TW202230491A - 用於半導體晶圓反應器中的預熱環之系統及方法 - Google Patents

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Abstract

本發明揭示一種反應裝置，其包含一上圓頂、一下圓頂、一上襯墊、一下襯墊及一預熱環。該上圓頂及該下圓頂界定一反應室。該預熱環定位於該反應室內，用於在該加工氣體接觸該半導體晶圓之前對該加工氣體進行加熱。該預熱環附接至該下襯墊之一內圓周。該預熱環包含一環形碟及一邊緣桿。該環形碟具有一內邊緣、一外邊緣、一第一側及與該第一側對置之一第二側。該內邊緣及該外邊緣界定其等之間的一徑向距離。該邊緣桿定位於該第一側且自該外邊緣朝向該內邊緣延伸一邊緣桿徑向厚度。該徑向距離大於該邊緣桿徑向厚度。

Description

用於半導體晶圓反應器中的預熱環之系統及方法
本領域大體上關於用於晶圓製程之裝置及方法，且更特定言之，本領域關於用於半導體晶圓化學氣相沈積製程之裝置及方法。
磊晶化學氣相沈積(CVD)係一種用於在一半導體晶圓上生長一薄層材料之製程，使得晶格結構與晶圓之晶格結構相同。磊晶CVD廣泛用於半導體晶圓生產，以建立磊晶層，使得可直接在磊晶層上製造器件。磊晶沈積製程開始於將一清潔氣體(諸如氫或氫及氯化氫混合物)引入晶圓之一前表面(即，背向基座之一表面)，以預熱及清潔晶圓之前表面。清潔氣體移除前表面之天然氧化物，允許磊晶矽層在沈積製程之一後續步驟期間在表面上連續且均勻地生長。磊晶沈積製程藉由將一蒸汽矽源氣體(諸如矽烷或氯化矽烷)引入晶圓之前表面來繼續，以在前表面上沈積及生長矽之一磊晶層。與基座之前表面對置之一後表面可同時經受氫氣。在磊晶沈積期間支撐沈積室中之半導體晶圓之基座在該製程期間旋轉以容許磊晶層均勻生長。
然而，由於反應器內之流率不均勻，跨越各晶圓表面上之磊晶CVD生長率大體上不均勻。缺乏均勻性導致晶圓之平整度下降，且可為磊晶沈積期間沈積室內之變動或區域流率偏差之一結果。因此，需要一種實用、經濟有效的裝置來改良區域流量偏差，以改良磊晶CVD生長率之均勻性。
本背景段落意在向讀者介紹可能與本發明之各種態樣相關之技術之各種態樣，此等態樣在下文中描述及/或主張。此討論被認為有助於向讀者提供背景資訊，以促成更好地理解本發明之各種態樣。因此，應暸解，此等陳述應當從此角度來解讀，而非作為對先前技術之承認。
在一個態樣中，提供一種用於將一加工氣體與一半導體晶圓接觸之反應裝置。該反應裝置包含一上圓頂、一下圓頂、一上襯墊、一下襯墊及一預熱環。該下圓頂附接至該上圓頂。該上圓頂及該下圓頂界定一反應室。該下襯墊定位於該上襯墊下方。該上襯墊及該下襯墊界定一加工氣體入口，用於將該加工氣體引導至該反應室中。該預熱環定位於該反應室內，用於在該加工氣體接觸該半導體晶圓之前對該加工氣體進行加熱。該預熱環附接至該下襯墊之一內圓周。該預熱環包含一環形碟及一邊緣桿。該環形碟具有一內邊緣、一外邊緣、一第一側及與該第一側對置之一第二側。該內邊緣及該外邊緣界定其等之間的一徑向距離。該邊緣桿定位於該第一側且自該外邊緣朝向該內邊緣延伸一邊緣桿徑向厚度。該徑向距離大於該邊緣桿徑向厚度。
在另一態樣中，提供一種定位於一反應裝置內用於在一晶圓製程期間一加工氣體接觸一半導體晶圓之前對該加工氣體進行加熱之預熱環。該預熱環包含一環形碟及一邊緣桿。該環形碟具有一內邊緣、一外邊緣、一第一側及與該第一側對置之一第二側。該內邊緣及該外邊緣界定其等之間的一徑向距離。該邊緣桿定位於該第一側上，且自該外邊緣朝向該內邊緣延伸一邊緣桿徑向厚度。該徑向距離大於該邊緣桿徑向厚度。
