TWI648440B - 磊晶生長設備 - Google Patents

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TWI648440B
TWI648440B TW105135781A TW105135781A TWI648440B TW I648440 B TWI648440 B TW I648440B TW 105135781 A TW105135781 A TW 105135781A TW 105135781 A TW105135781 A TW 105135781A TW I648440 B TWI648440 B TW I648440B
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劉源
保羅 邦凡蒂
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大陸商上海新昇半導體科技有限公司
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B25/00—Single-crystal growth by chemical reaction of reactive gases, e.g. chemical vapour-deposition growth
    • C30B25/02—Epitaxial-layer growth
    • C30B25/08—Reaction chambers; Selection of materials therefor
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
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    • C30B25/00—Single-crystal growth by chemical reaction of reactive gases, e.g. chemical vapour-deposition growth
    • C30B25/02—Epitaxial-layer growth
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    • C30B25/00—Single-crystal growth by chemical reaction of reactive gases, e.g. chemical vapour-deposition growth
    • C30B25/02—Epitaxial-layer growth
    • C30B25/12—Substrate holders or susceptors

Abstract

本發明提供一種磊晶生長設備，所述磊晶生長設備包括一反應室，所述反應室的內表面設有反射層，所述反射層上設有保護層。本發明提供的磊晶生長設備，通過在反應室內表面的反射層上設置保護層，從而延緩所述反射層的表面在高溫下的形變，因此延長了所述反射層的使用壽命，降低了生產成本，提高了生產效率。

