TW202414658A - 具有改良之均溫性之晶圓載具總成 - Google Patents

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Abstract

一種晶圓載具包含基底，該基底包含大致平面底表面及頂表面，該頂表面包含在該頂表面上方延伸之複數個平台。該晶圓載具包含界定複數個凹穴之熱罩蓋。該熱罩蓋經構形以藉由至少一個緊固件耦合至該基底，且該複數個凹穴經配置使得當該熱罩蓋係由從該基底之該頂表面延伸之複數個第一台座支撐時，該複數個凹穴之各凹穴與該複數個該等平台之對應平台對準。複數個第二台座係沿著該複數個平台定位以用於支撐一或多個晶圓，其中各平台包含從該平台之頂表面延伸以用於支撐一個晶圓之至少一個第二台座。

Description

具有改良之均溫性之晶圓載具總成
本發明大體上係關於半導體製造技術，且更特定言之係關於一種用於化學氣相沈積(CVD)反應器之晶圓載具總成，該晶圓載具總成具有輪廓化基底及用於支撐晶圓之基底台座以改良在CVD程序期間對均溫性之管理。
半導體製造之特定程序可能需要用於生長磊晶層以產生用於製造高效能器件(諸如發光二極體(LED)、雷射二極體、光學偵測器、功率電子器件及場效電晶體)之多層半導體結構之複雜程序。在此程序中，磊晶層係透過被稱為化學氣相沈積(CVD)之一般程序生長。一種類型之CVD程序被稱為金屬有機化學氣相沈積(MOCVD)。在MOCVD中，將反應氣體引入至受控環境內之密封反應器腔室中，該受控環境能夠將該反應氣體沈積於基板(通常稱為晶圓)上以生長薄磊晶層。用於此製造設備之當前產品線之實例包含TurboDisc®、MaxBright®、EPIK®系列之MOCVD系統及PROPEL® Power GaN MOCVD系統，其等全部由紐約普蘭尤之Veeco Instruments公司製造。
在磊晶層生長期間，控制若干程序參數(諸如溫度、壓力及氣體流速)以達成磊晶層中之所要品質。不同層係使用不同材料及程序參數生長。例如，由化合物半導體(諸如III-V族半導體)形成之器件通常係藉由生長一系列相異層來形成。在此程序中，使晶圓曝露於反應氣體之組合，通常包含使用包含III族金屬(諸如鎵、銦、鋁及其等之組合)之烷基源及包含V族元素(諸如NH 3、AsH 3、PH 3或Sb金屬有機物(諸如四甲基銻))之氫化物源形成之金屬有機化合物。一般而言，烷基及氫化物源與並未明顯參與反應之載氣(諸如N 2及/或H 2)組合。在此等程序中，烷基及氫化物源流過晶圓之表面且彼此反應以形成通式為In XGa yAl zN AA SBP CSb D之III-V族化合物，其中x+y+z近似等於一，A+B+C+D近似等於一，且x、y、z、A、B、C、D之各者可介於零與一之間。在通常被稱為「鹵化」或「氯化」程序之其他程序中，III族金屬源係該一或多種金屬之揮發性鹵化物，最常見的是氯化物(諸如GaCl 2)。在其他程序中，使用鉍來代替一些或全部其他III族金屬。
用於反應之合適基板可呈具有金屬、半導電及/或絕緣性質之晶圓之形式。在一些程序中，晶圓可由以下者形成：藍寶石、氧化鋁、矽(Si)、碳化矽(SiC)、砷化鎵(GaAs)、磷化銦(InP)、砷化銦(InAs)、磷化鎵(GaP)、氮化鋁(AlN)、二氧化矽(SiO 2)及類似者。
在CVD處理腔室中，一或多個晶圓係定位於通常被稱為晶圓載具之托盤內，使得各晶圓之頂表面曝露，藉此提供該晶圓之頂表面至反應器腔室內之氛圍之均勻曝露以用於半導體材料之沈積。晶圓載具通常係以大約從約50 RPM至1500 RPM或更高之旋轉速度旋轉。在晶圓載具旋轉時，反應氣體係從定位於晶圓載具上游之氣體分配器件引入至腔室中。流動氣體期望地以層流朝向晶圓載具及晶圓下游傳遞。CVD處理腔室之一個此實例係在美國專利第10,570,510號中揭示，該案之全文特此係以引用的方式明確併入。晶圓載具包含具有用於半導體晶圓之凹穴之載具元件(通常被稱為基座或台板或基底)，該載具元件通常係由單個塊體材料(諸如石墨或碳化矽)形成。在各項實施例中，晶圓載具可包含定位於基座或台板或基底上方以幫助界定凹穴及將晶圓保持於凹穴內之罩蓋約束件(restraint)。基座/台板/基底及罩蓋約束件之各種構形及形狀已經發展至如例如在美國專利8,888,919中揭示之處理，該案之全文特此係以引用的方式併入。’919專利亦描述及繪示可搭配本文中描述之晶圓載具使用之習知化學氣相沈積裝置。
