TWI654710B - 承受器、氣相生長裝置及氣相生長方法 - Google Patents

承受器、氣相生長裝置及氣相生長方法

Info

Publication number
TWI654710B
TWI654710B TW106133459A TW106133459A TWI654710B TW I654710 B TWI654710 B TW I654710B TW 106133459 A TW106133459 A TW 106133459A TW 106133459 A TW106133459 A TW 106133459A TW I654710 B TWI654710 B TW I654710B
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
hollow channel
wafer
hollow
ejector
phase growth
Prior art date
Application number
TW106133459A
Other languages
English (en)
Other versions
TW201911465A (zh
Inventor
肖德元
Original Assignee
上海新昇半導體科技有限公司
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 上海新昇半導體科技有限公司 filed Critical 上海新昇半導體科技有限公司
Publication of TW201911465A publication Critical patent/TW201911465A/zh
Application granted granted Critical
Publication of TWI654710B publication Critical patent/TWI654710B/zh

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/455—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for introducing gases into reaction chamber or for modifying gas flows in reaction chamber
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/458—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for supporting substrates in the reaction chamber
    • C23C16/4581—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for supporting substrates in the reaction chamber characterised by material of construction or surface finish of the means for supporting the substrate
    • 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
    • C30B25/12—Substrate holders or susceptors
    • 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
    • C30B25/14—Feed and outlet means for the gases; Modifying the flow of the reactive gases

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Chemical Vapour Deposition (AREA)

Abstract

本發明提供了一種承受器、一種氣相生長裝置及一種氣相生長方法，所述承受器用於所述氣相生長裝置，所述承受器包括一底部和包圍所述底部的側部，所述底部和側部限定有用以載置基底(例如半導體晶片)的凹坑，在所述承受器的底部形成有頂杆孔，並且，所述承受器還形成有一開口以及位於其底部的空心通道，所述開口通過所述空心通道與至少一個頂杆孔連通。使用本發明提供的氣相生長方法，在氣相生長過程中，由所述開口向所述空心通道內通入吹掃氣體，吹掃氣體流動到頂杆孔內，對位於頂杆孔下方的製程氣體具有阻擋作用，從而減少或避免製程氣體流動到晶片的背面導致不必要的沉積。

