CN112813405B - 提供低温差操作气体的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明为一种提供低温差操作气体的方法，其适用于提供操作气体至气相沉积反应炉的气动驱动机构，反应炉包括一晶圆反应区以及一废热区。低温差操作气体方法包括下列步骤，首先提供反应炉；接着提供操作气体经过反应炉的废热区，令加热后的操作气体成为增温操作气体；最后将增温操作气体导入反应炉的气动驱动机构，使气动驱动机构通过增温操作气体作动。本发明能提供与反应炉反应温差较小的操作气体，从而降低操作气体对于反应炉中温度的影响，维持制作晶圆的品质。

Description

提供低温差操作气体的方法
技术领域
本发明涉及一种应用于制造或处理半导体的技术，特别是指一种提供低温差操作气体的方法。
背景技术
有机金属化学气相沉积法(Metal-organic Chemical Vapor Deposition，MOCVD)，意指利用气相中发生的物理及化学过程，在固体表面形成沉积物的技术。常见被应用在半导体晶圆的反应面形成薄膜的制程方法。
请参图1，目前有机金属化学气相沉积法在一反应炉80中进行。进行气相沉积时，反应炉80提供一加热单元82对反应腔84加热到高温至少600℃以上。以通过一喷头86将反应气体供给单元87提供的载气及有机金属气体，导入高温的反应腔84中，进行气相沉积反应，以在晶圆(图中未示)的反应面上成长半导体薄膜。反应完成的废气则汇入废气汇集单元88，再进入废弃回收单元90，以进行废气净化等后续废气的处理。
除此之外，为了使薄膜均匀地沉积，反应炉80更提供承载晶圆的晶圆承载单元92，带动晶圆高速旋转，以在气相沉积时，薄膜能均匀地沉积于晶圆上。目前反应炉80中操作晶圆的旋转的机构，是采用操作气体供给单元94提供操作气体至气动驱动机构96，令气动驱动机构96驱动晶圆承载单元92，以带动晶圆旋转。
在进行气相沉积反应时，反应腔84内会处于至少600℃以上的高温状态。此时，若操作气体供给单元94提供的操作气体，其温度若与反应腔84内的温度差距过大时，操作气体的输入会影响到反应腔84的温度，从而干扰到晶圆反应面上的沉积，进而影响晶圆制作的品质。
有鉴于此，本发明遂针对上述现有技术的缺失，提出一种提供低温差操作气体的方法，以有效克服上述的所述的这些问题。
发明内容
本发明的主要目的在提供一种提供低温差操作气体的方法，其可提供与反应炉反应温差较小的操作气体，以提供给反应炉进行操作，从而降低操作气体对于反应炉中温度的影响，以维持晶圆制程的品质。
为达上述的目的，本发明系提供一种提供低温差操作气体的方法，其适用于提供操作气体至气相沉积反应炉的气动驱动机构，反应炉包括一晶圆反应区以及一废热区，低温差操作气体方法包括下列步骤，首先提供反应炉。接着，提供操作气体经过反应炉的废热区，以加热操作气体，使其成为增温操作气体。最后将增温操作气体导入反应炉的气动驱动机构，使气动驱动机构通过增温操作气体作动。
在本实施例中，增温操作气体产生增温操作气体的步骤中，增温操作气体为废热区通过接触传导、热对流传导或辐射热传导对操作气体增温，以成为增温操作气体。
在本实施例中，其中操作气体根据经过废热区的距离改变增温时间。
在本实施例中，其中提供操作气体经过废热区的步骤包括，提供一操作气体通道，连接气动驱动机构且环绕在废热区中；经由操作气体通道，供给操作气体至气动驱动机构。
在本实施例中，其中操作气体通道通过反应炉的底部的废热区。
在本实施例中，其中操作气体通道通过反应炉的顶部的废热区。
在本实施例中，其中操作气体通道通过反应炉的两侧的废热区。
