TW414925B - Injector for reactor - Google Patents

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經濟部智慧財產局員工消費合作社印制^ 414925 A7 _B7_五、發明說明（1 ) 發明背景 本發明大體上關於一種在半導體晶圓上沉積磊晶成長層 之反應器，特別是一種包括一注入器之反.應器，該注入器 具有用以測量流過該反應器之反應氣體量之狹缝。 習知水平式反應器有一在又q及函旮間水平延伸之反應 室，該入口及出口分別用以讓反應氣體進出該反應室。在 化學氣相沉積程序期間，一半導體晶圓定位在該反應室内 之一可轉動基座i，且反應氣體通過一連接至反應室入口 之入口通道輸送至該室内。反應氣體在化學氣相沉積期間 自晶圓上經過之流率對磊晶成長層之厚度及電特質相當重 要。爲確保達到所要性能，該氣體由一沿該入口通道定位 之注入器加以測量。 該注入器包括一計量配件，具有一或多個大開口讓該氣 體經此進入反應器。横跨計量配件開口固定之葉片或計量 板局部阻塞該等開口並構成反應氣體可通過之狹縫。該等 狹缝限制輸送至該反應室之反應氣體流率。每一葉片以螺 釘繫結件支承於定位，使其位置可相對於該等開口調整。 一旦調整葉片位置即改變流通面積及通過狹缝之流率。葉 片位置可調整爲使在該反應器中央之上游之狹縫寬於在該 室侧邊之上游之狹缝。如此使較多氣體自晶圓上經過而增 加中央處蟲晶成長層之厚度。若對應於反應室及中央之狹 縫寬度均爲相等，則會產生不良之凹面磊晶表面。 反應氣體流率爲該等狹缝寬度之方程式。更明確地説， 通過每一狹縫之流率爲該狹缝寬度立方之方程式。由於此 -4- (請先閱讀背面之注意事項Ci寫本頁) 裝 I線· 本紙張尺度適用申國國家標準（CNS)A4規格（210 x 297公釐） A7 414925 _B7_ 五、發明說明（2 ) 關係，通過狹缝之氣體流率極度視狹缝寬度而定。舉例來 説，若在需要狹缝寬度爲0,003英吋時實際爲0.004英吋，通 過該狹縫之實際流率會接近所要流率之240%。因此，可想 見需要精確控制狹縫寬度以產生所要蟲晶成長層。迄今而 言，此種控制相當難以達成。葉片會因支承用螺釘繫結件 旋緊而偏移，從而導致狹縫寬度及流率偏離所要數値。 此外，由於狭縫係形成於葉片邊緣及計量配件内開口之 間，通過狹縫之氣體會沿開口壁行進、因此，注入器下游 之氣流易於因入口通道壁内之裂痕受到干擾。此種氣流干 擾會對該反應器產生之羞晶成長屬品質產生負面影響。 爲減輕因安裝差異產生之大幅流率變化及氣流干擾可能 性，過去設計出另一型葉片，其完全覆蓋注入器開口。此 等葉片有一系列鑽透孔允許反應氣體通過葉片。雖然此種 葉片排除因安裝差異產生之流率變化，其亦增加因葉片内 該等孔加工公差產生之流率變化。通過一圓形孔之氣流爲 該孔直徑四次方之方程式。因此，通過0.004英吋直徑孔之 流率約爲通過0.003英吋直徑孔之流率之320%。如習於此技 藝者所知，會因注入器孔徑之小幅差異產生大流率變化。 此外，由於孔徑爲固定，需要不同流率時必須更換葉片而 無法直接調整。 發明概述 在本發明數項主題中可提出一種具有可預測且可重複反 應氣體流率之反應器：提出該反應器製造具平坦磊晶成長 層之晶圓；提出該反應器製造具可預測且可重複磊晶成長 -5- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -ΙΊΙΪ'ΊΙ_··丨丨 J_ 丨 Ϊ (請先閱讀背面之注咅s事項寫本頁) . 丨線- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 414 ⑽ 5 A7 B7 五、發明說明（3 ) 層厚度之晶圓；提出該反應器排除因安裝差異產生之流率 變化；且提出該反應器有一注入器使氣流通該反應器一入 口通道之中央。 