TWI665718B - 磊晶基板 - Google Patents
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Abstract
一種磊晶基板。所述磊晶基板包括基板結構，所述基板結構具有上部與下部，其中上部具有與基板結構的厚度方向平行的第一側面、下部具有與基板結構的厚度方向平行的第二側面以及第一側面與第二側面之間具有一距離，且所述距離介於0.1 mm~3 mm。
Description
本發明是有關於一種基板，且特別是有關於一種磊晶基板。
金屬有機化學氣相沈積（Metal Organic Chemical Vapor Deposition, MOCVD）是目前在晶圓上進行磊晶製程的一種方法。在MOCVD的過程中，晶圓設置在基板上。藉由控制腔體內諸如溫度、氣壓和氣體流速等製程參數以獲得所希望的晶體生長。
然而，於MOCVD製程中，由於晶圓快速旋轉，容易造成晶圓的邊緣碰觸到載體（carrier）壁面，進而碰撞擠壓產生裂痕（crack）、滑移線（slip line）等問題。這種缺陷會影響後續形成的元件，而導致元件良率不佳。
因此，如何降低晶圓邊緣缺陷，以改善元件良率，實為目前亟欲解決的問題之一。
本發明提供一種磊晶基板，可以改善晶圓磊晶時容易於晶圓邊緣產生缺陷的問題。
本發明的磊晶基板包括基板結構，所述基板結構具有上部與下部，其中上部和下部分別具有與基板結構的厚度方向平行的第一側面以及第二側面，所述第一側面與所述第二側面之間具有一距離，且所述距離介於0.1 mm~3 mm。
在本發明的一實施例中，上述上部的第一側面與下部相連之部位具有一接合角度。
在本發明的一實施例中，上述接合角度包括90度或R角。
在本發明的一實施例中，上述基板結構的上部的厚度介於200 μm~500 μm。
在本發明的一實施例中，上述上部的厚度與第一側面與第二側面之間的距離的比值為一第一角度的正切。
在本發明的一實施例中，上述第一側面與下部相連之部位為一斜面，所述斜面與水平面夾一第二角度，且第二角度不大於上述第一角度。
在本發明的一實施例中，上述基板結構的上部具有與下部相對的頂面，所述頂面與第一側面之間具有一倒角。
在本發明的一實施例中，上述基板結構的下部具有接合於上部的頂面，所述下部的頂面與第二側面之間具有一倒角。
在本發明的一實施例中，上述基板結構的下部具有與上部相對的底面，所述下部的底面與第二側面之間具有一倒角。
在本發明的一實施例中，上述的基板結構可由第一晶圓與第二晶圓所組成，所述上部為第一晶圓，且所述下部為第二晶圓。
基於上述，本發明的磊晶基板分為上下部，且上下部的側面之間具有一特定距離，因此能避免磊晶製程期間自上部成長的晶圓，因為乘載磊晶基板之載體旋轉快速而使晶圓邊緣碰觸到載體壁面的問題，以降低晶圓邊緣缺陷，進而改善元件良率。
為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。
以下將參考圖式來全面地描述本發明的例示性實施例，但本發明還可按照多種不同形式來實施，且不應解釋為限於本文所述的實施例。在圖式中，為了清楚起見，各區域、部位及層的大小與厚度可不按實際比例繪製。為了方便理解，下述說明中相同的元件將以相同之符號標示來說明。
圖1為依照本發明的第一實施例的一種磊晶基板的半邊剖面示意圖。
請參照圖1，第一實施例的磊晶基板包括基板結構100。基板結構100具有上部102與下部104，且為了清楚起見在圖中只顯示半邊的磊晶基板，應知整個磊晶基板的另一半與圖中呈現鏡面對應。根據本實施例，基板結構100為單一晶圓，其材料例如矽、碳化矽、氧化鋁(藍寶石)、氮化鎵、氮化鋁或是其他的材料。