在本实施例中，其中操作气体通道通过反应炉的顶部及两侧的废热区。
在本实施例中，其中操作气体通道通过反应炉的底部及两侧的废热区。
综上所述，本发明可提供与反应炉反应温差较小的操作气体，以提供给反应炉进行操作，从而降低操作气体对于反应炉中温度的影响，以维持晶圆制程的品质。
底下凭借具体实施例详加说明，当更容易了解本发明的目的、技术内容、特点及其所达成的功效。
附图说明
图1为现有反应炉装置方块图。
图2为本发明的方法应用的系统方块图。
图3为本发明的方法流程图。
图4为本发明的方法应用另一实施例的系统方块图。
附图标记说明：1-反应炉；10-反应腔；12-晶圆承载单元；120-气动驱动机构；14-操作气体供给单元；16-加热单元；18-喷头；20-反应气体供给单元；22-废气汇集单元；24-废气回收单元；26-晶圆反应区；28-废热区；30-操作气体通道；2-反应炉；40-反应腔；42-晶圆承载单元；420-气动驱动机构；44-操作气体供给单元；46-加热单元；48-喷头；50-反应气体供给单元；52-废气汇集单元；54-废气回收单元；56-晶圆反应区；58-废热区；60-操作气体通道；80-反应炉；82-加热单元；84-反应腔；86-喷头；87-反应气体供给单元；88-废气汇集单元；90-废气回收单元；92-晶圆承载单元；94-操作气体供给单元；96-气动驱动机构。
具体实施方式
本发明提供一种提供低温差操作气体的方法，其适用于提供与反应炉反应温度，温差较小的操作气体，至气相沉积反应炉的气动驱动机构，从而降低操作气体对于反应炉中温度的影响。
请参图2及图3，以说明提供低温差操作气体的方法及其具体实施方式。提供低温差操作气体的方法首先进入步骤S10，提供面上型的一反应炉1。如图3所示，反应炉1为用以提供进行气相沉积的装置。反应炉1结构包括一反应腔10、一晶圆承载单元12、一操作气体供给单元14、一加热单元16、一喷头18、一反应气体供给单元20、一废气汇集单元22以及一废气回收单元24。
反应腔10内且靠近底部设置晶圆承载单元12，晶圆承载单元12用以承载进行气相沉积反应的晶圆(图中未示)，且令晶圆的反应面并朝上，晶圆承载单元12包括一气动驱动机构120，气动驱动机构120连接操作气体供给单元14，以接收操作气体供给单元14所提供的操作气体，如此利用操作气体驱动晶圆转动，以在进行气相沉积时，薄膜均匀地沉积于晶圆上面。
加热单元16提供设置在反应腔10内且位于晶圆承载单元12上方。加热单元16用于提供辐射热源给晶圆承载单元12上的晶圆。在本实施例中，加热单元16形态可为热阻式加热器、红外线加热器或感应式加热器，或者可为前述各种加热器的组合。
喷头18设置在反应腔10内，且喷头18连接反应气体供给单元20，反应气体供给单元20用以提供包括载气及有机金属气体的反应气体至喷头18喷出，令反应气体搭配加热单元16的温度，与晶圆承载单元12上的晶圆进行气相沉积反应，以在晶圆上形成薄膜。
废气汇集单元22设置在反应腔10内，以收集完成气相沉积反应后的废气，废气汇集单元22更连接废气回收单元24，以接收废气进行下一阶段的净化废气等处理。
除上述结构之外，本实施例更在反应炉1中定义出一晶圆反应区26以及一废热区28。晶圆反应区26即为反应腔10内进行气相沉积反应的区域，其余反应炉1上不属于晶圆反应区26的位置则定义为废热区28。在本实施例中，废热区28包括反应腔10的腔壁及其周边区域，以及废气回收单元22。
在本实施例步骤S10提供反应炉1后，接续进入步骤S12，提供操作气体经过反应炉1的废热区28，以加热操作气体，使操作气体成为增温操作气体。其中增温操作气体为废热区28通过接触传导、热对流传导或辐射热传导对操作气体增温，以成为增温操作气体，且操作气体根据经过废热区的距离改变增温时间。