在另一態樣中，提供一種在一反應裝置中製造一半導體晶圓之方法。該反應裝置包含界定一反應室之一上圓頂及一下圓頂，及界定一加工氣體入口之一上襯墊及一下襯墊。該反應裝置進一步包含定位於該反應室內用於在該加工氣體接觸該半導體晶圓之前對該加工氣體進行加熱之一預熱環。該預熱環附接至該下襯墊之一內圓周，且包含一環形碟及定位於該環形碟上之一邊緣桿。該方法包含透過該加工氣體入口將一加工氣體引導至該反應室中。該方法亦包含用該預熱環加熱該加工氣體。該方法進一步包含用該邊緣桿調整該加工氣體之一速度及一方向中之至少一者。該方法亦包含用該加工氣體在該半導體晶圓上沈積一層。該邊緣桿促成在該半導體晶圓上形成一均勻厚度層。
與本發明之上述態樣相關之經指明特徵存在各種改進。亦可在本發明之上述態樣中併入進一步特徵。此等改進及額外特徵可個別存在或以任何組合存在。例如，以下討論之關於本發明之任何繪示之實施例之各種特徵可單獨或以任何組合併入本發明之任何以上描述之態樣。
本申請案主張2020年12月31日申請之美國專利申請案號17/139,339之優先權，該案之揭示內容以引用方式併入本文中。
現參考圖1，根據本發明之一實施例，用於在一半導體基板上沈積一磊晶層之一裝置大體上稱為100。所繪示之裝置為一單晶圓反應器(即，一300 mm AMAT Centura反應器)；然而，本文揭示之用於提供一更均勻磊晶層之裝置及方法適合於在其他反應器設計中使用，包含例如多個晶圓反應器。裝置100包含一反應室102，反應室102包括一上圓頂104、一下圓頂106、一上襯墊108及一下襯墊110。總體而言，上圓頂104、下圓頂106、上襯墊108及下襯墊110界定反應室102之一內部空間112，其中加工氣體與一半導體晶圓114接觸。一氣體歧管116用於將加工氣體導入反應室102。反應室102及氣體歧管116之一透視圖如圖2所展示。在本實施例中，裝置100係一300 mm AMAT Centura反應器。在替代實施例中，裝置100可為任何類型反應器。
裝置100可用於在一晶圓製程中處理一晶圓，包含但不限於在由一化學氣相沈積(CVD)製程執行之一晶圓上沈積任何類型材料，諸如磊晶CVD或多晶CVD。就此而言，本文對磊晶及/或CVD製程之引用不應被視為限制性的，因為裝置100亦可用於其他目的，諸如在晶圓上執行蝕刻或平滑製程。此外，本文所展示之晶圓大體上形狀為圓形，儘管考慮其他形狀之晶圓在本發明之範疇內。
在圖3中以橫截面展示裝置100以更好地繪示裝置。在反應室102之內部空間112內係用於在加工氣體與一半導體晶圓114接觸之前對該加工氣體進行加熱之一預熱環118。預熱環118之外圓周附接至下襯墊110之內圓周。例如，預熱環118可由下襯墊110之一環形凸耳170支撐。橫過預熱環118內部空間之一基座120 (本文亦可將其稱為「基座主體」)支撐半導體晶圓114。
可在加工氣體接觸半導體晶圓114之前對該加工氣體進行加熱。預熱環118及基座120兩者大體上不透明，以吸收由高強度燈122、124產生之輻射加熱光，高強度燈122、124可位於反應室102之上方及下方。將預熱環118及基座120保持在高於環境溫度之一溫度容許預熱環118及基座120在加工氣體通過預熱環及基座時將熱量傳遞至加工氣體。通常，半導體晶圓114之直徑小於基座120之直徑，以容許基座在加工氣體接觸晶圓之前對該加工氣體進行加熱。