在CVD程序期間，藉由通常定位於晶圓載具下方之加熱元件將晶圓載具維持在所要高溫下。因此，熱量係從加熱元件傳遞至晶圓載具之底表面且透過晶圓載具向上流動至一或多個晶圓。取決於程序，晶圓載具之溫度被維持在大約450°C至1200°C之間。然而，反應性氣體係藉由氣體分配器件在遠更低溫度(通常200°C或更低)下引入至腔室中，以抑制氣體之過早反應。
在此環境中，一般期望維持磊晶生長之一或多種材料之高度均勻的沈積速率。晶圓或晶圓內之構成層之更均勻厚度導致更低浪費或可用產品。在併有熱罩蓋之習知化學氣相沈積系統中，熱量係從基座/台板/基底直接傳遞至晶圓基板，而減少至罩蓋之熱傳遞。典型系統將在晶圓與基板本身之間具有約30°C之溫差，且晶圓內之溫度可在約3°C至4°C之範圍內變化，但甚至此等小變動可能影響晶圓均勻性。
因此，可期望最佳化晶圓載具之均溫性且減少或消除位於晶圓載具之所要溫度分佈之外之區域。
先前晶圓載具設計之一個缺陷係沿著晶圓圓周存在較低溫度冷環區域。先前晶圓載具設計諸如藉由將晶圓定位於作為熱罩蓋之部分之凸緣(ledge)或突部(protrusion)上而將晶圓支撐在熱罩蓋上。在此等設計中，晶圓之外邊緣擱置在熱罩蓋上且係懸置於晶圓載具之(平台)基底上方。擱置於熱罩蓋上之晶圓之外邊緣具有比晶圓之內部區段低之溫度，因此導致非均勻溫度分佈。與將晶圓支撐在熱罩蓋上相反，本文中描述之晶圓載具藉由提供與晶圓載具基底直接相關聯之台座支撐特徵部來克服此缺陷，且因此，晶圓與熱罩蓋之間無接觸。
習知晶圓載具之另一缺陷在於，在熱罩蓋上在中心處及晶圓之間可能存在熱量熱點(thermal hot spot)。一般而言，在熱罩蓋之中心中及晶圓之間的空的空間愈大，則熱量熱點之可能性愈大且熱量熱點之量值愈大。在熱罩蓋之中心中及晶圓之內邊緣之間的增加之溫度(熱點)不利地影響晶圓之最靠近晶圓載具及熱罩蓋的中心之內部表面(內部部分)。由於此等熱點，晶圓具有非均勻溫度分佈。在某些實施例中且視需要，本文中描述之晶圓載具經構造以藉由修改晶圓載具之基底之頂表面來減輕及/或消除熱罩蓋中心上及晶圓之間的熱量熱點。更特定言之，如本文中所描述，可將斜坡中心凹入區域併入至基底之頂表面中。
因此，在一項實施例中，在本文中描述及繪示一種於用於藉由化學氣相沈積(CVD)在一或多個晶圓上生長磊晶層之系統中使用的晶圓載具。該晶圓載具包含基底，該基底包含大致平面底表面及大致上平行於該底表面之頂表面。該頂表面進一步包含在該基底之該頂表面上方延伸之複數個第一台座及複數個平台。該晶圓載具包含界定複數個凹穴之熱罩蓋。該熱罩蓋經構形以藉由至少一個緊固件耦合至該基底，且該複數個凹穴經配置使得當該熱罩蓋係由該複數個第一台座支撐時，該複數個凹穴之各凹穴與該複數個該等平台之對應平台對準。複數個第二台座係沿著該複數個平台定位以用於支撐該一或多個晶圓，其中各平台包含從該平台之頂表面延伸以用於支撐一個晶圓之至少一個第二台座。
本文中描述之實施例提供數種改良，一些或全部該等改良可個別地或組合地適用於不同實施例，且該等改良之各者係在下文更詳細描述。
在整個本申請案中，使用為熟習化學氣相沈積及類似系統之技術者所已知之數個術語。在一些情況下，此等術語可不同於此等術語在常用俗語中之普通常規含義。如在整個本申請案中所使用，以下術語係如下定義：
基底係經配置於反應器中以接收前驅體氣體之結構。基底可具有界定於其中之多種凹穴，晶圓係生長在該等凹穴上。在實施例中，基板係定位於凹穴之各者內，且晶圓係在反應器腔室中經由磊晶生長而生長在此等基板上。
在晶圓之生長期間，基底通常連同晶圓載具總成之其餘部分一起既被加熱且被旋轉。加熱提供能量以促進入射於晶圓載具總成中之基板上的前驅體氣體之反應，而使晶圓載具總成旋轉促進整個晶圓之生長均勻性。
熱罩蓋係可連接至基底之結構。熱罩蓋通常覆蓋基底之除凹穴外之部分，使得前驅體氣體仍可進入該等凹穴(及/或可定位於其中之晶圓及基底)。
台座及平台雖然在日常使用中具有類似含義，但在本文中被定義為指代晶圓載具總成之不同結構/區域。如本文中所使用，平台係指相較於台座相對較大之凸起部分。平台係配置於晶圓或基板下方，且界定相對於基底之未在晶圓或基板下方的部分之高度。另一方面，台座對組件(例如，基板、熱罩蓋等)提供支撐，但足夠小以在不促進任何顯著程度之熱傳遞的情況下提供足夠機械支撐。台座可從平台向上延伸。
