TWI513839B - An apparatus and method for improving sublimation deposition rate - Google Patents

Description

一種提高昇華沉積速率之設備及其方法

本發明係關於一種提高昇華沉積速率之設備及其方法，尤指提高坩堝內氣態原子沉積速率之設備及方法。

近年來，真空鍍膜廣泛應用在產業上，尤其是半導體產業，真空鍍膜主要是將基板曝露在氣態原子環境下，讓高溫氣體內的原子沉積在基板上，進而形成單層或複數層膜，例如：二氧化矽(SiO₂)、多晶矽化合物(Polycide)、鋁銅合金(Al-Cu)。

真空鍍膜當中，溫度梯度是影響沉積物體其晶格一致性的關鍵因素，坩堝內的溫度梯度分布會影響單層或複數層膜成形的品質。因此，創造一個平順的溫度梯度分布不但可穩定的成核成長，亦可增加原子沉積的速率。

鑑於上述問題，本發明之目的即在於提供一種提高昇華沉積速率設備及其方法，修正加熱腔體內縱向及垂直方向上的溫度梯度，達到最佳的熱梯度分布，以利製作品質優良的沉積單層或複數層膜。

為達成上述發明目的之技術手段在於：一坩堝，其內部具有一沉積區；一散熱元件，部分容嵌入該坩堝並提供縱向的散熱；一絕緣環，圍繞設置在該沉積區周圍；及一熱反射元件，固定於該絕緣環之一 側，並具有一傾斜面；其中，該絕緣環的導熱係數低於該坩堝、該散熱元件和該熱反射元件，且該熱反射元件與該熱絕緣環連通。

本概述與接下來的詳細說明及附圖，皆是為了能進一步說明本發明達到預定目的所採取的方式、手段及功效。而有關本發明的其他目的及優點，將在後續的說明及圖示中加以闡述。

11‧‧‧保溫層

111‧‧‧第一開口

112‧‧‧第二開口

12‧‧‧坩堝

121‧‧‧容置空間

122‧‧‧沉積區

13‧‧‧散熱元件

14‧‧‧絕緣環

15‧‧‧熱反射元件

2‧‧‧基板

3‧‧‧料源

第1圖 本發明一種提高昇華沉積速率設備之剖面示意圖；及第2圖 本發一種明提高昇華沉積速率設備之操作時間內的溫度和環境氣體壓力關係圖

以下係藉由特定的具體實例說明本發明之實施方式，熟悉此技藝之人士可由本說明書所揭示之內容瞭解本發明之其他優點與功效。

請參閱第1圖所示，本發明一種提高昇華沉積速率設備，係由一保溫層11、一坩堝12、一散熱元件13、一絕緣環14及一熱反射元件15所構成。

該保溫層11之一端開設有一第一開口111，而該保溫層11之另一端開設有一第二開口112。

該坩堝12設置在該保溫層11之內側，並具有一容置空間121及一沉積區122，且該鍍膜區122成形於該坩堝12的內側面，及坩堝之頂端設一絕緣環114，且該絕緣環114為環體。

該散熱元件13嵌入於該第一開口111處，其可為碳材或石墨，將沉積區122的熱沉降，避免熱應力的產生。

該絕緣環14設置在該坩堝12的上內側面，可為碳材。特別的是，該絕緣環14在該坩堝12加熱的過程能夠吸附矽原子，避免該坩堝12內的氣體不會過度飽和。

該熱反射元件15設於該絕緣環14之一端，且同樣也是環體。值得注意的是，該熱反射元件15具有傾斜面，且傾斜面與水平夾角為0至30度區間，可為金屬碳材或與該坩堝12的材質相同，且能夠承受加溫度1500-3000℃。該熱反射元件15反射加熱過程位於該坩堝內部12的熱輻射，並反射朝向該坩堝12中央底部的位置，進而縮減內部的熱梯度差異。再者，當熱快速產生時，該熱反射元件15亦可調節橫向的熱梯度。

上述該絕緣環14在加熱過程溫度為相對低點，因使該坩堝12內的矽原子會於該熱反射元件15擴散，並被該絕緣環14吸附，產生碳化矽。這是因為該熱反射元件15本身具有細孔，其尺寸可讓特定的粒子通過。