簡單地説，本發明之裝置爲一種反應器，其以化學氣相 沉積法在該反應器内半導體晶圓上沉積一磊晶成長層。該 反應器大體上包含一反應室及一入口通道，該反應室之大 小及形狀適於用以收納一半導體晶圓，且該入口通道與該 反應室連通以將反應氣體輸送至該反應室。該反應器尚包 括一基座，該基座位在該反應室内，用以在化學氣相沉積 程序期間支撑半導體晶圓°此外，該反應器包含一注入器 ，該注入器包括一計量板，該.4S大瓦歲焦篇爲厲^卩通道 之尽應氣.體該板有一狹縫，該狹縫在^^抵..屑圍内家.4：延 伸，於镇板。該狹縫之大小適於選擇性限制反應氣體流過該 板，藉此測量輸送至該反應室之反應氣體量。 在另一觀點中，本發明之裝置爲一種反應器用注入器， 用以在化學氣相沉積程序期間在支撑於該反應器内之半導 體晶圓上沉積產晶成長層。該注入器包含一計量板，該板 有一狹缝，該狹縫在該板周圍内完全延伸於該板。該狹縫 之大小適於選擇性限制反應氣體流過該板，藉此測量輸送 至該反應室之反應氣體量。 本發明之其他主題及特質有部分顯而易見且有部分在下 文中説明。 圖式簡單説明 圖1爲一本發明反應器之局部側向剖立面圖； -6 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4规格（210 X 297公釐） ΙΊΙΙΙ--- -- I —I— — I (請先閱讀背面之注意事項1¾寫本頁) 訂· ;線· 經濟部智.€財產局員工消費合作社印製 414925 A7 ~~~-----B7_ ------___ 五、發明說明（4 ) 圖2爲該反應器之局部放大立面詳細圖，顯 —、 ~、’、—汪入器剖 面及一關閉位置閘門； 圖3爲該反應器之端立面圖，其有部分斷開 _ 叫以顒TJt内部構 造；且 圖4爲該反應器之局部頂视平面圖，其有部分 1刀鲫開以顯示 内部構造。 在圖式中相同參考符號代表相同工件。 較佳實施例詳細説明 今參照圖式，特別是圖1，一種用以在半導體晶圓w上、” 積磊晶成長層之水平式反應器就其整體以參考數字1〇代表 。反應器10罩在一封罩12 (局部顯示）内且大體上包本一反 應室14，一基座16，上部和下部加熱陣列18和2〇，—注入 器22 ’及一閘總成24 (以上參考數字整體性代表各物件）3 適於用以收納半導體晶圓W之反應室1 4在一入口 3〇和一出 口 3 2間水平延伸，該入口用以許可反應氣體進入該室，該 出口用以自該室排出反應氣體。入口 3 0和出口 3 2分別具有 凸緣34和36，用以將反應室14可釋放地連接至使反應氣體 進出該室之處理管路（僅局部顯示）。如以下所將詳細説明， 晶圓W在化學氣相沉積程序之前及之後由一機械人（圖.中未 示）通過入口 30插入反應室14及移出反應室14。較佳實施例 之反應室14爲石英製成，但亦可使用其他不脱離本發明範 圍之材料》 基座16包括一轉盤40，該轉盤在其上侧有一圓形凹處42 用以收納一晶圓W。轉盤40安裝於一軸44上，該軸在化學 本紙張尺度適用t國國家標準（CNS)A4規格(210 X 297公釐） I t n n _^i n I I n ϋ I I f請先閱讀背面之注意事項©寫本頁) -ί11· :線‘ 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 414925 A7 B7 五、發明說明（5 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 氣相沉積程序期間緩慢轉動該轉盤以在晶圓w表面上平均 刀布爲晶材料及熱能。雖然圖中顯示軸4 2直接連接至轉盤 40，可在該軸之上部端上安裝一習之三臂牦架（圖中未示）以 支承該轉盤。 如圖1所示，上下加熱陣列1 8和20包括紅化線加熱燈5〇， 其在氣相沉積程序期間朝基座16放射熱輻射以加熱半導體 晶圓w及該基座。