TWI254979B - Vapor-phase growth apparatus and vapor-phase growth method - Google Patents

Description

1254979 (1) 玖、發明說明 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於一種氣相成長裝置和一種氣相成長方法 ’以在供給'局溫狀態的氣體源下，加熱一晶圓，並於氣 相中’在一複合半導體或類似物的表面上成長一薄膜。尤 其是關於一種供置放晶圓於其上之晶圓保持器的材料特徵 【先前技術】 氣相成長方法已被應用於各工業領域。不用說，在氣 相成長中，厚度的高度均勻性、成長在晶圓全部表面上的 之薄膜的組成成分和濃液濃度是基本的事項。因此，獲致 晶圓加熱的熱均勻性，被認爲像前述全表面均勻性一樣是 最重要的基礎技術。 第一圖是顯示本實施例氣相裝置之示意構造的剖示圖 。如第一圖所示，氣相成長裝置1 00包含一反應爐1、供 設置晶圓2於其上的一晶圓保持器1 3、供置設晶圓保持 器3於其上的一基座4、設於基座4下方的一加熱器5、 供以自由旋轉方式支撐晶圓保持器3和基座4的一旋轉機 構6、用以供給一氣體源和一氣體載體經過的一氣體引入 管7、供排放非反應氣體的一氣體排出管8、及其類似物 〇 第九A和九B圖是顯示晶圓保持器1 3之細部構造的 放大視圖，其中第九A圖是平面視圖，第九B圖是沿著 -5- 1254979 (2) 第九A圖之A - A線的剖視圖。複數個圓穴孔（在第 圖爲六個）1 3 a沿著一圓周形成在晶圓保持器1 3的 面上，供置設晶圓2於其內。晶圓保持器1 3的另一 與基座4接觸。晶圓保持氣勢由一或更多構件組成， 其是由一單一構件組成如第九A和九B圖所示。 基座4由具有大熱傳導係數的材料（例如鉬）組成 均勻地傳送加熱器5的熱。通常使用具有大熱傳導係 石墨、銷、或類似物做成晶圓保持器3。 在具有如上所述構造之氣相成長裝置中，藉由加 5加熱基座4的下側，熱經由基座4和晶圓保持器1 至晶圓2，並藉此加熱晶圓至一預定溫度。由旋轉機 以預定轉速旋轉基座4，並經由氣體引入口 7引入， 圓2的上表面均勻地供給氣體源和載體氣體，而進行 的氣相成長。 然而從本發明的一實驗發現，在前述氣相成長 1 0 0中，因爲晶圓保持器1 3的溫度效應，晶圓2的 面溫度變得較晶圓保持器1 3的溫度低，且因此晶圓 周圍部溫度變得較晶圓的中心部之溫度低。換言之， 習知的氣相成長裝置1 〇〇，因爲晶圓2的平面溫度分 法均勻，難以藉由氣相成長在晶圓2的全部表面上， 具高均勻度的一薄膜。 【發明內容】 爲了解決上述問題而發展出本發明。因此，本發 九A -表 表面 通常 ，以 數的 熱器 3傳 構6 向晶 薄膜 裝置 前表 2的 發現 布無 形成 明之 -6- 1254979 (3) 一目的在於提供一氣相成長裝置和一氣相成長方法，其能 允許於一氣相中成長一薄膜，以在一晶圓的全部表面獲得 一所欲的均勻性。 依據本發明的一方面，一種氣相成長裝置，包含：至 少一反應爐，其能被緊密地封閉；一晶圓保持器，其設置 於該反應爐內，供置設一晶圓於其上之一預定位置；一氣 體供應構件，用以向該晶圓供應一氣體源；及一加熱構件 ，供加熱該晶圓；該裝置被設計成當供給在高溫狀態的氣 體源時，藉由透過該晶圓保持器而加熱反應爐內的晶圓， 以在該晶圓的一前表面上形成一成長薄膜。