Description

承受器、氣相生長裝置及氣相生長方法
本發明涉及半導體領域，特別涉及一種承受器、一種氣相生長裝置及一種氣相生長方法。
近年來，磊晶(epitaxial)層形成在一基底例如矽晶片(wafer)表面上的磊晶晶片，被廣泛地用作MOS(Metal Oxide Semiconductor，金屬氧化物半導體)元件製作過程中。這些磊晶晶片改進了MOS元件閘氧化層的成品率，並具有例如降低寄生電容、防止軟錯誤、改進吸雜性能以及改進機械強度之類的優越特性。
近年來，已經開發出能夠在直徑為300mm甚至更大尺寸的矽晶片上進行磊晶生長製程的磊晶生長設備。並且，為了最大化的利用磊晶晶片，要求磊晶晶片具有非常平坦和相互平行的表面(正面和背面相互平行)。隨著積體電路製程特徵尺寸(critical dimension，CD)的降低，圖案化之前的磊晶晶片的奈米形貌在積體電路製作中愈加重要。
在矽晶片上生長磊晶層的一種方法為氣相生長法，即利用製程氣體在矽晶片上進行氣相反應以便生長出磊晶層。然而，申請人研究發現，利用傳統的氣相生長裝置進行氣相生長後，磊晶晶片的平坦度不理想。
本發明的目的是解決磊晶晶片的平坦度較差的問題。
為了實現上述目的，一方面，本發明提供了一種承受器，所述承受器包括如下特徵：所述承受器包括一底部和包圍所述底部的側部，所述底部和側部限定有用以載置一基底的凹坑，所述承受器上形成有多個貫穿所述底部的頂杆孔，其特徵在於，所述承受器上還形成有一開口以及空心通道，所述開口通過空心通道與至少一個頂杆孔連通。
可選的，所述承受器還包括設置於所述底部和所述側部之間的支撐部，通過所述支撐部支撐所述基底和/或限制所述基底移動。
可選的，所述空心通道形成於所述底部中，所述開口形成於所述側部或底部中。
可選的，所述空心通道包括相互連通的第一空心通道和第二空心通道，所述第一空心通道是圍繞所述頂杆孔的環形空心通道，所述第二空心通道是分佈於所述頂杆孔周圍的條形空心通道，所述開口通過第一空心通道和第二空心通道與所述頂杆孔連通。每個所述頂杆孔周圍包圍一個所述第一空心通道，每個所述第一空心通道與對應的頂杆孔之間分佈有多個所述第二空心通道。
可選的，每個所述頂杆孔周圍包圍一個所述第一空心通道，每個所述第一空心通道與對應的頂杆孔之間分佈有多個所述第二空心通道。
可選的，所述開口的數量為一個或多個。
可選的，所述空心通道還包括第三空心通道，所述開口通過 所述第三空心通道與至少一個第一空心通道連通。
可選的，所述空心通道還包括第四空心通道，多個所述第一空心通道之間通過所述第四空心通道連通。
另一方面，本發明還提供了一種氣相生長裝置，包括用於通入製程氣體的第一進氣口，還包括上述承受器以及用於通入吹掃氣體的第二進氣口，所述吹掃氣體經由所述第二進氣口、開口和空心通道通入至所述頂杆孔中。
再一方面，本發明還提供了一種氣相生長方法，使用上述氣相生長裝置，包括：將一基底載置於所述承受器中；通過第一進氣口通入用於在所述基底上形成預定膜層的製程氣體，以及，通過第二進氣口、開口和空心通道向所述頂杆孔中通入吹掃氣體。
可選的，所述製程氣體包括源氣體和載氣。所述吹掃氣體與所述載氣為同一種氣體。
可選的，所述吹掃氣體以20至100PSI範圍內的壓力通入所述空心通道。停止通入製程氣體之後，繼續通入一預定時間的吹掃氣體。
使用本發明提供的承受器、氣相沉積裝置及氣相生長方法，向所述氣相生長裝置內通入用於氣相生長的製程氣體以便在一基底例如半導體晶片的正面形成磊晶層時，另外將所述吹掃氣體，優選為用於氣相生長的載氣，通過一定壓力由位於所述承受器上的開口通入在承受器底部形成的空心通道，所述空心通道與承受器底部的頂杆孔互相連通，進入空心通道的吹掃氣體對頂杆孔內部具有吹掃作用，這樣一來，位於承受器下方 的製程氣體如果要從所述頂杆孔和頂杆之間的縫隙流向晶片的背面，會被從所述空心通道吹出的吹掃氣體阻擋(block away)，使用本發明的技術方法，可以減少或避免製程氣體到達晶片背面導致的磊晶晶片平坦度較差的問題。使用本發明提供的承受器、氣相沉積裝置及氣相生長方法，可以提高氣相生長所形成的例如磊晶晶片的平坦度。
元件標號說明
10‧‧‧反應室
11‧‧‧承受器
11a‧‧‧承受器底部
11b‧‧‧承受器側部
12‧‧‧頂杆孔
13‧‧‧頂杆
14‧‧‧加熱裝置
15‧‧‧進氣口
16‧‧‧排氣口
20‧‧‧製程氣體
21‧‧‧吹掃氣體
100‧‧‧晶片
100a‧‧‧晶片上表面
100b‧‧‧晶片下表面
101‧‧‧磊晶層
102‧‧‧頂杆斑
30‧‧‧反應室
31‧‧‧承受器
31a‧‧‧承受器底部
31b‧‧‧承受器側部
31c‧‧‧承受器支撐部
32‧‧‧頂杆孔
33‧‧‧頂杆
34‧‧‧加熱裝置
35‧‧‧第一進氣口
36‧‧‧排氣口
37‧‧‧第二進氣口
300‧‧‧晶片
300a‧‧‧晶片上表面
300b‧‧‧晶片下表面
301‧‧‧磊晶層
310a‧‧‧空心通道
311a、312a、313a、314a‧‧‧第一、第二、第三、第四空心通道
311‧‧‧開口
315‧‧‧導引管道
第1圖是一種氣相生長裝置的剖面示意圖。
第2圖是本發明實施例一種氣相生長裝置的剖面示意圖。
第3圖為在第2圖中頂杆孔附近區域的剖面示意圖。
第4a圖是本發明實施例一種承受器在第2圖中A-B方向的俯視示意圖。
第4b圖是本發明實施例一種承受器在第2圖中A-B方向的又一種俯視示意圖。
以下結合附圖和具體實施例對本發明的承受器、氣相生長裝置及氣相生長方法作進一步詳細說明。根據下面的說明和請求項書，本發明的優點和特徵將更清楚。需說明的是，本發明完全不局限於下面的實施例，另外附圖均採用非常簡化的形式且均使用非精准的比例，僅用以方便、明晰地輔助說明本發明實施例的目的。