預熱環118及基座120可適當地由塗有碳化矽之不透明石墨構成，但可考慮其他材料。上圓頂104及下圓頂106通常由一透明材料製成，以容許輻射加熱光進入反應室102且進入預熱環118及基座120。上圓頂104及下圓頂106可由透明石英構成。石英大體上對紅外及可見光係透明的，且在沈積反應之反應條件下係化學穩定。除高強度燈122、124以外之設備可用於將熱量提供至反應室，諸如，例如電阻加熱器及感應加熱器。諸如一高溫計之一紅外溫度感測器(未展示)可安裝於反應室102上，以藉由接收由基座、預熱環或晶圓發射之紅外輻射來監測基座120、預熱環118或半導體晶圓114之溫度。
裝置100包含可支撐基座120之一軸126。軸126延伸穿過一中心柱128。軸126包含附接至中心柱128之一第一端130及定位於靠近半導體晶圓114之一中心區域134之一第二端132。軸126具有約5毫米(mm)至約10 mm之一軸直徑136。
軸126連接至一適當旋轉機構(未展示)，用於相對於裝置100繞一縱軸X旋轉軸126、基座120及半導體晶圓114。基座120之外邊緣及預熱環118 (圖3)之內邊緣由一間隙138隔開，以容許基座旋轉。旋轉半導體晶圓114以防止過多材料沈積在晶圓前緣上，且提供一更均勻磊晶層。
預熱環118在加工氣體與半導體晶圓114接觸之前對其進行修改或調諧，以提高半導體晶圓上之生長率且創建一更均勻徑向沈積剖面。上襯墊108及下襯墊110界定一加工氣體入口140及一加工氣體出口142。加工氣體入口140將加工氣體引導至反應室102中，且加工氣體出口142將加工氣體引導至反應室外。當半導體晶圓114在反應室內旋轉時，加工氣體在反應室102內自加工氣體入口140引導至加工氣體出口142。
加工氣體入口140可分為入口段186、188、190、192，各入口段具有一段高度194及一段寬度196。各入口段186、188、190、192將加工氣體引導至半導體晶圓114之一不同部分。例如，如圖4所繪示，上襯墊108及下襯墊110界定將加工氣體引導至半導體晶圓114之一邊緣144之一第一入口段186，將加工氣體引導至半導體晶圓114之中心區域134之一第二入口段188，亦將加工氣體引導至半導體晶圓114之中心區域134之第三入口段190，及亦將加工氣體引導至半導體晶圓114之邊緣144之第四入口段192。
半導體晶圓之一邊緣144處之半導體晶圓114之生長率大於半導體晶圓之中心區域134之生長率。邊緣144處相對於中心區域134之增加之生長率可產生半導體晶圓114之一不均勻徑向沈積剖面及一不均勻厚度。本文描述之預熱環118在加工氣體與半導體晶圓114接觸之前對其進行修改或調諧，以提高半導體晶圓上之生長率，創建一更均勻徑向沈積剖面，且製造具有一均勻厚度之半導體晶圓。
預熱環118包含一環形碟146及附接至環形碟之一邊緣桿148。環形碟146界定一內邊緣150，內邊緣150界定一碟孔152及一內徑154，一外邊緣156界定一外徑158、一第一側160、一第二側162及第一側與第二側之間的一碟厚度164。內徑154大於基座120之一基座直徑166，使得預熱環118外接基座。此外，本文所展示之預熱環118在形狀上大體上係圓形，以與半導體晶圓114之形狀互補，儘管在本發明之範疇內考慮其他形狀之預熱環以與其他形狀之晶圓互補。
外徑158小於下襯墊110之一襯墊直徑168，使得下襯墊外接預熱環118及半導體晶圓114。環形碟146自內邊緣150向外邊緣156延伸一徑向距離172。徑向距離172經組態以使預熱環118能夠吸收來自高強度燈122及124之熱量，且在加工氣體通過預熱環時將吸收之熱量傳遞給加工氣體。
邊緣桿148自環形碟146之第一側160延伸，且在加工氣體與半導體晶圓114接觸之前對其進行修改或調諧，以提高半導體晶圓上之生長率且創建一更均勻徑向沈積剖面。具體地，邊緣桿148修改、調諧及/或改變加工氣體之一流動方向、加工氣體之一速度及加工氣體之一流率中之至少一者，以提高半導體晶圓上之生長率且創建更均勻徑向沈積剖面。