在整個本申請案中，可參考方向。當一個組件被稱為「在」另一組件「上方」或「下方」時，此係指使用此等系統之典型定向。在典型氣相沈積系統中，用於前驅體化學品之蓮蓬頭或其他噴霧器係配置於反應器腔室之重力頂部處。因此，晶圓載具總成在其最上部分處具有熱罩蓋。加熱器通常係定位於基底下方，或在一些實施例中在晶圓載具總成之基底內。應理解，此方向語言係用於指代典型系統，但替代化學氣相沈積或其他磊晶生長系統可不同地配置。因此，此等方向係用於圖式及常見實施方案之論述之用途，且不應被解釋為限制本文中描述之實施例。
如先前所提及，在典型化學氣相沈積程序中，將許多晶圓固持於通常被稱為晶圓載具之組件上，使得各晶圓之頂表面在晶圓載具之頂表面處被曝露。接著，將晶圓載具放置至反應腔室中且維持在所要溫度，同時氣體混合物流過晶圓載具之表面。在程序期間，在載具上之各個晶圓之頂表面上的所有點處維持均勻條件係重要的。反應性氣體之組成及晶圓表面之溫度之微小變動引起所得半導體器件之性質之非所要變動。
晶圓載具通常係用可固持之晶圓數目以及各晶圓之大小來表達。例如，3 x 8”晶圓載具(諸如圖1中展示之例示性晶圓載具)經設計以固持直徑各自為8”之三(3)個晶圓。圖4至圖7繪示固持直徑各自為4”之十五(15)個晶圓之例示性15 x 4”晶圓載具。將瞭解，晶圓載具上之晶圓愈少，則擁擠度愈小，且此導致如本文中所論述之個別晶圓之間的增加之空的空間。將瞭解，本申請案之教示可在具有不同於上述之大小之晶圓載具中實施。
圖1至圖3係根據一項例示性實施例之晶圓載具100之透視圖。將理解，晶圓載具100亦可被視為係晶圓載具總成，因為其係由彼此附接之數個零件/組件形成。晶圓載具100包含通常被稱為基底110之主體，及熱罩蓋200。晶圓載具100包含若干凹穴112，凹穴112之各者對應於由熱罩蓋200界定之孔隙。因此，凹穴112係沿著晶圓載具100之頂表面敞開且圍繞晶圓載具100周向配置，各此凹穴經構形以可移除地接納盤狀晶圓10 (圖9)且在諸如下文描述之MOCVD程序之MOCVD程序(或其他半導體製程)期間固持此晶圓10。各晶圓10係由合適晶圓材料形成，包含但不限於藍寶石、碳化矽、矽或其他結晶基板材料。通常，各晶圓10具有相較於其主表面之尺寸較小之厚度。各晶圓10可安置於晶圓載具100上或鄰近晶圓載具100安置，其中晶圓10之頂表面面向上，使得晶圓10之頂表面在晶圓載具100之頂表面處被曝露且可接取。晶圓10可與晶圓載具100之頂表面共面或幾乎共面。
熱罩蓋200可為如圖1中所展示之單件抑或具有如圖4至圖7中所展示之多個重疊片段。此經分割設計係在下文更詳細描述且更常見於較大尺寸之晶圓載具。
雖然圖中未展示，但凹穴112之各者可具有平坦部。如已知，平坦部可用於化學氣相沈積系統中以在磊晶生長期間將晶圓(未展示)鎖定在對應凹穴112內以防旋轉。另外，如圖6及圖7中所展示，在某些實施例中，各凹穴可包含用於支撐晶圓之突片。
熱罩蓋200係使用傳統技術(諸如使用緊固件或類似者)耦合至基底。例如，熱罩蓋200之表面包含複數個孔202，且在所繪示實施例中，熱罩蓋200包含九(9)個孔202。如下文更詳細描述，孔202係緊固銷可經驅動穿過之小孔隙。另外，可使用螺絲來將熱罩蓋200緊固至基底110。
在某些實施例中，銷可結合螺絲使用以完成所要程度之約束。本文中並未展示此緊固配置之所有各種實施方案，且應理解，為達成所要結果，外約束件通常為螺絲，而徑向內約束件可為成角度銷抑或螺絲。一些實施例係使用背側螺絲以使熱罩蓋保持緊固於內部上之「無銷」具體呈現。在各項實施例中，藉由從背側進入，可使用螺絲抑或銷最小化或消除頂側上之熱印記。使用銷及螺絲適當定位之約束件之任何組合可有效地防止導致非均溫性之熱罩蓋200之變形。
圖3展示將熱罩蓋200連接至基底110之銷135。銷135可成角度以防止熱罩蓋200被抬離基底110。
3 x 8”晶圓載具可使用銷及螺絲，而15 x 4”載具不需要銷。
一般而言，在CVD系統中之基板之磊晶生長期間，晶圓載具100係定位於反應器腔室中且從下方加熱，即，從與凹穴112相對之側加熱。腔室大體上處於真空下，其中從一或多個來源引入之一些氣體經引導朝向晶圓載具100，使得其跨晶圓載具100之頂表面流動。氣體可包含沖洗氣體及在被加熱時將起反應以在凹穴112中沈積所要材料之一或多種前驅體氣體。