所述基板結構100的上部102具有與基板結構100的厚度方向平行的第一側面106；下部104則具有與基板結構100的厚度方向平行的第二側面108。在本實施例中，第一側面106與第二側面108之間具有一距離d，且距離d介於0.1 mm~3 mm，例如0.1 mm、0.5mm、1mm、1.5mm、2 mm、2.5 mm或3 mm。詳細而言，若距離d低於0.1 mm，則第一側面106與第二側面108過於接近而相當於位於同一平面，因此無法降低晶圓磊晶時其邊緣碰觸載體壁面的機率。若距離d大於3 mm，則上部102的可用面積過小。在一實施例中，上部102的最大直徑小於下部104的最大直徑，而磊晶面是上部102與下部104相對的頂面102a，但本發明不限於此。若是將基板結構100倒置，則上部102的最大直徑可大於下部104的最大直徑，此時磊晶面是下部104與上部102相對的底面104b。
在本實施例中，由於利用如MOCVD方式進行晶圓磊晶時，第一側面106相較第二側面108遠離載體的壁面，且兩者之間具有特定距離d。也就是說，當基板結構100在製程中旋轉時，由於第一側面106與第二側面108之間具有特定距離d，使得載體僅會碰觸到第二側面108，而第一側面106不受影響，進而能避免承載於基板結構100上之晶圓因旋轉快速，而使其邊緣碰觸到載體壁面的問題，以防止晶圓邊緣缺陷產生，進而改善元件良率。
在本實施例中，基板結構100的上部102與基板結構100的下部104相連之部位具有一接合角度110。在本實施例的接合角度110是R角，但本發明不以此為限；接合角度110還可以是90度。
在本實施例中，基板結構100的上部102具有一厚度t， 例如介於200 μm~500 μm。詳細而言，若上部102的厚度t低於200 μm，則基板結構100的上部102於磊晶製程中，易因基板結構100高速旋轉而觸碰到載體的壁面，進而損傷承載於基板結構100的上部102上的晶圓；若上部102的厚度t高於500 μm，則基板結構100的下部104相較於上部102的厚度不足，易使得基板結構在磊晶製程中因高速旋轉而飛離載體。
在一些實施例中，基板結構100的上部102的頂面102a與第一側面106之間具有一倒角（bevel）112，其中倒角112介於9度～47度，較佳為10度～25度。在另一些實施例中，基板結構100的下部104具有接合於上部102的頂面104a，頂面104a與第二側面108之間形成有內角114，且第二側面108與下部104的底面104b之間形成有另一內角116。其中，內角114可選擇性地為倒角，其中倒角介於9度～47度，較佳為10度～25度。詳細而言，若上述倒角112或為倒角的內角114低於9度，則倒角過小，使得缺陷容易延伸至基板結構100上成長的晶面；若倒角112或為倒角的內角114高於47度，則容易造成基板結構100碎邊。在另一些實施例中，若倒角112或為倒角的內角114介於10度～25度，則適合於防止晶圓邊緣缺陷產生，進而改善元件良率。考慮到加工性的觀點，倒角製程例如是CNC精密加工、L型成型圓邊砂輪、研磨製程、雷射製程或是化學蝕刻（chemical etching）等來進行，但本發明不以此為限。
基板結構100藉由倒角112的設計，能使磊晶製程中的氣流流經基板結構100的上部102時更為順暢，還能分散晶圓邊緣碰撞時產生的應力。另外，基板結構100的內角114若設計為倒角，還能降低下部104的邊緣碰觸到載體壁面時所產生的應力，進而提升磊晶製程的穩定性。
圖2為依照本發明的第二實施例的一種磊晶基板的半邊剖面示意圖，其中使用與第一實施例相同或相似的元件符號表示相同或相似的構件。