在所繪示之實施例中，預熱環118包含兩個邊緣桿148。在替代實施例中，預熱環118包含一個邊緣桿148。在另一替代實施例中，預熱環118可包含多個較小邊緣桿148。因此，預熱環118可包含至少一個邊緣桿148及/或複數個邊緣桿148，取決於反應室102內之加工氣體流量。更具體而言，模擬及/或實驗結果可用於確定預熱環118上邊緣桿148之數量及位置，以提高半導體晶圓114上之生長率且創建更均勻徑向沈積剖面。與預熱環118類似，邊緣桿148適當地由塗有碳化矽之不透明石墨製成，儘管考慮其他材料。在其他實施例中，邊緣桿148可由半透明或透明材料製成，而非不透明材料製成。
大體上，邊緣桿148適當地定位於靠近環形碟146之外邊緣156、靠近加工氣體入口140及靠近半導體晶圓114之特定區域，以校正及/或影響半導體晶圓114在製程期間(諸如磊晶沈積)之生長率，以減輕不均勻性。具體而言，邊緣桿148定位於靠近加工氣體入口140，以使半導體晶圓114之邊緣144處加工氣體之速度或流率增加(相對於未使用一邊緣桿時)，藉此減少在磊晶CVD製程期間沈積在半導體晶圓邊緣之材料(例如矽)之量。此外，靠近加工氣體入口之邊緣桿148之位置可導致半導體晶圓114之邊緣144處加工氣體之方向改變(相對於未使用邊緣桿時)，藉此減少在磊晶CVD製程期間沈積在半導體晶圓邊緣中之材料(例如，矽)之量。因此，邊緣桿148適當地定位於靠近環形碟146之外邊緣156，靠近加工氣體入口140，以在加工氣體進入反應室102時對其進行修改。在替代實施例中，可將邊緣桿148定位於預熱環118上之任何位置，以使邊緣桿148能夠如本文所描述操作。
此外，邊緣桿148相對於半導體晶圓114定位，以校正及/或影響在製程期間半導體晶圓114之不均勻性之生長率。一模擬及/或實驗可用於確定當未使用一邊緣桿時半導體晶圓114上出現不均勻性之位置，且邊緣桿148可定位於預熱環118上以減輕不均勻性。例如，邊緣桿148可定位於靠近半導體晶圓114之邊緣144，以使邊緣處加工氣體之速度或流率增加(相對於未使用邊緣桿時)，藉此減少在磊晶CVD製程期間沈積在半導體晶圓邊緣處之材料(例如，矽)之量。此外，邊緣桿148可定位於靠近半導體晶圓114之邊緣144，以使邊緣處加工氣體之方向改變(相對於未使用邊緣桿時)，藉此減少在磊晶CVD製程期間沈積在半導體晶圓邊緣中之材料(例如，矽)之量。
例如，所繪示之實施例之邊緣桿148定位於第一入口段186及第四入口段192之正下游，以增加速度、增加流率及/或改變朝向半導體晶圓114之邊緣144導引之加工氣體之方向。因此，邊緣桿148適當地定位於靠近半導體晶圓114之邊緣144，其中出現一區域或全域最大層厚度，以減少邊緣處之沈積且創建一更均勻徑向沈積剖面。應注意，此最大層厚度可為一區域或全域最大值，且大體上可稱為一不均勻性。
厚度剖面可藉由使用習知技術者可用之任何適當方法來確定，包含，例如，使用一傅立葉轉換紅外(FTIR)光譜學或使用一晶圓平面度工具(例如，KLA-Tencor Wafersight或WaferSight2；Milpitas, California)。在一些實施例中，在材料沈積之前(例如，在一磊晶層沈積之前)確定基板之徑向厚度剖面，且接著可量測分層結構之厚度剖面。沈積層之厚度剖面可藉由自分層結構厚度減去基板厚度來確定。