在典型CVD程序期間，期望以均勻的、可預測的且在遍次間一致的方式在凹穴112處產生生長。亦期望無論是藉由增加運行速度或是藉由減少系統停機時間來減少產生各晶圓10所需之系統時間量。清潔可能需要系統停機時間，例如，當在不需要之處發生非所要材料沈積時。
熱罩蓋200可引入不利地影響跨凹穴112產生均勻的、可預測的及一致的生長之能力之其他變數。例如，若座落於凹穴112上方之晶圓10之表面明顯比周圍熱罩蓋200更熱或更冷，如習知單件晶圓載具之情況，則跨晶圓載具100之表面流動之氣體可展現溫度梯度且導致非均勻沈積。相比之下，如本文中所描述，熱罩蓋可防止此等溫度差異，或可用於藉由調整其組件/零件之間的熱間隙來視需要調諧溫度差異。
同樣地，熱罩蓋200可防止對影響凹穴112處之磊晶生長的品質之前驅體氣體之流動的實體阻礙。晶圓載具在沈積期間之旋轉大體上改良均勻性且維持其中之各個凹穴112之間的均勻性。然而，熱罩蓋200之變形可影響晶圓載具100之零件之間的空間，此繼而影響整個器件之熱傳遞特性且可影響流體層高度。將瞭解，流體邊界層亦可影響生長速率，且特定言之，影響流體邊界層之小變動將對生長速率均勻性產生影響。在此等特性受非所要變形影響的情況下，不同區域可較熱或較冷且沈積速率及圖案可受影響。此等圖案導致不均勻沈積及非均勻性厚度，且因此大體上為非所要的。因此，有利地控制熱罩蓋200之變形以維持大致上平坦、均勻之表面，該表面相對於表示理想的平坦、均勻表面之平面並非顯著碟形/碗形的或弓形/山頂形的。歸因於來自其表面上之經沈積材料之膜應力，罩蓋之平坦度亦可變成非平面的。
如本文中所提及，非均勻溫度分佈係問題，且本文中所揭示之晶圓載具經構造以提供更均勻的溫度分佈且克服與先前晶圓載具相關聯之局部非均勻溫度分佈。更特定言之，先前晶圓載具設計易有以下缺陷：1)在熱罩蓋上在中心處及晶圓之間的熱量「熱點」；及2)沿著晶圓圓周之低溫「冷環」區域。此等問題結合在一起以降低總體波長均勻性及器件良率，且因此，本發明晶圓載具具有改良之總體晶圓溫度及波長均勻性。
內 部 熱 量 熱點習知晶圓載具之一個缺陷在於，在熱罩蓋上在中心處及晶圓之間可能存在熱量熱點。一般而言，在熱罩蓋之中心中及晶圓之間的空的空間之量愈大，則熱點之可能性愈大且熱點之量值愈大。在熱罩蓋之中心中及晶圓之內邊緣之間的增加之溫度(熱點)不利地影響晶圓之最靠近晶圓載具及熱罩蓋的中心之內部表面(內部部分)。由於此等熱點，晶圓具有非均勻溫度分佈。
本文中描述之晶圓載具經構造以藉由修改晶圓載具之基底之頂表面來減輕及/或消除在熱罩蓋中心上及晶圓之間的熱量熱點。現參考圖2、圖3及圖8，晶圓載具之基底110之頂表面經修改使得減少及/或消除在熱罩蓋200之中心處及晶圓10之間的熱量熱點。特定言之，包圍晶圓載具100之中心之基底110之頂表面經修改以包含消散在罩蓋中心中及晶圓10之間的熱量熱點之局部化特徵。此修改係呈基底110之厚度減小的區域之形式，該區域包圍晶圓載具100及熱罩蓋200之中心且在形成平台之區域之外。引入此修改以降低在晶圓載具100之中心中之罩蓋溫度。
修改包括從基底110之頂表面移除材料以進一步調變其之中心區域中之罩蓋溫度。基底材料之移除導致基底110之斜坡中心凹入區域115之形成。圖2展示不具有熱罩蓋200之基底110且展示斜坡中心凹入區域115之位置。如所展示，斜坡中心凹入區域115係圍繞基底110之中心形成且係形成於基底110之晶圓接納區域之間的區域中。在圖2中展示之實施例中，存在三個晶圓接納區域，且因此，斜坡中心凹入區域115可被描述為含有從中心徑向向外延伸之三個輪輻。如圖3中最佳展示，在斜坡中心凹入區域115內，可存在安裝特徵部，諸如允許安裝硬體(諸如銷及/或螺絲)穿過以將熱罩蓋200耦合至基底110之開口。另外，其他支撐特徵部可設置於斜坡中心凹入區域115內。例如，在晶圓載具之直接中心處，可設置較大台座201，如圖3及圖8中所展示。
斜坡中心凹入區域115與基底110之周圍平面部分之間的介面係由外邊緣或肩部或階狀部119界定。在圖2之所繪示實施例中，由於斜坡中心凹入區域115之三輪輻構造，存在三個階狀部119。
如圖8中所展示，斜坡中心凹入區域115可用尺寸B及尺寸C來描述。尺寸B係基底110之頂表面與熱罩蓋200之間的距離。將瞭解，鑑於斜坡中心凹入區域115係由斜坡(成角度)表面界定，此尺寸B沿著斜坡中心凹入區域115之長度/寬度(尺寸C)並非恆定的。斜坡中心凹入區域115朝向晶圓載具100之中心向下傾斜，且因此，尺寸B朝向中心更大。
