TWI492325B - 製造半導體的裝置 - Google Patents

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TWI492325B
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Seon-Ho Ryu
Sang-Joon Park
Young-Jun Kim
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Description

製造半導體的裝置
以下說明有關一種製造半導體的裝置，用在各種半導體製造程序(包括形成薄膜於晶圓上)的過程中。
相關申請案之交互參考
本申請案主張2009年7月16日申請之韓國專利申請案第10-2009-0064952號，綜合所有目的其所有揭露內容併入本文供參考。
一般而言，半導體製造裝置係用於各種半導體製造程序中，包括退火、擴散、氧化、及化學汽相沉積。作為半導體製造裝置的熔爐可分成兩類，其中使用垂直熔爐或水平熔爐。
作為低壓化學汽相沉積熔爐，垂直類型熔爐比水平類型熔爐更常使用，因為垂直類型熔爐比水平類型熔爐產生更少的細微雜質，諸如微粒。此外，垂直類型熔爐具有垂直定位的製程筒件，因而有利地減少下方支柱所佔據的底部面積。
將參考圖1說明習用的垂直類型熔爐。
參考圖1，垂直類型熔爐10包括具有加熱器的加熱室11、外筒件12、內筒件13、凸緣14、晶舟15、及噴嘴16。外筒件12設置在加熱室11內部，內筒件13設置在外筒件12內部，且外筒件12與內筒件13裝在凸緣14上。晶舟15裝在內筒件13中，且晶舟承載晶圓W。噴嘴16設置在凸緣14上，及製程氣體從外源透過噴嘴16注入。從噴嘴16吐出的製程氣體在晶舟15及內筒件13之間流動，以形成薄膜於各晶圓上。
在圖1所示範例中，晶圓W係一個一個地垂直載入晶舟15中。因此，為藉由一次處理更多晶圓W而增加生產率，應該載入更多數量的晶圓W。於是，增加了所有載入晶圓W的高度，且因此增加製程氣體形成薄膜於各晶圓W上的時間。這會限制一次要處理的晶圓W數目的增加。
另外，在圖1所示的垂直類型熔爐10中，在從下方部分供應的製程氣體形成薄膜於各晶圓W上後，且同時在晶舟15及內筒件13之間流動，殘餘氣體在內筒件13頂部之上通過，並透過在內筒件13及外筒件12之間的空間排出外部。在上述例子中，由於製程氣體在供應給晶圓W的同時向上移動，並非所有晶圓在其上形成有均勻薄膜。
在一綜合方面，提供一種製造半導體的裝置，該裝置包含：一筒件，組態為具有一在內部的製程空間及一在一端的排放出口；一晶舟，組態為透過該筒件之一下方開口部分移進及移出該筒件；複數個載具，組態為按一垂直於水平面的方向互相間隔地配置，且各載具具有在一旋轉軸之一中心的一中心孔並具有一頂面，在該頂面上圍繞一中心載入複數個晶圓；及一供給管，組態為設置從該晶舟之一頂部穿過各載 具之該中心孔並具有吐出噴嘴，各噴嘴吐出自一外源提供之一製程氣體至各載具的該頂面上。
複數個晶圓可載入按垂直方向配置的每個載具上，因此比起習用的垂直熔爐，一次可處理更多晶圓。因此，可增加生產率。
此外，可吐出製程氣體於各載具頂面上，且因此比起習用的垂直熔爐，製程氣體可以更均勻地提供給所有晶圓，而無論位置為何。因此，可在各晶圓上形成均勻薄膜。
從以下「實施方式」、圖式及申請專利範圍中，將明白其他特徵及方面。
提供以下「實施方式」幫助讀者對本文所述方法、裝置及/或系統獲得全面性瞭解。因此，熟習本技術者應可設想本文所述方法、裝置、及/或系統的各種變更、修改、及等效作法。還有，為了更加清楚及簡潔之故，將省略熟知功能及構造的說明。
圖2圖解製造半導體之裝置的橫截面圖範例。圖3圖解圖2裝置中所含載具之一的透視圖範例。
參考圖2及3，製造半導體的裝置100包括筒件110、晶舟120、載具130、供給管140、及隔板150。
筒件110形成一處理空間並具有在一端的排放出口103。處理製程可包括退火、擴散、氧化、化學汽相沉積等。透過供給管140供應製程氣體給筒件110。筒件110可組態為使上方部分封閉及下方部分開口。晶舟120可透過筒件110的下方開口部分，移進及移出筒件110。排放出口103可配置在筒件110的下端，以將製程氣體排出筒件110。晶舟120可利用升降裝置(未顯示)，移進及移出筒件110。在晶舟120放入筒件110後，可用密封單元102密封筒件110的內部空間。