在說明書和請求項書中的術語“第一”“第二”等用於在類似要素之間進行區分，且未必是用於描述特定次序或時間順序。要理解，在適當情況下，如此使用的這些術語可替換，例如可使得本文所述的本發 明實施例能夠不同于本文所述的或所示的其他順序來操作。類似的，如果本文所述的方法包括一系列步驟，且本文所呈現的這些步驟的順序並非必須是可執行這些步驟的唯一順序，且一些所述的步驟可被省略和/或一些本文未描述的其他步驟可被添加到該方法。圖中本發明的實施例的構件若與其他圖示中的構件相同，雖然在所有圖中都可輕易辨認出這些構件，但為了使圖示的說明更為清楚，本說明書不會將所有相同的構件的標號標於每一圖中。
第1圖是一種氣相生長裝置的剖面示意圖，所述氣相生長裝置借助於頂杆(lift pin)進行基底傳輸。所述基底例如為一晶片100。所述氣相生長裝置包括一反應室10，承受器11安裝於反應室10內，承受器11具有一底部11a和一側部11b，底部11a和側部11b共同限定一用於載置晶片100的凹坑，待進行氣相生長的晶片100置於此凹坑內，並且，晶片100具有一待氣相生長的正面100a和與之相對的背面100b。另外，在承受器11上設置有若干個貫穿所述底部11a的頂杆孔12，設置於反應室10內的若干個頂杆13穿過所述頂杆孔12，並且可以在垂直於底部11a平面的方向上進行升降動作(即可上升或下降)。
在氣相生長過程中，通過分別位於反應室10的上部和下部的兩個加熱裝置14對承受器11和晶片100進行加熱並保持一定溫度，另外從進氣口15向反應室10內導入製程氣體20，供給到晶片100的上表面100a，因高溫而分解了的製程氣體20在晶片100的上表面100a上累積，並進行氣相生長；氣相生長結束後，在晶片100的表面100a形成一預定厚度的磊晶層101，剩餘氣體被排氣口16排出到反應室10的外部。
申請人研究發現，在利用如第1圖所示的氣相生長裝置的進行氣相生長的製程中，從進氣口15進入反應室10的製程氣體20(如第1圖中虛線實心箭頭所示)，由於負壓作用，會經由反應室10與承受器11之間的空隙，流動到承受器11凹坑的下表面一側(如圖1中粗虛線實心箭頭所示)，另外由於在承受器11上的頂杆孔12與頂杆13之間存在間隙(gap)，流動到承受器11凹坑下表面一側的製程氣體20會從此間隙到達晶片100的背面100b，在一定溫度下，在晶片100的背面100b對應頂杆孔12尤其是對應頂杆孔12與頂杆13之間的間隙的位置沉積形成類似管狀(tube-like)的頂杆斑(pin mark)102。這些在晶片100背面100b形成的頂杆斑102，會破壞晶片100的背面100b的奈米形貌，使所形成的磊晶晶片的整體形貌惡化。
發明人利用晶圓幾何形狀測量系統(KLAWaferSight)測量利用如第1圖所示的氣相生長裝置得到的磊晶晶片正面的SFQR(Site flatness front least-squares range，部位正面最小二乘焦平面，用於評估晶片的平坦度)值，研究發現，對應於背面為頂杆孔的位置，SFQR值較大，導致整個磊晶晶片的平坦度較差。
基於上述研究，本實施例提供了一種承受器、一種氣相生長裝置以及一種氣相生長方法，所述承受器置於所述氣相生長裝置內。向所述承受器放置所述晶片的一側通入用於氣相生長的製程氣體以便在所述晶片的正面形成磊晶層時，另外將吹掃氣體，優選為製程氣體中的載氣，通過一定壓力由位於承受器上的開口通入在承受器底部中形成的空心通道，所述空心通道與承受器底部的頂杆孔互相連通，進入空心通道的吹掃氣體對頂杆孔內部具有吹掃作用，這樣一來，位於承受器下方的製程氣體如果 要從頂杆孔和頂杆之間的間隙流向晶片的背面，在所述頂杆孔內會被從所述空心通道吹出的吹掃氣體阻擋，因而也就減小或避免了製程氣體在晶片背面形成頂杆斑的問題，使用本發明提供的承受器、氣相生長裝置及氣相生長方法，可以提高氣相生長所形成的磊晶晶片的平坦度。
下面結合第2圖詳細介紹本發明實施例的承受器及氣相生長裝置。
第2圖是本發明實施例一種氣相生長裝置的剖面示意圖。如第2圖所示，承受器31，置於一氣相生長裝置內，所述氣相生長裝置具有一反應室30。承受器31置於反應室30內用以載置一基底，本實施例中基底為一晶片300。所述承受器31包括一底部31a以及包圍底部31a的側部31b，所述側部31b與底部31a共同限定一用以載置晶片300的凹坑。
由於承受器31(本實施例中是指側部31b的下方邊沿部分)與連接到中心轉軸1的支持臂2接合，中心轉軸1可被驅動旋轉，從而帶動承受器31在氣相生長過程中可被旋轉。
此外，在承受器31上還形成有支撐部31c，用來通過與晶片300週邊的表面接觸、線接觸或點接觸而支持和/或限制晶片300。本實施例中，支撐部31c位於承受器31的底部31a和側部31b之間，由側部31b向底部31a方向延伸構成，並呈臺階狀。本領域技術人員應該理解，所述支撐部31c上還可以設置有限位部件，例如一卡位元裝置或者壓條等，以將晶片300固定在承受器31的凹坑內並限制其移動，以防止在氣相生長過程中因氣體的流動引起晶片300位置的變化，但本發明不限於此。
載置於所述凹坑形狀的承受器31的晶片300具有一待形成磊 晶層301的上表面300a以及與所述上表面300a相對的下表面300b，其中，下表面300b靠近所述底部31a，上表面300a背離底部31a。
本發明對晶片300的類型沒有限制。例如，可以採用矽晶片、砷化鎵晶片、SOI(絕緣體上覆矽晶片)或者選擇性生長的磊晶晶片。本實施例中，所用的晶片300例如為直徑200mm或300mm的P型矽圓形單晶片。
