TW201807248A - 白努利效應的底座及磊晶設備 - Google Patents

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Abstract

本發明提供一種白努利效應的底座及包含有該白努利效應的底座的磊晶設備，其中該白努利效應的底座包括有底座主體及設於所述底座主體背面的支撐杆，其中：所述底座主體內部設有空腔；所述支撐杆中設有與所述空腔連通的噴射氣體供氣孔；所述底座主體正面設有複數個與所述空腔連通的噴射氣體出氣孔；所述噴射氣體出氣孔向所述底座主體外側傾斜以便自所述底座主體之正面朝向所述底座主體之外側噴射氣體，使所述底座主體之正面氣壓降低，利用白努利效應將晶圓吸附於所述底座主體之正面。本發明的磊晶設備在同一反應腔內可同時生長2片磊晶片，有利於提高產率；晶圓與底座之間無直接接觸；並且晶圓加熱主要是通過底座的熱輻射和熱傳導，底座表面不易生長磊晶層，因此能夠克服由於磊晶層較厚而引起的粘片問題。

Description

白努利效應的底座及磊晶設備
本發明屬於半導體製造領域，涉及一種白努利效應的底座及磊晶設備。
目前眾多功率元件廠商正從8吋工廠(fab)逐漸過渡至12吋工廠(fab)，為滿足功率元件之基底的要求，12吋之矽基底需要有單層或多層厚度大於20um的磊晶層。然而，現有的12吋單片矽磊晶技術在生長厚磊晶矽層(>20um)時，存在以下幾個缺點：1、由於矽磊晶之生長速率較慢，一般<5um/min，因此在生長厚膜時，由於單個磊晶爐內僅能放置一片矽基底，因此產量較低。2、隨著磊晶層厚度的增加，晶圓(wafer)和底座(susceptor)之間容易發生粘附(stick)現象，造成取片困難。
第1圖繪示現有技術中生長矽磊晶層的示意圖，其中，底座101放置於生長腔室102內，晶圓103放置於所述底座101上，所述生長腔室102之外部上方及下方均設有加熱燈管104，矽磊晶層105在所述晶圓103(矽基底)之表面生長。圖中箭頭顯示了熱傳導方向。由於晶圓103與底座101之間有接觸，且晶圓103之正面經由加熱燈管104直接地加熱，底座101之表面也會生長出矽層，造成底座101與晶圓103粘附在一起，在取片過程中造成取片困難，且容易造成矽磊晶層之邊緣翹曲。
為了解決產量較低的問題，應用材料公司(AMAT)的磊晶爐採用一種群(cluster)多腔室的設計，即多個腔室(chamber)共用一個加料室(transfer chamber)，由此來提高產能。第2圖繪示現有技術中群多腔室的結構示意圖，其中，第一腔室、第二腔室、第三腔室及第四腔室共用一個加料室。但是這種設計的本質是將幾個腔室整合在一個機台，每個腔室仍然只能放置一片晶圓，沒有從根本上解決問題。
為解決粘片的問題，通常需要將較厚的磊晶膜進行分次生長。例如，對於60um的磊晶層，需要分三次，單次20um進行生長，每層磊晶膜生長之間，晶圓需要傳送出反應腔室(reactor)，並對腔室內及底座表面進行氯化氫刻蝕以去除矽層。第3圖繪示現有技術中將厚磊晶層分為n次生長的示意圖。這種方法雖然可以解決粘片問題，但是腔室蝕刻以及多次升溫與降溫將會耗費很多時間，導致產率大大降低。
因此，如何提供一種新的底座及磊晶設備，以避免晶圓與底座之間的粘片問題，並且提高產率，成為本領域技術人員急需解決的一個重要技術問題。
鑒於以上現有技術的缺點，本發明的目的在於提供一種白努利效應的底座及磊晶設備，用於解決現有技術中生長厚磊晶層時產率較低、且容易引起粘片的問題。