斜坡中心凹入區域115之斜率可用角度來表達。例如，在第一類型之晶圓載具之一項實施例中，角度係0.41826”，且在另一類型之晶圓之另一實施例中，角度係0.55330”。將瞭解，此等值僅為例示性的且可使用許多不同的其他傾斜角。特定言之，斜坡中心凹入區域115之斜率係由晶圓載具設計之溫度分佈驅動。如所提及，晶圓載具中之空的空間愈大，則傾斜角愈大，且對於某些更擁擠的晶圓載具設計(如15 x 4”晶圓載具)，可能不需要包含此特徵且不需要在晶圓載具中設置及併入斜坡中心凹入區域115。因此，此散熱特徵對於某些晶圓載具設計而言係選用的，且可被消除且不被包含在未受益於此特徵之特定晶圓載具中。
另外，圖8中展示之尺寸A表示在熱罩蓋200與基底110之台座部分之間具有一定距離之間隙。此間隙A增加熱罩蓋之中心中之罩蓋至台座間隙以降低罩蓋溫度。
在一個實例中，尺寸A = 0.2 mm至2 mm；尺寸B = 0.3 mm至2 mm，且C = 0 mm至65 mm。對於不包含此選用散熱特徵之晶圓載具，C = 0。將瞭解及理解，上述值僅為例示性的且不限制本發明之範疇。
台座晶圓支撐特徵 部如上文所提及，先前晶圓載具設計之另一缺陷係沿著晶圓圓周存在較低溫度冷環區域。先前晶圓載具設計諸如藉由將晶圓定位於作為熱罩蓋之部分之凸緣或突部上而將晶圓支撐在熱罩蓋上。在此等設計中，晶圓之外邊緣擱置在熱罩蓋上且係懸置於晶圓載具之基底上方。擱置於熱罩蓋上之晶圓之外邊緣具有比晶圓之內部區段低之溫度，因此導致非均勻溫度分佈。
與將晶圓支撐在熱罩蓋上相反，本文中描述之晶圓載具藉由提供與晶圓載具基底相關聯之台座支撐特徵部來克服此缺陷。
現參考圖9，其展示根據本發明之用於支撐晶圓10之台座支撐特徵部。晶圓載具100之基底110之平台包含沿著基底110之頂表面定位之一或多個第一台座130，及亦沿著基底110之平台之頂表面定位之一或多個第二台座140。一或多個第二台座140係定位於晶圓載具100之凹穴內，而一或多個第一台座130係從一或多個第二台座140徑向向外定位。雖然術語「台座」係用於描述以130、140識別之結構之各者，但將理解，此等亦可被描述為係支撐突片或類似者。
圖9中之基底110可被視為具有第一區域，在該第一區域中，一或多個第一台座130係相對於第二區域(由平台界定)凹入，一或多個第二台座140係定位於該第二區域中。壁150係定位於一個第一區域與一個第二區域之間。壁150係形成為與第一區域中之頂表面及第二區域中之頂表面成直角(即，壁150從基底之頂表面延伸至平台之頂表面)。
一或多個第一台座130係從壁150徑向向外定位，且經構造以支撐熱罩蓋200。在一項實施例中，一或多個第一台座130之各者包括熱罩蓋200擱置於其上之複數個離散台座(墊)；然而，其他構造係可能的。
如下文更詳細描述，一或多個第二台座140提供晶圓10在其上擱置於凹穴內之表面。在一項實施例中，一或多個第二台座140之各者包括晶圓10擱置於其上之單個連續環形台座。在另一實施例中，一或多個第二台座140之各者包括彼此周向間隔開且因此界定晶圓10擱置於其上之不連續表面之複數個離散突片。
熱罩蓋200包含如上文所提及之晶圓10係定位於其中之凹穴。鑑於基底110之平台之輪廓來構造熱罩蓋200。例如，熱罩蓋200之凹穴係由熱罩蓋200之具有與平台形狀互補的輪廓之內邊緣界定。更明確言之，熱罩蓋200之界定一個凹穴之內邊緣包含第一內邊緣205及定位於第一內邊緣205上方之第二內邊緣(內圓周邊緣) 207。第一內邊緣205係從第二內邊緣207徑向向外定位。第一內邊緣205平行於壁150。在所繪示實施例中，第一及第二內邊緣205、207係以非平行方式形成。第一底部邊緣209係定位於第一內邊緣205與第二內邊緣207之間。第一底部邊緣209係垂直於第一內邊緣205形成且與第二內邊緣207相交，使得第二內邊緣207與第一底部邊緣209之間的角度並非90度。
此外，熱罩蓋200之頂表面可包含包圍各凹穴之成角度區段240。如所展示，此成角度區段240在朝向凹穴之方向上具有向下斜坡。成角度或斜坡區段240與第二內邊緣207相交。此成角度區段240具有環形形狀且包圍凹穴開口。可基於本文中所論述之若干因素來選擇成角度區段240之寬度。成角度區段240促進進出凹穴之平穩氣流及特定言之圍繞外晶圓邊緣之氣流。
