TWI668317B - 使用磊晶生長之薄膜形成方法及磊晶生長裝置 - Google Patents

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Abstract

本文介紹在構建由作為頂面之頂板、作為底面之基板安裝部分，及作為側面之側壁界定及形成之反應腔室時，支撐件在頂板的周圍邊緣自周圍邊緣之上側及外側支撐頂板，及反應氣體在安置於側壁中之反應氣體供應路徑中經整流，使得反應腔室中處於反應氣體流動方向上之水平組分對應於一水平組分，該後一水平組分在自與反應腔室相對之反應氣體供應路徑的開口中心延伸至反應腔室中心之方向上。

Description

使用磊晶生長之薄膜形成方法及磊晶生長裝置
本發明係關於使用磊晶生長之薄膜形成方法及磊晶生長裝置。
目前，已知作為藉由使用磊晶生長而在基板上生長磊晶薄膜之磊晶生長裝置之一裝置，該裝置包括製程腔室及安置在製程腔室中及經配置以圍繞旋轉軸旋轉基板之可旋轉基板支撐件，在該裝置中，將反應氣體以平行於基板之方向引至基板，以在基板支撐件上之基板上形成薄膜（例如，請參看JP-T-2001-520456）。
在該種磊晶生長裝置中，目前需要提高生長速率。然而，例如將大量來源氣體納入反應氣體以便進一步提高生長速率則並非較佳方式，因為此舉導致薄膜形成成本增加或粒子數目增大。
在磊晶生長中，當基板表面上之邊界層厚度（在流動速率是反應氣流之主流流動速率之99%之位置處）減小時，已知可預期生長速率之提高。另一方面，當邊界層厚度僅減小時，形成其中反應氣體向基板表面上基板之周圍邊緣逸出之一流，因此難以調整薄膜厚度分佈或電阻率分佈。
鑒於上文提及之情況，進行本發明；及本發明之目標是提供使用磊晶生長之薄膜形成方法，及在薄膜厚度分佈或電阻率分佈方面保證薄膜品質之同時可實現穩定及較高生長速率之磊晶生長裝置。
根據本發明之一態樣，提供使用磊晶生長之薄膜形成方法，該方法在反應腔室中執行，該反應腔室之頂面、底面及側面由頂板、基板安裝部分（基座，該基座上水平安裝有基板）及側壁界定及形成。在本文中，在頂板之周圍邊緣處自周圍邊緣上側及外側支撐頂板。薄膜形成方法包括：將反應腔室加熱至預定生長溫度；在安置於側壁中之反應氣體供應路徑中整流反應氣體，以便反應腔室中處於反應氣體流動方向上之水平組分對應於一水平組分，該後一水平組分在自與反應腔室相對之反應氣體供應路徑開口中心延伸至反應腔室中心之方向上；將經整流之反應氣體在水平方向自反應氣體供應路徑引入反應腔室；使用反應氣體在基板頂表面上形成薄膜，同時使基板圍繞穿過基板安裝部分中心之垂直方向之軸旋轉；及將用以形成薄膜之反應氣體排出至排氣路徑，該排氣路徑安置在與反應氣體供應路徑相對之側壁上的位置處，該反應腔室中心位於該排氣路徑與該反應氣體供應路徑之間。
根據本發明之另一態樣，提供磊晶生長裝置，該裝置使用磊晶生長在反應腔室中之基板頂表面上形成薄膜，該裝置包括：反應腔室，該反應腔室之頂面、底面及側面由頂板、基板安裝部分（基座，該基座上水平安裝有基板及該基座圍繞穿過基板中心之垂直方向上之軸旋轉）及側壁界定及形成；反應氣體供應路徑，該路徑在側壁中形成以便將反應氣體供應至反應腔室；排氣路徑，該路徑在與反應氣體供應路徑相對之側壁上的位置處形成，反應腔室中心位於排氣路徑與反應氣體供應路徑之間，以便穿過反應腔室將反應氣體排至外側；支撐件，該支撐件在頂板之周圍邊緣處自周圍邊緣上側及外側支撐頂板；及整流手段，該整流手段用於在反應氣體供應路徑中整流反應氣體，使得反應腔室中位於反應氣體流動方向上之水平組分對應於一水平組分，該後一水平組分在自與反應腔室相對之反應氣體供應路徑之開口中心延伸至反應腔室中心之方向上。
在本文中，較佳由支撐件支撐頂板以使得頂板與基板頂表面之間的距離等於或小於預定值。
反應氣體供應路徑可形成為自反應氣體之入口至連接至反應腔室之出口遞升之階級形狀。在此情況下，作為反應氣體原材料之複數個來源氣體在階級形狀之反應氣體供應路徑中混合。
排氣路徑可連接至安置在側壁外側之排氣部分，及可形成排氣部分以使開口自連接至排氣路徑之內側向外側縮窄。
基座環可安置在基板安裝部分之外周圍上以便預加熱反應氣體。基座環可包括兩個部件：安裝在側壁中所安置之凸緣部分上之外環部分，及安裝在外環部分頂表面上所安置之凹部上之內環部分，及該內環部分可具有一內徑，以減小基板安裝部分之周圍邊緣與外環部分之內周圍邊緣之間的間隙。在此情況下，藉由使用內環部分，防止了反應氣體自基板安裝部分之周圍邊緣流至基板安裝部分之底表面。