密封單元102可位在凸緣111及晶舟承座136之間。凸緣111從筒件110的下緣向外延伸，及晶舟承座136係形成以在晶舟120的底部支撐晶舟120。
加熱室101可配置成繞著筒件110圍住。加熱室101使筒件110加熱，及維持筒件110的內部溫度於所設定溫度。為此，加熱室101可包括加熱器(未顯示)。
可提供複數個載具130。載具130以互相有預定距離的堆疊方式配置於晶舟120中。載具130可由突出部分所支撐，突出部分係形成在晶舟120中按垂直方向互相間隔地隔開預定距離的。
各載具130可具有中心孔132，讓供給管140插入並設置於其中。各載具130組態為使複數個晶圓W圍繞中心孔132配置於其頂面上。
為此，如圖3所示，各載具130可呈圓形形式。還有，各載具130可具有容納晶圓W的晶圓接收部分131。每個晶圓接收部分131可形成為接收晶圓W的凹處。
供給管140可以配置成從晶舟120的頂部穿過載具130的中心孔132。供給管140配置成可藉由穿透中心孔132自載具130拆卸。因此，當供給管140固定於筒件110時，由晶舟120支撐的載具130可透過筒件110的下方開口部分自由移進及移出。
供給管140提供來自外源的製程氣體，及吐出製程氣體以將製程氣體供應給晶圓W。供給管140可具有穿過筒件110及加熱室101的上端，使供給管140與外部氣體供給器連接，及提供有來自外部氣體供給器的製程氣體。在另一範例中，供給管140可具有上端，其與配置於筒件110內部的氣體供應通道連接，以提供製程氣體。氣體供應通道可與外部氣體供給器連接。
供給管140具有複數個吐出噴嘴140a，以吐出製程氣體至各載具130的頂面。吐出噴嘴140a可一個一個地或以成群方式分配給載具130。
現將於下文說明上述裝置100的操作。
首先，當以升降裝置將空的晶舟120移出筒件110時，將載具130上載入晶圓W然後載入晶舟120。一旦載具130完全載入晶舟120後，以升降裝置將晶舟120移入筒件110中。加熱室101加熱筒件110，將筒件110的內部維持在所設定溫度。加熱筒件110可在將晶舟120移至筒件110內部之前進行。
在將晶舟120放入筒件110內部後，透過供給管140，吐出製程氣體至筒件110中。透過供給管140的吐出噴嘴140a，將製程氣體吐出朝向各載具130的頂面，以將製程氣體提供至晶圓W。提供至晶圓W的製程氣體可形成薄膜於各晶圓W上。一旦薄膜完全形成於各晶圓W上後，利用升降裝置，將晶舟120從筒件110撤出，及從晶舟120卸下載具130。
如上述，以堆疊方式配置的每個載具130其上可載入複數個晶圓W。因此，相較於一個載具載入一個晶圓W的案例，圖2及3所示範例的實例其載具130一次可以處理更多晶圓W，假設載入晶圓W的高度在兩個實例中均相同。因此，可增加生產率。
此外，在圖2及3所示範例中，製程氣體可吐出至各載具130的頂面。因此，相較於供應製程氣體給晶圓W是從筒件110底部向上移至頂部的實例，在圖2所示範例其製程氣體可均勻供應至所有晶圓W，無論晶圓W的位置為何。因此，可在個別晶圓W上均勻地形成薄膜。
同時，為在晶圓W上形成均勻薄膜，如圖4所示，可形成吐出噴嘴140a水平吐出製程氣體。此外，在各載具130中，其上載入晶圓W的表面可從載具130的中心向上傾斜至側邊。此處，可設定各載具130的傾角θ，以在晶圓W上形成均勻薄膜。在此例中，載具130表面上只有放置晶圓W的區域可以傾斜，不過也可以傾斜載具130的整個頂面，如圖3所示。
由於晶圓W沿著供給管140的周邊配置，如果從吐出噴嘴140a吐出的製程氣體平行施加於晶圓W的頂面，則各晶圓W遠離吐出噴嘴140a的區域比接近吐出噴嘴140a的區域有較少的製程氣體。但是，由於各晶圓W係配置為朝向外緣往上傾斜，製程氣體能夠在遠離吐出噴嘴140a的區域上停留比較久的時間，因此，製程氣體可在晶圓W上均勻地提供，所以可在晶圓W上形成均勻薄膜。
作為另一範例，為在各晶圓W上形成均勻薄膜，如圖5所示，載具130可具有其上載入晶圓W的水平表面，及形成吐出噴嘴140a以預定角度朝載具130吐出製程氣體。此處，可設定吐出噴嘴140a的傾角θ，以在各晶圓W上形成均勻薄膜。傾斜的效果與上文所述相同。
