TW457559B - Film-forming device - Google Patents

Description

45755 9 Α7 ^.____ Β7 五、發明說明（i) 【技術領域】 本發明係提供一種成膜裝置，係相關磊晶成長裝置成膜 (請先Μ讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝置。 【技術背景】 按，習知單片式磊晶成長裝置，譬如在石英玻璃製的 處理室上方及下方，配設呈輻射狀分布的複數根鹵素燈》 該處理室具備氣體供給口與氣體排氣口，並在內部設有供 承載半導體晶圓的晶座β 此類磊晶成長裝置係在將晶圓承載於晶座之後，開啓 鹵素燈而加熱晶圓|同時由氣體供給α向處理室內灌入反 應氣體。該反應氣體係沿晶加熱至一定溫度的晶圓表面 上，以層流狀態流動。此情況下，將隨反應氣體所產生的 熱分解反應，而在晶圓表面上形成薄膜。 【發明開示】 惟，當採用如上述之磊晶成長裝置等成膜裝置進行成 膜處理時，晶圓表面上所形成的薄膜將產生薄膜厚度分布 不均勻的不良情況。此種現象，可歸納成受鹵素燈的配設 位置、反應氣體的流速等因素之影響所致。 經濟部智慧財產局負工消费合作社印製 在如上述之習知裝置中，有若干硏究係在處理室上設 置複數氣體供給口，並由各該等氣體供給口調整灌入處理 室內之反應氣體的流量比，藉此企圖改善形成於晶圓表面 上之薄瞑的厚度分布問題。 但是，經本發明者針對此類習知裝置進行深入的檢討 後，發現若如上述僅將反應氣體流分成複數區，再利用控 -4 - 本紙張尺度適用t Β β家標準（CNS>A4规格（210 * 297公* ) 457559 A7 B7 五、發明說明（2 ) 制各區之反應氣體的流量比的話，對晶圓上薄膜的膜厚均 勻性的改善上將有極限限制，無法獲得十分良好的結果。 故，有鑑於斯，本發明之目的在提供一種可大幅提昇 形成於晶圓表面上之薄膜的薄膜厚度分布均勻性者。 緣是，爲達上述本發明之目的，本發明所提供的一種 成膜裝置，係灌入於處理室內的反應氣體，沿被處理物表 面流通，利用該反應氣體的熱分解反應而施行成膜處理的 裝置，其中，在該處理室內設置將所灌入反應氣體導引於 被處理物表面上的導引元件者。 詳言之，本發明所提供的成膜裝置，係將反應氣體引 進處理室內，並沿被處理物表面流動而產生熱分解反應， 俾進行成膜處理的裝置，主要乃設有將灌入處理室內的反 應氣體引導於被處理物表面上的導引元件者。 具備上述構造的成膜裝置，藉由該導引元件的設置， 可控制反應氣體的流動方向，俾可調整該反應氣體的流動 方向朝向如晶圓等被處理物表面上產生薄膜厚度不足現象 的區域，結果將使被處理物表面上所形成的薄膜厚度具充 分的均勻性。 再者，爲達上述目的，本發明係提供一種成膜裝置， 係具備設置有供灌入反應氣體用之氣體供給口的處理室、 設置於該處理室內且設有供放置被處理物之承載構件的晶 圓承載元件、由該氣體供給口朝承載構件延伸並通過氣體 供給口而將灌入該處理室內的反應氣體引導於被處理物表 面上的導引元件者》 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝 ----訂---------線 經濟部智慧財產局貝工消f合作社印製 經濟部智慧財產局員工消费合作社印製 45755 9 A7 ____ B7 五、發明說明（3 ) 換句話說，本發明提供的成膜裝置，係包含有具備氣 體供給口的處理室、與設置於該處理室內且設有供承載被 處理物之承載構件的晶圓承載元件者，同時亦設置當將反 應氣體由該氣體供給口灌入該處理室內，使該反應氣體沿 被處理物表面流動，並利用熱分解反應的產生而進行成膜 處理的裝置上，裝設由該氣體供給口朝承載構件延伸，而 將灌入該處理室內的反應氣體引導於被處理物表面上的導 引元件者。 藉由如上述的導引元件的設置，便控制在產生熱分解 反應區域（以下簡稱「反應區域」）附近的反應氣體之流通 方向（流動方向），藉此而施行反應氣體流向的精密性調 整，俾使形成於如晶圓等被處理物表面上之薄膜的厚度， 可呈非常均勻的分布。 具體而言，因爲反應氣體係由反應區域附近位置開始 擴散，所以當處理室設有複數氣體供給口時，分別由各氣 體供給口所灌入的各反應氣體間，便可在離反應區域若干 距離處便進行混流，藉此而可輕易的控制反應氣體的流 向，俾可調整反應氣體的流向，而流向於晶圓表面上薄膜 厚度不均勻的區域，而使被處理物上的薄膜厚度產生優良 均勻性。 