TWI487058B - 用於半導體基體上各種材質之分層沉積的裝置以及用於該裝置之升降銷 - Google Patents

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Description

用於半導體基體上各種材質之分層沉積的裝置以及用於該裝置之升降銷
本發明關於一個用於半導體基板上各種材質之分層沉積的裝置，該裝置包括：製程空間，內部設置有可放置半導體基板在上面之基板支撐物；提供各種氣態物質至製程空間的機構；以及數支可從支撐物的平面移動進出、有助於半導體基板移出或移入製程空間的升降銷。
本發明亦關於用於該裝置之升降銷。
舉例來說，這一類的裝置展示在美國專利第6596086號。該美國專利展示了一個如中文發明摘要所提及的裝置，該裝置具備了一個具備支撐基板功能的承受物。這個基板要接受在基板上形成半導體元件的幾個反應步驟，該承受物與放置於上面的基體或晶圓出現在一個所謂的反應腔裡面，內部可讓製程氣體流通。
一旦完成了形成半導體構造的反應步驟，基板必須從反應爐被移出。為此升降銷會從承受物上移，升起放置於升降銷上面的基板，如此一來基板會被完全地升離承受物構造。
升起的基板因此可以輕易地從反應腔裡移出。一方面是為了要讓基板接受接下來的反應步驟，另一方面則是為了準備讓反應腔接收新的基板。這樣的基板升降銷由相當堅硬的物質組成，所以這些升降銷會在基板表面造成刮 痕，這些刮痕和可能因此被釋出的粒子，會對半導體製程品質造成不良影響。
根據本發明，為此本裝置特徵為：要和半導體基板和/或基板支撐物接觸的升降銷接觸面具備了與半導體基板和/或基板支撐物相比硬度較低的材料層。這排除了基板在基板支撐物(承受物)上升或降落不當移動時對基板和/或基板支撐物造成破壞的風險。因此沒有因刮痕形成或粒子釋出時可能對半導體製程品質造成不良影響的風險。
根據本發明的特別態樣，本裝置特徵為由碳層組成的材料層。更特別的是，該材料層是由一層玻璃狀的碳組成的。因為這種類型的材料硬度相當低，所以不會對基板表面或是基板材料(或是基板支撐物)造成破壞，同時也幾乎沒有任何材料粒子從升降銷中釋出。
根據本發明的特別態樣，該材料層的厚度介於1-300微米之間，更特別的是介於20-30微米之間。
根據更特別的態樣，根據本發明此裝置特徵為：升降銷由碳化矽所組成，更特別的是該升降銷的構造是加長的中空元件。在某種實用態樣中更進一步發現該中空元件壁厚為50-1000微米時較佳，特別是介於100-500微米之間，更特別的是介於200-300微米之間時。中空升降銷的使用在反應腔內部的溫度控制上造成了有利效應，減少了在半導體製程中進出承受物和基板的熱質量和熱流。
在基板和升降銷之間減少的熱流使基板溫度更均勻，也因此排除或減少了因升降銷附近局部溫度不同所引起基板(表面)品質不一情形的發生。在沉積過程中，溫度梯度可能造成基板表面上沉積層厚度的不同，使用上述的發明態樣可以排除這個風險。
另一個本發明的特別態樣特徵為：要和半導體基板接觸的升降銷接觸面具有一個或更多凹陷部分，這也明顯地減少了升降銷和放置在上面之基板之間的接觸面積。所以造成破壞、刮痕以及任何粒子被釋出的風險也明顯地減少了。
本發明現在將參照圖式作更詳盡的解釋。在圖式中：根據本發明，展示在圖1裝置10中的態樣適合一次處理一塊基板。在晶板W上沉積數層半導體層後完成晶圓製作，從這塊晶圓可以得到所謂的半導體元件。
裝置10是由製程空間或反應腔1所組成。反應腔由透明石英組成而且曝露在紅外光中，該紅外光來自上面和下面的紅外光元件9。反應腔1由承受物或基板支撐物5分成上空間1a和下空間1b。在該承受物或基板支撐物上放置基板或晶圓W。基板支撐物5為此具備了凹陷部分5a，可容納半導體基板/晶圓W。
經由入口2和3，各種製程氣體可以被引進反應腔1，作為沉積數種半導體層在半導體基板W上之用。該製程氣 體可經由出口4排出反應腔1。該製程步驟的更詳細解釋經考量不需要放置在本發明的說明架構中，這些製程步驟可能被視為組成一般現代技術的一部分。
在半導體製程中，基板支撐物5可以藉由支撐物7和支撐軸6在反應腔1中旋轉，所以製程氣體可以流遍基板W的全部範圍。在旋轉時，該支撐軸6和該支撐物7可以在反應腔中和基板支撐物5一起做垂直方向的移動。
幾個開口5b會出現在基板支撐物5當中，這些開口可以容納升降銷8。在半導體製程的最後，藉由降下支撐軸6、支撐物7和基板支撐物5，半導體基板W就會由升降銷8支撐住，所以基板W就可以輕易地從反應腔1中取出。
現行使用的升降銷中有個缺點：升降銷是由有一定硬度的材料組成，所以升降銷可能會在基板W表面造成刮痕。該刮痕可能會造成材料粒子的釋出。這一類的破壞和鬆動的粒子會對半導體製程造成不良影響。
圖2a至圖2c展示了根據本發明第一種態樣的各種型式。
根據本發明之升降銷如圖所示為50，該升降銷具備了加長軸51，該加長軸藉由加寬的轉接部分53與支托部分表面52接合在一起。根據本發明，支撐半導體基板於其上的接觸面52'具備了一層材料層54，該材料層的硬度比半導體基板的硬度低。
更特別的是。該材料層54是由碳組成的，甚至更特別的是由玻璃狀碳組成。不過也有其他硬度低於半導體基板 的材質被使用。這層材料層54的厚度d介於1-3000微米之間，更特別的是20-30微米。
在圖2a中該升降銷的接觸面52'具備了材料層54。根據本發明，在圖2b中該轉接部分53也具備了材料層54'。轉接部分53形成了升降銷50和基板支撐物中的接觸表面。因為該升降銷和基板支撐物在上升或下降的移動中會經由這個接觸表面互相接觸。(如同之前關於圖1a和圖1b的解釋)藉由具備了包含硬度較半導體支撐物低之材料層54'的該接觸面53，上述接觸表面之間的密合度可以得到改善。這導致了氣體密合度的改善，減少或預防了任何氣體方面的交換，所以將不會對半導體製程造成不利影響。
該升降銷50是由碳化矽組成，更特別的是，該升降銷是由一種硬度與支撐物硬度相當的材質所組成。圖2c用來作結論，根據本發明展示了一個包含有材料層54'的轉接部分53。
圖2a至圖2c展示了一個固體升降銷50，而在圖3a-3c中所展示相對種類的升降銷50則是中空的，包含了一個中空的空間55。升降銷軸的壁厚介於50-1000微米之間，更特別的是介於100-500微米之間甚至是200-300微米之間。如此一來一種改良過的溫度控制方式就可以被實現，因為中空升降銷的使用可以減少在升降銷上所支撐半導體基板中進出的熱質量和熱流。
在升降銷和基板之間更容易控制、較佳的減少的熱流量將降低基板表面材質的局部溫度差異。在基板和升降銷 之間減少的熱流量將導致基板溫度更均勻，因此排除或減少了因升降銷附近局部溫度不同所引起基板(表面)品質不一情形的發生。藉由上述的發明態樣，可以預防在沉積過程中，溫度梯度所導致在基板表面上沉積層厚度的不均勻。
進一步要注意的是，從本發明的另一方面來看，位於軸51和轉接部分53的轉接軸角α最好介於30度和80度之間。
1‧‧‧反應腔
1a‧‧‧上空間
1b‧‧‧下空間
2‧‧‧氣體入口
3‧‧‧氣體入口
4‧‧‧氣體出口
5‧‧‧基板支撐物
5a‧‧‧凹陷處
5b‧‧‧開口
4‧‧‧支撐軸
5‧‧‧支撐物
6‧‧‧升降銷
7‧‧‧發射紅外光之元件
8‧‧‧用於半導體基板上各種材質之分層沉積裝置
50‧‧‧升降銷
51‧‧‧升降銷之加長軸
52‧‧‧升降銷支托部分表面
52'‧‧‧升降銷支托部分接觸面
53‧‧‧加寬的轉接部分
54‧‧‧升降銷支托部分接觸面材料層
54'‧‧‧轉接部分53接觸面的材料層
55‧‧‧中空升降銷的中空空間
d‧‧‧升降銷支托部分接觸面材料層54的厚度
D‧‧‧中空升降銷的壁厚
W‧‧‧基板/晶圓
α‧‧‧轉接部分53與加長軸51的夾角
圖1a和圖1b展示了根據先前技術裝置的態樣。
圖2a至圖2c展示了根據本發明第一種態樣的各種型式。
圖3a至圖3c展示了根據本發明第二種態樣的各種型式。
50‧‧‧升降銷
51‧‧‧升降銷之加長軸
52‧‧‧升降銷支托部分表面
52'‧‧‧升降銷支托部分接觸面
53‧‧‧加寬的轉接部分
54‧‧‧升降銷支托部分接觸面材料層
d‧‧‧升降銷支托部分接觸面材料層54的厚度
α‧‧‧轉接部分53與加長軸51的夾角