如圖9中所展示，熱罩蓋200部分懸於一或多個第二台座140從其向上突出之隆起平台上(與其重疊)。特定言之，第一底部邊緣209之內部部分及第二內邊緣207係定位於隆起平台上方，但從一或多個第二台座140徑向向外定位。
第二內邊緣207為晶圓10提供側向機械約束。換言之，此第二內邊緣207防止晶圓10在凹穴內之非所要移動，且防止晶圓10飛離一或多個第二台座140。
如所提及，與習知晶圓載具設計相比，一或多個第二台座140支撐晶圓10之外邊緣。此設計防止外晶圓邊緣向較冷熱罩蓋200散熱，且消除沿著晶圓圓周之非所要低溫「冷環」區域。
圖9具有用於定義晶圓載具100之構造及特徵的特定尺寸之若干標記。例如，尺寸A係熱罩蓋200與一或多個第一台座130係定位於其中之凹入區域中的平台之頂表面之間的距離(間隙)。此尺寸A經選擇以均衡平均晶圓及罩蓋頂表面溫度。尺寸B係晶圓10與晶圓10下方之平台之頂表面之間的距離。此尺寸B防止弓形晶圓在製程期間觸碰平台。尺寸C及D係熱罩蓋200與基底110之平台之間的距離(間隙)。尺寸C係第一內邊緣205與壁150之間的距離，而尺寸D係第一底部邊緣209與基底110之隆起平台之頂表面之間的距離。此等尺寸C及D經校準以最佳化晶圓之邊緣溫度。尺寸E係在凹穴上界定之成角度區段240在熱罩蓋200之內邊緣處之寬度。尺寸F係第二內邊緣207之高度。尺寸E及F經設計以提供圍繞晶圓邊緣之平穩氣流。
在一個實例中，尺寸A = 0.2 mm至2 mm；尺寸B = 0.2 mm至0.4 mm；尺寸C = 0.5 mm至1.5 mm；尺寸D = 0.2 mm至0.5 mm；尺寸E = 1mm至3 mm；且尺寸F = 0.5 mm至2 mm。對於不包含此選用散熱特徵之晶圓載具，C = 0。將瞭解及理解，上述值僅為例示性的且不限制本發明之範疇。
將理解，圖9中所展示之台座晶圓支撐特徵部可併入至圖1至圖3之晶圓載具100及下文描述之圖4至圖7之晶圓載具中，以及併入於其他晶圓載具設計內。另外，將理解，圖9之台座晶圓支撐特徵部可結合斜坡中心凹入區域115使用或可在無此特徵的情況下使用。如先前所論述，包含斜坡中心凹入區域115係選用的且係取決於晶圓載具之特性(諸如大小及晶圓數目及間距)。
圖4至圖7係根據另一例示性實施例之晶圓載具300之透視圖，且特定言之，晶圓載具300具有15 x 4”設計。對於此尺寸之晶圓載具，熱罩蓋最常見的是具有多件(經分割)構造。
晶圓載具300包含基底110且包含圖9之台座晶圓支撐特徵部；然而，其不包含圖7之斜坡中心凹入區域115，因為其不包含如圖1至圖3之晶圓載具100之情況的在中心中之空的空間之程度。
將理解，晶圓載具300亦可被視為係晶圓載具總成，因為其係由彼此附接之數個零件/組件形成。晶圓載具100包含主體(例如，基底110)及熱罩蓋310。晶圓載具100包含若干凹穴312，凹穴312之各者對應於由熱罩蓋310界定之孔隙。因此，凹穴312係沿著晶圓載具100之頂表面敞開且圍繞晶圓載具100周向配置，各此凹穴經構形以可移除地接納盤狀晶圓10 (圖9)，且在諸如下文所描述之MOCVD程序之MOCVD程序(或其他半導體製程)期間固持此晶圓10。
熱罩蓋310係由大體上以320指示之彼此接合以界定經組裝熱罩蓋310之複數個熱罩蓋件(片段)界定。在圖4至圖7中，存在圍繞晶圓載具之中心配置之五(5)個熱罩蓋件320。雖然所繪示之熱罩蓋件320大體上具有相同大小，但存在差異。例如，可提供互鎖機構以將熱罩蓋件耦合在一起。如圖7中所展示，各熱罩蓋件320之第一側邊緣包含大體上以325指示之第一鎖定特徵部，而熱罩蓋件320之相對第二側邊緣包含大體上以327指示之第二鎖定特徵部。第一及第二鎖定特徵部彼此係互補的，且當相鄰熱罩蓋件320配接在一起時，界定重疊結構。例如，第一及第二鎖定特徵部可為公/母零件。在圖7中，第一鎖定特徵部325係母零件，而第二鎖定特徵部327係公零件。當兩個相鄰熱罩蓋件320彼此接合時，公的第二鎖定特徵部327座落於階狀第一鎖定特徵部325內以歸因於重疊結構而提供密封。
