专利名称：外延圆筒反应器用的冷却系统和操作方法
技术领域：
本发明一般地涉及外延圆筒反应器，更具体点说涉及一种能防止金属污染的圆筒反应器用的冷却系统和操作方法。
本发明一般涉及的那种圆筒反应器被用来在半导体晶片上沉积外延生长层。外延生长在半导体材料工业中是用来使半导体材料达到所需电学性能的一种重要方法。例如在一个重掺杂的基底上生长的轻掺杂的外延层允许CMOS(互补金属氧化物半导体)器件被优化，以便闭锁由于基底的低电阻而得到的抗扰性。其他还可得到的好处如能精确地控制掺杂物浓度的分布和不受氧的影响。
载运拟沉积到晶片上的材料(例如硅)的气体被喷射到圆筒反应器的一个反应室容器内，在那里完成硅在晶片上的沉积。该过程是在从挟带蒸汽的气体中将硅沉积在晶片上所需的高温下进行的。多块晶片被夹持在接受器的壁上，一般都是垂直取向使晶片的一个表面暴露以便硅的沉积。反应室容器典型的做法是由石英制成。用一不锈钢密封板将反应室封闭，但该板也可拿走将室打开，以便将半导体晶片插入或移出该室。在密封板与反应室之间的气体环也是由不锈钢制成的。
重要的是沉积在晶片上的硅层不能被金属如铁(Fe)、镍(Ni)和钼(Mb)污染，这些金属会有害地影响到外延层内少数载流子的寿命。石英反应室容器并不是金属污染的根源，但密封板和气体环内的不锈钢能提供金属的来源，当它们与反应气体的某些副产品(如Hcl)接触而有剩余的水分存在时便能使不锈钢腐蚀。当圆筒反应器被打开，不锈钢与周围空气中的水蒸汽接触时，水分便会吸附在不锈钢上。腐蚀剂如Hcl也可因为用来对接受器的硅沉积进行深蚀刻而被留在室内。不锈钢的腐蚀产物可被运送到反应室内并被反应气体和硅挟带沉积在晶片上。
为了防止来自密封板和气体环的污染，圆筒反应器可这样构造，用挡壁使反应气体的流动转为离开密封板和气体环并用清洗气在密封板和气体环暴露在反应气体下的区域上流动以资保护。圆筒反应器特别是包括其密封板和气体环都用水冷却。冷却密封板可防止密封板翘曲。另外，在圆筒反应器运行时从密封板和气体环对反应室暴露的金属表面上移走热量可延迟化学反应进行的速率，该反应使原子Fe从不锈钢释出，是我们不希望出现的。但当圆筒反应器不运行和密封板被移走使反应室容器打开时，不锈钢密封板和气体环的较低温度会使水分子吸附在不锈钢上。另外，沉积过程的副产物包括含硅的化合物可出现在不锈钢的表面上并且也能吸附(并能吸收)水分。在某些情况下，冷却水的温度降低到室内的露点之下，这时会发生空气中的水凝结在密封板和气体环上。水是使原子Fe释出的化学反应的组分之一。在不锈钢表面上的水越多，化学反应也就越普遍。这样虽然在圆筒反应器运行时冷却不锈钢表面可延迟化学反应速率因此延迟原子Fe的释出速率，但化学反应的程度是这样显著，以致仍然有可测数量的原子Fe被释放出来。
已知从周围空气中被不锈钢吸取的水的数量在很大程度上取决于钢的温度。曾经尝试用增加不锈钢表面温度的办法来减少吸附水的数量，用一冷却系统使水以较高温度循环通过密封板和气体环。但冷却水温度有一上限(约75°F)。在温度超过上限的条件下运行圆筒反应器时，因为冷却系统没有移走足够的热量，会给圆筒反应器带来损害。因此切合实际的办法是在圆筒反应器内设一传感器来检测温度是否超过限度，并在一旦超过时关闭反应器以免发生损害。这样，在现有技术中采用较高的冷却水温度来减少水的吸附量的得益就被运行时冷却圆筒反应器所必需的冷却水温度的上限限制住了。