在所繪示之實施例中，各邊緣桿148定位於預熱環118上，使得各邊緣桿界定一邊緣桿半徑174、相對於半導體晶圓114之一中心176之一邊緣桿角度θ，及一邊緣桿徑向厚度177。具體而言，邊緣桿148具有一第一端178及一第二端180，且邊緣桿角度θ係在半導體晶圓114之中心176、第一端與第二端之間界定之角度。邊緣桿148亦界定第一端178與第二端180之間的一邊緣桿圓周長度182，且具有一邊緣桿高度184及一邊緣桿徑向寬度187。此外，徑向距離172大於邊緣桿徑向厚度177。
在所繪示之實施例中，邊緣桿148係自預熱環118之第一側160延伸之一凸緣或圓形突出物。在替代實施例中，邊緣桿148可具有使邊緣桿能夠如本文所描述操作之任何形狀。此外，在所繪示之實施例中，邊緣桿148係彎曲的，使得邊緣桿形成與預熱環118之外邊緣156之形狀互補之一弧段。在替代實施例中，邊緣桿148可具有使邊緣桿能夠如本文所描述操作之任何形狀。在其他實施例中，邊緣桿148可經塑形以包含各種突出物及/或凹口或凹槽。邊緣桿148亦可為斜切的或圓形的。此等不均勻形狀可使邊緣桿148能夠在製程期間校正及/或影響半導體晶圓114之不均勻性之生長率。例如，分析半導體晶圓114之厚度剖面可識別邊緣144之外之區域，該等區域具有降低之速度或流率，使得該等區域中之材料沈積係不均勻的。邊緣桿148之形狀可調整以校正及/或影響流向該等區域之加工氣體之流動，以減少該等區域內之材料沈積。
在所繪示之實施例中，內徑154約為240 mm至252 mm；外徑158約為296 mm至308 mm；碟厚度164約為4 mm至10 mm；基座直徑166約為240 mm至252 mm；襯墊直徑168約為296 mm至308 mm；徑向距離172約為44 mm至68 mm；邊緣桿半徑174約為143 mm至149 mm；邊緣桿圓周長度182約為20 mm至60 mm；邊緣桿高度184約為0.5 mm至2 mm；邊緣桿角度θ約為20°至50°；段高度194約為5 mm至8 mm；且段寬度196約為238 mm至248 mm。在替代實施例中，內徑154、外徑158、碟厚度164、基座直徑166、襯墊直徑168、徑向距離172、邊緣桿半徑174、邊緣桿圓周長度182、邊緣桿高度184、邊緣桿角度θ、段高度194，及段寬度196可為使邊緣桿148能夠如本文所描述操作之任何距離或角度。更具體而言，內徑154、外徑158、碟厚度164、基座直徑166、襯墊直徑168、徑向距離172、邊緣桿半徑174、邊緣桿圓周長度182、邊緣桿高度184、邊緣桿角度θ、段高度194，及段寬度196可取決於一區域或全域磊晶層厚度最小或最大之一位置及大小適當地選擇。上述內徑154、外徑158、碟厚度164、基座直徑166、襯墊直徑168、徑向距離172、邊緣桿半徑174、邊緣桿圓周長度182、邊緣桿高度184、邊緣桿角度θ、段高度194、段寬度196及其類似者之範圍係示例性的，且可使用所闡述範圍之外之值而不受限制。
邊緣桿高度184可經組態以增加速度、增加流率及/或改變導引朝向半導體晶圓114之邊緣144之加工氣體之方向。在所繪示之實施例中，邊緣桿高度184約為段高度194之0.5%至50%。相對於段高度194增加邊緣桿高度184大體上導致加工氣體速度、流率增加及/或加工氣體方向改變，此導致更少材料沈積在半導體晶圓114上靠近邊緣桿148之半導體晶圓部分。相反，相對於段高度194降低邊緣桿高度184大體上導致加工氣體速度、流率降低及/或加工氣體方向改變減小，此導致更多材料沈積在半導體晶圓114上靠近邊緣桿148之半導體晶圓部分。因此，可藉由變動邊緣桿高度184來調整沈積在靠近邊緣桿148之半導體晶圓114之部分上之材料量。