Description

磊晶生長設備
本發明涉及半導體製造技術領域，特別涉及一種磊晶生長設備。
現有技術裡，在半導體元件製造技術中，磊晶生長設備廣泛地被採用，例如在晶圓的表面通過磊晶生長形成磊晶層。通過磊晶生長的磊晶層可在導電類型、電阻率等方面與基板不同，還可以生長不同厚度和不同要求的單晶層或多層單晶結構，從而大大提高元件設計的靈活性和元件的性能。在磊晶生長設備中，磊晶生長是通過將反應氣體引入到晶圓上，執行加熱以獲得預定的溫度，從而形成磊晶層。
在磊晶生長的過程中，晶圓需要在高達1000℃以上的高溫環境下。因此，磊晶生長設備具有較高的要求，通常會設置反射層來反射熱輻射從而保證加熱效率。但是，由於磊晶生長設備長期在高溫環境下使用，所述反射層的表面會在高溫下的發生形變(例如熔化)，導致所述反射層的反射效率變差。因此，現有技術的反射層的使用壽命較短，需要對反射層定期進行處理，以維持其反射熱輻射的效率。反射層的定期處理，提高了生產成本並降低了生產效率。
本發明的目的在於，通過提供一種磊晶生長設備解決反射層的使用壽命較短的問題。
為了解決上述問題，本發明提供一種磊晶生長設備，所述磊晶生長設備包括一反應室，所述反應室的內表面設有反射層，所述反射層上設有保護層。
優選的，所述磊晶生長設備還包括：反應腔、加熱源和支撐平臺，所述反應腔設置在所述反應室內，所述加熱源設置在所述反應室內並位於所述反應腔外，所述支撐平臺設置在所述反應腔內，所述支撐平臺用於支撐晶圓。
優選的，在所述磊晶生長設備中，所述反射層的材料為金。
優選的，在所述磊晶生長設備中，所述保護層的材料為氮化鋁。
優選的，在所述磊晶生長設備中，所述氮化鋁的厚度為800nm~1500nm。
優選的，在所述磊晶生長設備中，所述氮化鋁通過物理氣相沉積形成在所述反射層上。
優選的，在所述磊晶生長設備中，所述物理氣相沉積為濺射鍍膜方式。
優選的，在所述磊晶生長設備中，所述濺射鍍膜方式採用鋁作為靶材，採用氮氣和氬氣作為反應氣體。
優選的，在所述磊晶生長設備中，所述反應腔的材料為石英。
優選的，在所述磊晶生長設備中，所述反應腔設置在所述反應室內的中心位置。
優選的，在所述磊晶生長設備中，所述加熱源為鹵素燈。
優選的，在所述磊晶生長設備中，所述加熱源均勻分佈在所述反應腔外。優選的，在所述磊晶生長設備中，所述支撐平臺的材料為石墨。
優選的，在所述磊晶生長設備中，所述支撐平臺上形成有一層氮化矽。
優選的，在所述磊晶生長設備中，所述支撐平臺的中間設有一圓形槽。
優選的，在所述磊晶生長設備中，所述支撐平臺為可旋轉的支撐平臺。
優選的，在所述磊晶生長設備中，所述反應室的材料為不銹鋼。優選的，在所述磊晶生長設備中，所述反應室的外表面設有冷卻裝置。
本發明提供的磊晶生長設備，通過在反應室內表面的反射層上設置保護層，從而延緩所述反射層的表面在高溫下的形變，因此延長了所述反射層的使用壽命，降低了生產成本，提高了生產效率。
10‧‧‧反應室
20‧‧‧反應腔
30‧‧‧加熱源
40‧‧‧支撐平臺
50‧‧‧晶圓
60‧‧‧冷卻裝置
110‧‧‧反射層
120‧‧‧保護層
第1圖為本發明的實施例的磊晶生長設備的剖面結構示意圖；第2圖為本發明的實施例的氮化鋁分子的結構示意圖； 第3圖為本發明的實施例的氮化鋁層分子的結構示意圖；第4圖為本發明的實施例的氮化鋁層通過X射線繞射分析的分析示意圖；第5圖為本發明的實施例的氮化鋁層的透明度與波長的關係示意圖。
為了使本發明的目的、特徵和優點能夠更加明顯易懂，請參閱附圖。須知，本說明書所附圖式所繪示的結構、比例、大小等，均僅用以配合說明書所揭示的內容，以供熟悉此技術的人士瞭解與閱讀，並非用以限定本發明可實施的限定條件，故不具技術上的實質意義，任何結構的修飾、比例關係的改變或大小的調整，在不影響本發明所能產生的功效及所能達成的目的下，均應仍落在本發明所揭示的技術內容得能涵蓋的範圍內。
如第1圖所示，本發明提供一種磊晶生長設備，包括一反應室10，所述反應室10的內表面設有反射層110，所述反射層上設有保護層120。
在本實施例中，優選的，所述磊晶生長設備還包括：反應腔20、加熱源30和支撐平臺40，所述反應腔20設置在所述反應室10內，所述加熱源30設置在所述反應室10內並位於所述反應腔20外，所述支撐平臺40設置在所述反應腔20內，所述支撐平臺40用於支撐晶圓50。
優選的，所述反射層110的材料的金。金能夠較好的反射熱 輻射，例如，金對紅外線的反射能力接近100%，金的化學性質不活潑並且熔點高達1064℃，不容易與其它物質發生反應。
優選的，所述保護層120的材料為氮化鋁。如第2圖所示，氮化鋁的分子結構為具有六角的纖鋅礦結構(wurtzite structure)，以及如第3圖所示，氮化鋁層的分子結構具有非常穩定的特徵，氮化鋁的熔點高達2500℃。在第2圖和第3圖中，黑色球體表示鋁原子，白色球體表示氮原子，同時詳細說明了氮化鋁分子的結構包括鋁原子與氮原子之間的角度和距離等資料。如第4圖所示，對氮化鋁進行X射線繞射分析(phase analysis of xray diffraction，XRD)得到的分析示意圖，10所在面即為測試所在面，通過X射線繞射分析的繞射角度2 θ(deg)的調整能夠得到一峰強度(Intensity,(a.u.))表明氮化鋁的狀態。如第5圖所示，氮化鋁相對波長較長的熱輻射具有較高的透明度，從而使熱輻射穿過氮化鋁薄膜不會損失多少能量。
在具體的實施例中，氮化鋁的熔點高於金的熔點，在加熱過程中，形成的氮化鋁層能夠保持其結構並保持穩定，能夠起到保護金層的作用，從而有效的防止金層在高溫下的產生形變，解決金層在加熱過程中快速損耗使用壽命的問題。氮化鋁還具有良好的導熱係數(2W/(m．K))，能使熱量較快的傳遞防止熱量聚集，並且氮化鋁的維克氏硬度(Vicker’s hardness)為3500kgf/mm2，從而使氮化鋁具備優秀的工業加工性能。
優選的，所述氮化鋁層通過物理氣相沉積(Physical Vapor Deposition，PVD)形成。優選的，所述物理氣相沉積為濺射鍍膜方式。優選的，所述濺射鍍膜方式採用鋁作為靶材，採用氮氣和氬氣作為反應氣體。在具體的實施方式中，靶材鋁基板在氮氣和氬氣的環境下，在電場力的作 用下形成的氬離子轟擊靶材鋁基板，使鋁與形成的氮離子生成氮化鋁。優選的，所述氮化鋁的厚度為800nm~1500nm，在此厚度範圍內能起到較好的保護作用。
繼續參考第1圖，優選的，所述反應腔20設置在所述反應室10內的中心位置，從而使所述反應腔20更好的接受通過反射層110反射的熱輻射作用到所述反應腔20上，在具體的實施方式中，所述反應腔20是具有兩端開口，用於通入反應氣體，此外所述反應腔20為所述支撐平臺40提供設置區域的結構(即第1圖中反應腔20的下面部分結構)，同時為所述反應腔20提供支撐。
優選的，所述加熱源30均勻分佈在所述反應腔20外，從而使所述反應腔20均勻受熱。優選的，所述加熱源30為鹵素燈，鹵素燈作為熱輻射光源能產生大量的熱量，具有較高的發光效率。在具體的實施方式中，所述加熱源30是圍繞所述反應腔20設置的，需要說明的是在第1圖中僅為了方便圖示，表明所述加熱源的燈是管狀的，所述加熱源的燈朝向方向採用了相互垂直的兩種不同表現形式，在其它的實施方式中，可根據加熱源30的形狀合理的均勻分佈在反應腔外，例如平行分佈，交錯分佈或矩陣分佈等分佈方式。
在本實施例中，所述反應腔20的材料為石英，石英具有穩定的化學性質並且具有較高的熔點，從而具有的耐高溫、熱膨脹係數小、高度絕緣、耐腐蝕的優點。優選的，所述支撐平臺40的材料為石墨，石墨的熔點高達3850℃，石墨有良好的化學穩定性，能耐酸、耐鹼和耐有機溶劑的腐蝕，石墨還有具較佳的可塑性方便加工成形。優選的，所述支撐平臺 40上沉積一層氮化矽，氮化矽的熔點高達1900℃，氮化矽材料具有熱穩定性高、抗氧化能力強和耐化學腐蝕的特性，由於氮化矽是矽的化合物中性質較穩定的，適合直接與晶圓接觸。優選的，所述支撐平臺40的中間設有一圓形槽，既形成一環形支撐面，通過所述圓形槽來減少所述支撐平臺40與晶圓50的接觸面積。優選的，所述反應室10的材料為不銹鋼，不銹鋼便於工業加工，能夠滿足溫度等工藝要求。
優選的，所述反應室10的外表面設有冷卻裝置60，通過所述冷卻裝置60來降低所述反射層的溫度，從而防止所述反射層在高溫下快速損耗使用壽命。在具體的實施方式中，所述冷卻裝置60採用水冷的方式，通過設置管路在所述反應室外，通過將水形成蒸汽使所述反應室10的溫度降低，防止所述反應室10長期處於高溫狀態下降低使用壽命。所述支撐平臺40為可旋轉的支撐平臺，通過可旋轉的支撐平臺帶動晶圓50一起轉動，從而使晶圓50更均勻的受熱。在具體的實施方式可，所述支撐平臺連接在一可轉動的軸上，通過電機帶動軸上的齒輪來實現旋轉，在其它的實施例中，也可以採用電磁驅動等其它方式實現旋轉。
本發明提供的磊晶生長設備，通過在反應室內表面的反射層上設置保護層，從而延緩所述反射層的表面在高溫下的形變，因此延長了所述反射層的使用壽命，降低了生產成本，提高了生產效率。
上述僅為本發明的優選實施例而已，並不對本發明起到任何限制作用。任何所屬技術領域的技術人員，在不脫離本發明的技術方案的範圍內，對本發明揭露的技術方案和技術內容做任何形式的等同替換或修改等變動，均屬未脫離本發明的技術方案的內容，仍屬於本發明的保護範 圍之內。