在较高温度下运行冷却系统还有另外的缺点。在圆筒反应器运行时密封板和气体环的金属表面的温度如提高，释出原子Fe的化学反应的速率就会增快。这样冷却系统在延迟将金属释出到运行圆筒反应器内的化学反应方面取得的效果多少要被减少吸附水的效果抵消。因此就要在延迟释出金属的化学反应与防止水被圆筒反应器内金属表面吸取这两者之间作出权衡。
在本发明的好几个目的和特点中要提出的是提供一种基本上能阻止在圆筒反应器内加工的半导体晶片被金属污染的圆筒反应器和操作方法；提供这样一种圆筒反应器和方法，以便减少运行时那些作用在圆筒反应器的金属表面上将金属释出到圆筒反应室内的化学反应的速率；提供这样一种圆筒反应器和方法，以便在圆筒反应器不运行，其金属表面暴露在周围空气内时，减少水被圆筒反应器金属表面吸取的数量；提供这样一种圆筒反应器和方法，可不需在运行时减少化学反应速率和圆筒反应器不运行时减少水的吸附这两者之间作出权衡；提供这样一种圆筒反应器和方法，它能扩大圆筒反应器冷却系统的能发挥作用的温度范围；提供这样一种圆筒反应器和方法，其费用就使用效果而言是值得的。
一般地说，本发明的圆筒反应器具有一个顶部敞开的容器，可用来将晶片接纳在该容器所形成的反应室内，和一个用来加热反应室的加热器，以便使反应室内达到材料从气体沉积到晶片上所需的温度。有一个一般地设置在容器敞开顶部周围的气体环用来发放气体，在该气体内含有要在反应室内沉积到晶片上的材料。有一个安装在容器敞开顶部上的密封板可用来将容器打开或将它密封地封闭。当密封板密封地封闭容器的敞开顶部时，气体环和密封板中至少有一个具有向反应室暴露的金属表面。有一个用来循环冷却流体的冷却系统，可在气体环和密封板中的至少一个与冷却流体之间进行传热，该系统具有一个传热装置可在冷却流体与另一个传热介质之间进行传热。与该传热装置和圆筒反应器的金属表面发生热交换关系的冷却环路从该传热装置延伸到密封板和气体环中的至少一个，再返回到传热装置，该冷却环路用来从传热装置发送冷却流体，再从圆筒反应器使冷却流体返回传热装置。设有一个传感器可检测圆筒反应器是否在运行并发出一个与所检测到的圆筒反应器的运行状态对应的信号。有一控制器用来控制传热装置在冷却流体与另一个传热介质之间的传热量，当密封板密封地封闭容器的敞开顶部时，控制器控制传热装置在冷却流体与另一介质之间的传热，使冷却流体达到第一设定温度，该温度被选用来延迟作用在向反应室暴露的金属表面上的化学反应速率；而当密封板被打开时，控制器控制传热装置，使冷却流体达到比第一设定温度高的第二设定温度，该温度被选用来阻止水被吸附到金属表面上。控制器与传感器连通，以便接受信号从而控制传热装置，当圆筒反应器运行时使冷却流体达到第一设定温度；而当圆筒反应器停止运行时使冷却流体达到第二设定温度。
本发明提供的操作圆筒反应器的方法可防止在圆筒反应器内加工的半导体晶片受到金属污染，该污染是由于圆筒反应器的金属表面起化学反应而引起的。一般地说，该方法包括下列步骤将圆筒反应器打开，将半导体晶片放入到圆筒反应器的反应室内，准备用化学汽相沉积法在晶片上沉积材料。将反应室封严，使圆筒反应器活化，从而使气体释放到反应室内，在该气体内含有材料可沉积到晶片上。当圆筒反应器被活化时，在圆筒反应器的金属表面与冷却流体之间进行传热，其时反应室被封严，上述金属表面向反应室暴露，这个传热被控制，使金属表面维持在第一温度，这个温度被选用为的是使金属表面上的化学反应推迟发生。以后圆筒反应器被停止活化并被打开使反应室内的晶片露出，以便从圆筒反应器移走。当圆筒反应器被停止活化时，在圆筒反应器的金属表面与冷却流体之间仍进行着传热，其时反应室被封严，上述金属表面向反应室暴露，这个传热被控制，使金属表面维持在一个比第一温度高的第二温度，这个温度被选用是因为当圆筒反应器被停止活化时可推迟水的被吸附在金属表面上。