承受器31的尺寸可以根據晶片300的直徑以適當的方式改變。例如，承受器31在載置晶片300之後，最好使得晶片300的外邊沿與側部31b的內邊沿之間具有約為1-10mm的間隙。支撐部31c的上表面到側部31b的上表面的高度差，基本上與晶片300的厚度相同。
此外，對應於一個承受器31通常只載置一個晶片300，並且至少借助於三個頂杆33對載置於承受器31上的晶片300進行傳輸。所述承受器31的底部31a形成有與頂杆33數目相對應的頂杆孔32，頂杆孔32在底部31a的平面例如是均勻分佈，本實施例中是以120度的間隔設置。多個頂杆33以大致同時和相同的幅度在頂杆孔32內進行升降動作，當頂杆33在頂杆孔32內上升的時候，與晶片300的下表面300b接觸，以便支撐晶片300進行從承受器31上抬起或載置於承受器31的動作。為了使頂杆33在頂杆孔32內進行順暢的運動，頂杆孔32的孔徑大於頂杆33的直徑，從而使得頂杆孔32與頂杆33之間具有間隙。
所述反應室30上配置有用來加熱承受器31和晶片300的加熱裝置34，加熱裝置34可以是鹵素燈、紅外燈等，加熱裝置34的位置和加熱方式可以利用本領域公知的方法，本發明對此不做限定。
另外需要說明的是，本實施例中氣相生長裝置還應該包括位 於反應室30外部的傳輸裝置(未示出)，以便使晶片300輸出或輸出反應室30，在反應室30上應包括一可打開或關閉的腔門(未示出)，以方便所述傳輸裝置將晶片300輸入或輸出反應室30。
所述氣相生長裝置的反應室30還具有若干個第一進氣口35和若干個排氣口36。本實施例中，反應室30具有一個第一進氣口35和一個排氣口36，該第一進氣口35和排氣口36彼此面對位於反應室30上且位於承受器31的兩側。第一進氣口35用於向反應室30通入用以形成磊晶層301的包括源氣體和載氣的製程氣體20。用於形成磊晶層301的源氣體例如是SiH4、SiH2Cl2、SiHCl3或SiCl4之類的氣體，而H2(氫氣)或惰性氣體可以被用作載氣，載氣主要起稀釋源氣體的作用，所述製程氣體20內還可以包括微量的摻雜劑氣體，例如B2H4。本實施例中源氣體例如是SiHCl3(三氯氫矽，亦稱TCS)，載氣例如是H2。主要由載氣和源氣體形成的混合有微量摻雜劑的製程氣體20從第一進氣口35被輸送，並且設計以平行於晶片300的表面300a(沿水平方向)而流動。在一定溫度下，提供的製程氣體20在通過晶片300的表面300a上方以生長磊晶層301後，被排氣口36排出到反應室30外面，所述第一進氣口35和排氣口36也可根據反應室30內的壓力的要求而選擇合適的條件通入或者排出氣體。
但是，發明人發現，若不進行規避，通過第一進氣口35進入反應室30的製程氣體20不止在晶片300的上表面300a上方水平流動，一部分製程氣體20會流動到承受器31下方。由於頂杆孔32和頂杆33之間留有間隙，則一部分製程氣體20可能會從此間隙向上流動到達晶片300的下表面300b，發生與上表面300a的氣相生長反應相似的沉積過程，導致在晶片300 下表面300b對應于頂杆孔32的位置形成頂杆斑。
為此，本發明實施例在反應室30的進氣口側另設置第二進氣口37，並且在頂杆孔32以外的承受器31中設置一開口311，所述開口311與第二進氣口37之間可以設置一導引管道315，從而構成一氣體通路。另外，承受器31中設置一空心通道310a，空心通道310a在承受器31的底部31a平面內延伸，並且，設計使得開口311、空心通道310a與頂杆孔32均互相連通。
第3圖為第2圖中頂杆孔32附近區域3的剖面示意圖。
結合第2圖和第3圖所示，在晶片300上表面300a進行氣相生長過程中，製程氣體20流過晶片300的上表面300a。另外，部分製程氣體20可能會到達承受器31的底部31a下方。本實施例中，在此氣相生長過程中由第二進氣口37向開口311以及空心通道310a通入吹掃氣體21(如圖2和圖3中虛線空心箭頭所示)，吹掃氣體21在一定的壓力下進入空心通道310a，由於空心通道310a與頂杆孔32互相連通，通過空心通道310a從頂杆孔32吹出的吹掃氣體21在頂杆孔32內形成噴向多個方向的氣流，尤其包括平行於底部31a的氣流，對於欲從下方頂杆孔32與頂杆33之間的間隙進入的製程氣體20形成阻擋作用，避免製程氣體20由此間隙到達晶片300的背面300b。
本實施例中選擇與從第一進氣口35通入的製程氣體20中的載氣相同的氣體例如氫氣作為吹掃氣體21。此外，空心通道310a在底部31a內部的位置並不嚴格限制，可以是處於底部31a橫截面的中心水平線(未示出)上，也可以高於或低於此中心水平線。
第4a圖是本發明實施例一種承受器31在第2圖中A-B方向上的俯視示意圖。為了更清楚描述承受器31的結構，第4a圖中承受器31上未 放置晶片300。
如第4a圖所示，承受器31具有底部31a和包圍此底部31a的側部31b，所述底部31a和所述側部31b之間設置有支撐部31c，用來通過與晶片300週邊的表面接觸、線接觸或點接觸而支持和/或限制晶片300。所述承受器31形成有多個貫穿底部31a的頂杆孔32，頂杆33在頂杆孔32內作相對於承受器31底部31a平面的垂直運動(圖4a中紙面方向)，以將晶片300載置於承受器31上以及離開承受器31。優選方案中，頂杆33的軸向位於頂杆孔32的中心線上。本實施例中，與第二進氣口37連通的開口311設置于頂杆孔32之外的的承受器31中，由開口311向承受器31的底部31a內部形成一空心通道310a，空心通道310a與頂杆孔32互相連通。本發明對開口311的位置不做限制。開口311可以為圓孔或者方孔，開口311例如是垂直於底部31a。開口311的數量可以是一個，也可以是多個。當設置有多個開口311時，多個開口311之間可以均勻分佈于頂杆孔32的周圍。