基板安裝部分可具有複數個通孔。
用於將反應腔室加熱至預定生長溫度之第一加熱手段可安置在反應腔室上方，第一反射體可安置在第一加熱手段上方，用於將反應腔室加熱至預定生長溫度之第二加熱手段可安置在反應腔室下方，及第二反射體可安置在第二加熱手段下方。在此情況下，第一反射體較佳包括第一傾斜部分及第一平坦部分，第一傾斜部分將來自第一加熱手段之熱波反射至反應腔室中心，第一平坦部分在垂直下降方向上反射來自第一加熱手段之熱波，及第一傾斜部分及第一平坦部分經佈置使得第一傾斜部分與第一平坦部分之面積比為預定比，及第一傾斜部分與第一平坦部分之分佈未偏移。此外，第二反射體較佳包括第二傾斜部分及第二平坦部分，第二傾斜部分將來自第二加熱手段之熱波反射至反應腔室中心，第二平坦部分在垂直上升方向上反射來自第二加熱手段之熱波，及第二傾斜部分及第二平坦部分經佈置使得第二傾斜部分與第二平坦部分之面積比為預定比，及第二傾斜部分及第二平坦部分之分佈未偏移。
在根據本發明之使用磊晶生長之薄膜形成方法及磊晶生長裝置中，由於支撐件自頂板之外側及上側支撐頂板，因此基板頂部與頂板之間的距離較小，且即使在熱應力較高時亦可能令人滿意地支撐頂板。因此，可減小邊界層厚度，從而有助於生長速率之提高。另一方面，在將反應氣體引入反應腔室之前，反應氣體在安置在側壁中之反應氣體供應路徑中經整流，使得反應腔室中位於反應氣體流動方向上之水平組分對應於一水平組分，該後一水平組分在自與反應腔室相對之反應氣體供應路徑之開口中心延伸至反應腔室中心之方向上。由此，可抑制流動之增大從而有助於反應氣流之穩定化，該流動中之反應氣體隨著邊界層厚度之減小而在反應腔室中向基板表面上之基板周圍邊緣逸出。由此，可在薄膜厚度分佈或電阻率分佈方面保證薄膜品質之同時實現穩定及較高之生長速率。
下文中將描述根據本發明之實施例之磊晶生長裝置，及使用該磊晶生長裝置執行之使用磊晶生長之薄膜形成方法。 磊晶生長裝置之配置
首先，將示意性地描述根據本發明之實施例之磊晶生長裝置1之配置。第1圖係圖示磊晶生長裝置1之整體配置之截面視圖。第2圖係圖示磊晶生長裝置1中反應腔室2之配置的透視分解圖。第3圖係圖示磊晶生長裝置1中反應腔室2之外部配置的透視分解圖。
磊晶生長裝置1係薄膜形成裝置，該裝置賦能例如矽薄膜在基板W上磊晶生長。
磊晶生長裝置1包括反應腔室2。反應腔室2包括基座3（基板W安裝在該基座3上）、側壁4及頂板5。
基座3係自上側查看具有圓形形狀之板狀部件，及基座3之尺寸略大於基板W。基座3配備有基板凹部3a，基板W安裝在該凹部上。基座3由具有複數個臂之基座支撐件6支撐。
基座支撐件6在支撐基座3之同時將基座3升高及降低。安裝有基板W之基座3的表面之升舉範圍為自薄膜形成位置P1至基板承載位置P2，在薄膜形成位置P1處，薄膜在基座3上之基板W上形成，在基板承載位置P2處，基板W被放入磊晶生長裝置1及自該裝置中取出。基座支撐件6經配置以賦能基座3及基板W藉由在薄膜形成位置P1圍繞基座支撐件6之軸旋轉來旋轉。
環形基座環7在薄膜形成位置P1處安置於圍繞基座3。儘管稍後將描述細節，但基座環7包括第一環件11及放置在第一環件11上之第二環件12。基座環7由安置在反應腔室2之側壁4中之凸緣部分13支撐。
頂板部分5包括頂板21及支撐頂板21之支撐件22。頂板21具有穿透性，及頂板21經配置以藉由傳輸來自安置於頂板21外側上方之加熱手段23（例如，鹵素燈）之熱及來自上部反射體26之熱來加熱反應腔室2內側。換言之，根據此實施例之磊晶生長裝置1係冷壁式磊晶生長裝置。在此實施例中，頂板21由石英形成。
支撐頂板21之支撐件22具有環形形狀。頂板21經緊固至支撐件22內邊緣內側之開口24之端部，該端部鄰近於基板W。緊固方法實例為焊接方法。
側壁4包括環形上部側壁31及環形下部側壁32。凸緣部分13安置在下部側壁32之內周圍上。基板承載埠30安置在凸緣部分13下方。上部側壁31具有傾斜部分，該傾斜部分對應於支撐件22在其頂表面上之突起部分25外側之傾斜部分。支撐件22安置在上部側壁31之傾斜處上。
在下部側壁32之頂表面中，該頂表面之外周圍之一部分被切除，及未形成該切除部分之區域充當安裝表面33，上部側壁31安裝在該安裝表面上。藉由下部側壁32之切除部分而在下部側壁32中形成第一凹部34。換言之，第一凹部34係在下部側壁32之頂表面中未形成安裝表面33之部分中形成之凹部。在上部側壁31中，第一凸部36形成於當在下部側壁32上安裝上部側壁時與第一凹部34對應之位置，以便與第一凹部34形狀對應及在第一凹部34與第一凸部之間形成間隙35。第一凸部36與第一凹部34之間的間隙35充當反應氣體供應路徑41（供應路徑）。反應氣體供應路徑41之細節將在稍後進行描述。
