TWI416650B - 具有改良厚度均勻性的磊晶桶承座 - Google Patents

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TWI416650B TW097151004A TW97151004A TWI416650B TW I416650 B TWI416650 B TW I416650B TW 097151004 A TW097151004 A TW 097151004A TW 97151004 A TW97151004 A TW 97151004A TW I416650 B TWI416650 B TW I416650B
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Description

具有改良厚度均勻性的磊晶桶承座
本發明一般係關於一磊晶桶承座，且特別是關於包含一修改凹穴的一磊晶桶承座。
化學氣相沈積是在一半導體晶圓上生長一薄材料層的方法，如此經沈積之材料的晶格結構與該晶圓是相同的。使用此方法製程，一具有不同導電度的層可應用於半導體晶圓上，以達到必需的電氣特性。化學氣相沈積係廣泛地用於半導體晶圓生產中以建立磊晶層，如此元件可直接製造於該磊晶層上。例如，一沈積在一重摻雜基板上的輕摻雜磊晶層允許一CMOS元件被最佳化，以用於因基板的低電阻之抗閂鎖效應(latch up immunity)。諸如摻雜濃度分佈的精確控制及免於氧氣之其他優點係予以達成。傳統的磊晶沈積製程係揭露在美國專利第5,904,769和5,769,942號中，其等以引用的方式併入本文中。
磊晶沈積發生在一反應器中。其中一類型的反應器係稱為圓筒反應器或批式反應器。圓筒反應器有一反應室，其內置有一用於在磊晶沈積期間保持晶圓的承座。圖1說明一常規桶承座，其整體由參考數字10所指定。該承座10具有大致上垂直但略微傾斜的面12。每個面12有兩個或更多淺凹部14，其在一般垂直的行上對齊。每個凹部14一般是圓形並且有一適合容納單一晶圓(未顯示)的直徑。每個凹部還有一平面表面16，對應的晶圓之後表面係置於其上。在大多數情況下，該承座10是由塗布碳化矽的石墨所構成以減少污染物，此等污染物係諸如從石墨被釋放到周圍製程氣體中的鐵。常規桶承座係描述在美國專利第6,129,048號中，其以引用的方式併入本文中。
在磊晶沈積之前，半導體晶圓係載入於該承座的該等凹部中，且該承座係降低到一沈積室中。該磊晶沈積製程經由引入一清潔氣體(如氫氣或氫氣與鹽酸的混合物)到該晶圓的前表面(即，一背離該承座的表面)而開始，以預熱和清潔該晶圓的該前表面。該清潔氣體從該前表面去除原始氧化層，允許該磊晶矽層在該沈積製程隨後的步驟期間不斷且均勻地生長在該表面上。該磊晶沈積製程經由引入一汽化矽源氣體(如矽烷或氯矽烷)到該晶圓的該前表面，繼續在該前表面上沈積並生長一矽磊晶層。該承座的該等凹部可包含用於同時在該晶圓的後表面上注入氫氣的孔，在這兩個步驟中。該承座在該反應室中旋轉。
圓筒反應器是有利的，因為它們可同時處理複數個晶圓且因此有更高的處理能力，通常在一次操作中處理六與十六個晶圓。然而，使用常規圓筒反應器遇到的一個問題是頻繁的晶圓處理不能滿足目前厚度均勻性的要求。目前厚度均勻性要求命令厚度均勻性小於大約百分之二，且最好小於百分之一。在使用常規桶承座的圓筒反應器中處理的晶圓之通常厚度均勻性對於具有十毫米邊緣排除的直徑200毫米(mm)的晶圓是在大約百分之二與大約百分之五之間。近年來，大多數矽晶圓係在單一晶圓反應器中處理，以滿足更嚴格的厚度均勻性要求。此單一晶圓反應器比該圓筒反應器具有更低的處理能力，因為在單一晶圓反應器中一次操作中只有一個晶圓被處理。