請參照圖2，第二實施例的磊晶基板包括基板結構200。基板結構200與基板結構100相似，其中兩者的差別在於基板結構200的第一側面106與下部104相連之部位為一斜面202，至於其餘構件之連接關係及材料已於第一實施例中進行詳盡地描述，故於下文中不再重複贅述。
在本實施例中，基板結構200的上部102的厚度t是作為一直角三角形的其中一直角邊，且第一側面106與第二側面108之間的距離d是作為一直角三角形的另一直角邊，則厚度t與距離d所形成的直角三角形的斜邊與上部102的頂面102a之間具有第一角度θ1。其中，上述厚度t與距離d的比值，定義為第一角度θ1的正切；亦即，tanθ1 = t/d。因此，斜面202與下部104頂面104a所夾的第二角度θ2會不大於第一角度θ1。也就是說，當基板結構200的第二角度θ2不大於第一角度θ1時，上部102可確定存在。
圖3為依照本發明的第三實施例的一種磊晶基板的半邊剖面示意圖，其中使用與第一實施例相同或相似的元件符號表示相同或相似的構件。
請參照圖3，第三實施例的磊晶基板包括基板結構300。基板結構300與基板結構100相似，其中兩者的差別在於基板結構300的下部104的底面104b與第二側面108之間的內角116為倒角。
在本實施例中，基板結構300的下部104的底面104b與第二側面108之間的倒角介於9度～47度，較佳為10度～25度。考慮到加工性的觀點，倒角的製作例如是CNC精密加工、L型成型圓邊砂輪、研磨製程、雷射製程或是化學蝕刻（chemical etching）等來進行，但本發明不以此為限。
由於基板結構300藉由將內角116設計為倒角，能降低基板結構300的下部104的邊緣碰觸到載體壁面時所產生的應力，進而提升磊晶製程的穩定性。
圖4為依照本發明的第四實施例的一種磊晶基板的半邊剖面示意圖，其中使用與第一實施例相同或相似的元件符號表示相同或相似的構件。
請參照圖4，第四實施例的磊晶基板包括基板結構400。基板結構400與基板結構100相似，其中兩者的差別在於基板結構400的第一側面106與下部104相連之部位的接合角度110為90度。當接合角度110為90度時，可簡化製備基板結構的製程。
圖5為依照本發明的第五實施例的一種磊晶基板的半邊剖面示意圖，其中使用與第一實施例相同或相似的元件符號表示相同或相似的構件。
請參照圖5，第五實施例的磊晶基板包括基板結構500。基板結構500與基板結構400相似，其中兩者的差別在於基板結構500的下部104的內角114不具有倒角。
圖6為依照本發明的第六實施例的一種磊晶基板的半邊剖面示意圖，其中使用與第一實施例相同或相似的元件符號表示相同或相似的構件。
請參照圖6，第六實施例的磊晶基板包括基板結構600，基板結構600是由第一晶圓602與第二晶圓604所組成。值得說明的是，第一晶圓602實質上等同於上述實施例中的基板結構的上部102，而第二晶圓604實質上等同於上述實施例中的基板結構的下部104。根據本實施例，第一晶圓602的最大直徑小於第二晶圓604的最大直徑，但本發明不限於此。在一些實施例中，若是倒置基板結構600，則第一晶圓602的最大直徑可大於第二晶圓604的最大直徑。第一晶圓與第二晶圓的材料例如矽、碳化矽、氧化鋁(藍寶石)、氮化鎵、氮化鋁或是其他的磊晶材料，其中第一晶圓與第二晶圓可以是相同或是不同的材料。
在一些實施例中，第一晶圓602的第一側面106兩端具有倒角112和606，第二晶圓604的第二側面108兩端的內角114和116也可為倒角。但本發明並不限於此，在另一些實施例中，第二晶圓604的內角114和116也可不為倒角。上述倒角606介於9度～47度，較佳為10度～25度。詳細而言，若倒角606低於9度，則使得缺陷容易延伸至生長於基板結構100上之晶面；若倒角606高於47度，則容易造成基板結構100產生碎邊。在另一些實施例中，若倒角606介於10度～25度，則適合於防止晶圓邊緣缺陷產生，進而改善元件良率。考慮到加工性的觀點，倒角606的製程例如是CNC精密加工、L型成型圓邊砂輪、研磨製程、雷射製程或是化學蝕刻（chemical etching）等來進行，但本發明不以此為限。