请持续参照图3，在本实施例中，步骤S12中对操作气体加热手段系通过在废热区28中设置操作气体通道30，令操作气体在操作气体通道30中流动时，操作气体可吸收废热区28的热能，将操作气体加热成为增温操作气体。详细来说，本实施例提供操作气体通道30连通气动驱动机构120以及操作气体供给单元14，且操作气体通道30环绕设置在废热区28中，使操作气体供给单元14提供操作气体至气动驱动机构120时，操作气体经由操作气体通道30中流动，同时吸收废热区28的热能升温，形成增温操作气体。在本实施例中，操作气体通道通30过反应炉1的反应腔10底部的废热区28，操作气体根据操作气体通道通30经过废热区28的距离改变增温时间，操作气体通道通30经过废热区28的距离越长，当然增温的时间也就越多。
当然操作气体通道30除了上述实施例，通过反应腔10底部的废热区28之外，操作气体通道30也可通过反应炉1的反应腔10的顶部、两侧、顶部及两侧或底部及两侧的废热区26。操作气体通道30设置在废热区28的位置并不以上述实施例为限制。再者，由于废热区28包括废气汇集单元22，因此操作气体通道30除了上述设置在反应腔10周边的位置之外，操作气体通道通30过也可通过废气汇集单元22，令操作气体吸收废气汇集单元22的热能，形成增温操作气体。
最后步骤S14，将操作气体通道30中的增温操作气体导入反应炉1的气动驱动机构120，使气动驱动机构120通过增温操作气体作动，如此驱动晶圆旋转，令薄膜均匀地沉积于晶圆上面。
通过上述本发明的方法，能利用反应腔的热能，产生温度差异较小的低温差的增温操作气体，能降低操作气体对于反应炉中温度的影响，避免干扰到晶圆反应面上的沉积，以维持晶圆制程的品质。
接着请参图4，以说明发明另一实施例，本发明的方法除了应用在上述实施例提到的面上型反应炉之外，本发明的方法也可用在面下型(face down)的反应炉2中。请配合参照图2及图4，说明提供低温差操作气体的方法应用于面下型的反应炉2的具体实施方式。首先进入步骤S10，提供面下型一反应炉2。如图4所示，反应炉2与上述实施例相同，包括有一反应腔40、一晶圆承载单元42、一操作气体供给单元44、一加热单元46、一喷头48、一反应气体供给单元50、一废气汇集单元52以及一废气回收单元54。
在本实施例中，晶圆承载单元42设置于反应腔40内且靠近反应腔40顶部，令晶圆承载单元42上承载的晶圆(图中未示)的反应面向下，并外露于反应腔40内。加热单元46设置在反应腔40内且位于晶圆承载单元42下方。加热单元46用于提供辐射热源给晶圆承载单元42上的晶圆。其余操作气体供给单元44、喷头48、反应气体供给单元50、废气汇集单元52以及废气回收单元54的结构及设置位置都与上述实施例相同，故不再重复赘述。
在本实施例，反应炉2也包括一晶圆反应区56以及一废热区58。晶圆反应区56与废热区58定义都与上述实施例相同，晶圆反应区56为进行气相沉积反应的区域，其余反应炉2上不属于晶圆反应区56的位置，包括反应腔40的腔壁及其周边区域，以及废气回收单元52，定义为废热区58。
在说明完步骤S10所提供反应炉2的结构后，接续进入步骤S12，提供操作气体经过反应炉1的废热区58，以加热操作气体，使操作气体成为增温操作气体。其中增温操作气体为废热区58通过接触传导、热对流传导或辐射热传导对操作气体增温，以成为增温操作气体，且操作气体根据经过废热区的距离改变增温时间。