其中該晶圓保 持器包含：一熱流控制段，具有一成形空間，供設置一晶 圓於其內；及一熱流傳輸段，其連接於該熱流控制段，供 傳輸熱於置設在該空間內的晶圓，且一均勻的熱阻Rg存 在熱流控制段和熱流傳輸段之非常接近的平面之間或弧面 之間。 依據具有此一機構的晶圓保持器，可容易調整R2/R! 比値，其中R1是從該熱流傳輸段的一後表面至該晶圓的 該前表面之一熱傳路徑的一熱阻，R2是從該熱流傳輸段 的該後表面至該熱流控制段的一前表面之一熱傳路徑的一 熱阻。 較佳地，熱阻R2/R!比値不小於0.8且不大於1 .2。 這樣使得各熱傳路徑的熱阻幾乎都相同，且確保熱從 晶圓保持器後表面（熱流傳輸段後表面）向晶圓前表面和 向晶圓保持器前表面（熱流控制段前表面）的熱傳類似。 -7- 1254979 (4) 所以晶圓前表面和晶圓保持器前表面可達到的溫度可相等 。此成功地防止晶圓表面和晶圓保持器表面間之溫度差所 引起的晶圓周圍部的前表面溫度高於晶圓中心部的表面溫 度，且使得保持晶圓平面溫度分布均勻成爲可能。結果， 具有所欲均勻性的薄膜，可於氣相中，在晶圓全表面上成 長。 熱阻Rg不小於1.0 xl (Γ6平方公尺·凱氏度/瓦特（ m2k/W )且不大於 5.0 X 1 0_3平方公尺·凱氏度/瓦特（ mk/W )。另一方面，熱流控制段和該熱流傳輸段間的餘 隙距離，幾乎均勻且在0 · 0 0 1 m m至1 m m的範圍內。據此 ，因爲熱阻Rg幾乎等於熱流傳輸段和晶圓間的接觸熱阻 ，所以可輕易調整RVRi比値。 又較佳地，熱流控制段是由具有不小於置設在該熱流 傳輸段上之該晶圓的熱傳導係數之〇 · 5倍，且不大於其2 0 倍的材料所製成。雖然不受限制，但熱流控制段3 1可由 任何材料製成，甚至具有對薄膜成長或對反應爐環境無反 效果之特徵的材料。 較佳地，熱流傳輸段是由具有熱傳導係數高於晶圓熱 傳導係數的材料所製成。例如具有熱傳導係數不小於5 〇 瓦特/公尺·凱氏度（W/m · k )且不大於4 5 0瓦特/公尺· 凱氏度（W/m· k)的材料。 例如熱流控制段是由非晶形碳、氮化鋁、石墨、矽、 碳化矽、鉬、熱解氮化硼、及氧化鋁其中之一所製成，而 該熱流傳輸段是由|目、石墨、金、及銀其中之一所製成。 -8- 1254979 (5) 依據本發明的另一方面，該氣相成長方法，其使用包 含上述構造的一氣相成長裝置。當供給一高溫狀態的氣體 源’透過該晶圓保持器而加熱反應爐內的晶圓，以在該晶 圓的一前表面上形成一成長薄膜；其中，在氣相中成長一 薄膜期間’該晶圓保持器的一前表面和該晶圓的一前表面 間的溫度差是在：rc以內。據此，因爲可保持均勻的晶圓 平面平面溫度分布，所以可在晶圓的全部表面上，成長具 所欲均勻性的一薄膜。 其次’本發明所發展出來的進步將描述如下。 關於晶圓2的表面溫度傾向於較晶圓保持器1 3的表 面溫度低之理由，本發明將焦點放在晶圓2和晶圓保持器 1 3內各熱傳路徑的差異。本案發明]人認爲，因爲晶圓2 和晶圓保持器的材料通常不同，所以在各路徑不可能執行 相同的熱傳’因此晶圓和晶圓保持器之可達到的溫度發生 差異。 第十圖是顯示晶圓2和晶圓保持器1 3內之熱阻的示 意圖。在第十圖中，Tup代表晶圓保持器13的後表面溫度 ，Tsurf代表晶圓2或晶圓保持器13的表面溫度，Td。^代 表設於距晶圓2和晶圓保持器i 3表面一預定距離處的一 假想平面（下文稱爲‘虛擬邊界平面’）之溫度。