為實現上述目的及其他相關目的，本發明提供一種白努利效應的底座，包括：一底座主體；及設於所述底座主體背面的一支撐杆；其中所述底座主體內部設有至少一空腔，所述支撐杆中設有與所述空腔連通 的至少一噴射氣體供氣孔；所述底座主體之正面設有複數個與所述空腔連通的噴射氣體出氣孔；所述複數個噴射氣體出氣孔向所述底座主體之外側傾斜，以便自所述底座主體之正面向所述底座主體之外側噴射氣體而使得所述底座主體之正面的氣壓降低，利用白努利效應將一晶圓吸附於所述底座主體之正面。
如上所述，本發明的白努利效應的底座及磊晶設備，具有以下有益效果：(1)本發明的白努利效應的底座包括底座主體及設於所述底座主體背面的支撐杆，其中：所述底座主體內部設有空腔，所述支撐杆中設有與所述空腔連通的噴射氣體供氣孔；所述底座主體正面設有複數個與所述空腔連通的噴射氣體出氣孔；該底座透過將氣流輸送至晶圓之背面，使得晶圓之背面與正面的氣體流速不同，根據白努利定理，晶圓之背面與正面將受到的壓力不同，該壓力差使得晶圓與底座緊密吸附在一起，進而實現晶圓的支撐；(2)利用白努利定理，使得晶圓之兩側的壓差足以克服晶圓之重力影響，因此，在傳統的晶圓的位置的上方，透過本發明的白努利效應的底座再放置一片晶圓，即本發明的磊晶設備在同一反應腔內包含2個所述白努利效應的底座，可同時生長2片磊晶片，有利於節約反應氣體，降低加熱燈管之功耗，且同時生長2片磊晶片將有助於節約腔室蝕刻、升溫與降溫時間，進而提高產率；(3)晶圓與底座之間由於有噴射氣體的存在，因此無直接接觸；並且晶圓加熱主要是透過底座的熱輻射和熱傳導，磊晶層主要生長 於晶圓之表面，在底座表之面不容易生長出磊晶層，因此能夠克服由於磊晶層較厚而引起的粘片問題。
101‧‧‧底座
102‧‧‧生長腔室
103‧‧‧晶圓
104‧‧‧加熱燈管
105‧‧‧矽磊晶層
201‧‧‧底座主體
202‧‧‧支撐杆
203‧‧‧空腔
204‧‧‧噴射氣體供氣孔
205‧‧‧噴射氣體出氣孔
206‧‧‧環形管路
207‧‧‧條形管路
208‧‧‧石英腔室
209‧‧‧反應氣體進氣口
210‧‧‧反應氣體尾氣口
211‧‧‧吹掃氣體進氣口
212‧‧‧加熱燈管
213‧‧‧晶圓
214‧‧‧磊晶層
第1圖繪示現有技術中生長矽磊晶層的示意圖。
第2圖繪示現有技術中群多腔室的結構示意圖。
第3圖繪示現有技術中將厚磊晶層分為n次生長的示意圖。
第4圖繪示本發明的白努利效應的底座的剖示圖。
第5圖繪示本發明的白努利效應的底座的正面結構示意圖。
第6圖繪示本發明的白努利效應的底座內部空腔的俯視圖。
第7圖繪示本發明的磊晶設備的結構示意圖。
第8圖繪示本發明的磊晶設備在生長磊晶層時的熱傳導示意圖。
以下透過特定的具體實例說明本發明的實施方式，本發明所屬技術領域中具有通常知識者可由本說明書所揭露的內容輕易地瞭解本發明的其他優點與功效。本發明還可以透過另外不同的具體實施方式加以實施或應用，本說明書中的各項細節也可以基於不同觀點與應用，在沒有背離本發明的精神下進行各種修飾或改變。
請參閱第4圖至第8圖。需要說明的是，本實施例中所提供的圖示僅以示意方式說明本發明的基本構想，遂圖式中僅顯示與本發明中有關的組件而非按照實際實施時的元件數目、形狀及尺寸繪製，其實際實施時各元件的型態、數量及比例可為一種隨意的改變，且其元件佈局型態也 可能更為複雜。