邊緣桿圓周長度182亦可經組態以增加速度、增加流率及/或改變導引朝向半導體晶圓114之邊緣144之加工氣體之方向。在所繪示之實施例中，邊緣桿圓周長度182約為段寬度196之5%至90%。相對於段寬度196增加邊緣桿圓周長度182大體上導致加工氣體速度、流率增加及/或加工氣體方向改變，此導致更少材料沈積在半導體晶圓114上靠近邊緣桿148之半導體晶圓部分。相反，相對於段寬度196減小邊緣桿圓周長度182大體上導致加工氣體速度、流率降低，及/或加工氣體方向上之較小改變，此導致更多材料沈積在半導體晶圓114上靠近邊緣桿148之半導體晶圓部分。因此，可藉由變動邊緣桿圓周長度182來調整沈積在靠近邊緣桿148之半導體晶圓114之部分上之材料量。
圖8係一替代預熱環198之一透視圖，包含定位於第二入口段188及第三入口段190之正下游之一單一邊緣桿148，以增加速度、增加流率，或改變導引朝向半導體晶圓114之中心區域134之加工氣體之方向。圖8所繪示之邊緣桿148實質上類似於圖3至圖7所繪示之邊緣桿148，除了定位邊緣桿以解決當半導體晶圓114之中心區域134而非邊緣144中出現一區域或全域最大層厚度之外。因此，預熱環198包含邊緣桿148，邊緣桿148適當地定位於第二入口段188及第三入口段190之正下游，以減少中心區域處之沈積，且創建一更均勻徑向沈積剖面。
圖9係在一反應裝置中製造一半導體晶圓之一方法200之一流程圖。方法200包含將一加工氣體透過加工氣體入口引導202至反應室中。方法200亦包含用預熱環加熱204半導體晶圓。方法200進一步包含使用邊緣桿調整206加工氣體之一速度及一方向中之至少一者。方法200亦包含使用加工氣體在半導體晶圓上沈積208一層。邊緣桿促成在半導體晶圓上形成一均勻厚度層。 實例
藉由以下實例進一步繪示本發明之製程。此實例不應該被限制性地看待。 實例1：確定使用一邊緣桿對半導體晶圓之徑向生長率剖面之影響
包括定位於本文描述之第一入口段及第四入口段前面之兩個邊緣桿處之一預熱環在一單晶圓磊晶反應器中測試，以確定其對磊晶晶圓生長率剖面之影響。藉由將丘克拉斯基(Czochralski)法生產之單晶矽晶圓暴露於一晶圓溫度在1050°C至1150°C之間的一加工氣體中來預備磊晶晶圓。邊緣桿具有一邊緣桿高度0.5 mm。
執行一控制運行，其中使用不帶一邊緣桿之一預熱環。圖10係磊晶晶圓徑向生長率作為晶圓徑向距離之一函數之一圖表300。自圖10可看出，控制導致一較高生長率徑向剖面302，且邊緣桿導致一較低生長率徑向剖面304。較高生長率徑向剖面302具有一第一邊緣生長率306及一第一中心區域生長率308，且第一邊緣生長率306與第一中心區域生長率308之間的差係一第一生長率差310。類似地，較低生長率徑向剖面304具有一第二邊緣生長率312及一第二中心區域生長率314，且第二邊緣生長率312與第二中心區域生長率314之間的差係一第二生長率差316。如圖10所展示，第一生長率差310大於第二生長率差316，且較低生長率徑向剖面304更均勻，因為較低生長率徑向剖面304之邊緣生長率與中心區域生長率之間的差小於較高生長率徑向剖面302之邊緣生長率與中心區域生長率之間的差。因此，邊緣桿產生了磊晶晶圓之一均勻生長率剖面。
與生產矽晶圓之習知方法相比，本發明之系統及方法具有若干優點。例如，包含預熱環(該預熱環包含如所描述之邊緣桿)之反應器促成在沈積期間經濟高效地製造具有一均勻生長率剖面之半導體晶圓。均勻生長率剖面產生一更均勻沈積厚度剖面。因此，邊緣桿能夠生產具有一均勻厚度剖面之一半導體晶圓。一實例預熱環在一加工氣體入口附近具有邊緣桿，以校正及/或影響在製程期間半導體晶圓之不均勻性之生長率。邊緣桿藉此增加速度、增加流率及/或改變加工氣體至半導體晶圓邊緣之方向，降低半導體晶圓邊緣之生長率且製造具有一均勻厚度剖面之半導體晶圓。因此，與先前技術相比，實例預熱環消除或減少區域生長率偏差，以改良一晶圓上磊晶CVD生長之均勻性。此外，使用以上實例可提高磊晶CVD系統之生產率，且可藉由減少浪費來降低操作成本。