下面简要说明附图
图1为按照本发明的圆筒反应器及其冷却系统的示意图；图2为圆筒反应器的概略透视图，反应器的一部分被剖开以便显示其内部结构；图3为密封板、气体环和反应室容器的一个放大的局部剖视图，图中示出在密封板和气体环内循环冷却流体用的内部通道。
在这几个图中都用相同的标号来指示相同的部件。
现在参阅附图，其中用来在半导体晶片的一个表面上以化学汽相沉积来沉积一层材料(如硅)的圆筒反应器设备整体用标号10指出。圆筒反应器设备具有一个圆筒反应器11，其中包括一个形状如倒放钟状瓶的石英质的反应室容器12。有一个一般地用标号18指出的气体环至少部分内装着第一喷嘴20和第二喷嘴21用来将气体引入到反应室容器12内，该气体由反应蒸汽和载体组成，反应蒸汽在分解后即沉积在晶片上。气体环18设在反应室容器12的顶部并用一o形环来密封。反应室容器12在其底部制有一个排放口(未示出)，用过的气体就通过该口排出。有一个一般地用标号24指出的壳体容纳着反应室容器12，辐射热灯26和热交换器28，还有气体环18和密封板37(图3)，其中灯和热交换器用来控制施加到反应室容器所形成的反应室29内的热量。
有一镀有硅的石墨接受器(一般地用标号30指出)被一升降组合件(一般地用标号34指出)的石英吊杆32悬挂着。该升降组合件能使接受器降下到反应室容器12内，并能使接受器上升通过反应器容器的敞开顶部35而跑出到其外。在所图示的实施例中，接受器30一般有五个垂直的壁，但壁数也可以不是五，这样仍属于本发明的范围内。接受器30在每一个壁内都具有垂直排列的凹槽(来示出)，每一个凹槽的尺寸和形状恰好能夹持一块具有特定直径的半导体晶片。接受器的壁在朝向接受器上部的方向上略微向后倾斜，以便将晶片夹持在凹槽内。
升降组合件34包括一个帽36和数个升降臂38，帽36支承着密封板37并可密封地与气体环18接合，以便使反应室29密封，而升降臂38则与帽连接以便用来使帽升降。有一个使接受器30环绕其纵长轴线旋转的驱动组合件42设在帽36的顶部。有一圆筒反应器控制器44(图1)控制着驱动组合件42的运行和圆筒反应器11的其他动能。设有各种清洗气管，以便在圆筒反应器运行时将清洗气体送入圆筒反应器内，使喷射气体离开在反应室29内暴露的金属表面和其他部件。例如通过帽36连接的清洗气管一般将清洗气通过接受器30的中心送入。圆筒反应器设备10，除了用来冷却气体环18和密封板37的冷却系统(在后面说明)和接受器30之外，都是半导体材料制造行业所熟悉的，因此对它们的特点和操作，本文只作一般的说明。
密封板37、气体环18和反应室容器12的局部以剖面的形式在图3中示出，其时密封板处在封闭位置。圆筒反应器11的所有其他零件，包括升降组合件34、吊杆32和接受器30都已被去除。从图上可看到密封板37有一中心孔48，通过该孔，接受器30被吊杆32连结到驱动组合件42上。当密封板处在封闭位置时，密封板37有一环状表面搁置在气体环18的相应表面上。在密封板37内有一对同心的环状槽(分别用50A和50B指出)，其内含有O形环52可与处在封闭位置的气体环18接合，以便与气体环一起使反应室29密封并与周围环境隔离。