本發明提供一種白努利效應的底座的第一實施例，第4圖繪示該底座的剖示圖，包括一底座主體201及設於所述底座主體201背面的一支撐杆202，其中所述底座主體201之內部設有一空腔203。所述支撐杆202中設有與所述空腔203連通的噴射氣體供氣孔204。所述底座主體201之正面設有複數個與所述空腔203連通的噴射氣體出氣孔205。所述複數個噴射氣體出氣孔205朝向所述底座主體201之外側傾斜以便自所述底座主體201之正面朝向所述底座主體201之外側噴射氣體，使所述底座主體201正面的氣壓降低，利用白努利效應將晶圓吸附於所述底座主體201之正面。
具體而言，所述噴射氣體出氣孔205靠近所述底座主體201之正面的邊緣區域，以利於噴射氣體的排出。第5圖繪示所述白努利效應的底座的正面結構示意圖。此處“靠近所述底座主體之正面的邊緣區域”是指所述噴射氣體出氣孔205與所述底座主體201之邊緣的距離小於所述噴射氣體出氣孔205與所述底座主體201之中心的距離。
具體而言，所述底座主體201之內部設有N套獨立設置的所述空腔203，其中，N為大於1的整數；所述支撐杆202中相應地設有N個所述噴射氣體供應孔204，這N個噴射氣體供應孔204分別與對應的空腔203連通；所述底座主體201之正面的所述複數個噴射氣體出氣孔205分為N組，每組噴射氣體出氣孔205分別與對應的一個空腔203連通。
透過設置多套獨立的所述空腔203，可有利於更加靈活控制噴射氣體的流速，使得所述白努利效應的底座更加穩定地吸附晶圓。
在一實施例中，2N5。其中，第4圖與第5圖繪示所述底座 主體201之內部設有2套獨立設置的所述空腔203、2個獨立設置的所述噴射氣體供應孔204及2組所述噴射氣體出氣孔205的情形。
在一實施例中，每組噴射氣體出氣孔205均包括8個噴射氣體出氣孔，且8個噴射氣體出氣孔均勻分佈於一個圓環上。在其它實施例中，每組噴射氣體出氣孔所包含的孔數目也可以為其它數目，例如3-50個，且其分佈也可根據需要進行調整，此處不應過分限制本發明的保護範圍。
具體而言，所述空腔203包括至少兩條管路。本實施例中，所述空腔203包括一條環形管路206及至少一條條形管路207；所述環形管路206與所述噴射氣體出氣孔205連通，所述條形管路207的一端連通所述環形管路206而另一端連通所述噴射氣體供氣孔205。其中，第6圖繪示所述空腔203包括一條環形管路206及八條條形管路207的情形。本實施例中，所述條形管路207為直線型，在其它實施例中，所述條形管路207也可以為曲線型或折線形等。
可以理解的，在其它實施例中，所述空腔203也可為其它圖形，只要保證連通所述噴射氣體出氣孔205與所述噴射氣體供氣孔203即可，此處不應過分限制本發明的保護範圍。
本發明的白努利效應的底座透過將氣流輸送至晶圓之背面，使得晶圓之背面與正面的氣體流速不同，利用白努利定理使得晶圓之背面與正面受到的壓力不同，該壓力差將晶圓與底座緊密吸附在一起以實現晶圓的支撐；並且透過控制噴射氣體之流速，可使得壓差夠大而足以克服晶圓重力的影響，使得本發明的白努利效應的底座不僅可以正面朝上吸附晶圓，還可以正面朝下吸附晶圓。
本發明還提供一種磊晶設備，所述磊晶設備包括第一實施例的白努利效應的底座。
具體而言，所述磊晶設備於同一反應腔室中可以僅包含一個所述白努利效應的底座，也可以包含兩個所述白努利效應的底座。
第7圖繪示所述磊晶設備於同一反應腔室中包含兩個所述白努利效應的底座時的結構示意圖，其中，所述磊晶設備包括一石英腔室208；所述石英腔室208中設有兩個所述白努利效應的底座；所述兩個白努利效應的底座之正面彼此相對且分別位於所述石英腔室208之上部與下部。