當介紹本發明或其(若干)實施例之元件時，冠詞「一(a/an)」、「該」及「所述」旨在意謂存在一或多個元件。術語「包括」、 「包含」、 「含有」及「具有」旨在包含，且意謂著除了所列元件之外，可存在額外元件。使用指示一特定方向之術語(例如，「頂部」、 「底部」、 「側面」等)係為了便於描述，且不需要所描述項目之任何特定方向。
由於可在不背離本發明範疇之情況下對以上結構及方法進行各種改變，因此，以上描述中含有及(若干)附圖中展示之所有標的物將解釋為說明性，而非一限制。
100:裝置 102:反應室 104:上圓頂 106:下圓頂 108:上襯墊 110:下襯墊 112:內部空間 114:半導體晶圓 116:氣體歧管 118:預熱環 120:基座 122:高強度燈 124:高強度燈 126:軸 128:中心柱 130:第一端 132:第二端 134:中心區域 136:軸直徑 138:間隙 140:加工氣體入口 142:加工氣體出口 144:邊緣 146:環形碟 148:邊緣桿 150:內邊緣 152:碟孔 154:內徑 156:外邊緣 158:外徑 160:第一側 162:第二側 164:碟厚度 166:基座直徑 168:襯墊直徑 170:環形凸耳 172:徑向距離 174:邊緣桿半徑 176:中心 177:邊緣桿徑向厚度 178:第一端 180:第二端 182:邊緣桿圓周長度 184:邊緣桿高度 186:入口段 188:入口段 190:入口段 192:入口段 194:段高度 196:段寬度 198:預熱環 200:方法 202:方法 204:方法 206:方法 208:方法 300:圖表 302:較高生長率徑向剖面 304:較低生長率徑向剖面 306:第一邊緣生長率 308:中心區域生長率 310:第一生長率差 312:第二邊緣生長率 314:第二中心區域生長率 316:第二生長率差 θ:邊緣桿角度
圖1係用於處理一基板(諸如一半導體晶圓)之一裝置之一前視圖。
圖2係圖1所展示之裝置之一透視圖。
圖3係圖1所展示之裝置之一橫截面圖。
圖4係圖1所展示之裝置之一透視圖，其中為清晰起見，移除上圓頂及上襯墊，且為清晰起見，將裝置之部分展示為透明。
圖5係圖3及圖4所展示之預熱環之一透視圖。
圖6係圖5所展示之預熱環之一俯視圖。
圖7係圖5所展示之預熱環之一側視圖。
圖8係圖5所展示之預熱環之一替代實施例之一透視圖。
圖9係圖1所展示之反應裝置中製造一半導體晶圓之一方法之一流程圖。
圖10係根據實例1之作為晶圓徑向距離之一函數之磊晶晶圓徑向生長率之一曲線圖。
對應元件符號指示整個圖式中之對應部件。
118:預熱環
146:環形碟
148:邊緣桿
150:內邊緣
154:內徑
156:外邊緣
158:外徑
172:徑向距離
174:邊緣桿半徑
176:中心
177:邊緣桿徑向厚度
178:第一端
180:第二端
182:邊緣桿圓周長度
θ:邊緣桿角度

Claims (20)

  1. 一種用於將一加工氣體與一半導體晶圓接觸之反應裝置，該反應裝置包括： 一上圓頂； 一下圓頂，其附接至該上圓頂，該上圓頂及該下圓頂界定一反應室； 一上襯墊； 一下襯墊，其定位於該上襯墊下方，該上襯墊及該下襯墊界定用於將該加工氣體引導至該反應室中之一加工氣體入口；及 一預熱環，其定位於該反應室內，用於在該加工氣體接觸該半導體晶圓之前對該加工氣體進行加熱，該預熱環附接至該下襯墊之一內圓周，該預熱環包括： 一環形碟，其具有一內邊緣、一外邊緣、一第一側及與該第一側對置之一第二側，該內邊緣及該外邊緣界定其等之間的一徑向距離；及 一邊緣桿，其定位於該第一側且自該外邊緣朝向該內邊緣延伸一邊緣桿徑向厚度，其中該徑向距離大於該邊緣桿徑向厚度。