有一个一般地用标号60指出的石英档壁板以其突唇62搁置在密封板37的翼片64上。挡壁板60基本上将不锈钢密封板37的下侧都遮盖起来并尽量减少不锈钢在反应室29内对气体的暴露面。从挡壁板60挂下的环状外挡壁66位在挡壁板周边之内，而从挡壁板挂下的环状内挡壁68环绕着中心孔70并且一般与密封板37的中心孔48对准。内挡壁68有助于保护将接受器30连接到驱动组合件42的吊杆32(图1)。气体环18的径向上的内表面被一石英环72遮盖着。挡壁板60和石英环72上都有孔(未示出)，通过该孔反应气体从第一和第二喷嘴20、21被喷射到反应室29内。虽然挡壁60、72能给气体环18和密封板37的不锈钢表面提供基本的保护，但当密封板密封地封闭反应室容器12的敞开顶部35并使圆筒反应器活化时，上述措施并不能完全防止上述这些表面的向反应室29的内部暴露(所谓暴露意为在流体流动时能够连通)。含有能与水作用而释出污染金属的组分的气体仍然能与不锈钢表面接触。而清洗气体在防止气体与不锈钢表面接触的这方面也不是完全有效的。
现在参阅图1，其中示出本发明的用来冷却气体环18和密封板37的冷却系统74，该系统具有一个热交换器76和从热交换器延伸到圆筒反应器11，再返回到热交换器，成为一个封闭管路的第一冷却环路78。第一冷却环路78在圆筒反应器11内具有多个分支，其中一个延伸通过气体环18和密封板37，而另一个则延伸到热交换器28(图2)。从所有各分支来的加热过的冷却流体通过第一冷却环路78的同一根管道返回到热交换器76。在第一冷却环路78内有一泵80将激冷的冷却流体(例如水)送到圆筒反应器11然后再将加热过的冷却流体送回到热交换器76，这样往复循环以便从气体环18和密封板37的金属表面上抽走热量。本文在下面关于第一环路78的论述将只限于那个包括延伸到气体环18和密封板37的分支的环路。如图3所示，密封板上设有一个内部的环状通道82，通过该通道冷却流体被循环从而冷却密封板。在气体环18内为了使冷却流体循环设有类似的通道84。在所示出的实施例中，通道82、84都是第一冷却环路78的一部分。
含有另一个冷却介质(往往也是水)的第二冷却环路86与在热交换器76的第一冷却环路78内的冷却流体在热流上连通。从气体环18和密封板37传送给第一环路78内冷却流体的热被传送到热交换器76的第二环路86的冷却流体内。第二冷却环路86从热交换器76出发通过阀门88延伸到激冷水或其他冷却流体的冷源(未示出)，再返回到热交换器。在该较优的实施例中，热交换器76和第二冷却环路86构成“传热装置”。激冷水源可以是采用蒸汽压缩致冷系统的传统用的水激冷器式其他合适的散热装置。如果第一环路开放，那么第二环路和热交换器将不复存在。在那种情况下，传热装置将构成第一环路的冷却流体。
阀门88为一可供选择的变位阀，由PID(比例积分微分动作)冷却系统控制器90控制，以便调节在第二冷却环路86内冷却流体的流量，从而调节从第一冷却环路78内的冷却流体传送出来的热量。控制器90连接到温度传感器92上，该传感器感测第一冷却环路78内的冷却流体在它离开热交换器76时的温度。控制器90根据感测的温度调控阀门，以便使第一环路78内的冷却流体维持在选用的设定温度上。更具体点说，控制器90根据冷却流体需要冷却得多一点还是少一点，提供一个范围为4到20mA的信号给将电流转变成压力的转换器94，由该转换器将电流信号转变为3到15PSIG〔表压(磅/英寸2)〕的气压信号。阀门88根据收到的气压信号操作，将它自己移动到所选定的位置。应该知道，其他型式的阀门(未示出)，例如直接根据电子信号操作的电磁阀也可使用，但这也在本发明的范围内。