實例 - CVD 裝置及處理條件習知化學氣相沈積裝置包含反應腔室，該反應腔室具有配置於腔室之一個端處之氣體入口歧管。具有氣體入口歧管之腔室之端在本文中被稱為腔室之「頂」端。在正常重力參考系中，腔室之此端通常但不一定係安置於腔室之頂部處。因此，如本文中使用之向下方向係指遠離氣體入口歧管之方向；而向上方向係指在腔室內朝向氣體入口歧管之方向，而無關於此等方向是否與重力向上及向下方向對準。
心軸經配置於腔室內以用於繞垂直中心軸線旋轉。心軸之中心軸線在反應腔室之向上及向下方向上延伸。心軸係藉由併有軸承及密封件之習知旋轉穿過器件安裝至腔室，使得心軸可繞中心軸線旋轉，同時維持心軸與腔室之基底板之間的密封。心軸係連接至旋轉驅動機構(諸如電動馬達驅動器)，該旋轉驅動機構經配置以使心軸繞中心軸線旋轉。心軸亦可具備大體上在氣體通路內沿著心軸之軸向方向延伸之內部冷卻劑通道。內部冷卻劑通道可連接至冷卻劑源，使得流體冷卻劑可藉由該來源循環通過冷卻劑通道且回至冷卻劑源。晶圓載具(例如，晶圓載具100、300)係安裝於心軸上，使得晶圓載具之中心軸線與心軸之軸線重合。
晶圓載具係藉由加熱元件(通常為安置於晶圓載具之底表面下方之電阻式加熱元件)維持在所要高溫。此等加熱元件被維持在高於晶圓表面之所要溫度之溫度，而氣體分配元件通常被維持在遠低於所要反應溫度之溫度，以防止氣體之過早反應。因此，熱量係從加熱元件傳遞至晶圓載具之底表面且向上流經晶圓載具而至個別晶圓。
在操作中，對於特定MOCVD程序，心軸通常係以從400轉每分鐘至800轉每分鐘之旋轉速度旋轉，典型PRM為500 PRM。在一些實施例中，通常在H 2環境中，典型沈積範圍係從25托至100托。可向總流量添加少量N 2，但N 2通常＜ 5%。通常，在材料之沈積期間，將晶圓維持在大約500°C至750°C之溫度。將理解，上述值與AsP沈積有關，且可在更高或更低壓力及/或更高或更低溫度範圍下沈積其他材料。將瞭解，上述參數對於特定實施例僅為例示性的，且可取決於所實施之精確處理操作而變化。
在一個實施例中，熱罩蓋可由石墨形成且基底亦可由石墨形成。然而，可使用其他材料，諸如本文中描述之材料。例如，熱罩蓋及/或基底可由SiC形成或被塗佈有SiC塗層。
將理解，圖式中之相同元件符號在數個圖各處表示相同元件，且並非所有實施例或配置皆需要關於圖所描述及繪示之所有組件及/或步驟。
本文中所使用之術語係僅出於描述特定實施例之目的且並不意欲限制本發明。如本文中所使用，除非上下文另有清楚指示，否則單數形式「一(a/an)」及「該」意欲亦包含複數形式。進一步將理解，術語「包括(comprises及/或comprising)」在於本說明書中使用時指定存在所陳述特徵、整數、步驟、操作、元件及/或組件，但並不排除存在或添加一或多個其他特徵、整數、步驟、操作、元件、組件及/或其等之群組。
再者，本文中所使用之片語及術語係出於描述目的且不應被視為限制性的。在本文中使用「包含」、「包括」或「具有」、「含有」、「涉及」及其變動意欲涵蓋其後所列之品項及其等效物以及額外品項。
上文所描述之標的物係僅藉由繪示提供且不應被解釋為限制性的。在不遵循所繪示及描述之實例實施例及應用的情況下，且在不脫離在以下發明申請專利範圍中闡述之本發明之真實精神及範疇的情況下，可對本文中描述之標的物進行各種修改及改變。
10:晶圓 100:晶圓載具 110:基底 112:凹穴 115:斜坡中心凹入區域 119:階狀部 130:第一台座 135:銷 140:第二台座 150:壁 200:熱罩蓋 201:台座 202:孔 205:第一內邊緣 207:第二內邊緣 209:第一底部邊緣 240:成角度區段/斜坡區段 300:晶圓載具 310:熱罩蓋 312:凹穴 320:熱罩蓋件 325:第一鎖定特徵部 327:第二鎖定特徵部 A:尺寸/間隙 B:尺寸 C:尺寸 D:尺寸 E:尺寸 F:尺寸
考慮到結合附圖對各項實施例之以下詳細描述，可更完全地理解該等實施例之標的物，其中： 圖1係根據實施例之晶圓載具之透視圖； 圖2係圖1之晶圓載具之透視圖，其中其之熱罩蓋被移除； 圖3係圖1之晶圓載具之中心區域之詳細視圖； 圖4係根據另一實施例之晶圓載具之透視圖； 圖5係圖4之晶圓載具之分解透視圖； 圖6係圖4之晶圓載具之透視圖，其展示經分割熱罩蓋件之兩者被移除； 圖7係經分割熱罩蓋件之重疊邊緣之放大片段圖； 圖8係晶圓載具之中心區段之放大片段橫截面視圖，其展示用於消散及/或消除晶圓載具之中心中的熱點之修改；及 圖9係晶圓載具之台座晶圓支撐特徵部之放大片段橫截面視圖。 雖然各項實施例可有各種修改及替代形式，但該等實施例之細節已在圖式中藉由實例展示且將被詳細描述。然而，應理解，並不意欲將所主張發明限於所描述之特定實施例。相反地，意欲涵蓋落在如由發明申請專利範圍定義之標的物的精神及範疇內之所有修改、等效物及替代物。