在與下部側壁32之第一凹部34相對之區域中，在下部側壁32之頂表面之外周圍部分中切除一部分以形成第二凹部37。在上部側壁31中，第二凸部39形成於當在下部側壁32上安裝上部側壁時與第二凹部37對應之位置，以便與第二凹部37形狀對應及在第二凹部37與第二凸部之間形成間隙38。排氣路徑42由第二凹部37與上部側壁31之第二凸部39形成。
以此方式，反應氣體供應路徑41及排氣路徑42在反應腔室2中彼此相對，及反應腔室2中之反應氣體在水平方向上流過基板W。
淨化孔44在構成下部側壁32之第二凹部37之壁表面43中形成，淨化氣體經由該淨化孔排放。淨化孔44形成於凸緣部分13下方。由於淨化孔44在構成第二凹部37之壁表面43中形成，因此淨化孔44與排氣路徑42連通。因此，反應氣體及淨化氣體皆經由排氣路徑42排放。
環形平臺45安置在側壁4之下部側壁32之底表面側，及側壁4放置在平臺45上。
環形夾持部分51安置在頂板部分5、側壁4及平臺45之外周圍側，及環形夾持部分51夾持及支撐頂板部分5、側壁4及平臺45。夾持部分51配備與反應氣體供應路徑41連通之供應側連通路徑52，及與排氣路徑42連通之排放側連通路徑53。將氣體引入管55插入供應側連通路徑52。將排氣管58插入排放側連通路徑53。
反應氣體引入部分54安置在夾持部分51外側，及反應氣體引入部分54及供應側連通路徑52彼此連通。在此實施例中，自反應氣體引入部分54引入第一來源氣體及第二來源氣體。第二來源氣體亦充當載體氣體。三個或更多類型之氣體之混合物可用作反應氣體。整流板56安置在供應側連通路徑52與反應氣體引入部分54之接面中，以便垂直於氣流通道。整流板56配備有沿周圍方向排成一線之複數個孔56a，及藉由使反應氣體穿過孔56a來混合及整流第一來源氣體與第二來源氣體。排氣部分57安置在夾持部分51外側。排氣部分57安置在與反應氣體引入部分54相對之位置，反應腔室2之中心位於排氣部分57與反應氣體引入部分54之間。排氣部分57及排放側連通路徑53彼此連通。換言之，反應氣體引入部分54利用供應側連通路徑52連接至反應氣體供應路徑41。排氣路徑42利用排放側連通路徑53連接至排氣部分57。排氣路徑42經安置以與反應氣體供應路徑41相對，反應腔室2之中心位於排氣路徑42與反應氣體供應路徑41之間。
裝置底部61安置在平臺45內周圍側之下部中。另一加熱手段62及下部反射體65安置在裝置底部61外側，及基板W可自下側經加熱。
裝置底部61之中心配備淨化氣體引入部分（未圖示），經由該淨化氣體引入部分插入基座支撐件6之軸部分63，及引入淨化氣體。自未經圖示及安置在淨化氣體引入部分中之淨化氣體引入手段將淨化氣體引入反應腔室下部64，該反應腔室下部由裝置底部61、下部側壁32及平臺45形成。淨化孔44與反應腔室下部64連通。 使用磊晶生長之薄膜形成方法之摘要
下文中將描述根據此實施例之使用磊晶生長裝置之薄膜形成方法。
首先，將基座3移至基板承載部分P2，自基板承載埠30將基板W放入，及將基座3移至薄膜形成部分P1。例如，直徑為200 mm之矽基板用作基板W。然後，藉由使用加熱手段23及62將基板自備用溫度（例如，800℃）加熱至生長溫度（例如，1100℃）。自淨化氣體引入部分將淨化氣體（例如，氫氣）引入反應腔室下部64。自反應氣體引入部分54經由反應氣體供應路徑41將反應氣體（例如，三氯矽烷用作第一來源氣體及氫作為第二來源氣體）引入反應腔室2。反應氣體在基板W之表面上形成邊界層，及該邊界層中發生反應。由此，矽薄膜在基板W上形成。自與反應腔室2連通之排氣路徑42排放反應氣體。經由淨化孔44將淨化氣體排放至排氣路徑42。在磊晶生長以此方式結束之後，溫度降至備用溫度，取出基板W及將基板W移至半導體製造裝置中之另一腔室。 使用磊晶生長裝置之薄膜形成方法的細節
下文中將描述根據此實施例之磊晶生長裝置1之構成部件的細節及根據此實施例之薄膜形成方法的細節。
第4圖係圖示此實施例中之頂板部分5之配置的截面透視圖。如圖式中所示，支撐頂板21之支撐件22之內邊緣之直徑向基板緩慢減小。頂板21緊固至與基板W相對之內邊緣之端部。當自後側（底側）查看支撐件22時，內周圍部分突起以形成突起部分25。形成突起部分25以使直徑在突起方向上緩慢減小。以此方式，支撐件22包括兩個傾斜部分。換言之，支撐件22在頂板21之周圍邊緣處自周圍邊緣上側及外側支撐頂板21。另一方面，第20圖係圖示根據相關技術之磊晶生長裝置之頂板部分5'的實例之截面透視圖。如圖式中所示，在根據相關技術之裝置之頂板部分5'中，支撐件22'在頂板21'之周圍邊緣處在與頂板21'相同之平面內支撐頂板21'，及支撐件22'之形狀具有大體為矩形之角落25'。