为了两者都能做到，即当圆筒反应器活化时推迟在气体环18和密封板37的不锈钢表面上发生的化学反应，及当圆筒反应器不活化时防止空气中的水吸附和凝结在这些不锈钢表面上，控制器90被设计成可在两个不同的冷却流体设定温度上操作冷却系统74。有一传感器96检测圆筒反应器11的运行状态，办法是检测一个用来给圆筒反应器内的热灯26增能和去解的灯泡继电器98是断开还是闭合。传感器96，这个与灯泡继电器98连接在一起、可以断开或闭合的简单电路，与控制器90连通并将圆筒反应器11的运行状态用信号告知控制器。应该知道，传感器除了检测灯26的赋能状态外还可以检测另外一些东西(例如密封板37是开启还是开闭)来确定圆筒反应器11的运行状态，但这仍属本发明的范围之内。根据从传感器96接收到的信号，控制器90按不同的设定温度操作使送到圆筒反应器11的冷却流体冷却。
当控制器90从传感器96收到的信号表明灯泡26是在接通状态并且圆筒反应器是在运行时，控制器90就调控阀门88将水冷却到第一设定温度，当圆筒反应器运行时第一设定温度被选用来延迟在气体环18和密封板37的金属表面上进行化学反应的速率。从灯泡26上发出的热给反应器的零件包括气体环18和封板37提供了能源，驱使释出污染金属60原子Fe的化学反应进行。就是这个热量是冷却系统74要从气体环18和密封板37中将它除去的。在该较优的实施例中，当控制器90按第一设定温度操作时，进入圆筒反应器11内的冷却流体温度也可维持在约50°F±2°，但较低的冷却流体温度也可使用。例如当反应器11处在活化状态而冷却流体为水时，在40°F范围内的温度曾被使用。
当控制器90从传感器96收到的信号表明热灯26处在去能(断电)状态时，控制器的开关就转换到按第二设定温度运行冷却系统，从而使冷却流体以该温度进入圆筒反应器11。在该较优的实施例中，冷却流体的第二设定温度为86°F±2°。曾经发现，当冷却流体被允许升高到这个温度时，水被气体环18和密封板37的不锈钢表面吸取的程度可大为减少。在第二设定温度上控制器90将阀门88关小，使在第二冷却环路86内的冷却流体的流率减少(甚至到完全关断的地步)。结果，从第一冷却环路的冷却流体中取走的热便可减少，从而冷却流体的温度便可上升，致使气体环18和密封体37的金属表面的温度上升。应该知道本发明的传热装置也可改用加热第一环路78内的冷却流体的方法来达到第二设定温度，但这仍属于本发明的范围之内。
在说明圆筒反应器设备10的一般构选后，现在说明其操作方法。将要在其上用化学汽相沉积法沉积一层硅或其他材料的晶片被装载在接受器30上。将密封板37提升以便使反应室容器的敞开顶部露出，并将接受器30悬挂在与密封板连结的吊杆32上。然后用升降组合件34将接受器30下降到反应器的反应室容器内，同时使密封板37下降以便密封地与气体环18接合(如图3所示)，从而使反应室容器12的内部密封。从反应室容器12内的环境中清除氧气，然后接通热灯26。
控制器44启动驱动组合件42使接受器30开始旋转。如同传统的做法那样，控制器44监控圆筒反应器11内分围的温度。如果控制器44检测到温度已超过最大运行温度，那么控制器就停止驱动圆筒反应器11(特别是灯泡26)，以免圆筒反应器损坏。在现有的圆筒反应器中，如果供应到圆筒反应器的冷却流体能够维持在或低于最大冷却流体温度，那么圆筒反应器决不会超过最大运行温度。当冷却流体为水时，在圆筒反应器11运行时的最大冷却流体温度约为75°F。