作為又另一範例，但圖中未顯示，各載具130上載入晶圓W的區域從載具130的中心向上傾斜至邊緣，及可形成吐出噴嘴140a以預定角度吐出製程氣體至各載具130。在此例中，亦可設定載具130的傾角及吐出噴嘴140a的傾角，以在各晶圓W上形成均勻薄膜。
晶舟120可由旋轉裝置(未顯示)旋轉，如圖6所示。例如，晶舟120可與旋轉裝置耦合以進行旋轉。由於晶舟120的旋轉，載具130能夠相對於供給管140進行旋轉。因此，從吐出噴嘴140a吐出的製程氣體能夠均勻地提供至在載具130上時旋轉的晶圓W上。
在旋轉載具130時，從吐出噴嘴140a吐出的製程氣體由於旋轉離心力，有可能流至載具130的外緣。在此例中，由於相應晶圓W的中心位置不在載具130的旋轉中心，製程氣體可能無法均勻地提供至晶圓W。因此，形成於各晶圓W上的薄膜厚度可能根據薄膜區域接近或遠離載具130的中心而有所不同。也就是說，晶圓W上可能無形成均勻厚度的薄膜。
為了克服以上問題，如圖2所示，筒件110中可另外包括輔助供給管160另外提供製程氣體。輔助供給管160補充製程氣體至位在各載具130外緣的晶圓W，致使晶圓W上可形成均勻厚度的薄膜。輔助供給管160包括吐出噴嘴160a。吐出噴嘴160a可形成於輔助供給管160上，以吐出製程氣體於載具130的頂面上。
隔板150可位在筒件110及晶舟120之間，以導引筒件110中的殘餘氣體至排放出口103。隔板150將在形成薄膜於晶圓W後所留下來的殘餘氣體導引至排放出口103。
隔板150可為圓柱形具有上方及下方末端開口。隔板150具有上方開口末端與筒件110隔開及下方開口末端固定於凸緣111，以在隔板150及筒件110之間形成頂部開口及底部封閉的空間。排放出口103可形成於隔板150及筒件110間之空間的下方部分上，並向筒件110的外部開啟。因此，殘餘氣體能被導引至在隔板150及筒件110之間的空間，然後通過排放出口103排出外部。
隔板150可具有複數個隔板孔151，對應於載具130的相應高度。例如，隔板孔151可定位在與載具130頂面的相同高度。因此，可快速排出在各載具130上形成薄膜後留在載具130頂面的殘餘製程氣體。
如圖7及8所示，供給管240可具有三重管組態，包括第一供應通道241、第二供應通道242、及第三供應通道243。第一至第三供應通道241、242、及243可垂直延伸且同心配置。此處，第三供應通道243可位在第一供應通道241及第二供應通道242之間。
第一供應通道241可提供有來自外源的第一製程氣體。在此例中，第一供應通道241可具有吐出第一製程氣體的第一吐出噴嘴241a。第二供應通道242可提供有來自外源的第二製程氣體。第二供應通道242可具有吐出第二製程氣體的第二吐出噴嘴242a。
第三供應通道243可提供來自外源的冷媒。冷媒可以是氣態、液態或固態。提供至第三供應通道243的冷媒可在第一及第二製程氣體分別流過第一供應通道241及第二供應通道242時，防止第一及第二製程氣體解離。
當在筒件110(見圖2)中執行金屬有機化學汽相沉積(MOCVD)及氮化鎵(GaN)薄膜形成於各晶圓W上時，第一製程氣體可以是三甲基鎵及氨中的一個，及第二製程氣體可以是另一個。
在上述例子中，冷媒係提供至第一供應通道241或第二供應通道242，需要冷凍甚於氨的三甲基鎵可提供至接近冷媒的第三供應通道243。
在實施時，輔助供給管可具有三重管組態，類似於如上述具有三重管組態的供給管。或者，供給管及輔助供給管可具有單管組態或雙管組態。例如，如果製程氣體是在筒件外混合，然後再將製程氣體的混合物提供至筒件，則供給管及輔助供給管可具有單管組態，及如果製程氣體是透過個別的供應通道提供，則供給管及輔助管可具有雙管組態。
上文已經說明若干範例。但應明白，可進行各種修改。例如，如果以不同順序執行所述技術，及/或如果在所述系統、架構、元件、或電路中的部件以不同方式組合及/或為其他部件或其等效物取代或補充，仍可達成適當結果。據此，其他實施例均在以下申請專利範圍的範疇中。
10．．．垂直類型熔爐
11、101．．．加熱室
12．．．外筒件
13．．．內筒件
14、111．．．凸緣
15、120．．．晶舟
16．．．噴嘴
100．．．製造半導體的裝置
102．．．密封單元
103．．．排放出口
110．．．筒件
130．．．載具
131．．．晶圓接收部分