前述反應器組件中除注入器22外其餘皆 爲習知组件，以下將不多作説明。雖然亦可在本發明範園 内想像其他反應器，但較佳實施例反應器1 〇之组件係由美 國亞利桑那州鳳凰城之先進半導體材料公司所製造之 Epsilon I Epitaxial Epi反應器。 如圖2所示，注入器22大體上包含一入口體62，一計量配 件64，及一送氣室66。入口體62有一水平通道70完全穿透 該體。當反應器2〇進行裝載及卸載時，注入器22安裝於反 應室14附近以許可晶圓W通過通道70，此時該通道與該反 應室之入口 30對準》如圖3所示，三個垂直通道72 a至72 c自 水平通道70向上延伸至入口體62之一上端。水平及垂直通 道70和72a-72c共同構成一入口通道之一部份，整體上以74 代表，用以將反應氣體輸送至反應室14。一冷卻通道76環 繞水平通道70以通過體62循環冷卻水。管78自體62向下延 伸與冷卻通道7 6之相反端連通以將冷卻水送入及送出注入 器22。在入口體62内提供孔80將注入器22固定於封罩1 2 使該體抵住反應器14之入口30。如圖2所示，一整密片82 封入口體62與反應器14間之介面。 以 密 (請先閱讀背面之注意事項寫本頁) 訂_ .線 -8- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 414925 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明說明（6 ) 如圖3所示’計量配件64包括三個凹口 90a至90c用以將計 量板92a至92c支承於入口體62之垂直通道72a至72c之上以 大致阻擋反應氣體通過入口通道74。如圖4所示，每一板 92a至92c具有兩狹縫94&至9付，該等狹縫在該板周圍内完全 延伸於該板。每一狹縫94a至94f之大小.適於選擇性限制反 應氣體流過個別板92a至92c，藉此測量輸送至反應室14之 反應風< 體量。舉例來説，每一狹缝長度可約爲1英对，寬度 可約小於0.02英吋。更明確地説，每一狹缝之寬度約爲 0.002 至 0.015 英对。 在最佳實施例中，位在基座16中央部分之上游處之狹縫 (亦即計量自該基座所支撑晶圓W中央部分之上通過反應氣 體量之中央狹縫94c和94d)寬於位在該等中央狹縫相反端之 狹缝（亦即側狹縫94a，94b , 94e和94f)。此種配置使較大容 積反應氣體自晶圓中央部分之上通過而非自晶圓邊緣區域 之上通過。、此外’此配置產生較平坦磊晶成長層並降低產 生不良凹面磊晶成長層之可能性。雖然在本發明範圍内可 想見他種配置’在較佳實施例中，中央狹縫94c和94d之寬 度約小於0.02英吋且側狹縫94a，94b，94e和94f之寬度約小 於0.01英吋。更佳來説，中央狹缝94c和94d之寬度約0.009 至0.015英吋，且側狹缝94a，94b，94e和94f之寬度約爲 0·0〇2至0.005英吋。此外，每一狹縫沿其個別長度具有大致 相等之寬度。 雖然可想見其他方法製作本發明計量板92a至92c之狹縫 94a至94f，較佳實施例之狹缝係以導線電火花加工法製成 -9- 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項ί寫本頁) i裝 -線· A7

414925 五、發明說明（7 ) 。在板92a至92c内作出小（例如約3/32英吋）起動孔％以著 手於狹缝94a至94f。雖然該等孔96可被填滿(例如銅焊或熔 接）’在最佳實施例中該等孔定位爲被以下說明之配件以堵 住。. 如圖3所示，在計量配件64内具有六個狹縫98a至9sf。每 —狹縫定位在計量板92a至92c内狹縫94a至94f其中之一以下 ’許可穿過計量板之反應氣體自由進入入口體62之個別垂 直通道72a至72c内。計量配件64内之狹縫98a至98f短於計量 板92a至92c内之狹缝94a至94f。