请持续参图4，在本实施例中，步骤S12中对操作气体加热手段系通过在废热区58中设置操作气体通道60。其中操作气体通道60连通气动驱动机构420以及操作气体供给单元44，因此当操作气体供给单元44提供操作气体至气动驱动机构420时，操作气体会在操作气体通道60中流动。同时因操作气体通道60设置在废热区58中，使得在操作气体通道60中流动的操作气体，能吸收废热区58的热能升温，形成增温操作气体。在本实施例中，操作气体通道通60过反应炉2的反应腔40顶部的废热区58，操作气体根据操作气体通道通60经过废热区58的距离改变增温时间，操作气体通道通60经过废热区58的距离越长，当然增温的时间也就越多。
当然操作气体通道60除了上述实施例，通过反应腔40顶部的废热区58之外，操作气体通道60也可通过反应炉2的反应腔40底部、两侧、顶部及两侧或底部及两侧的废热区58，并不以上述实施例为限制。再者，由于废热区58包括废气汇集单元52，因此操作气体通道60除了上述设置在反应腔40周边的位置之外，操作气体通道通60过也可通过废气汇集单元52，令操作气体吸收废气汇集单元52的热能，形成增温操作气体。
最后步骤S14，将增温操作气体导入反应炉2的气动驱动机构420，也就是将操作气体通道60中成为的增温操作气体导入反应炉2的气动驱动机构420，使气动驱动机构420通过增温操作气体作动，如此驱动晶圆旋转，令薄膜均匀地沉积于晶圆上面。
综上所述，本发明可提供与反应炉反应温差较小的操作气体，以提供给反应炉进行操作，从而降低操作气体对于反应炉中温度的影响，以维持晶圆制程的品质。
以上说明对本发明而言只是说明性的，而非限制性的，本领域普通技术人员理解，在不脱离权利要求所限定的精神和范围的情况下，可作出许多修改、变化或等效，但都将落入本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种提供低温差操作气体的方法，其适用于提供操作气体至气相沉积反应炉的气动驱动机构，该反应炉包括一晶圆反应区以及一废热区，其特征在于，该低温差操作气体方法包括下列步骤：
提供该反应炉；
提供该操作气体经过该反应炉的该废热区，以加热该操作气体，成为增温操作气体；以及
将该增温操作气体导入该反应炉的该气动驱动机构，使该气动驱动机构通过该增温操作气体作动。
2.如权利要求1所述的提供低温差操作气体的方法，其特征在于：在加热该操作气体产生该增温操作气体的步骤中，其中该增温该操作气体为该废热区通过接触传导、热对流传导或辐射热传导对该操作气体增温，以成为该增温操作气体。
3.如权利要求1所述的提供低温差操作气体的方法，其特征在于：该操作气体根据经过该废热区的距离改变增温时间。
4.如权利要求1所述的提供低温差操作气体的方法，其特征在于：提供该操作气体经过该反应炉的该废热区的步骤，包括：
提供一操作气体通道，连接该气动驱动机构且环绕在该废热区中；以及
经由该操作气体通道，供给该操作气体至该气动驱动机构。
5.如权利要求4所述的提供低温差操作气体的方法，其特征在于：该操作气体通道通过该反应炉的底部的该废热区。
6.如权利要求4所述的提供低温差操作气体的方法，其特征在于：该操作气体通道通过该反应炉的顶部的该废热区。
7.如权利要求4所述的提供低温差操作气体的方法，其特征在于：该操作气体通道通过该反应炉的两侧的该废热区。
8.如权利要求4所述的提供低温差操作气体的方法，其特征在于：该操作气体通道通过该反应炉的顶部及两侧的该废热区。
9.如权利要求4所述的提供低温差操作气体的方法，其特征在于：该操作气体通道通过该反应炉的底部及两侧的该废热区。
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