如第十 圖所示’向晶圓2前表面的熱傳係沿著路徑1，其是起源 自晶圓保持器1 3後表面，經過晶圓保持器1 3本身和晶圓 2，而到達虛擬邊界平面。而向晶圓2前表面的熱傳係沿 著路徑1，其是起源自晶圓保持器1 3後表面，經過晶圓 -9- 1254979 (6) 保持器1 3本身和晶圓2，然後到達虛擬邊界平面。而向 晶圓保持器1 3前表面的熱傳係沿著路徑2，其是起源自 晶圓保持器1 3後表面，經過晶圓保持器1 3本身，而到達 虛擬邊界平面。如上所述，晶圓2和晶圓保持器1 3在向 各自表面的熱傳路徑並不相同。 亦即，從第十圖所示晶圓2和晶圓保持器1 3之熱阻 示意圖可知，熱傳路徑1的熱阻R!，等於晶圓保持器1 3 部分的熱阻R!。、晶圓保持器1 3和晶圓2間的接觸熱阻 Rlg、晶圓2部分的熱阻Rlw之和。熱傳路徑2的熱阻R2 ，等於晶圓保持器1 3部分的熱阻R2c。 另外，熱阻R由下列方程式（1 )所定義： R = L/K ( 1 ) 其中，R [m2k/W]爲熱阻：L[m]爲材料在熱流方向的 厚度：及K [W / m.k]爲熱傳導係數。 熱組R1和R2以下列方程式表示爲：

Ri-Ric + Rig + Riw-Lc/Kic + Rig + Lw/Kiw ( 2 ) R2 = R2c = Lc/K2c + Lw/K2c ( 3 ) 其中 ’ Kic = K2c 注意一關係式可寫爲 L w / Klw > L w / K2e，因爲晶 圓2 ( InP，GaAs等）的熱傳導係數Klw極小於晶圓保持 器13 (石墨，組等）的熱傳導係數Κ2。，且接觸熱阻Rlg 在晶圓2和晶圓保持器丨3間的接觸平面上升，所以R2顯 然小於R!。 R1 > R2 ( 4 ) -10- 1254979 (7) 亦已知熱傳由熱傳路徑的熱通量所決定，熱通量通常 定義爲在一單位面積（單位：公尺2 : m2 )流動的能量（ 熱流），且表示如下方程式： Q ~ - ( Tdown " TUp) / R|0ta] (5) 其中，q [W / m2]是熱通量，RtC)tal [m2k/w]是總熱傳 ，Tup [k]是上游溫度，Td()wn[k]是下游溫度。 在第十圖中’熱傳路徑1和2的總熱組Rlt()tal和 R2 total表示如下方程式：

Rltota=Rl+Rla ( 6 ) R2total = R2 + R2a ( 7 ) (其中 ’ Rla - R2a) 前述方程式（Ο 、 （6)、及（7)成立 RltQta >

Rhota!的關係，因此熱傳路徑1的熱通量q!小於熱傳路 徑2的熱通量q2。 Q2 > qi ( 8 ) 再者，熱通量qi和q2可用晶圓2的表面溫度Tlsurf 和晶圓保持器13的表面溫度T2surf寫成如下方程式： · Q 1 = - ( Tdown ' Tisurf) / Rja (9) Q 2 = - ( Tdown - 丁2 surf ) / R2 a ( 10) 從前述方程式（8 ) 、 （ 9 )、及（1 0 )可推導出晶圓 2的表面溫度Tlsurf低於晶圓保持器13的表面溫度T2si^f