以此方式，在此實施例中，由於支撐件22以一形狀形成，在該種形狀上之應力集中程度小於相關技術中支撐件形狀上之應力集中程度，因此可縮短基板W與頂板21之間的距離H，亦即，該距離小於10 mm。
具體而言，來自加熱手段23之大多數紅外射線穿過頂板21 (21')，但頂板21 (21')吸收來自基座3或基板W之輻射熱。所吸收之熱自頂板21 (21')經由與支撐件22 (22')之接面輸入支撐件22 (22')。在本文中，當基板W與頂板21 (21')之間的距離H縮短時，所吸收之輻射熱量增大，及輸入支撐件22 (22')之熱量增大。因此，當支撐件22'具有大體為直角之角落25'時，如相關技術之頂部部分5'中所示，應力可能集中在角落25'上以產生裂痕或類似物。
另一方面，在此實施例中，藉由在支撐件22中形成突起部分25及在頂板21之周圍邊緣處自周圍邊緣上側及外側支撐頂板21，頂板21可被支撐至基板側而不形成角落(25')，該角落上易於集中儘可能小之應力。
在此實施例中，由於頂板21與基板W之間的距離H縮短以縮窄邊界層，如上文所述，因此反應氣體有可能逸出至基板W外側，及基板之薄膜厚度分佈可能未充分均勻化，應較佳防止此情況。由此，在此實施例中，導向部分安置在反應氣體供應路徑41中以均勻化氣流，如下文所述。
下文將藉由參考第5圖至第7B圖詳細描述安置在反應氣體供應路徑41中之導向部分。如上文所述，反應氣體供應路徑41由下部側壁32之第一凹部34及上部側壁31之第一凸部36形成，及反應氣體供應路徑41經由供應側連通路徑52中之氣體引入管55而與反應氣體引入部分54連通。反應氣體供應路徑41包括第一供應路徑71、第二供應路徑72及第三供應路徑73，第一供應路徑71在與來自反應氣體引入部分54之氣體引入方向對應之方向（水平方向）上延伸，第二供應路徑72與第一供應路徑71連通及在垂直於氣體引入方向之方向（垂直方向）上延伸，及第三供應路徑73與第二供應路徑72連通及在平行於氣體引入方向之方向（水平方向）上延伸。第三供應路徑73與反應腔室2連通。換言之，反應氣體供應路徑41形成為自供應側連通路徑52至出口遞升之階級形狀，該供應側連通路徑52是反應氣體之入口，及該出口是反應氣體之出口及連接至反應腔室2。
在本文中，由於第二供應路徑72在垂直方向上延伸，如上文所述，因此自反應氣體引入部分引入之氣體接觸第二供應路徑72中與反應氣體引入部分54相對之壁表面74。由此，反應氣體擴散，及反應氣體之混合特性得以改良。換言之，第二供應路徑72充當反應氣體之混合腔室。在此情況下，在垂直方向上延伸之溝槽75形成於此實施例中之第二供應路徑72之壁表面74中，以便使反應氣體不停留在第二供應路徑72中，及溝槽75充當導向部分。由於溝槽75以此方式形成，因此藉由接觸第二供應路徑72之壁表面74而擴散之氣體可易於流入第三供應路徑73，且該氣體可沿溝槽75經整流以改良反應氣體之直線流動特性，從而在反應氣體流入反應腔室2時抑制反應氣體之擴散。
下文將詳細描述溝槽75。連續形成複數個溝槽75以作為第二供應路徑72之壁表面74的整個表面中之凹部。如第7B圖中所示，作為凹部之溝槽75在溝槽75之寬度方向彎曲。在此實施例中，自頂側查看時，每一溝槽75是弧形。由於溝槽75在寬度方向上彎曲，因此當反應氣體接觸壁表面74之溝槽75底部時，反應氣體之擴散可能性不高（可能集中）；及當反應氣體流入反應腔室2中時，反應氣體擴散至基板W外側之可能性不高。當溝槽75之深度過大時，可抑制擴散，但反應氣體中之第一來源氣體與第二來源氣體混合之可能性不高。在本發明之一實施例中，較佳將溝槽75之深度設定為1 mm至5 mm之範圍，及更佳設定為3 mm。
溝槽75在下部側壁32之平面內方向上向中心C形成。換言之，溝槽75沿下部側壁32之周圍方向佈置。藉由以此方式佈置溝槽，可增強整流特性，以便位於由溝槽75導向及被引入反應腔室2中之反應氣流方向之水平組分與一水平組分對應，該後一水平組分位於自與反應腔室2相對之反應氣體供應路徑41開口中心延伸至反應腔室2的中心之方向，從而抑制反應氣體在反應腔室2中之擴散。
