TWI608557B - 晶圓之磊晶反應器及其中央星盤 - Google Patents

Description

晶圓之磊晶反應器及其中央星盤

本發明為一種晶圓之磊晶反應器及其陶瓷星盤，係指一種用於形成三五族化合物半導體晶圓之磊晶製程的反應器及該反應器中的組件。

在LED晶粒的製程中，係先利用磊晶製程來在晶圓上形成磊晶層，再透過後續的鍍膜、黃光、蝕刻等等製程來製得所需的LED晶粒。以有機金屬氣象沈積(Metal-organic Chemical Vapor Deposition,MOCVD)方法作為磊晶製程為例，磊晶反應器底部設有熱源，晶圓置於承載組件上並設於熱源上方，磊晶反應器頂部設有氣體入口，將有機金屬以氣態通過氣體入口通入磊晶反應器中，並透過熱源將晶圓加熱，以使有機金屬氣體在晶圓上產生化學反應而沈積形成磊晶層。

現有技術的磊晶反應器中，承載組件包含有設於中央之星盤及周圍之晶圓載盤，熱源係於反應器中加熱至1200℃以上，來均勻的提供晶圓足夠的反應熱量。在磊晶製程中，磊晶層會沈積形成在反應器中的所有部位，故除了在晶圓上方形成磊晶層外，在承載組件上面也會形成磊晶層，因此，必需適當的清除避免影響往後的製程；然而在清除磊晶層的過程中，會對承載組件使用化學蝕刻、噴砂、高溫烘烤等方式，清潔的過程中，雖然可以去除磊晶層，但也無法避免承載組件的消耗。

有鑑於此，本發明係針對使用於磊晶反應器中的星盤加以研究，來降低使用者的成本損耗，以延長承載組件的使用壽命；另外藉由材料特性的不同，可改變磊晶環境，進而提升產品品質。

為達到上述之發明目的，本發明所採用的技術手段為設計一種磊晶反應器之中央星盤，係包括：一外環件，其中央成形有一容置孔且為陶瓷材料所製；一內環件，其可分離地設於該外環件的容置孔中，其中該內環件中央成形有一通孔，內環件與外環件為相異材料所製。

進一步而言，本發明設計了一種包含前述之中央星盤的磊晶反應器，其包括：一殼體；一蓋體，其可分離地設於該殼體上方；一承載組件，其設於該殼體及該蓋體中，該承載組件包含有前述之中央星盤、複數個周緣蓋板及一上蓋板；該中央星盤設於該殼體之上表面的中央部位；所述周緣蓋板設於該殼體之上表面，且環繞排列於該中央星盤之周緣，各周緣蓋板與該中央星盤圍繞形成多個容置空間，各容置空間中設有至少一晶圓載板；該上蓋板之兩側面分別設有一固持件及一固定件，該固持件設於上蓋板與蓋體之下表面之間。

本發明的優點在於，內環件係以陶瓷材料所製，則使得因為清潔而所造成的損耗降到最低，又利用中央星盤之內、外環件為可分離式的設計，並使用不同的材料，以減少材料的損耗，進而達到降低製造成本的目的。同時，藉由陶瓷的材料特性，會影響製程的環境，進而對於優化磊晶品質，有一定程度的改善。

10‧‧‧殼體

20‧‧‧蓋體

30‧‧‧承載組件

31‧‧‧中央星盤

311‧‧‧外環件

311a‧‧‧容置孔

311b‧‧‧肋條

312‧‧‧內環件

312a‧‧‧通孔

32‧‧‧周緣蓋板

321‧‧‧肋條

33、33A‧‧‧晶圓載板

34‧‧‧上蓋板

341‧‧‧固持件

342‧‧‧固定件

35、35A‧‧‧容置空間

36‧‧‧擋片

40‧‧‧熱源

41‧‧‧高溫區

42‧‧‧低溫區

圖1為本發明之磊晶反應器的立體外觀圖。

圖2為本發明之星盤的元件分解圖。

圖3為本發明之星盤的上視圖。

圖4為本發明之星盤的側視剖面圖。

圖5為本發明之周緣蓋板的立體外觀圖。

圖6為本發明之擋片的立體外觀圖。

圖7為本發明之固持件的立體外觀圖。

圖8為本發明之磊晶反應器的另一實施例立體外觀圖。

圖9為本發明之星盤與磊晶反應器之熱源的實施狀態圖。

以下配合圖式及本發明之實施例，進一步闡述本發明為達成預定發明目的所採取的技術手段。

請參閱圖1所示，本發明之磊晶反應器包含有一殼體10、一蓋體20及一承載組件30。

所述殼體10中央設有熱源，所述蓋體20可分離地設於殼體10上方，以在反應進行時覆蓋殼體10，蓋體20設有氣體出口以供通入氣體於殼體10中。

所述承載組件30設於殼體10及蓋體20中，承載組件30包含有一中央星盤31、複數個周緣蓋板32、複數個晶圓載板33、及一上蓋板34。

請參閱圖1至圖4所示，該中央星盤31設於殼體10之上表面的中央部位，中央星盤31包含有一外環件311及一內環件312，外環件311中央成形有一容置孔311a，該外環件311之週緣徑向延伸成形有數個呈放射狀排列的肋條311b，該內環件312設於該外環件311之容置孔311a中，內環件312中央成形有一通孔312a。在一實施例中該外環件311與該內環件312可為相同或不同材質，該外環件311可為陶瓷材料所製，如氧化鋁(Al₂O₃)、氮化鋁(AlN)、碳化矽(SiC)等，內環件312可為石英材料所製，如二氧化矽(SiO2)