另外，該坩堝12內的垂直方向溫度梯度，可進一步由第二開口112來調節。

關於上述設備的操作方法包括下列步驟：

步驟1，備製該基板2及該料源3。

步驟2(0-ts)，對該坩堝12加熱至1800~2000℃(T₁)，壓力在500~700托耳(torr，p_s)，加溫時間在15~120分鐘。

步驟3(t_S-t₁)，將壓力釋放降至120~200托耳(torr，p₁)，降壓時間1分鐘。

步驟4(t₁-t₂)，將溫度再加熱提高至1900~2300℃(T₂)，且加熱時間維持在5~120分鐘。

步驟5(t₂-t₃)，將壓力釋放降至50~120托耳(torr，p₂)，降壓時間5~120分鐘。

步驟6(>t₃)，再將溫度加熱至1950~2380℃(T₃)，同時降壓制01.~50(torr，p₃)，如此便能獲得成核品質良好的單層或複數層膜。

綜上所述，本發明所提供之提高昇華沉積速率設備利用該散熱元件13、該絕緣環14及該熱反射元件15來修正該坩堝12內的水平方向和垂直方向之熱梯度，使熱梯度的分布更為平順，也增加了沉積成膜的速率。

以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，並非用以限定本發明實施之範圍，故此等熟習此技術所作出等效或輕易的變化者，在不脫離本發明之精神與範圍下所作之均等變化與修飾，皆應涵蓋於本發明之專利範圍內。

11‧‧‧保溫層

111‧‧‧第一開口

112‧‧‧第二開口

12‧‧‧坩堝

121‧‧‧容置空間

122‧‧‧沉積區

13‧‧‧散熱元件

14‧‧‧絕緣環

15‧‧‧熱反射元件

2‧‧‧基板

3‧‧‧料源

Claims (10)

1. 一種提高昇華沉積速率設備，包括：一坩堝，其內部具有一沉積區；一散熱元件，嵌入該坩堝並提供縱向的散熱；一絕緣環，圍繞設置在該沉積區周圍；及一熱反射元件，固定於該絕緣環之一側，並具有一傾斜面；其中，該絕緣環的導熱係數低於該坩堝、該散熱元件和該熱反射元件，且該熱反射元件與該熱絕緣環連通。
2. 如申請專利範圍第1項所述之一種提高昇華沉積速率設備，其中，該沉積區成形於該坩堝的內側面。
3. 如申請專利範圍第1項所述之一種提高昇華沉積速率設備，其中，該絕緣環為環體。
4. 如申請專利範圍第1項所述之一種提高昇華沉積速率設備，其中，該熱反射元件的傾斜面與水平夾角為0至30度區間。
5. 如申請專利範圍第1項所述之一種提高昇華沉積速率設備，其中，該熱反射元件亦可調節橫向的溫度梯度。
6. 如申請專利範圍第1項所述之一種提高昇華沉積速率設備，其中，該散熱元件可為碳材或石墨。
7. 如申請專利範圍第1項所述之一種提高昇華沉積速率設備，其中，該絕緣環為碳材。
8. 如申請專利範圍第1項所述之一種提高昇華沉積速率設備，其中，該熱反射元件可為金屬碳材或與該坩堝相同之材質。
9. 一種提高昇華沉積速率方法，其操作步驟包括：備製一基板和一料源；加熱至一第一溫度，提供一第一壓力，在15-120分鐘內；降壓至一第二壓力，在1分鐘內；加熱至一第二溫度，在5-120分鐘內，進行一第一階段成核；降壓至一第三壓力，在5-120分鐘內，進行一第二階段成核；及加熱至一第三溫度，同時降壓至一第四壓力，進行一第三階段成核。
10. 如申請專利範圍第9項所述之一種提高昇華沉積速率方法，其中，該第一溫度為1800-2000℃，該第二溫度為1900-2300℃，該第三溫度為1950-2380℃，該第一壓力為500-700torr，該第二壓力為120-200torr，該第三壓力為50-120torr，及第四壓力為0.1-50torr。