繼續如第4a圖所示，本實施例中，空心通道310a例如包括相互連通的第一空心通道311a、第二空心通道312a、第三空心通道313a以及第四空心通道314a。
第一空心通道311a例如是包括圍繞頂杆孔32形成的環形空心通道，且第一空心通道311a與頂杆孔32一一對應，所述環形空心通道例如呈圓環形，多個環形空心通道之間的形狀和尺寸可以相同或不相同。
第二空心通道312a例如是分佈于頂杆孔32周圍的條形空心通道，第一空心通道311a通過其環形內部的若干條第二空心通道312a與頂杆孔32連通。每個第一空心通道311a與對應的頂杆孔32之間的第二空心通道 312a的數量優選是多條，多條第二空心通道312a呈放射狀分佈于頂杆孔32周圍，且多條第二空心通道312a是均勻分佈的。本實施例中每個第一空心通道311a與對應頂杆孔32之間通過放射狀均勻分佈的八條第二空心通道312a連通。
開口311通過第三空心通道313a與至少一個第一空心通道311a連通。本實施例中，僅設置一個開口311，且該開口311僅通過一條第三空心通道313a與一個第一空心通道311a連通。但應理解，具體實施時，可以設置多個開口311，也可設置多個第三空心通道313a。第三空心通道313a例如是條形空心通道。
多個第一空心通道311a之間也應該是連通的，以便由開口311通入的吹掃氣體21到達每一個頂杆孔32的位置。本實施例中，如圖4a所示，通過三條第四空心通道314a實現三個第一空心通道311a之間的連通，三條第四空心通道314a均呈條形且其一端交至一點(該點例如位於承受器的中心)，另一端則各自連通一個第一空心通道311a。三條第四空心通道314a在底部31a的平面例如是均勻分佈，即相鄰的兩條第四空心通道314a之間的角度為120度。
如第4b圖是本發明實施例一種承受器在第2圖中A-B方向的又一種俯視示意圖。在第4b圖的設置中，多個第四空心通道314a與各第一空心通道311a的相切並相互連通從而呈環狀，例如是三角形環。
本實施例中對空心通道310a的數量和形狀不做限制，本領域技術人員可以在不脫離本發明內涵的情況下，對空心通道310a在承受器31的底部31a內部的設置作出其他變形，仍屬於本發明的保護範圍。
例如，在本發明的另一實施例中，也可以設置使得第三空心通道313a與第四空心通道314a重合(即為相同的部分空心通道310a)，所述開口311例如設置於承受器31的底部31a平面的中心，所述開口311通過第三空心通道313a或第四空心通道314a與第一空心通道311a連通，多個第一空心通道311a通過第三空心通道313a或第四空心通道314a互相連通。
再例如，在本發明的另一實施例中，可以在所述第一空心通道311a周圍設置三個或更多的開口311，並且所述開口311與第一空心通道311a之間通過多條第三空心通道313a連通，所述多個第一空心通道311a之間則可以不設置第四空心通道314a。
還例如，在本發明的另一實施例中，第一空心通道311a還可以是圍繞多個頂杆孔32的一個環形通道，此環形通道與多個頂杆孔32之間通過多個第二空心通道312a互相連通，另外可以設置開口311位於第一空心通道311a上，在這樣設計的實施例中，也可以不包括第三空心通道313a和第四空心通道314a。
空心通道310a的設置也可以加入其它方面的考慮，比如反應室30內的壓力因素以及氣體動力學的影響，在本發明的其他實施例中，還可以通過各種計算和設計，對空心通道310a在承受器底部31a的設置作出其他方案。
本實施例以上內容主要描述了一種承受器31以及相應的氣相生長裝置。另外，本實施例還介紹一種氣相生長的方法，利用如上所述的承受器31以及氣相生長裝置。
如第2圖和第3圖所示，所述方法包括：
步驟1，將一基底例如晶片300載置於所述承受器31中。
具體的，在對氣相生長裝置的反應室30進行預處理以及抽真空之後，利用傳輸裝置(未示出)將晶片300傳輸到反應室30內部。本實施例借助於頂杆33進一步載置晶片300。例如首先使頂杆33上升，將置於傳輸裝置上的晶片300頂起，接著傳輸裝置退回，隨之頂杆33下降，晶片300被放置在承受器31上，但本發明不限於此。
優選方案中，在所述承受器31的底部31a和側部31b之間還設置有支撐部31c，用來通過與晶片300週邊的表面接觸、線接觸、或點接觸而支持和/或限制晶片300。
需要指出的是，根據具體氣相生長的條件和晶片300的特點，在步驟1之前還可以增加其他的若干步驟，例如在將晶片300傳輸進入反應室30之前，對承受器31表面進行清潔，或者根據晶片300的情況對其進行預處理，另外晶片300的背面300b若有保護膜，可根據需要先去除保護膜之後再進行氣相生長，還比如在氣相生長之前可對晶片300在一定的高溫下進行一烘烤處理。
步驟2，通過第一進氣口35通入用於在基底(本實施例中為晶片300)上形成預定膜層的製程氣體20，以及，通過第二進氣口37、開口311和空心通道310a向所述頂杆孔32中通入吹掃氣體21。
製程氣體20包括例如SiH4、SiH2Cl2、SiHCl3或SiCl4之類的源氣體，以及例如H2(氫氣)或惰性氣體組成的起稀釋作用的載氣，另外還可以加入少量的摻雜氣體。混合氣體形成的製程氣體20可以從一個第一進 氣口35進入反應室30，也可以分多個第一進氣口35進入反應室30。
本實施例中從第一進氣口35通入反應室30內的是由矽源氣體(SiHCl3)和硼源氣體(B2H2)在載氣(例如氫氣)中被稀釋的混合氣體形成的製程氣體20，以20至100PSI範圍內的壓力被送入到反應室30，使其流動到晶片300的上表面300a，在大約1070℃的氣相生長溫度下，在晶片300的正面300a上形成磊晶層301。