Claims (7)

  1. 一種用於半導體基板上各種材料分層沉積的裝置，該裝置包括：製程空間，內部設置有可放置半導體基板在上面之基板支撐物；提供各種氣態物質至製程空間的機構；以及數支可從支撐物的平面移動進出、有助於半導體基板移出或移入製程空間的升降銷，該升降銷特徵為：要和半導體基板或基板支撐物接觸的升降銷接觸面具備了與半導體基板或基板支撐物相比，硬度較低的材料層，其特徵為由碳層組成的材料層，其中該材料層是由一層玻璃狀碳組成。
  2. 如申請專利範圍第1項之裝置，其特徵為該材料層的厚度介於1-300微米之間，更特別的是介於20-30微米之間。
  3. 如申請專利範圍第1項之裝置，其特徵為升降銷是由碳化矽所組成。
  4. 如申請專利範圍第1項之裝置，其特徵為該升降銷的構造是加長的中空元件。
  5. 如申請專利範圍第4項之裝置，其特徵為該升降銷的壁厚介於50-1000微米之間，特別是介於100-500微米，更特別的是200-300微米之間。
  6. 如申請專利範圍第1項之裝置，其特徵為和這個半導體基板接觸的升降銷接觸面具有一個或更多凹陷部分。
  7. 一種如申請專利範圍第1至6項中任一項所定義的升降銷。
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