Tlsurf > T2surf (11) 經發現’在習知刺相成長裝置中’表面溫度Tisurf和 -11 - 1254979 (8) T^urf的不同，是由晶圓2和晶圓保持器1 3的熱傳導係數 之大差異所引起。 因此，本案發明人硏究一種減少晶圓表面溫度T 1 s u n 和晶圓保持器表面溫度T2surf差異的方法。且基於上述方 程式（5 )至（1 0 )，我們得到一個主意，使各熱傳路徑 的熱阻R !和R2幾乎相等是成功的（亦即，使熱阻比値 R2/ R】接近1 )。 本案發明人發明使晶圓保持器3由兩構件（亦即一熱 流控制段3 1和一熱流傳輸段3 2 )組成的一種方法。 在此狀況，第三圖之熱阻示意圖，其熱阻R1和熱阻 R2表示如下方程式：

Ri=Ric + Rig + Riw = Lc/Kic + Rig + Lw/Kiw (12) R2 = R2c + R2g + R2w = Lc/K2C + R2g + Lw/K2P ( 13)

其中，Klc = K2C 亦即，藉由使晶圓2和熱流傳輸段3 2的接觸熱阻 R U値，接近熱流控制段3 1熱和流傳輸段3 2的接觸熱阻 R2 g値’且使晶圓2的熱傳導係數K! w値，接近熱流控制 段3 1的熱傳導係數K2P値，而使得熱阻R!和r2的値相 互接近成爲可能。 本發明椅基於上述發現而發展，且提供一氣相成長裝 置1 0，其晶圓保持器3包含：一熱流控制段，具有一成 形空間，供設置一晶圓2於其內；及一熱流傳輸段，其連 接於該熱流控制段，供傳輸熱於置設在該空間內的晶圓， 且一均勻的熱阻R2g存在熱流控制段和熱流傳輸段之非常 -12- 1254979 (9) 接近的平面之間或弧面之間。同時，R2/Ri比値不小於ο.8 且不大於1 . 2 在本發明中，熱阻R g可不小於1 ·0 χ 1 0_ 6平方公尺· 凱氏度/瓦特（m 2 k / W )且不大於5 · 0 χ 1 0 '平方公尺·成 氏度/瓦特（m2 k / W )。另外，熱流控制段和該熱流傳輸段 間的餘隙距離，可幾乎均勻且在0 · 0 0 1 m m至1 m m的範圍 內。據此，獲得幾乎相等的接觸熱阻R U和R2 g成爲可能 。再者，熱流控制段可由具有不小於置設在熱流傳輸段上 之該晶圓的熱傳導係數之〇. 5倍，且不大於其2 0倍的材 料所製成，以使晶圓2的熱傳導係數K! w値，接近熱流控 制段3 1的熱傳導係數K2P値。 雖然亦可由提昇方程式（12 )和（13 )中之Lw或Lc 値，而使R2/Ri比値接近1，但因溫度控制、裝置的空間 效率、及成本的問題，所以此較不可行。因此選擇例如具 有熱傳導係數接近晶圓2的熱傳導係數之熱流控制段3 1 材料，爲一務實可行的策略。 【實施方式】 實施本發明的最佳模式 本發明之氣相成長裝置（Μ Ο C V D裝置）的實施例，將 參照附圖描述如下。 第一圖是顯示本實施例氣相裝置之示意構造的剖示圖 。第二Α和二Β圖是顯示本發明晶圓保持器3之細部構 造的放大視圖，其中第二A圖是平面視圖，第二B圖是 -13- 1254979 (10) 沿者弟一 A圖之A - A線的剖視圖。 在較早的發展中，做爲晶圓容器的晶圓保持器3，是 由例如石墨之具大熱導係數的材料所製成，本實施例之氣 相裝置不同於該較早的習知技術，因爲晶圓容器包含由例 如石墨之具大熱傳導係數的材料所製成的一熱流傳輸段 3 2 ’及由熱傳導係數相對地接近晶圓之熱傳導係數的非晶 形碳或其類似物所製成的一熱流控制段3 1。 如第一圖所示，氣相成長裝置1〇包含一反應爐1、 供設置晶圓2於其上的一晶圓保持器3、供置設晶圓保持 器3於其上的一基座4、設於基座4下方的一加熱器5、 供以自由旋轉方式支撐晶圓保持器3和基座4的一旋轉機 構6、用以供給一氣體源和一氣體載體經過的一氣體引入 管7、及供排放非反應氣體的一氣體排出管8。 