另外，通過反應室30的第二進氣口37向位於承受器31底部31a中的空心通道310a通入一吹掃氣體21，本實施例中吹掃氣體21優選與製程氣體20中的載氣相同，同樣為氫氣。優選方案中，向反應室30內從第一進氣口35通入製程氣體20的同時也從第二進氣口37通入吹掃氣體21。
由上述對承受器31的描述可知，第二進氣口37與位於承受器31的底部31a的開口311可以通過一導引管道315連通，使得從第二進氣口37進入的載氣向空心通道310a傳輸。這樣，從第一進氣口35進入的製程氣體20即使流動到承受器31下方，當這部分製程氣體20在通過頂杆孔32與頂杆33之間的間隙向晶片300背面300b流動時，會被由承受器31底部31a中的空心通道310a向頂杆孔32吹出的吹掃氣體21阻擋(即吹散)，使得製程氣體20不會到達晶片300的背面300b，減少或避免了在晶片300的背面300b沉積而破壞所形成的磊晶晶片的形貌。
為了更好的使吹掃氣體21達到阻擋製程氣體20的目的，優選的從第二進氣口37進入的吹掃氣體21保持一特定壓力，以更好的使吹掃氣體21到達多個第一空心通道311a，並且通向頂杆孔32，實現阻擋承受器31下方的製程氣體20到達晶片300背面300a的作用。
本實施例中從第二進氣口37通入的吹掃氣體21大致處於20PSI至100PSI範圍內的一壓力值。這是因為，當從第二進氣口37進入承受器31底部31a內部的空心通道310a的吹掃氣體21壓力太小時，吹掃氣體21因而不能有效的流動到每一個頂杆孔32內，對承受器31下方的製程氣體20起不到有效的阻擋作用；當壓力過大時，吹掃氣體21的吹掃效率很高，但反應室30內的吹掃氣體21和製程氣體20不能以恰當的方式從排氣口36釋放，較多的吹掃氣體21或載氣易到達晶片300的正面300a，對磊晶層301的形成不利。
隨著在晶片300的正面300a流過的製程氣體20不斷經過分解反應，在晶片300的表面300a形成了磊晶層301，當達到所要求的磊晶層301之後，停止氣相生長過程，並且停止通入製程氣體20以及吹掃氣體21。本實施例中，在停止通入製程氣體20之後經過一預定時間例如10s的延遲，再停止通入吹掃氣體21，以便更好的保證殘留的製程氣體20不能到達晶片300的背面300b。優選方案中，停止通入製程氣體20和吹掃氣體21後，反應室30內剩餘的氣體通過排氣口36被排出反應室30。
最後，經過冷卻，正面300a上覆蓋磊晶層301的晶片300，通過傳輸裝置傳送出反應室30外。具體的，在承受器31上的晶片300為可活動狀態時(未限制或已解除限制)，反應室30內充入一惰性氣體使得反應室30內外氣壓相等後，頂杆33上升，使晶片300脫離承受器31，隨後傳輸裝置進入獲取晶片300，頂杆32下降至最低位置(即氣相生長時狀態)，由傳輸裝置將晶片300傳輸到反應室30外面，但本發明不限於此。
以上步驟，僅是對在晶片300上氣相生長形成磊晶層301過程 的簡單描述，在實際的氣相生長裝置以及氣相生長過程中，可包括其他部件及步驟，以便實現其他額外功能或優化之目的。例如承受器31在反應室30內或可升降運動，可以與頂杆33以及傳輸裝置共同完成晶片300在反應室30內的動作等。
本實施例所描述的是一個氣相生長裝置內僅包括一個承受器31並且一次氣相生長過程僅放置一塊晶片300的情況，本領域技術人員應該理解，本發明方案可以應用於各種氣相生長裝置，在承受器31的凹坑內載置一基底(本實施例為晶片300)，在承受器31的底部31a中，設置一空心通道310a，空心通道310a與位於承受器31的底部31a的頂杆孔32互相連通。氣相生長過程中，通過空心通道310a進入頂杆孔32的吹掃氣體21對承受器31下方的製程氣體20具有阻擋作用，減少或避免製程氣體20到達晶片300的背面300b，可防止氣相生長所形成的磊晶晶片的平坦度和品質惡化。
總之，本發明提供了一種承受器、一種氣相生長裝置及一種氣相生長方法，所述承受器31置於一氣相生長裝置的反應室30內，用於在其上載置晶片300並在晶片300的正面300a進行氣相生長生成磊晶層301。為了避免在晶片300背面300b上形成頂杆斑，在所述承受器31上形成一開口311，所述開口311與每個頂杆孔32通過在承受器31的底部31a中形成的空心通道310a連通，所述空心通道310a設置在底部31a的平面內。在氣相生長過程中，向承受器31底部31a下方的開口311通入一吹掃氣體21，優選的以製程氣體20中的載氣作為吹掃氣體21，所述吹掃氣體21通過空心通道310a到達頂杆孔32，從頂杆孔32噴出的吹掃氣體21對頂杆孔32下方的其他氣體例如製程氣體20形成阻擋作用，使得製程氣體20到達不了晶片300的背面 300b，因而也就不會在晶片300的背面300b沉積而破壞所形成的例如磊晶晶片的形貌。
發明人另外對使用本實施例提供的承受器、氣相生長裝置及氣相生長方法所得到的磊晶晶片進行了平坦度的考察，具體為利用晶圓幾何形狀測量系統(KLAWaferSight)測量磊晶晶片的正面的SFQR(Site flatness front least-squares range，部位正面最小二乘焦平面)值，結果顯示，所得到的磊晶晶片的SFQR值可以降到28nm以下。
需要說明的是，本說明書實施例採用遞增的方式描述，對於實施例公開的方法而言，由於與實施例公開的結構相對應，所以描述的比較簡單，相關之處參見結構部分說明即可。
上述描述僅是對本發明較佳實施例的描述，並非對本發明權利範圍的任何限定，任何本領域技術人員在不脫離本發明的精神和範圍內，都可以利用上述揭示的方法和技術內容對本發明技術方案做出可能的變動和修改，因此，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、等同變化及修飾，均屬於本發明技術方案的保護範圍。