于是开始反应气体和载运气体的流动，用第一和第二喷嘴20、21将气体流喷入到反应室容器12内。虽然喷射到反应室容器12内的气体的流动是复杂的，但一般可以理解的是，从第一和第二喷嘴20、21射出的气流将会冲撞到反应室容器的背侧并沿背侧向下移动(如从图2的位置可看到的情况)然后沿前侧向上。最后，气体通过在反应室容器底部的排放口排放出去。载运气体载运的反应气体在反应室容器的环境内分解成气态硅和副产品。这个硅然后沉积在晶片的暴露表面上。
灯泡26的接通(通过继电器98的闭合)由传感器96检测到，将信号发给冷却系统控制器90，告知圆筒反应器已被活化。控制器90在接到圆筒反应器已被活化(驱动)的信号后，重新设定使冷却系统74在第一设定温度下运行，其时气体环18和密封板31的金属表面向反应室容器的内部暴露，冷却系统74就从这些金属表面上转移热量。从测量在第一冷却环路78内冷却流体温度的传感器92得到的温度信号通常高于第一设定温度(例如50°F±2°)。由此，控制器90以范围为4到20mA的电流的形式发出一个信号给转换器94，该信号指示阀门88的位置需要更动，以便从第一冷却环路78中的冷却流体取走更多的热。将电流变成压力的转换器94将电流信号转变为相应的压力信号，该信号被传送到第二冷却环路86内的阀门88上。
从转换器94传送来的压力信号使阀门88移动到一个更为开放的位置上，因此环绕第二环路86并通过热交换器76的冷却流体的流率便可增加。第二环路86中的冷却流体开始从第一环路78中的冷却流体移走更多的热量致使其温度下降。当灯泡26继续加热圆筒反应器的内部时，在第一环路内的冷却流体的温度有可能继续上升，结果使阀门88被控制器90进一步打开。因此一些小的调整可能发生，但最后控制器90能将阀门设定在一个基本上稳定的操作位置上。控制器90所采用传统的PID控制算法可使调整工作减到最少，并能加速对第一环路78内冷却流体温度的任何重大变化作出反应。
在沉积周期终止后，控制器44松开热灯继电器98使灯泡26关断。传感器96检测出圆筒反应器11的不活化状态，发出信号给冷却系统控制器90，使控制器将操作设定点重新设定到第二设定温度上(例如86°F±2°)。被温度传感器92检测出来的在第一冷却环路78内冷却流体的温度显然低于第二设定温度，因此控制器90现在发出信号给阀门88使它移动到一个更为(或完全)关闭的位置，从而限制环绕第二冷却环路86的冷却流体的流率。在第二冷却环路86内的冷却流体以减小的流率流动通过热交换器76，因此只从第一环路78内的冷却流体转移较少的热致使其温度上升到第二设定温度。温度上升是由于在圆筒反应器11内关断的热灯26的剩余热量被转移到第一环路78的冷却流体内所致。虽在在该较优的实施例内气体环18和密封板37的金属表面的加热是被动地完成的，但主动地加热如在热交换器76上用加热器或加热第二冷却环路86中的水也属于本发明的范围之内。
当沉积周期完成时，第一和第二喷嘴20、21便被关掉。在反应室29内进行适当的清洗操作后，提升密封板37将圆筒反应器11打开并将接受器30提升到至少部分跑到反应室容器12之外。这样，当密封板封闭反应室时对反应室暴露的气体环18和密封板37的金属表面现在便暴露在室内的空气中。不锈钢气体环18和密封板37的提高的温度可阻止水分被不锈钢吸取。这样，本发明的冷却系统74在两个方面都可得到优化，即当圆筒反应器活化时可延迟化学反应进行的速率，而当圆筒反应器不活化时在气体环18和密封板37上可阻止水分的被吸取并防止水分的凝结。延迟化学反应进行速率的效果及防止水分被吸取和凝结的效果对包括本发明冷却系统的圆筒反应器来说，不需要折衷办理。另外，当圆筒反应器11不活化时循环到圆筒反应器11的冷却流体的温度可能会超过圆筒反应器运行时允许的最大冷却流体温度，这点可更好地阻止水分的被吸取。