因此，需要有一種能夠生產滿足目前厚度均勻性要求的晶圓之圓筒反應器承座。
本發明包含一種桶承座，其用於在一具有內部空間的加熱室中支撐複數個半導體晶圓。該等晶圓的每一者具有一前表面、一相對於該前表面的後表面，和一繞著該前表面與該後表面延伸的圓周側邊。該承座係按一定尺寸製作且經成形以在該室的該內部空間內接收，並且支撐該複數個半導體晶圓。該承座包括一本體，其具有複數個繞著該本體的假想中心軸配置的面。每個面具有一外表面，和一從該外表面側向向內延伸到該本體內的凹部。每個凹部由一定義各個凹部的邊緣所包圍。此外，該承座包括複數個從該本體向外延伸的凸緣。該等凸緣的每一者係定位於該等凹部之其中一者中，且包含一面向上的支撐表面，以用於支撐一容納在該凹部中的半導體晶圓。該等支撐表面的每一者係從各個面的外表面分開。
在另一態樣中，本發明包含一種桶承座，其在一具有內部空間的加熱室中支撐複數個半導體晶圓。該等晶圓的每一者具有一前表面、一相對於該前表面的後表面，和一繞著該前表面與該後表面延伸的圓周側邊。該承座之尺寸及形狀係經設計以在該室的該內部空間內接收，且支撐該複數個半導體晶圓。該承座包括一本體，其具有複數個繞著該本體的假想中心軸配置的面。每個面具有一外表面和一從該外表面側向向內延伸到該本體內的凹部。每個凹部係藉由一定義各個凹部的邊緣所包圍。此外，該承座包括複數個從該本體向外延伸在該等凹部的每一者中的凸緣。該等凸緣的每一者包含一面向上的支撐表面用於支撐一容納在該凹部中的半導體晶圓。
本發明還包含一種桶承座，其在一具有內部空間的加熱室中支撐複數個半導體晶圓。該等晶圓的每一者具有一前表面、一相對於該前表面的後表面，和一繞著該前表面與該後表面延伸的圓周側邊。該承座之尺寸及形狀係經設計以在該室的該內部空間內接收，並且支撐該複數個半導體晶圓。該承座包括一本體，其具有複數個繞著該本體的假想中心軸配置的面。每個面具有一外表面和複數個從該外表面側向向內延伸到該本體內的鄰接凹部。每個凹部至少部分由一定義各個凹部的邊緣所包圍。此外，該承座包括複數個從該本體向外延伸的凸緣。該等凸緣的每一者由定義該等凹部的該等邊緣的至少其中一者所定義，且包含一面向上的支撐表面以用於支撐一容納在該等凹部的至少一者中的半導體晶圓。
在又一態樣中，本發明包含一種桶承座，其在一具有內部空間的加熱室中支撐複數個半導體晶圓。該等晶圓的每一者具有一前表面、一相對於該前表面的後表面，和一繞著該前表面與該後表面延伸的圓周側邊。該承座之尺寸及形狀係經設計以在該室的該內部空間內接收，並且支撐該等半導體晶圓。該承座包括一本體，其具有複數個繞著該本體的假想中心軸配置的面。每個面具有一外表面和一從該外表面側向向內延伸到該本體內的凹部。每個凹部是不超過大約0.045英吋(1.143mm)深。該承座進一步包括複數個從該本體向外延伸的凸緣。該等凸緣的每一者包含一面向上的支撐表面用於支撐一容納在該等凹部之其中一者中的半導體晶圓。
在又一態樣中，本發明包含一種桶承座，其在一具有內部空間的加熱室中支撐複數個半導體晶圓。該等晶圓的每一者具有一前表面、一相對於該前表面的後表面、一在該前表面與該後表面之間測量的厚度，及一繞著該前表面與該後表面延伸的圓周側邊。該承座之尺寸及形狀係經設計以在該室的該內部空間內接收，且支撐該複數個半導體晶圓。該承座包括一本體，其具有複數個繞著該本體的假想中心軸配置的面。每個面具有一外表面及一凹部，該凹部從該外表面側向向內延伸到該本體內至一與各個晶圓的厚度相等的深度。該承座還包含複數個從該本體向外延伸的凸緣。該等凸緣的每一者包含一面向上的支撐表面以用於支撐一容納在該等凹部其中一者中的半導體晶圓。