請參閱圖1及圖5所示，所述周緣蓋板32設於殼體10之上表面，並環繞排列於中央星盤31之外圍，周緣蓋板32為陶瓷材料所製，各周緣蓋板32具有一徑向延伸之肋條321，各周緣蓋板32之肋條321對應連接於外環件之一肋條311b，相鄰之周緣蓋板32的肋條321與外環件311之相鄰肋條311b圍繞形成一容置空間35。在較佳實施例中，周緣蓋板32與外環件311相鄰但未接觸，故周緣蓋板32的肋條321與外環件311之相鄰肋條311b之間具有間隙。

請參閱圖1所示，所述晶圓載板33分別設於相對應的容置空間35中，各容置空間35中排列設置有一個晶圓載板33，依據不同的晶圓尺寸而晶圓載板33上可對應設置有不同數量的晶圓淺槽。請參閱圖1所示，在一實施例中，各晶圓載板33中設有七個晶圓淺槽；請參閱圖8所示，在一實施例中，各晶圓載板33A中設有一個晶圓淺槽。當進行磊晶反應時，晶圓係置放於晶圓載板33之晶圓淺槽中以進行反應，而為了避免未置放晶圓之晶圓淺槽在反應時亦形成磊晶層，故可置放如圖6所示之擋片36(dummy wafer)於閒置的晶圓淺槽上，以阻止磊晶反應於閒置的晶圓淺槽上產生，擋片36可為陶瓷材料所製。

請參閱圖1及圖7所示，所述上蓋板34之兩側面分別設有一固持件341及一固定件342，以將上蓋板34夾持固定於蓋體20之下表面，該固持件 341設於上蓋板34與蓋體20之下表面之間，該固持件341和固定件342可為陶瓷材料製成。

請配合參閱圖9所示，當進行磊晶反應時，熱源40由對應於外環件31之下方處提供熱能，由於熱源40之外圍為溫度較低之低溫區41，而內圈為溫度較高之高溫區42，故為防止中央星盤31受熱衝擊而破損，故設計上將中央星盤31分為陶瓷的外環件311及石英的內環件312，外環件311在設計上避免跨越熱源40的高溫區42和低溫區41。具體而言，若熱源40之高溫區42的外徑為520mm，而低溫區41的外徑為250mm，則內環件312的外徑為259mm以跨越高溫區42和低溫區41。

進一步而言，外環件311採用陶瓷材料製成可抗清洗以延長其使用壽命，並且改良製程；而內環件312採用較耐高溫熱衝擊材料(例如石英)製成，故可更進一步降低替換成本。

再者，周緣蓋板32及固持件341採用陶瓷材料製成，亦可延長期使用壽命。

以上所述僅是本發明的實施例而已，並非對本發明做任何形式上的限制，雖然本發明已以實施例揭露如上，然而並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明技術方案的範圍內，當可利用上述揭示的技術內容作出些許更動或修飾為等同變化的等效實施例，但凡是未脫離本發明技術方案的內容，依據本發明的技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬於本發明技術方案的範圍內。

31‧‧‧中央星盤

311‧‧‧外環件

311a‧‧‧容置孔

311b‧‧‧肋條

312‧‧‧內環件

312a‧‧‧通孔

Claims (10)

1. 一種磊晶反應器的中央星盤，係包括：一外環件，其中央成形有一容置孔，該外環件為陶瓷材料所製；一內環件，其可分離地設於該外環件的容置孔中，其中該內環件中央成形有一通孔，內環件與外環件為相異材料所製。
2. 如請求項1所述之磊晶反應器的中央星盤，其中該外環件之周緣徑向延伸成形有數個呈放射狀排列的肋條。
3. 如請求項1或2所述之磊晶反應器的中央星盤，其中該內環件為石英材料所製。
4. 一種磊晶反應器，係包括：一殼體；一蓋體，其可分離地設於該殼體上方；一承載組件，其設於該殼體及該蓋體中，該承載組件包含有一中央星盤、複數個周緣蓋板及一上蓋板；該中央星盤設於該殼體之上表面的中央部位，該中央星盤包括一外環件及一內環件，該外環件中央成形有一容置孔，該外環件為陶瓷材料所製，該內環件可分離地設於該外環件的容置孔中，該內環件中央成形有一通孔，該內環件與該外環件為相異材料所製成；所述周緣蓋板設於該殼體之上表面，且環繞排列於該中央星盤之周緣，各周緣蓋板與該中央星盤圍繞形成多個容置空間，各容置空間中設有一晶圓載板，該晶圓載板上設有至少一晶圓淺槽；該上蓋板之兩側面分別設有一固持件及一固定件，該固持件設於該上蓋板與該蓋體之下表面之間。
5. 如請求項4所述之磊晶反應器，其中該中央星盤的外環件之周緣徑向延伸成形有數個呈放射狀排列的肋條，各周緣蓋板具有一徑向延伸的肋條，各周緣蓋板之肋條對應連接於該外環件之一肋條，各周緣蓋板的肋條與外 環件之相對應肋條之間具有間隙，各容置空間成形於相鄰之周緣蓋板的肋條與該外環件之相鄰肋條之間。
6. 如請求項4或5所述之磊晶反應器，其中該內環件為石英材料所製。
7. 如請求項4或5所述之磊晶反應器，其進一步設有至少一擋片於其中一晶圓淺槽上。
8. 如請求項7所述之磊晶反應器，其中該擋片為陶瓷材料所製。
9. 如請求項4或5所述之磊晶反應器，其中周緣蓋板為陶瓷材料所製。
10. 如請求項4或5所述之磊晶反應器，其中該固持件及固定件為陶瓷材料所製。