尤其最好是在處理室內部，於晶圓承載元件或承載構 件的外側且在該導引元件的下方，配設加熱由該氣體供給 口灌入處理室內之反應氣體的加熱元件。 即，本發明之成膜裝置，最好在如在處理室內部，於 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) '裝 訂------.丨！政 45755 9 A7 __B7 五、發明說明（4 ) 晶圓承載元件外側，配設加熱由該氣體供給口灌入處理室 內之反應氣體的加熱元件，並在該加熱元件的上方或上端 則設置導引元件。 【圖式簡單說明】 第1圖係本發明之成膜裝置的較佳實施例之一的橫向剖面 示意圖；即，相關本發明成膜裝置之磊晶成長裝置 之一例的槪略示意圖。 第2圖係本發明之成膜裝置較佳實施例之重要元件構造的 水平方向剖面示意圖；即，第1圖之Π-Π線剖面示意 圖。 第3圖係習知磊晶成長裝置之一例的水平方向剖面示意圖。 第4A圖係採用習知磊晶成長裝置，而於晶圓表面上所形成 薄膜之厚度分布之一例的剖面示意圖。 第4B圖係採用第i圖所示磊晶成長裝置，而於晶圓表面上 所形成薄膜之厚度分布之一例的剖面示意圖。 第4A圖與第4B圖均屬晶圓直徑方向的剖面示意圖。 【圖式編號說明】 (諳先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -till---訂.--------故 經濟部智慧財產局貝工消費合作社印製 1 磊晶成長裝置 2 處理室 2a 襯套 3a 〜3e 氣體供給口 4 氣體排氣口 5 a〜5 c 氣體供給分配管 6 氣體排氣導管 7 晶座 7a 承載構件 δ 支撐軸 9 預備加熱環 10 側壁 11a〜Ilf 導引板 12 鹵素燈 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 457559 A7 B7 經濟部智慧財產局貝工消费合作社印製 五、發明說明（5 ) 100 磊晶成長裝置 G 反應氣體 【實施發明較佳態樣】 請參閱圖式，針對本發明的實施態樣進行詳細說明。 在圖式說明中，相同元件賦予相同圖式編號不再贅述。同 時，上下左右等相關位置並無特別限制，基本上採依照圖 面上的上下左右等相關位置爲依據進行說明。 第1圖所示係本發明之成膜裝置的較佳實施態樣之剖 面槪略示意圖，此圖所示相關本發明所提供成膜裝置係屬 於針對被處理物的矽晶圓分別一片一片進行成膜處理的單 片式磊晶成長裝置之其中一例的槪略示意圖。第2圖所示係 該磊晶成長裝置重要元件之水平方向剖面示意圖，乃第1 圖中之ΙΙ-ΙΙ線剖面示意圖。 圖中，磊晶成長裝置1係具備由石英玻璃所構成的處理 室2。在構成該處理室2其中部分側邊的襯套2a，設有複數 個（本實施例中爲5個）相互對向排列的氣體供給口 3a〜3e， 與氣體排氣口4。 該氣體供給口 3a〜中，配設於中央位置的氣體供給口 3c連接於氣體供給分配管5a，而該氣體供給口 3c水平方向 外側處的氣體供給口 3b、3c處則鄰接於氣體供給分配管 5b。位於氣體供給口 3b〜3d水平方向外側位置的氣體供給 口3a、3e，則連接於氣體供給分配管5c，藉由上述構造， 灌入（供給）處理室2內的反應氣體之流向，便分隔爲3區。 此外，氣體排氣口 4則連接於氣體排氣導管6。 在該處理室2內設置承載晶圓W(被處理物）之晶圓承載 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱） -------— — — — ^ 裝--------訂---------緣 (請先閱讀背面之注意事項再填窝本頁) 經濟部智慧財產局員工消费合作社印製 457559 A7 B7 五、發明說明（6 ) 元件的晶座7。該晶座7係由被覆著碳化矽之石墨材料所製 成的圓盤狀造型者，其上面設置供承載晶圓W的凹狀承載 構件7a。 該晶座7係利用設在該處理室2下端的石英玻璃製支撐 軸8，由內面方向採水平三點配置方式支撐著。該支撐軸8 利用驅動馬達（未圖示）進行驅動，俾驅動晶座7旋轉。 在該襯套2a與晶座7之間，設置供加熱反應氣體G的預 備加熱環9(加熱元件），藉由該預備加熱環9將由各反應供 給口 3a~3e灌入處理室2內的反應氣體G進行加熱，俾可對 承載於該承載構件7a上的晶圓W進行更有效率的熱分解反 應。 