Claims (18)

  1. 一種磊晶生長設備，包括一反應室，所述反應室的內表面設有反射層，所述反射層上設有保護層；一反應腔，所述反應腔設置在所述反應室內；以及一加熱源，所述加熱源設置在所述反應室內並位於所述反應腔外。
  2. 如權利要求1所述的磊晶生長設備，所述磊晶生長設備還包括：支撐平臺，所述支撐平臺設置在所述反應腔內，所述支撐平臺用於支撐晶圓。
  3. 如權利要求1所述的磊晶生長設備，其中所述反射層的材料為金。
  4. 如權利要求1所述的磊晶生長設備，其中所述保護層的材料為氮化鋁。
  5. 如權利要求4所述的磊晶生長設備，其中所述氮化鋁的厚度為800nm~1500nm。
  6. 如權利要求4所述的磊晶生長設備，其中所述氮化鋁通過物理氣相沉積形成在所述反射層上。
  7. 如權利要求6所述的磊晶生長設備，其中所述物理氣相沉積為濺射鍍膜方式。
  8. 如權利要求7所述的磊晶生長設備，其中所述濺射鍍膜方式採用鋁作為靶材，採用氮氣和氬氣作為反應氣體。
  9. 如權利要求2~8中任意一項所述的磊晶生長設備，其中所述反應腔的材料為石英。
  10. 如權利要求2~8中任意一項所述的磊晶生長設備，其中所述反應腔設置在所述反應室內的中心位置。
  11. 如權利要求2~8中任意一項所述的磊晶生長設備，其中所述加熱源為鹵素燈。
  12. 如權利要求2~8中任意一項所述的磊晶生長設備，其中所述加熱源均勻分佈在所述反應腔外。
  13. 如權利要求2~8中任意一項所述的磊晶生長設備，其中所述支撐平臺的材料為石墨。
  14. 如權利要求13所述的磊晶生長設備，其中所述支撐平臺上形成有一層氮化矽。
  15. 如權利要求13所述的磊晶生長設備，其中所述支撐平臺的中間設有一圓形槽。
  16. 如權利要求2~8中任意一項所述的磊晶生長設備，其中所述支撐平臺為可旋轉的支撐平臺。
  17. 如權利要求1~8中任意一項所述的磊晶生長設備，其中所述反應室的材料為不銹鋼。
  18. 如權利要求1~8中任意一項所述的磊晶生長設備，其中所述反應室的外表面設有冷卻裝置。
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