110:基底
115:斜坡中心凹入區域
119:階狀部
130:第一台座
140:第二台座

Claims (20)

  1. 一種於用於藉由化學氣相沈積(CVD)在一或多個晶圓上生長磊晶層之系統中使用的晶圓載具，該晶圓載具包括： 基底，其包含大致平面底表面及大致上平行於該底表面之頂表面，其中該基底之該頂表面包含在該頂表面上方延伸之複數個第一台座及複數個平台；及 熱罩蓋，其界定複數個凹穴，其中該熱罩蓋經構形以藉由至少一個緊固件耦合至該基底，且該複數個凹穴經配置使得當該熱罩蓋係由該複數個第一台座支撐時，該複數個凹穴之各凹穴與該複數個該等平台之對應平台對準； 其中複數個第二台座係沿著該複數個平台定位以用於支撐該一或多個晶圓，其中各平台包含從該平台之頂表面延伸以用於支撐一個晶圓之至少一個第二台座。
  2. 如請求項1之晶圓載具，其中各凹穴包含具有環形形狀以用於支撐一個晶圓之一個單一連續第二台座。
  3. 如請求項1之晶圓載具，其中各凹穴包含呈經周向配置以用於支撐一個晶圓之離散突片的形式之複數個第二台座。
  4. 如請求項1之晶圓載具，其中該複數個第一台座包括複數個離散墊，該熱罩蓋座落於該複數個離散墊上。
  5. 如請求項1之晶圓載具，其中該複數個第一台座係從包含該複數個第二台座之該複數個平台徑向向外定位。
  6. 如請求項5之晶圓載具，其中該複數個第二台座係相對於該複數個第一台座隆起。
  7. 如請求項1之晶圓載具，其中該熱罩蓋與該複數個平台部分重疊。
  8. 如請求項1之晶圓載具，其中各平台係由從該基底之該頂表面向上延伸之外壁界定，其中該外壁之高度大於各第一台座之高度。
  9. 如請求項1之晶圓載具，其中各平台包含從該平台之該至少一個第二台座徑向向外定位之外周邊區域，該熱罩蓋在各凹穴中與該外周邊區域重疊。
  10. 如請求項9之晶圓載具，其中該熱罩蓋之各凹穴係由從該至少一個第二台座徑向向外定位以用於為該凹穴內之該晶圓提供側向機械約束之內圓周邊緣界定。
  11. 如請求項10之晶圓載具，其中該內圓周邊緣相對於該平台之平面頂表面係成除90度外之角度。
  12. 如請求項1之晶圓載具，其中直接包圍各凹穴之該熱罩蓋之頂表面係由界定且周向包圍一個凹穴之向下成角度區段界定。
  13. 如請求項1之晶圓載具，其中該一或多個晶圓與該熱罩蓋無直接接觸。
  14. 如請求項1之晶圓載具，其中該平台之頂表面與該熱罩蓋之間的距離係介於0.2 mm與0.4 mm之間，且其中該熱罩蓋之底側與該基底之該頂表面之間的距離係介於0.2 mm與2 mm之間，且其中該熱罩蓋與該平台之該頂表面之間的距離係介於0.2 mm與0.5 mm之間。
  15. 如請求項1之晶圓載具，其中該基底之該頂表面包含在該基底之中心處在該等平台之間的區域中之斜坡中心凹入區域。
  16. 如請求項15之晶圓載具，其中階狀部係形成於該斜坡中心凹入區域與該頂表面之周圍平面區段之間。
  17. 如請求項15之晶圓載具，其中該斜坡中心凹入區域朝向該基底之中心點向下傾斜。
  18. 如請求項15之晶圓載具，其中該斜坡中心凹入區域之角度小於1度。
  19. 如請求項1之晶圓載具，其中該熱罩蓋包括經分割熱罩蓋，該經分割熱罩蓋包括彼此互鎖以形成該熱罩蓋之複數個熱罩蓋件。
  20. 一種於用於藉由化學氣相沈積(CVD)在一或多個晶圓上生長磊晶層之系統中使用的晶圓載具，該晶圓載具包括： 基底，其包含大致平面底表面及大致上平行於該底表面之頂表面，其中該頂表面包含在該基底之該頂表面上方延伸之複數個平台；及 熱罩蓋，其界定複數個凹穴，其中該熱罩蓋經構形以藉由至少一個緊固件耦合至該基底，且該複數個凹穴經配置使得當該熱罩蓋係由該基底之複數個第一台座支撐時，該複數個凹穴之各凹穴與該複數個該等平台之對應平台對準； 其中該基底包含複數個第二台座，該複數個第二台座從該複數個平台之頂表面延伸以用於支撐該一或多個晶圓，使得該一或多個晶圓在操作期間與該熱罩蓋無直接接觸。
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