在該預備加熱環9的上端，由設置該複數個氣體供給口 3a〜3e的側壁10之前端，向晶座7之承載構件7a方向延伸， 配置六個呈水平放置的導引板11a〜Ilf(導引元件）。即，該 預備加熱環9係設置於處理室2內，在晶座7外側且導引板 Ua〜Ilf下方位置處。 該等導引板1 la〜1 If係對由各氣體供給口 3a〜3e灌入處 理室2內的反應氣體予以整流，而引導於放置在承載構件7a 上之晶圓W表面上的特定位置處。 該等導引板11a〜Ilf中，最靠外側位置的導引板11a與 Ilf，略呈長方體造型且相對側壁10呈垂直直線狀設計，換 句話說，採與該側壁10長邊的延伸方向略微貼合方式配置。 反之，該導引板lib〜lie則採水平剖面呈推拔造型，且 相對側壁10形成略微向外側方向傾斜狀態，並使較粗的一 本紙張尺度適用中囤國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐> I --------— 卜^I ill — —--訂- ill — 丨 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) A7 B7 45755 五、發明說明（7 ) 端配設於靠晶座7,俾使相鄰配置的導引板間的水平間距， 朝晶座7方向呈逐漸狹窄狀態》 在該處理室2的上方與下方，設置呈輻射狀配置的複數 根鹵素燈（紅外線燈或遠紅外線燈）12，俾將放置於該晶座7 之承載構件7a上的晶圓W予以加熱至高溫。 上述構造的磊晶成長裝置1，首先將晶圓W承載於晶座 7的承載構件7a上，在利用鹵素燈12的熱能，將被昇上的晶 圓W加熱至特定的處理溫度。然後，將晶座7呈旋轉狀態， 並將如三氯矽烷（SiHCl3)氣體或二氯矽烷（SiH2Cl2)氣體等 類鹵化矽烷氣體之反應氣體G，由氣體供給配管5a〜5c，利 用各氣體供給口 3a〜3e灌入於處理室2中》 藉由此種方式，利用預備加熱環9而加熱的反應氣體 G，沿加熱至特定溫度的晶圓W表面呈層流狀態流動，使 晶圓W上矽之單結晶產生磊晶成長，而形成薄膜。 此處採用習知裝置作爲比較例進行說明。第3圖所示係 習知磊晶成長裝置之一例的水平剖面示意圖。如圖中所 示*習知磊晶成長裝置中，並未裝設如本發明所提供之 磊晶成長裝置1中所設置的導引板Ua〜Ilf，除此外，該磊 晶成長裝置1 〇 〇的其他構造均如同本發明所提供之磊晶成 長裝置1。 在如上述習知磊晶成長裝置1〇〇中得知，依照鹵素燈12 之配設位置與反應氣體之流速等重要因素，應可改善薄膜 厚度不均勻的不良情形，故可依調整由各氣體供給口 3a~3e 灌入處理室2內之反應氣體G的流量比’進行晶圓W的成膜 本紙張尺度適用中國國豕標準（CNS〉A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝 訂------.—絶 經濟部智慧財產局貝工消费合作社印製 457559 A7 B7 五、發明說明（8) 處理。 其次，請參閱第4A圖與第4B圖進行詳細說明。第4A、 4B圖所示係指分別採用習知磊晶成長裝置100與本發明磊 晶成長裝置1，而形成於晶圓表面上之薄膜的薄膜厚度分布 剖面示意圖，二者均指晶圓直徑方向的剖面。 在習知技術中，形成於晶圓W表面上的薄膜Μ之厚度分 布，請參閱第4Α圖所示，在晶圓W內側區域Ra與外側區域 Rb處產生薄膜厚度過厚的情況’而在內側區域Ra與外側區 域Rb之間區域Rc則產生薄膜厚度不足的不良情況。 此情況下，一般均採行將由氣體供給□ 3b、3d灌入習 知磊晶成長裝置中之反應氣體G的流量，調整爲較由氣 體供給口 3a ' 3c、3e所灌入反應氣體G流量爲多的方式處 理，藉此企圖抑制在內側區域Ra與外側區域Rb之間的薄膜 形成，同時促進中間區域Rc的薄膜形成。 惟此情況下’由氣體供給配管5a〜5c吹送入氣體供給口 3a〜Be的各反應氣體，將發生由氣體供給口 3a〜3e的部分（前 端處）擴散的不良情況。如此便將產生如第3圖中虛線所示 般，相鄰氣體供給口所吹送出的反應氣體，將在反應域中 產生互相混流的情況，結果致使晶圓中反應氣體G混流區 域，較容易促進薄膜的形成，所以對改善如第4A圖所示薄 膜Μ的厚度分布不均勻狀況上係屬非常困難。 