氣相成長裝置1 〇的每一壁構件，典型地由不銹鋼組 成。氣體引入管7設於上壁構件的中央，且引入例如三甲 基銦（TMI)、三甲基鋁（TMAI)、或三甲基鎵（TMG)的十三（ X m ; m B)族氣體源、例如砷化氫（AsH3)或磷化氫（PH3) 的十五（X V ; v B)族氣體源、和例如氫（H 2)的插入氣體 ，做爲進入反應爐的載體氣體。 晶圓保持器3是由一構件所組成’該構件包含石墨製 成且模製成碟狀的一熱流傳輸段3 2 ’和非晶形碳製成且 一體成型於該熱流傳輸段3 2上的一熱流控制段31 °晶圓 保持器3至設於一基座4上。在熱流控制段3 1內，供容 置晶圓2於其內的複數個（在第二圖爲六個）圓穴孔（凹穴 -14- 1254979 (11) )3 a，沿著單一圓周成型。基座4由具有大熱傳導係數的 材料（例如鉬）組成，以均勻地傳送加熱器5的熱，且自_ 旋轉機構6以可自由旋轉的方式支撐著。用於加熱帛n 2 的加熱器5同心地設於基座4的下方。 雖然實務上在較早發展的氣相成長裝置中，{吏_胃有· 大熱傳導係數的石墨或鉬做成晶圓保持器3，$ $ # # _ 的氣相成長裝置1〇中的晶圓保持器3，包含由石g @成 的一熱流傳輸段3 2和由α -碳製成的一熱流控制段3 1。 具體而言，錯由使用具有大約10瓦特/公尺·凱氏度 (W/m · k )熱傳導係數的α -碳製成熱流控制段3 1，使得 置於晶圓保持器3上的晶圓2之熱傳導係數，與晶圓保持 器3之熱傳導係數接近相等。因爲一銦磷晶圓（InP wafer )的熱傳導係數爲14·3瓦特/公尺·凱氏度（w/m · k)， 其估計約爲α -碳之熱傳導係數的1.4倍。 熱流控制段3 1和熱流傳輸段3 2間的餘隙大致均句， 且在0.001公釐（mm)至1公釐的範圍內。其間的接觸 熱阻不小於1·〇χ 1 (Γ6平方公尺·凱氏度/瓦特（m2k/W ) 但不大於l.〇xl〇_1平方公尺·凱氏度/瓦特（m2k/W)。 此一構造，使從加熱器5經基座4和晶圓保持器3， 至晶圓2前表面或晶圓保持器3前表面的各熱傳路徑之熱 阻幾乎相等，結果，晶圓2的表面和晶圓保持器3的表面 可得相寺溫度。此成功地防止因爲晶圓2表面和晶圓保持 器3間的溫度差，所引起的晶圓周邊部分的表面溫度較晶 圓中心部分的表面溫度高，並使保持晶圓2均勻平面溫度 - 15- 1254979 (12) 分布成爲可能。 熱流傳輸段3 2不僅可由石墨製成，且可由例如鉬、 金、銀、或類似物所製成。熱流控制段3 1不僅可由α -碳 所製成，亦可由氮化鋁、石墨、矽、碳化矽、鉬、熱解氮 化硼、氧化鋁、或類似物所製成。 氣體排出管8設置於反應爐1的底表面。經氣體引入 管7從一引入口引入反應爐內的氣體源，在反應爐的上游 側被分解，然後流至下游側，以於晶圓2上形成一薄膜。 非反應氣體源連同載體氣體，經由一排出口和氣體排出管 8被排放。 雖然未顯示於圖中，但水冷式護罩典型地設於旋轉機 構6的外圍和反應爐外壁下段。這些水冷式護罩和加熱器 5，控制反應爐內的溫度。 具有上述構造的氣相成長裝置1 0，熱從基座4下側 的加熱器5，經由基座4和在基座4加熱下的晶圓保持器 3，而傳至晶圓2，以加熱晶圓2至一預定溫度。由旋轉 機構6以預定轉速旋轉基座4，並經由氣體引入口 7引入 ’向晶圓2的上表面均勻地供給氣體源和載體氣體，而進 行薄膜的氣相成長。