在一實施例中，兩個白努利效應的底座的支撐杆202分別穿設於所述石英腔室208的頂面與底面。
具體而言，所述石英腔室208包括一反應氣體進氣口209及一反應氣體尾氣口210；所述反應氣體進氣口209及反應氣體尾氣口210分別設於所述石英腔室208的一對相對的側面上，且當所述石英腔室208水平地放置時，所述反應氣體進氣口209所在之水平面及所述反應氣體尾氣口210所在之水平面均位於兩個白努利效應的底座之間。
具體而言，石英腔室208中設有所述反應氣體進氣口209之側面上還設有兩個吹掃氣體進氣口211，這兩個吹掃氣體進氣口211分別位於所述反應氣體進氣口209之上方及下方，以便帶走所述噴射氣體出氣孔205噴出的氣體。
在一實施例中，所述反應氣體包括三氯氫矽(SiHCl3，簡稱TCS)。在其它實施例中，所述反應氣體也可以採用其它含矽氣體，例如矽烷(SiH4)、二氯矽烷(SiH2Cl2，簡稱DCS)等。同時，所述反應氣體進氣口209 還可以用於輸入載氣，例如氫氣。
在一實施例中，當要製備摻雜矽磊晶層時，所述反應氣體還可包含有雜質氣體以便得到P型矽磊晶層或N型矽磊晶層。其中，N型雜質氣體可採用磷烷(PH3)或砷烷(AsH3)，P型雜質氣體可採用硼烷(B2H6)。
在一實施例中，所述吹掃氣體及所述噴射氣體均採用氫氣，其本身可以作為載氣。
具體而言，所述石英腔室208之外部上方及外部下方均設有加熱燈管212。所述加熱燈管212可採用鹵素燈管，以便將晶圓213加熱至工作所需的溫度，上下兩組呈90度交錯的燈管可保證晶圓213的溫度均勻性。
第7圖中採用空心箭頭表示反應氣體與吹掃氣體的流向，採用實心箭頭示表示噴射氣體的流向。其中，所述噴射氣體出氣口205的噴射氣體流速大於兩個底座之間反應氣體的流速，利用白努利效應將晶圓213緊緊吸附與所述底座主體201之正面。
本發明的磊晶設備由於在傳統的晶圓的位置之上方設置了另一個白努利效應的底座以遮擋住石英腔室之上部加熱燈管的光線，藉此避免晶圓之表面被加熱燈管直接地加熱，使得晶圓之加熱主要是透過底座的熱輻射和熱傳導。其中，第8圖中採用箭頭表示熱傳導方向。
本發明的磊晶設備在同一反應腔內包含2個所述白努利效應的底座，因此，可同時生長2片磊晶片，有利於節約反應氣體，降低加熱燈管之功耗，並且同時生長2片磊晶片更有助於節約腔室蝕刻、升溫與降溫時間，進而提高產率。晶圓213與底座之間由於有噴射氣體的存在，因此無直接接觸，並且晶圓213之加熱主要是透過底座的熱輻射和熱傳導，磊晶層214 主要生長於晶圓213表面，在底座之表面不易生長磊晶層，因此能夠克服由於磊晶層較厚而引起的粘片問題。
綜上所述，本發明的白努利效應的底座及磊晶設備，具有以下有益效果：(1)本發明的白努利效應的底座包括底座主體及設於所述底座主體背面的支撐杆，其中：所述底座主體內部設有空腔，所述支撐杆中設有與所述空腔連通的噴射氣體供氣孔；所述底座主體正面設有複數個與所述空腔連通的噴射氣體出氣孔；該底座通過將氣流輸送至晶圓背面，使得晶圓背面與正面氣體流速不同，利用白努利定理，使得晶圓之背面與正面受到的壓力不同，該壓力差將晶圓與底座緊密吸附在一起，以實現晶圓的支撐；(2)利用白努利定理，使得晶圓兩側的壓差足以克服晶圓重力的影響，因此可以在傳統的晶圓的位置之上方，透過本發明的白努利效應的底座再放置一片晶圓，即本發明的磊晶設備在同一反應腔內包含2個所述白努利效應的底座，可同時生長2片磊晶片，有利於節約反應氣體，降低加熱燈管功耗，並且同時生長2片磊晶片有助於節約腔室蝕刻、升溫與降溫時間，進而提高產率；(3)晶圓與底座之間由於有噴射氣體的存在，因此無直接接觸；並且晶圓之加熱主要是通過底座的熱輻射和熱傳導，磊晶層主要生長於晶圓之表面，在底座之表面不易生長磊晶層，因此能夠克服由於磊晶層較厚而引起的粘片問題。