反之’在磊晶成長裝置〖中’因爲在預備加熱環9的上 方，由側壁10前端向晶座7方向延伸設置有導引板 1U〜lie，所以由氣體供給配管5a〜5c吹送入氣體供給口 本紙張尺度適用t國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公茇） <請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) *11)1111 一-SJ— — 111— — — — 經濟部智慧財產局黄工消f合作社印製 -11- 經濟部智慧財產局貝工消费合作社印製 45755 9 Α7 Β7 五、發明說明（9 ) 3a〜3e的各反應氣體G，將如第2圖中虛線所示般，由導引 板Ua-lle部分(前端）位置開始擴散，換句話說，供給於處 理室2內的反應氣體G，較習知技術在流動方向更下游位置 處才開始擴散。 因此，由各氣體供給口 3a〜3e所供灌入的反應氣體G， 將如第2圖所示般，在偏離反應區域位置處才開始產生相互 混流的狀況，故利用將由氣體供給口 3b、3d所供灌入之反 應氣體G的流量，調整爲多於由氣體供給口 3a、3c、 供灌入之反應氣體G的流量之方式，便可順利確實的抑制 在晶圓W內側區域Ra與外側區域Rb處的薄膜形成。 結果，即便有如習知可能產生薄膜厚度分布不均勻之 薄膜Μ(請參閱第4A圖所示）的虞慮，但最後亦將產生如第 4Β圖所示形成薄膜厚度分布均勻之薄膜Μ。具體而言，在 採用如第1圖所示磊晶成長裝置1的成膜處理中，可確認薄 膜的厚度誤差可抑制到1%以下。 當然，本發明並僅限定於上述實施態樣，譬如，在磊 晶成長裝置1中，可將導引板11a〜lie延伸至預備加熱環9， 或者延伸至晶座7中之承載構件7a前方位置處，諸如此種方 式均可獲得相同或更佳的效果。 相鄰導引板間的間隔距離，亦可設定成靠晶座7爲較狹 小間距的方式，或者設定成間隔爲一定的方式。此類導引 板的形狀、尺寸大小、裝置狀態、數目，可配合形成於晶 圓W表面上之薄膜Μ的厚度分布特性，隨意進行適當的配 設。 本紙張尺度適用中困a家標準（CNS>A4規格（210 X 297公釐） — — — — — — Γ—ll· I ' I I I I I I I )eJellli — Ιί — (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -12- 4 5 7 5 5 9 A7 B7 五、發明說明（10) 再者，如上述實施態樣的成膜裝置，係採用具有預備 加熱環9的磊晶成長裝置1，惟本發明亦可採用未設有預備 加熱環9的磊晶成長裝置，或者使用於如CVD裝置等磊晶成 長裝置以外的成膜裝置。 【產業上可利用性】 如上述說明，本發明藉由導引板的設置，而將灌入處 理室內的反應氣體，引導於晶圓等被處理物的表面上，所 以不僅可控制反應氣體的流量，同時亦可控制反應氣體的 流動方向，因此可大幅提昇形成於被處理物表面之薄膜的 厚度均勻性。 -----------一'^--------訂---------疲 (請先閲讀背面之沒意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局貝工消f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） -13-

Claims (1)

1. Λ8 B8 C8 D8 45755 9 六、申請專利範圍 1. 一種成膜裝置，係將灌入處理室內之反應氣體，沿被處 理物表面流通，利用該反應氣體的熱分解反應而施行成 膜處理的裝置中，其特徵在於： 在該處理室內設置將所灌入反應氣體導引向被處理物 表面上的導引元件。 2. —種成膜裝置，係具備有： 設置有供灌入反應氣體用之氣體供給口的處理室； 設置於該處理室內且設有供放置被處理物之承載構件 的晶圓承載元件； 由該氣體供給口朝承載構件延伸並通過氣體供給口， •將灌入該處理室內的反應氣體引導於被處理物表面上的 導引元件者。 3. 如申請專利範圍第2項所述成膜裝置，更進一步，在該 處理室內部，於該晶圓承載元件或該承載構件的外側’ 且位於該導引元件的下方位置處，配設將由該氣體供給 口灌入該處理室內之該反應氣體予以加熱的加熱元件。 ------:----一丨一'^--------訂---------愈' I (請.元閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作杜印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格CHO X 297公釐） -14-