溝槽75在每一溝槽75寬度方向之中心與反應氣體引入部分54中安置之整流板56之每一孔56a的中心大體一致（對應）之位置處形成。換言之，在此實施例中，壁表面74中之溝槽75之數目等於孔56a之數目。由此，由於由整流板56整流之反應氣體流入溝槽75，因此整流效能得以進一步增強以改良反應氣體之直線流動特性。
在此實施例中，溝槽75形成於第二供應路徑72之壁表面74之整個表面中，但溝槽75可至少在第二供應路徑72之壁表面74端部形成。端部意謂著與整流板56之孔所劃分為的複數個區域中最末端區域對應之部分。例如，在第7A圖及第7B圖中所示之實例中，整流板56劃分為三個區域81，及僅需形成溝槽75以與最末端區域82及83之孔對應。由於反應氣體可能逸出至基板W外側，如上文所述，因此尤其較佳形成溝槽75以增強反應氣體在反應氣體供應路徑41端部中之直線流動特性。在此情況下，藉由形成充當導件之具有凹部形式之溝槽75，可易於獲取該種效應。例如，當整流部件與第二供應路徑72分開安置時，反應氣體之混合特性或製造成本可能發生問題。然而，該種問題藉由形成溝槽75作為凹部而得以解決，如此實施例中所示。
第8A圖及第8B圖係圖示整流板56實例之透視圖。如圖式所示，整流板56僅需準備以遵循溝槽75圖案即可。較佳在慮及諸如洗滌器之額外設備或外部管道之形狀、長度及類似因素以及對生長速率之觀點之情況下決定整流板56之開口率之最佳值。
在此實施例中，由於頂板21與基板W之間的距離縮短以縮窄邊界層，如上文所述，因此反應氣體可易於流入反應腔室2下部，及基板W之溫度分佈均勻化之可能性不高。由此，在形成較厚薄膜時，可能造成薄膜厚度分佈或薄膜品質之降級（例如，電阻率分佈或晶體缺陷之發生）。在此實施例中，為防止該等問題，基座環7由兩個部件形成。下文將描述此點內容。
如第9圖中之放大圖示，基座環7之第一環件11之安置位置與基座外周圍相間隔，及具有下頂表面之階級部分91形成於第一環件內周圍中。第二環件12放置於階級部分91上，及第二環件12經形成以與第一環件11與基座3之間形成之空隙部分92相對，亦即突出至該空隙部分92。第二環件12經安置使得該第二環件之頂表面與基座3之頂表面平齊。藉由以此方式使第二環件12之頂表面與基座3頂表面平齊，維持在反應氣體供應路徑41中經混合及整流之狀態之反應氣體或類似物可平滑地經供應至基板W，無需儘量多地降低流動速率。本文提及之基座3頂表面意謂著未形成基板凹部3a（見第1圖、第2圖、第11圖及第12圖）之區域中的基座3頂表面。為熱傳導性起見，此實施例中之第二環件12由碳化矽形成。
藉由以此方式由不同部件形成第二環件12及第一環件11，可以更高準確性構建基座環7。換言之，可將基座環7與基座3之間的距離縮短至極限，及由此可減少反應氣體向基板W後部（亦即反應腔室底側64）之流動，及均勻化基板W之溫度分佈。由此，根據此實施例，所形成之薄膜的薄膜厚度分佈或薄膜品質分佈得以均勻化。
與第一環件11及第二環件12由單個部件形成之情況相比，藉由提供第一環件11及第二環件12之兩個部件可抑制第一環件11與第二環件12之間的更多熱傳導。
藉由以此方式使第二環件12與空隙部分92相對，能夠減少在形成薄膜之時反應氣體自基座環7與基座3之間向較低側之洩漏，及由此反應氣流被干擾之可能性不高。由於可減少反應氣體向較低側之洩漏，因此能夠減少粒子。
在此情況下，第二環件12薄於第一環件11。由此，可抑制因輻射而自基座3之熱損失。由於第二環件12更薄，因此可減少將第二環件12維持（預加熱）在預定高溫所用之熱量。在另一實施例中，當第一環件11由熱傳導性較小之材料形成時，第一環件11充當熱絕緣體，從而進一步增強上文提及之效應。
在此實施例中，第二環件12經配置以與空隙部分92相對，但本發明並非限定於此配置。只要第二環件12至少放置在第一環件11之階級部分91上，基座環7便可以較高精確性得以構建。由此，基座環7與基座3之間的距離可縮短至極限，及因此可減少反應氣體向基板W後部之流動及均勻化基板W之溫度分佈。
在此實施例中，由於頂板21與基板W之間的距離縮短以縮窄邊界層，因此頂板21之頂板表面可易於塗覆反應氣體。當頂板表面經塗覆時，頂板表面變得模糊，及因此，使用藉由使用加熱手段23經由頂板21加熱之冷壁式磊晶生長裝置無法令人滿意地形成薄膜。相反，在此實施例中，藉由在反應氣體供應路徑41壁表面中形成溝槽75及由如上文所述之兩個部件形成基座環7，反應氣體停留在反應腔室2中之可能性不高，及因此可抑制塗覆材料之附著。由此，可連續及令人滿意地形成薄膜。