其他目的和特徵在下文中將是部分明顯的且被部分指出。
現參考該等圖式，且特別是圖2，一種在一圓筒反應器中支撐複數個晶圓的桶承座係整體由參考數字20所指示。該承座20包含一多面本體22，其具有複數個(例如，三個)梯形面(整體藉由24所指示)，該等梯形面係繞著該本體的一假想中心軸26對稱地放置。三角形角件28可分離該承座20的該等面24。應理解的是，在不偏離本發明的範圍之狀況下該本體22可具有其他形狀。該本體22具有一中空的內部(未顯示)，其經由該本體的一頂部32與一開口30流體連通。
參考圖2，該承座20的每個面24包含一平的外表面40，該外表面具有一從該面的底部44延伸到相對於該底部之該面的頂部46的假想縱軸42。每個面24在該頂部46徹朝該本體22的該中心軸26向內傾斜。每個面24亦具有一列位於對應縱軸42的中心的淺凹部50、52、54，和兩個鄰接該面的該底部44的評估件凹部56。雖然在不偏離本發明的範圍之狀況下該等評估件凹部56可有其他尺寸，但是在一實施例中，每個評估凹部具有大約0.050英吋(1.270mm)的深度和大約1.3英吋(33.020mm)的直徑。該等評估凹部係用於保持更小的評估晶圓，其等可在不犧牲產出晶圓的狀況下進行破壞性測試以評估該磊晶製程。
雖然在不偏離本發明的範圍之狀況下該底部凹部50可具有其他深度，但是在一實施例中，該底部凹部具有大約0.045英吋(1.143mm)的深度。該底部凹部50係由一邊緣(整體藉由60所指示)所圍住，該邊緣具有一狹窄的圓形下部62，其適合在磊晶處理期間保持一半導體晶圓(未顯示)。該底部凹部50的該邊緣60具有狹窄的直側邊部分64和一圓形上部66，其等全部在磊晶處理期間從該晶圓隔開，以使氣體循環在一上緣處以及在該底部凹部50中的該晶圓的前緣與後緣。
該中間凹部52係置於該底部凹部50之上。雖然在不偏離本發明的範圍之狀況下該中間凹部52可有其他深度，但是在一實施例中，該中間凹部有大約0.045英吋(1.143mm)的深度。該中間凹部52具有一大致上為圓形的邊緣70，其適合在磊晶處理期間保持和圍繞一半導體晶圓(未顯示)。該底部和中間凹部50、52分別藉由一形成在該中間凹部的該圓形邊緣70與該底部凹部的該邊緣60的該圓形上部66之間的曲線凸緣或突出部分72分開。雖然在不偏離本發明的範圍之狀況下該凸緣72可具有其他尺寸，但是在一實施例中，該凸緣有大約0.138英吋(3.5052mm)的寬度並且與該承座20的該面24齊平。因此，該凸緣72有一具有寬度大約0.045英吋(1.143mm)的面向上之支撐表面74，其用於在磊晶處理期間支撐一半導體晶圓的一圓周側邊。
該頂部凹部54包圍該中間凹部52的上部。雖然在不偏離本發明的範圍之狀況下該頂部凹部54可具有其他深度，但是在一實施例中，該頂部凹部具有大約0.0165英吋(0.4191mm)的深度。該頂部凹部54係由一邊緣80所圍住，此邊緣80具有狹窄的直側邊部分82與一狹窄的直的上部84，該等部分在磊晶處理期間從該晶圓分開，以允許氣體循環在一上緣以及在該晶圓的前緣與後緣。雖然在不偏離本發明的範圍之狀況下該中間凹部52的該凸緣72以及該底部凹部50的該邊緣60的該圓形下部62可具有其他尺寸，但是在一實施例中，這些特徵的每一者具有一大約120°的弧長和一與欲使用該承座20進行處理的該等晶圓的半徑大致相等的半徑(例如，大約3.97英吋(100.838mm))。在其他實施例中，該等不同凹部的尺寸可各不相同。因為該承座20的使用與製造是常見的且在此項技術中是眾所周知的，因此它們將不會被進一步詳細地描述。