因爲晶圓2上表面和晶圓保持器3 ( 熱流控制段3 1 )上表面的溫度幾乎相同，所以晶圓2的 平面溫度分布呈均勻，此允許薄膜的氣相成長具有良好的 均勻性。 下一段將描述使用本實施例的氣相成長裝置檢查熱傳 的模仿結果，以釐淸本發明的特徵。同時亦使用較早發展 -16- 1254979 (13) 的之氣相成長裝置的熱傳類似模仿，做爲比較 在此模仿中，氣相成長裝置1 0或1 0 0內 其附近被模製’且以有限體積法（finite volun 進行三維熱傳分析。本實施例使用包括由石墨 傳輸段3 2和由α -碳製成的熱流控制段3 1之 3，而比較實施例使用由石墨製成的晶圓保持器 第四圖爲一示意分析模型圖，顯示氣相届 或1 〇〇之晶圓2和晶圓保持器3或1 3周圍區 圓周圍1 0 m m的外部寬度）。如第四圖所示， 器3或1 3底表面至晶圓2的距離爲6.4mm， 有0.5mm厚度和50mm ( 2吋）內徑的InP晶 1的條件設定爲具有氫氣，分析的篩孔婁 6，000,000 篩孔。 晶圓2和熱流傳輸段3 2間的接觸熱阻（I 流控制段3 1和熱流傳輸段3 2間的接觸熱阻 爲2·0χ1(Γ4 m2k/W。注意接觸熱阻Rig是由平 粗糙度、相互接觸之構件的材料之熱擴散係數 可藉由縮小接觸表面間的距離而降低接觸熱阻 分析條件更包括晶圓2上方3 5 mm處氫 面爲451：，及晶圓保持器3或13的邊界（ 6 5 0 °C的邊界條件。 在此模型的熱傳分析中，假設氫爲近乎一 具有小普朗特數（Prandtl number )的氫’顯 過粘滯擴散，且因爲在層流區中之具有相對小 實施例。 的晶圓2及 1 e method ) 製成的熱流 晶圓保持器 ;1 3 〇 Z長裝置10 域（具有晶 從晶圓保持 晶Η 2爲具 圓。反應爐 k定義爲約 (I g )，及熱 (R2g )定義 坦度、表面 所影響，且 Rig。 氣的邊界平 後表面）爲 固體，因爲 現熱擴散強 雷諾數的區 -17- (14) 1254979 域’其移流效應可忽略。 _I列物理特性値使用於本分析。 氫 石墨 α -碳 姻憐 (比較例） (實施例） (InP) 密度（k g / m3) 0.00259 2000 1550 47 8 7 比熱（J/kgK) 1 4 5 00 1000 1000 368 (焦耳/公斤凱氏度） 熱傳導係數 0.4048 1 00 10 14.3 (W / m · k) 第五圖顯示在本實施例中，使用包含熱流控制段和熱 流傳輸段的晶圓保持器3，在晶圓2和晶圓保持器3內， 溫度分布的分析結果。第六圖顯示在比較例中，使用α -碳製成的晶圓保持器3，在晶圓2和晶圓保持器3內，溫 度分布的分析結果。注意第五和六圖顯示晶圓2和晶圓保 持器3或1 3間的邊界部分的放大視圖，以使分析結果淸 楚。 第七圖顯不本實施例之晶圓2和晶圓保持器3的表面 溫度分布之分析結果。第八圖顯示比較例之晶圓2和晶圓 保持器1 3的表面溫度分布之分析結果。注思弟七和八圖 顯示假設晶圓中心爲零’而沿著直徑方向之位置測量所得 的表面溫度。 如第五圖所示，本實施例之晶圓2和熱流傳輸段3 2 的溫度梯度幾乎相同’且再晶圓2中可見平行一致的等溫 -18- (15) 1254979 線分布。另一方面，如第六圖所示之比較例，晶圓2和晶 圓保持器1 3上部的溫度梯度彼此差異極大，在晶圓2中 的溫度，從中心部向周圍部增加。此顯示在本實施例中， 即使熱傳路徑不同，仍建立了類似的熱傳。 