第10圖圖示基座環7之修正實例。此修正實例不同於第9圖中所示之實施例，因為第二環件12A經安置以覆蓋空隙部分92A。在此修正實例中，第一環件11A放置在側壁32A之凸緣部分13A上。第二環件12A放置在第一環件11A之階級部分91A上，及內周圍與基座3A之外周圍相對。
在此修正實例中，由於第二環件12A經安置以覆蓋空隙部分92A，因此可能進一步抑制流入反應腔室2A之反應氣體向反應腔室下部64A之流動。在本文中，為防止第二環件12A阻擋由加熱手段23（第10圖中未圖示）對基座3A之加熱，第二環件12A與基座3A之重疊面積較佳為較小。
在此修正實例中，較佳將第二環件12A之厚度設定為例如0.5 mm至2 mm之範圍，及更佳設定為約0.8 mm。藉由設定此厚度，可儘量多地抑制歸因於自基座3A向第二環件12A之輻射之熱損失。
第11圖及第12圖係圖示根據本發明之實施例之基座3實例之平視圖。如圖式中所示，基座3A及3B配備升舉銷通孔110A及110B，升舉銷123（參看第13圖）穿過該等通孔。如第12圖中所示，可形成複數個通孔111B。在將基板放置在基座上時該兩者之間的氣體可能洩漏，及基板W在水平方向滑動之問題可藉由通孔111B得以解決。當使用此基座3B時，基板W之薄膜厚度分佈或電阻率分佈之均勻化優於使用基座3A之情況。當通孔111B直徑變小及通孔111B數目變大時，此均勻化更為顯著。開口率較佳大於4%，及通孔111B更佳形成為圍繞基座之基板凹部3Ba及基板凹部之中。
第13圖至第16圖圖示基座支撐件6之實例。如第13圖中所示，基座支撐件6包括基座軸121、基板升降器122及升舉銷123。基座3由基座軸121之三個臂支撐。基板升降器122之三個臂配備具有凹部之底座124，對應升舉銷123之下端分別放置於該等底座之凹部上。基板升降器122之軸部分以圓柱體形狀形成，及基座軸121之軸部分可插入基板升降器122之軸部分。
在此實施例中，基座支撐件6中之臂之厚度小於相關技術中之臂厚度。由此，由於在使用加熱手段62加熱基座3上之基板W時可降低基座支撐件6之影響，因此可均勻化基座3之溫度分佈。此實施例中之基座支撐件6之詳細配置及升舉操作與本發明申請人所申請之國際公開案第W02013/005481號小冊子中所描述之基座裝置相同。然而，該國際公開案小冊子中所描述之基座裝置包括單個基座軸（平臺軸），但此實施例中之基座支撐件6則包括三個基座軸（臂）121。
第16圖係圖示此實施例中之排氣管58實例之截面透視圖。如圖式中所示，排氣管58形成以使得開口自反應腔室2至排氣部分57向中心縮窄。由此，廢氣在中心處經整流，從而改良排氣裝置效率。
第21圖係圖示根據相關技術之磊晶生長裝置中反應腔室2之外部配置的透視分解圖。如圖式中所示，將氣體引入管55及排氣管58與氣體引入管55'及排氣管58'對比，在此實施例中，該引入管及該排氣管之中央部分處之加工部分被移除。由此，影響薄膜厚度分佈之氣流經平滑化。
當排氣路徑42及淨化孔44之開口率過大時，反應氣體流入反應腔室下部64；及當開口率過小時，淨化氣體影響反應腔室2中之薄膜形成製程。由此，排氣路徑42及淨化孔44之開口經形成使開口率具有最佳值。
第17圖係圖示根據本發明之實施例之上部反射體26實例之透視圖。如圖式中所示，上部反射體26包括傾斜部分26a及平坦部分26b，傾斜部分26a將來自加熱手段23之熱波反射至反應腔室中心2，及平坦部分26b在垂直下降方向反射來自加熱手段23之熱波。另一方面，第22圖係圖示根據相關技術之磊晶生長裝置中之上部反射體26'實例的透視圖。如圖式中所示，相關技術中之上部反射體26'包括傾斜部分26a'及平坦部分26b'，但在傾斜部分26a之佈置方面，上部反射體26'不同於根據本發明之實施例之上部反射體26。具體而言，根據本發明之實施例之上部反射體26具有一佈置，該佈置中將傾斜部分添加至相關技術中之上部反射體26'之平坦部分26b'中心。以此方式，藉由佈置傾斜部分26a及平坦部分26b以使得傾斜部分26a與平坦部分26b之面積比達到預定比，及傾斜部分26a與平坦部分26b之分佈不偏移，實現基板W的溫度分佈之均勻化。
第18圖係圖示根據本發明之實施例之下部反射體65實例之透視圖。第23圖係圖示根據相關技術之磊晶生長裝置中的下部反射體65'實例之透視圖。類似於上部反射體26，下部反射體65包括傾斜部分65a及平坦部分65b，傾斜部分65a將來自加熱手段62之熱波反射至反應腔室2中心，及平坦部分65b在垂直上升方向反射來自加熱手段62之熱波，及下部反射體65具有一佈置，該佈置中將傾斜部分添加至根據相關技術中之下部反射體65'之平坦部分65'中心。以此方式，藉由佈置傾斜部分65a及平坦部分65b以使得傾斜部分65a與平坦部分65b之面積比達到預定比，及傾斜部分65a與平坦部分65b之分佈不偏移，實現基板W的溫度分佈之均勻化。