在一特別實施例中，在該中間凹部52的深度與該頂部凹部54的深度之間的差一般等於該晶圓的厚度，所以該晶圓的外表面實質上是與該頂部凹部的表面齊平。由於該晶圓表面是與該頂部凹部表面齊平，因此氣體平順地流過該晶圓並且在該晶圓的前邊處不會被干擾。因為該氣體平順地流動，所以邊界層保持比該流動被干擾時的該邊界層更薄。反應氣體必須經由該邊界層擴散進入，且反應副產物必須經由該邊界層擴散出去。此較薄的邊界層改善了擴散，導致一較厚的邊界層。
使用上述該承座20的測試產生磊晶厚度剖面，此等厚度剖面在一具有三毫米邊緣排除的直徑200毫米(mm)的晶圓上的變化少於大約一微米。此外，實際的磊晶厚度在該晶圓的前側緣與後側緣附近增加。這與在背景中描述之在傳統的承座10上實施的測試相比更佳。該傳統的承座產生磊晶厚度剖面，此等厚度剖面在一具有三毫米邊緣排除的直徑200毫米的晶圓之上變化多於大約1.2微米(μm)。此外，與從該邊緣間隔的厚度位置相比，該磊晶厚度在接近該晶圓的邊緣處減少了接近一微米。
圖3說明了本發明的一第二實施例，在此實施例中在一圓筒反應器中支撐複數個晶圓的桶承座一般由參考數字120所指示。因為該承座120是與先前實施例的該承座20類似，所以相同元件將由增加了100的對應參考數字所指示。該承座120包含一具有複數個(整體由124指示的)梯形面的多面本體122，該等梯形面係繞著該本體的假想中心軸126對稱地放置。三角形角件128可分開該承座120的該等面124。在不偏離本發明的範圍之狀況下該本體122可具有其他形狀。
該承座120的每個面124包含一平的外表面140，該外表面具有一從該面的底部144延伸到相對於該底部的該面之頂部146的假想縱軸142。每個面124還有一位於相對應縱軸142的中心之淺凹部150。每個面124在該頂部146處朝該本體122的該中心軸126向內傾斜。此外，每個面124具有兩個鄰接該面之該底部144的評估件凹部156。雖然在不偏離本發明的範圍之狀況下該凹部150可具有其他深度，但是在一實施例中，該凹部具有大約0.045英吋(1.143mm)的深度。該凹部150係由一邊緣(整體由160所指示)所圍住，該邊緣具有一適於在磊晶處理期間保持一半導體晶圓(未顯示)之狹窄的圓形下部162。該凹部150的該邊緣160具有狹窄的直側邊部分164和一直的上部166。一曲線凸緣或突出部分172係提供在該凹部150中，以用於在磊晶處理期間保持一第二半導體晶圓(未顯示)。雖然在不偏離本發明的範圍之狀況下該凸緣172可具有其他尺寸，但是在一實施例中，該凸緣有大約0.138英吋(3.5052mm)的寬度且與該承座120的該面124齊平。因此，該凸緣172有一具有大約0.045英吋(1.143mm)寬度的面向上之支撐表面174，其用於在磊晶處理期間支撐一半導體晶圓的一圓周側邊。該凹部150的該邊緣160之該等側部164和上部166在磊晶處理期間係從該晶圓間隔開，以允許氣體循環在一上緣以及在該凹部中的該等晶圓的前緣與後緣。雖然在不偏離本發明的範圍之狀況下該凸緣172以及該凹部150的該邊緣160之該圓形下部162可具有其他尺寸，但是在一實施例中，這些特徵的每一者具有一大約120°的弧長和一大約3.97英吋(100.838mm)的半徑。在其他實施例中，不同凹部的尺寸可各不相同。