所以，本發明有效克服了現有技術中的種種缺點而具高度產 業利用價值。
上述實施例僅例示性說明本發明的原理及其功效，而非用於限制本發明。任何熟悉此技術的人士皆可在不違背本發明的精神及範疇下，對上述實施例進行修飾或改變。因此，舉凡所屬技術領域中具有通常知識者在未脫離本發明所揭示的精神與技術思想下所完成的一切等效修飾或改變，仍應由本發明的申請專利範圍所涵蓋。
201‧‧‧底座主體
202‧‧‧支撐杆
203‧‧‧空腔
204‧‧‧噴射氣體供氣孔
205‧‧‧噴射氣體出氣孔

Claims (12)

  1. 一種白努利效應的底座，包括：一底座主體；及設於所述底座主體背面的一支撐杆；其中所述底座主體內部設有至少一空腔，所述支撐杆中設有與所述空腔連通的至少一噴射氣體供氣孔；所述底座主體之正面設有複數個與所述空腔連通的噴射氣體出氣孔；所述複數個噴射氣體出氣孔朝向所述底座主體之外側傾斜，以便自所述底座主體之正面朝向所述底座主體之外側噴射氣體而使得所述底座主體之正面的氣壓降低，利用白努利效應將一晶圓吸附於所述底座主體之正面。
  2. 如請求項1所述的白努利效應的底座，其中所述複數個噴射氣體出氣孔靠近所述底座之正面的邊緣區域。
  3. 如請求項1所述的白努利效應的底座，其中所述底座主體之內部設有N套獨立設置的所述空腔，其中，N為大於1的整數；所述支撐杆中相應地設有N個所述噴射氣體供應孔，該些噴射氣體供應孔分別連接於與該些空腔；所述底座主體之正面的所述複數個噴射氣體出氣孔分為N組，每一組噴射氣體出氣孔分別與相應的一個所述空腔連通。
  4. 如請求項3所述的白努利效應的底座，其中2N5。
  5. 如請求項1所述的白努利效應的底座，其中所述空腔包含至少兩條管路。
  6. 如請求項5所述的白努利效應的底座，其中所述空腔包括一條環形管路及至少一條條形管路；所述環形管路與所述複數個噴射氣體出氣孔連通，所述條形管路的一端連通所述環形管路而另一端連通所述至少一噴射氣體 供氣孔。
  7. 一種磊晶設備，包括：至少一個如請求項1~6中任一項所述的白努利效應的底座。
  8. 如請求項7所述的磊晶設備，還包括一石英腔室，所述石英腔室中設有兩個所述白努利效應的底座，所述兩個白努利效應的底座之正面彼此相對且分別位於所述石英腔室之上部與下部。
  9. 如請求項8所述的磊晶設備，其中兩個所述白努利效應的底座的支撐杆分別穿設於所述石英腔室的頂面與底面。
  10. 如請求項8所述的磊晶設備，其中所述石英腔室包括一反應氣體進氣口以及一反應氣體尾氣口，所述反應氣體進氣口及所述反應氣體尾氣口分別設於所述石英腔室的相對的兩側面上，且當所述石英腔室水平地放置時，所述反應氣體進氣口所在之水平面及所述反應氣體尾氣口所在之水平面均位於兩個所述白努利效應的底座之間。
  11. 如請求項10所述的磊晶設備，其中所述石英腔室設有所述反應氣體進氣口之側面上還設有兩個吹掃氣體進氣口，所述兩個吹掃氣體進氣口分別位於所述反應氣體進氣口之上方及下方，以便帶走所述噴射氣體出氣孔噴出的氣體。
  12. 如請求項8所述的磊晶設備，其中所述石英腔室之外部的上方及外部的下方各設有至少一加熱燈管。
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