經發現本實施例的熱阻比R2/R!爲1.06，但在比較例 爲 0.24 〇 也發現第七圖所示的本實施例，晶圓和晶圓保持器（ 熱流控制段）的每一前表面溫度幾乎相同，亦即6 3 4 · 0 °C 。然而在第八圖的比較例，晶圓的前表面溫度爲6 3 6 . (TC ，晶圓保持器的前表面溫度爲63 8.0 °C，亦即其間差2.0 t。因此明顯地，本實施例在晶圓2的中心部（零附近） 和周圍部（2 2至2 5 mm )間的前表面溫度較小，且晶圓2 的平面溫度分布改善得較均勻一致。 如上所述，本實施例成功地保持晶圓2之平面溫度分 布之均勻性，因爲晶圓2的周圍部表面溫度，較不易受晶 圓保持器3的表面溫度所影響。此可說是適於進行晶圓全 表面所欲均勻薄膜的氣相成長。 依據本實施例，因爲氣相成長裝置1 0設計成晶圓保 持器包含具有一成形空間供設置一晶圓於其內的熱流控制 段，和連接於該熱流控制段的一熱流傳輸段，以將熱傳輸 於設置於該空間內的晶圓。且熱流控制段和熱流傳輸段間 的接觸熱阻，不小於1 .〇 X 1 平方公尺·凱氏度/瓦特（ m2k/W )但不大於 5.0 X 1 (Γ3平方公尺·凱氏度/瓦特（ m2k/W )。同時，熱流控制段由具有熱傳導係數不小於設 - 19- (16) 1254979 置在熱流傳輸段上的晶圓之熱傳導係數的 於其20倍的材料所製成。結果，這樣使 後表面（熱流傳輸段後表面）向晶圓前表 器前表面（熱流控制段前表面）的熱傳之 熱阻幾乎都相同。 亦即，因爲依據幾乎相同的熱通量進 圓前表面和晶圓保持器前表面可達到的溫 成功地防止晶圓表面和晶圓保持器表面間 的晶圓周圍部的前表面溫度高於晶圓中心 且使得保持晶圓平面溫度分布均勻成爲可 所欲均勻性的薄膜，可於氣相中，在晶圓 產業利用性 雖然前述各段解釋發明人所發明的本 直立型高速旋轉式氣相成長裝置做爲本發 發明絕非限於上述形式，反而可運用於任 長裝置，例如以向下系統、側式、自動5 或類似物爲基礎的裝置。 本發明不僅可應用於使用I η P晶圓的 於薄膜成長在例如包含矽（S i )、砷化鎵 鎵（GaN )、藍寶石、玻璃、陶瓷、及類 場合。自此等場合中，亦允許依使用晶圓 器3 (或熱流控制段3 1 )的組成材料。 〇 . 5倍，但不大 得從晶圓保持器 面和向晶圓保持 各熱傳路徑，其 行熱傳，所以晶 度可能相等。此 之溫度差所引起 部的表面溫度， 能。結果，具有 全表面上成長。 發明，主要指一 明的基礎，但本 何一般的氣相成 定轉/迴轉系統、 場合，亦可使用 (G a A s )、氮化 似物的晶圓上之 而改變晶圓保持 -20- 1254979 (17) 【圖式簡單說明】 第一圖是顯示本實施例氣相裝置之示意構造的剖示圖 第一 A和二B圖是顯示由熱流控制段和熱流傳輸段 組成之晶圓保持器3之細部構造的放大視圖，其中第二A 圖是平面視圖，第二B圖是沿著第二A圖之A-A線的剖 視圖； 第三圖一示意圖，解釋在晶圓保持器3由熱流控制段 和熱流傳輸段組成的情況下，晶圓2和晶圓保持器3的熱 阻； 第四圖爲一示意分析模型圖，顯示本實施例氣相成長 裝置1 〇之晶圓2和晶圓保持器3周圍區域； 第五圖顯示在本實施例中，使用包含熱流控制段和熱 流傳輸段的晶圓保持器，在晶圓和晶圓保持器內溫度分# 的分析結果； 第六圖顯示在比較例中，使用石墨製成的晶圓保持@ ，在晶圓和晶圓保持器內溫度分布的分析結果。 