从上面所述，可见本发明的几个目的都能达到还可得到其他一些有利的结果。
由于在上述构造内能够作出各种变化而并不离开本发明的范围，因此希望上述说明和附图所包含的全部内容应被阐明为只是示范性的而并不是限定性的。
权利要求
1.在半导体晶片上化学汽相沉积材料用的圆筒反应器设备，该圆筒反应器设备包括一个圆筒反应器包括一个顶部敞开的容器，可用来将晶片接纳在该容器所形成的反应室内，一个用来加热反应室的加热器，以便使反应室内达到材料从气体沉积到晶片上所需的温度，一个通常设置在容器敞开顶部周围的气体环，用来发放气体，在该气体内含有要在反应室内沉积到晶片上的材料，一个安装在容器敞开顶部上的密封板，可用来将容器打开或密封地封闭其敞开的顶部，当密封板密封地封闭容器的敞开顶部时，气体环和密封板中至少有一个具有向反应室暴露的金属表面；和一个用来循环冷却流体的冷却系统，可用来在气体环和密封板中的至少一个与冷却流体之间进行传热，该冷却系统包括一个传热装置，可在冷却流体与另一个传热介质之间传热。一个冷却环路，与所说传热装置和圆筒反应器的金属表面具有热交换的关系，该冷却环路从所说传热装置延伸到所说密封板和气体环中的至少一个，再返回到传热装置，用来从所说传热装置发送冷却流体，再从圆筒反应器使冷却流体返回到所说传热装置，一个传感器，用来检测圆筒反应器是处在运行状态还是不在运行并发出一个与所检测到的圆筒反应器的运行状态对应的信号，一个控制器，用来控制在冷却流体和所说另一个传热介质之间的传热量，控制器被设计用来控制所说传热装置在冷却流体和所说另一个介质之间的传热，使冷却流体达到第一设定温度，当密封板密封地封闭容器的敞开顶部时，第一设定温度被选用来延迟作用在向反应室暴露的金属表面上的化学反应速率；而当密封板被打开时，控制器被设计用来控制所说传热装置，使冷却流体达到比第一设定温度高的第二设定温度，该温度被选用来阻止水的被金属表面所吸取。控制器与传感器连通，以便接受信号，从而控制所说传热装置，当圆筒反应器运行时使冷却流体达到第一设定温度。而当圆筒反应器停止运行时使冷却流体达到第二设定温度。
2.按照权利要求1的圆筒反应器设备，其特征为，所说传热装置的构造使它能从冷却环路的冷却流体中移走热量。
3.按照权利要求2的圆筒反应器设备，其特征为，冷却剂系统的冷却环路具有一个第一冷却环路，而所说传热装置具有一个含有一种冷却流体的第二冷却环路，第二冷却环路在热流上与第一冷却环路连通，以便用来从第一冷却环路的冷却流体中移走热量，而在第二冷却环路内有一阀门，可用来有选择地控制第二环路内的冷却流体的流量，从而可控制从第一冷却环路内的冷却流体转移到第二冷却环路内的冷却流体上的热量，该阀门与控制器连通并受控制器控制，以便达到第一和第二设定温度。
4.按照权利要求1或3的圆筒反应器设备，其特征为，传感器检测加热器是否在作用，当加热器不在作用而圆筒反应器不在运行时，及当加热器在作用而圆筒反应器在运行时，传感器都有信号发给控制器。
5.按照权利要求1的圆筒反应器设备还具有一个圆筒反应器控制器，当圆筒反应器运行时，该控制器适宜用来监控圆筒反应器内部的温度，圆筒反应器控制器的设计使它能在下列两种情况下中止圆筒反应器的运行，一种情况是如果监控到的温度超过最大运行温度，最大运行温度与最大冷却流体温度对应；另一种情况是当圆筒反应器被活化时，冷却系统控制器的第二设定温度如果比允许的最大冷却流体温度还要大时。