Claims (8)

  1. 一種承受器，所述承受器包括一底部和包圍所述底部的側部，所述底部和側部限定有用以載置一基底的凹坑，所述承受器上形成有多個貫穿所述底部的頂杆孔，其中所述承受器上還形成有一開口以及空心通道，所述開口通過空心通道與至少一個頂杆孔連通，且其中所述空心通道包括相互連通的第一空心通道和第二空心通道，所述第一空心通道是圍繞所述頂杆孔的環形空心通道，所述第二空心通道是分佈於所述頂杆孔周圍的條形空心通道，所述開口通過第一空心通道和第二空心通道與所述頂杆孔連通。
  2. 如請求項1所述的承受器，其中所述承受器還包括設置於所述底部和所述側部之間的支撐部，通過所述支撐部支撐所述基底和/或限制所述基底移動。
  3. 如請求項1所述的承受器，其中所述空心通道形成於所述底部中，所述開口形成於所述側部或底部中。
  4. 如請求項1所述的承受器，其中每個所述頂杆孔周圍包圍一個所述第一空心通道，每個所述第一空心通道與對應的頂杆孔之間分佈有多個所述第二空心通道。
  5. 如請求項1所述的承受器，其中所述開口的數量為一個或多個。
  6. 如請求項1所述的承受器，其中所述空心通道還包括第三空心通道，所述開口通過所述第三空心通道與至少一個第一空心通道連通。
  7. 如請求項1所述的承受器，其中所述空心通道還包括第四空心通道，多個所述第一空心通道之間通過所述第四空心通道連通。
  8. 一種氣相生長裝置，包括用於通入製程氣體的第一進氣口，其特徵在於，還包括如請求項1至7中任一項所述的承受器以及用於通入吹掃氣體的第二進氣口，所述吹掃氣體經由所述第二進氣口、開口和空心通道通入至所述頂杆孔中。
TW106133459A 2017-07-26 2017-09-28 承受器、氣相生長裝置及氣相生長方法 TWI654710B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710620096.5A CN109306468B (zh) 2017-07-26 2017-07-26 衬托器、气相生长装置及气相生长方法
??201710620096.5 2017-07-26