在根據此實施例之磊晶生長裝置中，由於支撐件22支撐頂板21，因此頂板21中與反應腔室相對之中央部分的頂板表面與基板W之間的距離H可設定為小於10 mm。由此，根據此實施例之磊晶生長裝置1可防止由在頂板21與基座3之間流動之反應氣體形成之邊界層向頂板散佈，及由此邊界層得以縮窄。然後，由於邊界層中之氣體流動速率增大，因此氣體密度增大，及由此可增強基板W表面上之反應效率。由此，在磊晶生長裝置1中，可增強生長速率。
在本發明之實施例中，頂板21與基板W之間的距離H小於10 mm，及頂板21與基板W之間的距離H較佳小於10 mm，及自基板W上形成之薄膜至頂板21之距離等於或大於1 mm。藉由設定此範圍，可在形成邊界層之時使反應氣體之氣流平滑化。
換言之，在此實施例之反應腔室2中，藉由將基板W與頂板21之間的距離設定為小於相關技術中之此距離（相關技術中此距離為約20 mm），可縮窄邊界層以增強基板表面上之反應效率及由此提高生長速率。 實例
下文將藉由參考實例詳細描述本發明。 實例1
藉由使用磊晶生長裝置1A（在該裝置中，基板W表面與頂板21之間的距離H為9.27 mm）在以下生長條件下實施磊晶生長，該磊晶生長裝置1A採用第10圖中所示之基座環。 第一來源氣體（三氯矽烷）用量：8.5 SLM 淨化氣體（氫氣）用量：15.0 SLM 生長時間：600.0秒 生長溫度：1100.0℃ 旋轉速度：20.0 RPM 實例2
在與實例1相同之條件下實施磊晶生長，不同之處為將第一來源氣體用量更改為13.5 SLM。 實例3
在與實例1相同之條件下實施磊晶生長，不同之處為將第一來源氣體用量更改為17.0 SLM。 參照性實例1
藉由使用根據相關技術之磊晶生長裝置（在該裝置中，基板W表面與頂板21之間的距離H為20 mm，無溝槽75，及基座環由單個部件形成）在與實例1相同之條件下實施磊晶生長，不同之處為將旋轉速度更改為35.0 RPM。 參照性實例2
藉由使用根據相關技術之磊晶生長裝置（在該裝置中，基板W表面與頂板21之間的距離H為20 mm，無溝槽75，及基座環由單個部件形成）在與實例2相同之條件下實施磊晶生長，不同之處為將旋轉速度更改為35.0 RPM。 參照性實例3
藉由使用根據相關技術之磊晶生長裝置（在該裝置中，基板W表面與頂板21之間的距離H為20 mm，無溝槽75，及基座環由單個部件形成）在與實例3相同之條件下實施磊晶生長，不同之處為將旋轉速度更改為35.0 RPM。
偵測實例及參照性實例中之薄膜生長速率。所偵測到的生長速率與第一來源氣體之間的關係如第19圖中所示。
如第19圖中所示，藉由採用根據本發明之實施例的磊晶生長裝置1A，生長速率提高50%；及在第一來源氣體用量增大時，生長速率之提高亦增加。因此，藉由使用根據此實施例之磊晶生長裝置，生長速率得以增強。
1‧‧‧磊晶生長裝置
1A‧‧‧磊晶生長裝置
2‧‧‧反應腔室
2A‧‧‧反應腔室
3‧‧‧基座
3A‧‧‧基座
3B‧‧‧基座
3Ba‧‧‧凹部
4‧‧‧側壁
5‧‧‧頂板
5'‧‧‧頂板部分
6‧‧‧基座支撐件
7‧‧‧基座環
11‧‧‧第一環件
11A‧‧‧第一環件
12‧‧‧第二環件
12A‧‧‧第二環件
13‧‧‧凸緣部分
13A‧‧‧凸緣部分
21‧‧‧頂板
21'‧‧‧頂板
22‧‧‧支撐件
22'‧‧‧支撐件
23‧‧‧加熱手段
24‧‧‧開口
25‧‧‧突起部分
25'‧‧‧角
26‧‧‧上部反射體
26a‧‧‧傾斜部分
26b‧‧‧平坦部分
26'‧‧‧上部反射體
26a'‧‧‧傾斜部分
26b'‧‧‧平坦部分
30‧‧‧基板承載埠
31‧‧‧上部側壁
32‧‧‧下部側壁
32A‧‧‧側壁/空隙部分
33‧‧‧安裝表面
34‧‧‧第一凹部
35‧‧‧間隙
36‧‧‧第一凸部
37‧‧‧第二凹部
38‧‧‧間隙
39‧‧‧第二凸部
41‧‧‧反應氣體供應路徑
42‧‧‧排氣路徑
43‧‧‧壁表面
44‧‧‧淨化孔
45‧‧‧平臺
51‧‧‧環形夾持部分
52‧‧‧供應側連通路徑
53‧‧‧排放側連通路徑
54‧‧‧反應氣體引入部分
55‧‧‧氣體引入管
55'‧‧‧氣體引入管
56‧‧‧整流板
56a‧‧‧孔
57‧‧‧排氣部分
58‧‧‧排氣管
58'‧‧‧排氣管
61‧‧‧裝置底部
62‧‧‧加熱手段
63‧‧‧軸部分