132．．．中心孔
136．．．晶舟承座
140、240．．．供給管
140a、160a．．．吐出噴嘴
150．．．隔板
151．．．隔板孔
160．．．輔助供給管
241．．．第一供應通道
241a．．．第一吐出噴嘴
242．．．第二供應通道
242a．．．第二吐出噴嘴
243．．．第三供應通道
W．．．晶圓
圖1為根據先前技術之垂直類型熔爐範例的橫截面圖。
圖2為根據本發明示範性具體實施例的製造半導體裝置橫截面圖。
圖3為圖2所示載具的透視圖。
圖4為顯示圖2載具之傾斜頂面的橫截面圖。
圖5為顯示圖2吐出噴嘴之傾斜吐出方向的橫截面圖。
圖6為顯示圖2載具如何連同晶舟一起相對於供給管旋轉的平面圖。
圖7及8為圖2所示供給管之另一範例的水平橫截面圖及垂直橫截面圖。
在圖式及「實施方式」中，除非另外說明，否則應明白相同圖式參考數字係指相同元件、特徵、及結構。為了清楚、圖解、及方便之故，將誇大這些元件的相對尺寸及描繪。
100．．．製造半導體的裝置
101．．．加熱室
102．．．密封單元
103．．．排放出口
110．．．筒件
111．．．凸緣
120．．．晶舟
130．．．載具
136．．．晶舟承座
140．．．供給管
140a、160a．．．吐出噴嘴
150．．．隔板
151．．．隔板孔
160．．．輔助供給管
W．．．晶圓

Claims (9)

  1. 一種用於製造一半導體的裝置，該裝置包含：一筒件，組態為具有在內部的一製程空間及在一端的一排放出口；一晶舟，組態為透過該筒件之一下方開口部分移進及移出該筒件；複數個載具，組態為按一垂直於水平面的方向互相間隔地配置在該晶舟中，且各載具具有在一旋轉中心的一中心孔並具有一頂面，在該頂面上載入複數個晶圓圍繞一中心；及一供給管，配置成自該晶舟之一頂部穿過各載具之該中心孔並具有吐出噴嘴，各噴嘴吐出自一外源所提供的一製程氣體至各載具的該頂面上。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之裝置，其中該等吐出噴嘴係組態為水平吐出該製程氣體，且各載具頂面上承載該晶圓的各部分係朝向該載具之一外緣向上傾斜，致使在各晶圓上形成一均勻薄膜。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之裝置，其中各載具具有承載晶圓的水平表面，而該等吐出噴嘴係按一角度吐出該製程氣體至該等載具，以在各晶圓上形成一均勻薄膜。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之裝置，其中該晶舟組態為藉由一旋轉裝置旋轉，使得該等載具可相對於該供給管而旋轉。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之裝置，另外包含：一輔助供給管，組態為在該筒件內部額外提供一製程氣體。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之裝置，其中該輔助供給管組態為具有一三重管組態，包括一第一供應通道提供一第一製程氣體、一第二供應通道提供一第二製程氣體，及一第三供應通道提供一冷媒，其中該等第一、第二及第三供應通道配置為同心。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之裝置，更包含：一隔板，組態為位在該筒件及該晶舟之間，並具有複數個隔板孔以導引該筒件中的一殘餘氣體至該排放出口。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之裝置，其中該等隔板孔所形成之高度與該等相應載具相同。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之裝置，其中該供給管組態為具有一三重管組態，包括一第一供應通道提供一第一製程氣體、一第二供應通道提供一第二製程氣體，及一第三供應通道提供一冷媒，其中該等第一、第二及第三供應通道配置為同心。
TW099123444A 2009-07-16 2010-07-16 製造半導體的裝置 TWI492325B (zh)

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