6.一种操作圆筒反应器的方法，可防止在圆筒反应器内加工的半导体晶片受到金属污染，该污染是由于圆筒反应器的金属表面起化学反应而引起的，该方法包括下列步骤将圆筒反应器打开，将半导体晶片放入到圆筒反应器的反应室内，准备用化学汽相沉积法在晶片上沉积材料；将反应室封严；使圆筒反应器活化，以便将气体发送到反应室内，在该气体内含有可沉积到晶片上的材料；当圆筒反应器被活化时，在圆筒反应器的金属表面与冷却流体之间进行传热，其时反应室被密封，上述金属表面向反应室暴露；控制这个传热，使金属表面维持在第一温度，这个温度被选用为的是当圆筒反应器被活化时使金属表面上的化学反应推迟发生；停止活化圆筒反应器；将圆筒反应器打开，使反应室内的晶片露出，以便从圆筒反应器中移走；当圆筒反应器停止活化时，在圆筒反应器的金属表面与冷却流体之间进行传热，其时反应室被密封，上述金属表面向反应室暴露；控制这个传热，使金属表面在圆筒反应器停止活化时维持在一个比第一温度高的第二温度，该温度被选用是因为当圆筒反应器停止活化时可延迟水的被吸附在金属表面上。
7.按照权利要求6的操作圆筒反应器的方法，其特征为，所说传热工步是由冷却系统循环冷却流体来完成的，冷却系统包括一个控制器用来控制从金属表面传出的热，而所说传热步骤包括下列步骤当圆筒反应器被活化时按第一设定温度控制金属表面和冷却系统中冷却流体之间的传热；当圆筒反应器停止活化时按比第一设定温度大的第二设定温度控制金属表面和冷却系统中冷却流体之间的传热；
8.按照权利要求7的操作圆筒反应器的方法，其特征为，冷却系统具有第一冷却环路，该环路从一个热交换器延伸到圆筒反应器内的金属表面；还有在热交换器与第一冷却环路在热流上连通的第二冷却环路，其内含有冷却流体，其中按第一设定点操作控制器的步骤为使第二冷却环路内的冷却流体一般按第一速率流动通过第二冷却环路；按第二设定点操作控制器的步骤为使第二冷却环路内的冷却流体一般按比第一速率小的第二速率流动通过第二冷却环路。
9.按照权利要求8的方法，其特征为，按照第一和第二设定点操作控制器的工步还包括控制一个在第二冷却环路内的阀门。
10.按照权利要求7的方法还包括下列步骤监控圆筒反应器的内部温度，如果监控温度超过最大操作温度就立即使圆筒反应器停止活化，最大操作温度一般与最大冷却流体温度对应，该最大冷却温度能够转移热量使圆筒反应器内部维持在或低于最大操作温度；按第二设定点操作控制器的步骤还包括操作控制传热的控制器的工步以便使冷却流体维持在一个比圆筒反应器被活化时容许的最大冷却流体温度高的温度。
全文摘要
用化学汽相沉积将材料沉积在半导体晶片上的圆筒学反应器有一冷却系统可保护半导体晶片免受圆筒反应器金属表面的分解所造成的金属污染。分解是由水与圆筒反应器内的其他物质(如HCl)反应而引起的。冷却系统有一控制器可监控圆筒反应器的运行状态并据以按设定点操作。当圆筒反应器运行时其金属表面被维持在较冷状态借以使腐蚀性的化学反应推迟发生,而当圆筒反应器不运行时则维持在较热状态以便防止水的吸附并凝结在金属表面上。
文档编号H01L21/205GK1195036SQ9711716
公开日1998年10月7日 申请日期1997年7月23日 优先权日1996年7月26日
发明者埃里克·L·盖洛德, 查尔斯·H·米勒 申请人:Memc电子材料有限公司