统，其中所述至少一定体积的不透明材料包括一个或多个室壁中的一个室壁的至少一部分。
3.如权利要求1所述的淀积系统，其还包括位于所述反应室内部的体，所述体包括所述至少一定体积的不透明材料。
4.如权利要求1所述的淀积系统，其中所述至少一个侧壁的至少一部分包括所述至少一定体积的不透明材料，而其中所述不透明材料包括不透明石英。
5.如权利要求1所述的淀积系统，其中所述至少一个测量装置的所述传感器被与所述顶壁邻近地放置，而所述顶壁的至少一部分包括所述至少一定体积的不透明材料，而其中所述不透明材料包括不透明石英，而其中所述至少一个侧壁至少一部分包括所述至少一定体积的不透明材料，而其中所述不透明材料包括不透明石英。
6.如权利要求1所述的淀积系统，其中所述至少一个热辐射发射器位于所述反应室外面而与所述底壁邻近，所述底壁的至少一部分包括所述透明材料，所述至少一个测量装置的所述传感器位于所述反应室外面而与所述顶壁邻近，而其中所述顶壁和所述至少一个侧壁中的至少一个包括所述至少一定体积的不透明材料。
7.一种形成淀积系统的方法，其包括: 将至少一个热辐射发射器置于反应室外面并与所述反应室邻近，所述反应室包括顶壁、底壁以及在所述顶壁和所述底壁之间延伸的至少一个侧壁； 将所述至少一个热辐射发射器这样取向，使其发射热辐射穿过一个或多个室壁中的至少一个室壁并进入所述反应室的内部； 选择所述至少一个热辐射发射器使其包括被配置为在电磁辐射谱的红外区域和可见区域中的至少一个区域内的电磁辐射的波长范围内发射热辐射的发射器； 选择所述底壁使其包括透明材料，所述透明材料对所述波长范围内的电磁辐射至少大体上透明，所述透明材料包括石英材料； 将至少一个测量装置的传感器置于所述反应室外面并与所述反应室邻近； 将所述传感器这样取向，使其接收从所述反应室内部传递到所述反应室外部的电磁辐射信号；选择所述传感器使其包括被配置为探测所述波长范围内的一个或多个波长的电磁辐射信号的传感器； 提供至少一定体积的不透明材料，所述至少一定体积的不透明材料的位置使其防止所述至少一个热辐射发射器所发射的热辐射中的至少一部分被所述至少一个测量装置的所述传感器探测到；以及 选择所述不透明材料使其包括对所述波长范围内的电磁辐射的波长不透明的材料， 选择所述顶壁使其包括所述至少一定体积的不透明材料，其中所述不透明材料包括不透明石英。
8.如权利要求7所述的方法，其还包括选择所述一个或多个室壁中的至少一个室壁使其包括所述至少一定体积的不透明材料。
9.如权利要求7 所述的方法，其还包括: 将体置于所述反应室内部；以及 选择所述体使其包括所述至少一定体积的不透明材料。
10.如权利要求7所述的方法，其还包括选择所述至少一个侧壁使其包括所述至少一定体积的不透明材料，而其中所述不透明材料包括不透明石英。
11.如权利要求7所述的方法，其还包括: 将所述至少一个测量装置的所述传感器与所述顶壁邻近地放置； 选择所述顶壁使其包括所述至少一定体积的不透明材料，其中所述不透明材料包括不透明石英，以及 选择所述至少一个侧壁使其包括所述至少一定体积的不透明材料，而其中所述不透明材料包括不透明石英。
12.如权利要求7所述的方法，其还包括: 将所述至少一个热辐射发射器置于所述反应室外面而与所述底壁邻近， 选择所述底壁使其包括所述透明材料， 将所述至少一个测量装置的所述传感器置于所述反应室外面而与所述顶壁邻近，以及 选择所述顶壁中的至少一个以及所述至少一个侧壁使其包括所述至少一定体积的不透明材料。
【文档编号】C23C16/30GK103987877SQ201280061724
【公开日】2014年8月13日 申请日期:2012年11月12日 优先权日:2011年12月15日
【发明者】E·林多, R·贝尔特拉姆, C·卡尼扎尔 申请人:Soitec公司