舉例來説，對應於計量板 92b内中央狹缝94c和94d之計量配件64狹縫98c和98d之長度 可約爲0.75英吋，且對應於計量板92a和92c内側狹縫94a， 94b，94e和94f之計量配件狹缝98a，98b，98e和9Sf之長度 可約爲0.5 0英吋。較佳來説，計量配件64内之狹縫98a至98f 與板92a至92c内之狹縫94a至94f重疊，是以該等板内之狹縫 末端受阻。如先前簡略提及/.ϋ構ji；排除填滿計量板、内' 起動孔96之需求》然而，孔96必須與計量配件64狹缝98a至 98t乏束端充分間隔以防止通過板92a至92c狹縫94a至94f之 長向氣流。如圖4所示，計量板9.2a至92c具有孔1 〇〇以利用 繫結件（圖中未示）將該等板固定於配件64。配件64内之對應 孔丨02可爲錐形以接受繫結件。 如圖3所示，一空腔π〇自充氣室66下端向上延伸’以一 大致恆定壓力對計量板92a至92c輸送反應氣體。—歧管由 一對套疊管1 14a和1 14b構成，該歧管整體上以112代表。該 歧管在空腔110之上端沿長向延伸穿過充氣室66。内管114a -10*- 本紙張尺度適用申國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） i-i-i--------裝--- (請先閱讀背面之注意事項cis本頁) 訂* 線 經濟部智慧財產局員工消費合作社印1 A7 414925 ^_B7______ 五、發明說明（8 ) 與連接至一反應氣體源（圖中未示）之管路116 (局部顯示）連 通以對注入器14輸送反應氣體。内管114a頂部中間之一孔 U 8允許反應氣體進入形成於内外管114a和1 14b間之環形通 道120。沿外管]14b底部分布之一系列管122允許氣體進入 歧管112以下之空腔1 I 〇。如習於此技藝者所了解，此歧管 構造以一大致恆定壓力橫跨空腔1 10散佈反應氣體。 在歧管每一端具備Ο形環124以將内管1 14a聚集在外管 114b之内。此外，内管114a之下游端（圖3所示左方）經過皺 捲以防止氣體通過此端進入環形通道120 β —端板126以螺 釘繫結件U8固定於充氣室66之每一端。每一管η 4 a和1 Mb 附加於該端板1 26其中之一，是以該等管自充氣室66之相反 端進入空腔110。在端板126與充氣室66間具備〇形環130以 防止氣體漏出空腔I 1 0之外。充氣室66和計量配件64以螺栓 132固定於入口體62。雖然注入器22可用其他不脱離本發明 範園之材料製成，較佳實施例之注入器主要爲不銹鋼合金 製成* 如圖2所示，閘總成24安裝於封罩12上注入器22附近。總 成24包含一閘140，該閘旋動地安裝於一自封罩U2向上伸 出之牦架142上。一以連桿146連接至閘！ 4〇之氣壓傳動裝置 144開關該閘以許可裝載及卸載晶圓w。當傳動裝置Μ*如 圖2所示延伸時’閘14〇堵住穿過入口體62之水平通道％。 —安裝於閘140上之0形環148在該閘關閉時封住入口通道μ 。然而，當傳動裝置144如圖1所示縮回時，閘14〇旋動五一 開啓位置。在閘140内之一開口 15〇許可—機械臂（圖中未示） -11 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱） -!---*i-------1 --- (請先閱讀背面之注意事項寫本頁) 訂 線. 鳗濟邹智慧財產局員X消費合作社印製 414825 A7 B7 五、發明說明（9 ) 在該閘開啓時穿過入口體62内之水平通道進入反應室14。 就以上所述’吾人可見達到本發明之數項主題並獲得有 益結果。 由於可在前述構造中作出不脱離本發 - * +贫卢J軏園乏各種改變 ，在此聲明所有前述文字説明或所附 θM TR内宏垃4七却 明性解釋而不具備限制性意義。 I---—<------------ c請先閱讀背面之注意事項寫本頁) 訂---------線 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐）