Publications (2)

Publication Number Publication Date
TW201911465A TW201911465A (zh) 2019-03-16
TWI654710B true TWI654710B (zh) 2019-03-21

Family

ID=65202772

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW106133459A TWI654710B (zh) 2017-07-26 2017-09-28 承受器、氣相生長裝置及氣相生長方法

Country Status (2)

Country Link
CN (1) CN109306468B (zh)
TW (1) TWI654710B (zh)

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003197532A (ja) * 2001-12-21 2003-07-11 Sumitomo Mitsubishi Silicon Corp エピタキシャル成長方法及びエピタキシャル成長用サセプター
JP3908112B2 (ja) * 2002-07-29 2007-04-25 Ｓｕｍｃｏ Ｔｅｃｈｘｉｖ株式会社 サセプタ、エピタキシャルウェーハ製造装置及びエピタキシャルウェーハ製造方法
JP4655935B2 (ja) * 2003-10-01 2011-03-23 信越半導体株式会社 シリコンエピタキシャルウェーハの製造方法
CN101665923A (zh) * 2008-09-04 2010-03-10 东京毅力科创株式会社 成膜装置、基板处理装置及成膜方法
DE102012205616B4 (de) * 2012-04-04 2016-07-14 Siltronic Ag Vorrichtung zum Abscheiden einer Schicht auf einer Halbleiterscheibe mittels Gasphasenabscheidung

Also Published As

Publication number Publication date
CN109306468B (zh) 2020-10-16
CN109306468A (zh) 2019-02-05
TW201911465A (zh) 2019-03-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4798163B2 (ja) エピタキシャル成長用サセプタ
US9518339B2 (en) Epitaxial growth method
TWI396250B (zh) 晶座、半導體製造裝置及半導體製造方法
US8795435B2 (en) Susceptor, coating apparatus and coating method using the susceptor
KR100975717B1 (ko) 기상성장장치와 기상성장방법
JP2010129764A (ja) サセプタ、半導体製造装置および半導体製造方法
JP5038073B2 (ja) 半導体製造装置および半導体製造方法
JPWO2007018139A1 (ja) 半導体装置の製造方法および基板処理装置
JP2006049503A (ja) エピタキシャル成長装置
US6971835B2 (en) Vapor-phase epitaxial growth method
TWI654710B (zh) 承受器、氣相生長裝置及氣相生長方法
JP4086242B2 (ja) 半導体製造装置及びこれを利用した半導体基板の薄膜形成方法
TWI658169B (zh) 氣相生長裝置及氣相生長方法
KR101557590B1 (ko) 에피택셜 성장장치 및 이를 이용한 에피택셜 성장방법
JP2015506588A (ja) サセプタ
KR20090035309A (ko) 에피택셜용 단결정 기판의 제조방법 및 제조장치
KR101821883B1 (ko) 에피택셜 웨이퍼의 제조장치
KR20140105974A (ko) 에피택셜 성장 장치
JP2005259922A (ja) エピタキシャル成長装置
JP2005050841A (ja) 基板処理装置および半導体装置の製造方法
KR20140091811A (ko) 에피택셜 성장 성장치의 서셉터
KR20080051838A (ko) 에피택셜 장비의 ｎ２ 퍼지 노즐을 이용한 파티클 제거장치 및 방법