由於基板結構600是由分開的第一晶圓602與第二晶圓604所組成，第一晶圓602與第二晶圓604的倒角112、606、呈現倒角的內角114和116可以在接合第一與第二晶圓之前進行。在另一實施例中，第二晶圓604的呈現倒角的內角114和116可以是在接合第一晶圓602與第二晶圓604之後進行，但本發明不以此為限。
綜上所述，本發明的磊晶基板由於上下部的側面具有特定距離，所以能避免磊晶基板在磊晶製程期間晶圓邊緣因碰觸到載體壁面所產生的問題，以降低晶圓邊緣缺陷，進而改善元件良率。
雖然本發明已以實施例揭露如上，然其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，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。
100、200、300、400、500、600‧‧‧基板結構
102‧‧‧上部
102a、104a‧‧‧頂面
104‧‧‧下部
104b‧‧‧底面
106‧‧‧第一側面
108‧‧‧第二側面
110‧‧‧接合角度
112、606‧‧‧倒角
114、116‧‧‧內角
202‧‧‧斜面
602‧‧‧第一晶圓
604‧‧‧第二晶圓
d‧‧‧距離
t‧‧‧厚度
θ1‧‧‧第一角度
θ2‧‧‧第二角度
圖1為依照本發明的第一實施例的一種磊晶基板的半邊剖面示意圖。 圖2為依照本發明的第二實施例的一種磊晶基板的半邊剖面示意圖。 圖3為依照本發明的第三實施例的一種磊晶基板的半邊剖面示意圖。 圖4為依照本發明的第四實施例的一種磊晶基板的半邊剖面示意圖。 圖5為依照本發明的第五實施例的一種磊晶基板的半邊剖面示意圖。 圖6為依照本發明的第六實施例的一種磊晶基板的半邊剖面示意圖。
Claims (8)
- 一種磊晶基板，包括：基板結構，具有上部與下部，其中該上部具有與該基板結構的厚度方向平行的第一側面、該下部具有與該基板結構的該厚度方向平行的第二側面，該第一側面與該第二側面之間具有一距離，且該距離介於0.1mm~3mm，其中該上部的厚度與該第一側面與該第二側面之間的該距離的比值為一第一角度的正切，其中該第一側面與該下部相連之部位為一斜面，該斜面與水平面夾一第二角度，且該第二角度不大於該第一角度。
- 如申請專利範圍第1項所述的磊晶基板，其中該上部的該第一側面與該下部相連之部位具有一接合角度。
- 如申請專利範圍第2項所述的磊晶基板，其中該接合角度包括90度或R角。
- 如申請專利範圍第1項所述的磊晶基板，其中該基板結構的該上部的該厚度介於200μm~500μm。
- 如申請專利範圍第1項所述的磊晶基板，其中該基板結構的該上部具有與該下部相對的頂面，該上部的該頂面與該第一側面之間具有一倒角。
- 如申請專利範圍第1項所述的磊晶基板，其中該基板結構的該下部具有接合於該上部的頂面，該下部的該頂面與該第二側面之間具有一倒角。
- 如申請專利範圍第1項所述的磊晶基板，其中該基板結構的該下部具有與該上部相對的底面，該下部的該底面與該第二側面之間具有一倒角。
- 如申請專利範圍第1項所述的磊晶基板，其中該基板結構是由第一晶圓與第二晶圓所組成，該上部為該第一晶圓，且該下部為該第二晶圓。
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