第七圖顯示本實施例之晶圓2和晶圓保持器3的表面 溫度分布之分析結果； 第八圖顯示比較例之晶圓和晶圓保持器的表面溫度分 布之分析結果； 第九A和九B圖是顯示較早發展之晶圓保持器1 3的 細部構造放大視圖，其中第九A圖是平面視圖，第九β 圖是沿著第九Α圖之Α-Α線的剖視圖；及 -21 - 1254979 (18) 第十圖是用以解釋較早發展之氣相成長裝置中，晶圓 2和晶圓保持器1 3之熱阻的示意圖。 元件對照表 1 反應爐 2 晶圓 3 晶圓保持器 3a 圓孔穴 4 基座 5 加熱器 6 旋轉機構 7 氣體引入管 8 氣體排出管 10 氣相成長裝置 13 晶圓保持器 13a 圓孔穴 3 1 熱流控制段 32 熱流傳輸段 1 00 氣相成長裝置

Claims (1)

1254979 ⑴ 拾、申請專利範圍 1 · 一種氣相成長裝置，包含··至少一反應爐，其能被 緊密地封閉；一晶圓保持器，其設置於該反應爐內，供置 設一晶圓於其上之一預定位置；一氣體供應構件，用以向 該晶圓供應一氣體源；及一加熱構件，供加熱該晶圓；該 裝置被設計成當供給在高溫狀態的氣體源時，藉由透過該 晶圓保持器而加熱反應爐內的晶圓，以在該晶圓的一前表 面上形成一成長薄膜； 其中該晶圓保持器包含：一熱流控制段，具有一成形 空間，供設置一晶圓於其內；及一熱流傳輸段，其連接於 該熱流控制段，供傳輸熱於置設在該空間內的晶圓，且一 均勻的熱阻Rg存在熱流控制段和熱流傳輸段之非常接近 的平面之間或弧面之間。 2 ·如申請專利範圍第1項所述氣相成長裝置，其中一 R2/R!比値不小於〇·8且不大於1.2，其中Ri是從該熱流 傳輸段的一後表面至該晶圓的該前表面之一熱傳路徑的一 熱阻，R2是從該熱流傳輸段的該後表面至該熱流控制段 的一前表面之一熱傳路徑的一熱阻。 3 ·如申請專利範圍第1或2項所述氣相成長裝置，其 中該^不小於1.〇乂1〇_6平方公尺.凱氏度/瓦特（1112]^~ )且不大於5·0χ10·3平方公尺·凱氏度/瓦特（m2k/w) 0 4 .如申請專利範圍第1或2項所述氣相成長裝置，其 中該熱流控制段和該熱流傳輸段間的餘隙距離，幾乎均勻 -23- 1254979 (2) 且在0.001mm至lmm的範圍內。 5 ·如申請專利範圍第丨或2項所述氣相成長裝置，其 中該熱流控制段是由具有不小於置設在該熱流傳輸段上之 該晶圓的熱傳導係數之〇.5倍，且不大於其2 〇倍的材料 所製成。 6 ·如申gra專利軺@弟1或2項所述氣相成長裝置，宜 中該熱流傳輸段是由具有熱傳導係數不小於5 〇瓦特/公尺 •凯氏度（W/m^k)且不大於45〇瓦特/公尺·凱氏度（ W / m · k )的材料所製成。 7 .如申目靑專利軺Η弟1或2項所述氣相成長裝置，宜 中該熱流控制段是由非晶形碳、氮化銘、石墨、砂、碳t 石夕、鉬、熱解氮化硼、及氧化鋸其中之一所製成，而該熱 流傳輸段是由鉬、石墨、金、及銀其中之一所製成。 8.—種氣相成長方法，其使用一氣相成長裝置包含： 一反應爐，其能被緊密地封閉；一晶圓保持器，其設置於 該反應爐內，供置設一晶圓於其上之一預定位置；一氣體 供應構件，用以向該晶圓供應一氣體源；及一加熱構件， 供加熱該晶圓；該方法當供給在高溫狀態的氣體源時，藉 由透過該晶圓保持器而加熱反應爐內的晶圓，以在該晶圓 的一前表面上形成一成長薄膜；其中，在氣相中成長一薄 膜期間，該晶圓保持器的一前表面和該晶圓的一前表面間 的溫度差是在2 °C以內。 -24 -