以同心圓圖形配置之一系列的孔180係放置在該凹部150中在該凸緣172與該邊緣160的該圓形下部162之上方。當晶圓放置在該凹部150中時該等孔190係位於該等晶圓的後面，以降低自動摻雜。因為該承座120的該等孔190和其他特徵是常見的，所以它們將不會被進一步描述。在具有上述配置的一承座120上的測試產生磊晶厚度剖面，此等厚度剖面在一具有三毫米邊緣排除的直徑200毫米(mm)的晶圓上之變化少於大約一微米。與該第一實施例的該承座20相比，該實際磊晶厚度在該晶圓的前側緣與後側緣附近增加。
圖4說明了本發明的一第三實施例，在此實施例中在一圓筒反應器中支撐複數個晶圓的桶承座一般係由參考數字220所指示。因為該承座220是與先前實施例的該承座120類似，所以相同元件將由增加了100的對應參考數字所指示。該承座220包含一多面本體222，其具有繞著該本體的假想中心軸226對稱放置的梯形面224。三角形角件228分開該承座220的該等面224。該本體222在不偏離本發明的範圍之狀況下可具有其他形狀。
該承座220的每個面224包含一平的外表面240，該外表面具有一從該面的底部244延伸到相對於該底部的該面的頂部246之假想縱軸242。每個面224還具有一位於相對應縱軸242的中心之矩形淺凹部250，並藉由一邊緣(一般由260指示)所圍住。每個面224在該頂部246處朝該本體222的該中心軸226向內傾斜。雖然在不偏離本發明的範圍之狀況下該凹部250可具有其他深度，但是在一實施例中，該凹部具有大約0.045英吋(1.143mm)的深度。複數個凸緣或突出部分272(例如，四個)係提供於該凹部250中以在磊晶處理期間保持半導體晶圓(未顯示)。雖然在不偏離本發明的範圍之狀況下該等凸緣272可具有其他尺寸，但是在一實施例中，每個凸緣具有大約0.125英吋(3.1750mm)的寬度、大約0.250英吋(6.3500mm)的長度且與該承座220的該面224齊平。因此，每個凸緣272有一具有大約0.045英吋(1.143mm)寬度之面向上的支撐表面274，以在磊晶處理期間支撐一半導體晶圓的一圓周側邊。此外，在一實施例中，該等凸緣272係放置在從該面224的該縱軸242大約50°且半徑大約3.94英吋(100.0760mm)之處。該凹部250的該邊緣260在磊晶處理期間係從該等晶圓間隔開，以允許氣體循環完全在該凹部中的該等晶圓周圍。一系列的孔290係置於該凹部250中以降低自動摻雜。在具有上述配置的一承座220上的測試產生磊晶厚度剖面，此等厚度剖面在一具有三毫米邊緣排除的直徑200毫米(mm)的晶圓上的變化小於大約一微米。與第一實施例的該承座20相比，該實際磊晶厚度在該晶圓的前側緣與後側緣附近增加。
當介紹本發明的元件或其(等)較佳實施例時，此等冠詞「一」"和「該」"意指有一或多個該等元件。該等術語「包括」、「包含」和「具有」意指包含並且意味著可能有除了所列出的該等元件以外的其他元件。
鑒於上述情況，可以看出本發明實現了幾個優點。
由於在不偏離本發明的範圍之狀況下可在以上結構、產品及方法中作各種改變，所以這意為包含在以上描述以及顯示在該等所附圖式中的所有內容應被解釋為說明性的且沒有限制之意。
10．．．承座
12．．．面
14．．．淺凹部
16．．．平的表面
20．．．承座
22．．．多面本體
24．．．梯形面
26．．．假想中心軸
28．．．三角形角件
30．．．開口
32．．．頂部
40．．．平面外表面
42．．．假想縱軸
44．．．底部
46．．．頂部
50．．．淺凹部
52．．．淺凹部
54．．．淺凹部