Claims (1)

1. A8 B8 C8 D8 414925 六、申請專利範圍 L 一種反應器，其以化學氣相沉積法在該反應器内之半導 體晶圓上沉積磊晶成長層，該反應器包含·· 一反應室，其大小及形狀適於用以收納一半導體晶 圓； 一入口通道，其與該反應室連通以將反應氣體輸送至 該反應室； 一基座，其位在該反應室内，用以在化學氣相沉積程 序期間支撑該半導體晶圓；及 一注入器，其包括一計量板，該板大致堵住流經該入 口通道之反應氣體，該板有一狹缝，該狹缝在該板周園 内完全延伸於該板，該狹缝之大小適於選擇性限制反應 氣體流過該板，藉此測量輸送至該反應室之反應氣體 量〇 2. 如申請專利範園第1項之反應器，其中該狹缝之寬度約小 於0.02英吋。 3. 如申請專利範園第1項之反應器，其中該狹缝爲位在該基 座t央部分之上游處之中央狹縫，用以計量自該基座所 支撑晶圓中央部分之上通過之反應氣體，且該注入器至 少有二侧狹缝位在該中央狹缝之相反端附近，每一側狹 縫位在該基座對面外部之上游處以計量自該晶圓對應外 部之上通過之反應氣體。 4. 如申請專利範園第3項之反應器，其中該等中央狹縫及侧 狹縫沿其個別長度具有大致相等寬度。 5. 如申請專利範園第3項之反應器，其中每一侧狹縫之寬度 -13 - 本紙張尺度賴中關家標準（CNS)A4規格咖X 297公爱） -1 4— I I i I I — ---I - · I I (請先閲讀背面之注意事項寫本頁> 訂- -線- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 414925 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 小於該中央狹缝之寬度。 如申請專利範圍第5項之反應器’其中該中央狹縫之寬度 約爲0.009至0.015英吋，且每一側狹縫之寬度約爲〇〇〇2 至0.005英吋。 如申請專利範圍第1項之反應器，其中該注入器包含： —入口體，其適於附加至該反應室位在該計量板下游 以使反應氣體通過該狹缝橫跨該基座支撑之晶圓流動； 及 一充氣室，其位在該計量板之上游以一大致恆定壓力 對該計量板供應反應氣體。 一種反應器用注入器，該反應器以化學氣相沉積法在該 反應器一反應室内支撑之半導體晶圓上沉積磊晶成長層 ’該注入器包括一計量板，該板有一狹缝，該狹缝在該 板周園内完全延伸於該板，該狹縫之大小適於選擇性限 制反應氣體流過該板，藉此測量輸送至該反應室之反應 氣體量。 如申請專利範園第8項之注入器，其中該狹缝爲位在該反 應器中央邵分之上游處之中央狹縫，用以計量自該反應 器内所支禕晶圓争央部分之上通過之反應氣體，且該注 入器至少有二侧狹縫位在該中央狹縫之相反端附近，每 —側狹縫位在該反應器對面外部之上游處以計量自該晶 圓對應外部之上通過之反應氣體。 10.如申請專利範圍第8項之注入器，其進一步包含： —入口體，其適於附加至該反應室位在該計量板下游 6. 7. 8. 9. 本紙張尺度適用令國國家標準（CNS)A4規格（21〇 -14- x 297公釐） 414925 A8 B8 C8 DS 六、申請專利範圍 以使反應氣體通過該狹縫橫跨該反應器内支撑之晶圓之 一表面流動；及 —充氣室，其位在該計量板之上游以一大致值定壓力 對該計量板供應反應氣體。 ---!---7------------ (請先閱讀背面之注意事項寫本頁) 訂· -‘線- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張又度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 x 297公釐）