  2. 如請求項1之反應裝置，其中該邊緣桿調整該反應室內該加工氣體之一速度。
  3. 如請求項1之反應裝置，其中該邊緣桿調整該反應室內該加工氣體之一方向。
  4. 如請求項1之反應裝置，其中該加工氣體入口包含：一第一入口段，其將加工氣體導引至該半導體晶圓之一邊緣；一第二入口段，其將加工氣體導引至該半導體晶圓之一中心區域；一第三入口段，其將加工氣體導引至該半導體晶圓之該中心區域；及一第四入口段，其將加工氣體導引至該半導體晶圓之該邊緣。
  5. 如請求項4之反應裝置，其中該邊緣桿定位於靠近該第一入口段及該第四入口段中之至少一者。
  6. 如請求項4之反應裝置，其中該邊緣桿包含一第一邊緣桿及一第二邊緣桿，其中該第一邊緣桿定位於靠近該第一入口段，且該第二邊緣桿定位於靠近該第四入口段。
  7. 如請求項6之反應裝置，其中該第一邊緣桿及該第二邊緣桿調整被導引至該半導體晶圓之該邊緣之該加工氣體之一速度及一方向。
  8. 如請求項4之反應裝置，其中該邊緣桿定位於靠近該第二入口段及該第三入口段中之至少一者。
  9. 如請求項4之反應裝置，其中該邊緣桿定位於靠近該第二入口段及該第三入口段。
  10. 如請求項9之反應裝置，其中該邊緣桿調整被導引至該半導體晶圓之該中心區域之該加工氣體之一速度及方向。
  11. 一種定位於一反應裝置內之預熱環，用於在一晶圓製程期間一加工氣體接觸一半導體晶圓之前對該加工氣體進行加熱，該預熱環包括： 一環形碟，其具有一內邊緣、一外邊緣、一第一側及與該第一側對置之一第二側，該內邊緣及該外邊緣界定其等之間的一徑向距離；及 一邊緣桿，其定位於該第一側且自該外邊緣朝向該內邊緣延伸一邊緣桿徑向厚度，其中該徑向距離大於該邊緣桿徑向厚度。
  12. 如請求項11之預熱環，其中該邊緣桿調整該反應裝置內該加工氣體之一速度。
  13. 如請求項11之預熱環，其中該邊緣桿調整該反應裝置內該加工氣體之一方向。
  14. 如請求項11之預熱環，其中該環形碟及該邊緣桿大體上不透明，以吸收由高強度燈產生之輻射加熱光。
  15. 如請求項11之預熱環，其中該晶圓製程係磊晶化學氣相沈積。
  16. 如請求項11之預熱環，其中該邊緣桿包含自該第一側延伸之一圓形突出物。
  17. 如請求項11之預熱環，其中該邊緣桿由塗有碳化矽之不透明石墨製成。
  18. 一種在一反應裝置中製造一半導體晶圓之方法，該反應裝置包含界定一反應室之一上圓頂及一下圓頂，及界定一加工氣體入口之一上襯墊及一下襯墊，該反應裝置進一步包含定位於該反應室內用於在該加工氣體接觸該半導體晶圓之前對該加工氣體進行加熱之一預熱環，該預熱環附接至該下襯墊之一內圓周，該預熱環包含一環形碟及定位於該環形碟上之一邊緣桿，該方法包括： 透過該加工氣體入口將一加工氣體引導至該反應室中； 用該預熱環加熱該加工氣體； 用該邊緣桿調整該加工氣體之一速度及一方向中之至少一者；及 用該加工氣體在該半導體晶圓上沈積一層，其中該邊緣桿促成在該半導體晶圓上形成該層之一均勻厚度。
  19. 如請求項18之方法，其中該沈積步驟由磊晶化學氣相沈積執行。
  20. 如請求項18之方法，其進一步包括相對於該反應裝置旋轉該半導體晶圓。
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