56．．．評估件凹部
60．．．邊緣
62．．．圓形下部
64．．．直側邊部分
66．．．圓形上部
70．．．邊緣
72．．．曲線凸緣
74．．．支撐表面
80．．．邊緣
82．．．直側邊部分
84．．．上部
120．．．承座
122．．．本體
124．．．梯形面
126．．．假想中心軸
128．．．三角形角件
140．．．平面外表面
142．．．假想縱軸
144．．．底部
146．．．頂部
150．．．淺凹部
156．．．評估件凹部
160．．．邊緣
162．．．圓形下部
164．．．直側邊部分
166．．．上部
172．．．曲線凸緣
174．．．支撐表面
190．．．孔
220．．．承座
222．．．多面本體
224．．．梯形面
226．．．假想中心軸
228．．．三角形角件
240．．．平面外表面
242．．．假想縱軸
244．．．底部
246．．．頂部
250．．．矩形淺凹部
260．．．邊緣
272．．．凸緣
274．．．支撐表面
290．．．孔
圖1是一常規圓筒反應器承座的透視圖；
圖2是本發明的第一實施例之一承座的透視圖；
圖3是第二實施例的一承座的透視圖；及
圖4是第三實施例的一承座的透視圖。
在所有圖示中，對應的參考字符指示對應的部分。
20．．．承座
22．．．多面本體
24．．．梯形面
26．．．假想中心軸
28．．．三角形角件
30．．．開口
32．．．頂部
40．．．平面外表面
42．．．假想縱軸
44．．．底部
46．．．頂部
50．．．淺凹部
52．．．淺凹部
54．．．淺凹部
56．．．評估件凹部
60．．．邊緣
62．．．圓形下部
64．．．直側邊部分
66．．．圓形上部
70．．．邊緣
72．．．曲線凸緣
74．．．支撐表面
80．．．邊緣
82．．．直側邊部分
84．．．上部

Claims (7)

  1. 一種磊晶桶承座，其用於在具有一內部空間之一加熱室中支撐複數個半導體晶圓，該等晶圓之每一者具有一前表面、一相對於該前表面之後表面和一繞著該前表面與該後表面延伸之圓周側邊，一晶圓之厚度被測量於該前表面與該後表面之間，該承座之尺寸及形狀係經設計以在該室之該內部空間內接收且支撐該複數個半導體晶圓，該承座包括：一本體，具有複數個繞著該本體之一假想中心軸配置的面，每個面具有一具有一上凹部及一中凹部及一個或多個較低凹部之外表面，該凹部從該外表面側向向內鄰接及延伸到該本體內，每個凹部係藉由一邊緣所包圍，其中，該上凹部和中凹部具有不同深度，該深度與該晶圓之厚度相同以致於當該晶圓被定位於該中凹部時，該晶圓之該前表面係實質地與該上凹部之表面齊平；以及至少一沿著該中凹部之凸緣，其具有一面向上之支撐表面，其與該各面之該外表面分離以支撐容納於該中凹部之一晶圓之圓周側。
  2. 如請求項1之承座，其中該等凸緣之每一者具有一與各個面之該外表面齊平之外表面。
  3. 如請求項1之承座，其中該等凸緣之每一者的該支撐表面具有一半徑，其係相對於與藉由該支撐表面所支撐之該半導體晶圓。
  4. 如請求項1之承座，其中該等凸緣之每一者具有一不超 過大約120°之弧長。
  5. 如請求項1之承座，其中該等凸緣之每一者具有一大約0.250英吋(6.350mm)之長度。
  6. 如請求項1之承座，其中該等凹部之每一者具有一不超過大約0.045英吋(1.143mm)之深度。
  7. 如請求項7之承座，其中該等凸緣之每一者具有一大約等於該凹部的該深度之高度。
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