64‧‧‧反應腔室下部
64A‧‧‧反應腔室下部
65‧‧‧下部反射體
65a‧‧‧傾斜部分
65b‧‧‧平坦部分
65'‧‧‧下部反射體
65a'‧‧‧傾斜部分
65b'‧‧‧平坦部分
71‧‧‧第一供應路徑
72‧‧‧第二供應路徑
73‧‧‧第三供應路徑
74‧‧‧壁表面
75‧‧‧溝槽
81‧‧‧區域
82‧‧‧最末端區域
83‧‧‧最末端區域
91‧‧‧階級部分
91A‧‧‧階級部分
92‧‧‧空隙部分
92A‧‧‧空隙部分
110A‧‧‧升舉銷通孔
110B‧‧‧升舉銷通孔
111B‧‧‧通孔
121‧‧‧基座軸
122‧‧‧基板升降器
123‧‧‧升舉銷
124‧‧‧底座
H‧‧‧距離
P1‧‧‧薄膜形成位置
P2‧‧‧基板承載位置
W‧‧‧基板
第1圖係圖示根據本發明之一實施例之磊晶生長裝置之整體配置的截面視圖。
第2圖係圖示根據本發明之實施例之反應腔室之配置的透視分解圖。
第3圖係圖示根據本發明之實施例之反應腔室之外部配置的透視分解圖。
第4圖係圖示根據本發明之實施例之頂板部分配置的截面透視圖。
第5圖係示意性地圖示根據本發明之實施例之側壁的內部配置之圖。
第6圖係圖示根據本發明之實施例之反應氣體供應路徑的截面視圖。
第7A圖及第7B圖係示意性地圖示根據本發明之實施例之反應氣體供應路徑之圖。
第8A圖及第8B圖係圖示根據本發明之實施例之整流板實例的透視圖。
第9圖係圖示根據本發明之實施例之基座環實例的部分截面視圖。
第10圖係圖示根據本發明之實施例之另一基座環實例的部分截面視圖。
第11圖係圖示根據本發明之實施例之基座實例的平視圖。
第12圖係圖示根據本發明之實施例之另一基座實例的平視圖。
第13圖係示意性地圖示根據本發明之實施例之基座支撐件配置之圖。
第14圖係圖示根據本發明之實施例之基座軸的透視圖。
第15圖係圖示根據本發明之實施例之基板升降器實例的透視圖。
第16圖係圖示根據本發明之實施例之排氣管實例的截面透視圖。
第17圖係圖示根據本發明之實施例之上部反射體實例的透視圖。
第18圖係圖示根據本發明之實施例之下部反射體實例的平視圖。
第19圖係圖示實例及參照性實例之結果的圖形。
第20圖係圖示根據相關技術之磊晶生長裝置之頂板部分配置的截面透視圖。
第21圖係圖示根據相關技術之磊晶生長裝置中反應腔室之外部配置的透視分解圖。
第22圖係圖示根據相關技術之磊晶生長裝置之上部反射體實例的平視圖。
第23圖係圖示根據相關技術之磊晶生長裝置之下部反射體實例的平視圖。
國內寄存資訊 (請依寄存機構、日期、號碼順序註記) 無
國外寄存資訊 (請依寄存國家、機構、日期、號碼順序註記) 無

Claims (29)

  1. 一種用於使用在一處理腔室中的下部側壁，該下部側壁包含：一環形主體，該環形主體包含：一內周圍；一外周圍，該外周圍與該內周圍同心且共用一中心軸；及形成在該外周圍中的一第一凹部，該第一凹部進一步包含：複數個溝槽，該複數個溝槽形成在該第一凹部中並由該環形主體從該內周圍隔開，該等溝槽經沿著該下部側壁的一周圍方向佈置為實質上平行該中心軸，其中各個溝槽具有的一截面彎曲輪廓線有一獨一焦點，且該複數個溝槽中的一第一溝槽與該複數個溝槽中的一最後溝槽徑向對齊該中心軸。
  2. 如請求項1所述之下部側壁，進一步包含：形成在該外周圍中的一第二凹部，該第二凹部相對於該第一凹部而形成。
  3. 如請求項2所述之下部側壁，其中該第二凹部進一步包含：通過其中形成的複數個淨化孔。
  4. 如請求項1所述之下部側壁，其中各溝槽在一寬度方向上彎曲以形成該截面彎曲輪廓線。
  5. 如請求項1所述之下部側壁，其中各溝槽具有範圍從1mm到5mm的深度。
  6. 如請求項1所述之下部側壁，其中該複數個溝槽經連續地形成在該第一凹部中。
  7. 如請求項1所述之下部側壁，其中該複數個溝槽朝向該下部側壁的一中心形成。
  8. 如請求項1所述之下部側壁，其中各溝槽的該截面彎曲輪廓線的一旋轉中心與一鄰接溝槽的截面彎曲輪廓線的旋轉中心不一致。
  9. 一種用於使用在一處理腔室中的下部側壁，該下部側壁包含：一環形主體，該環形主體包含：一內周圍；一外周圍，該外周圍與該內周圍同心且共用一中心軸；一頂表面，該頂表面具有一安裝表面形成於其上；形成在該外周圍中的一第一凹部，該第一凹部進一步包含：複數個溝槽，該複數個溝槽形成在該第一凹部中並由該環形主體從該內周圍隔開，該等溝槽經沿著該下部側壁的一周圍方向佈置為實質上平行該中心軸，其中各個溝槽具有的一截面彎曲輪廓線有一獨一焦點，且該複數個溝槽中的一第一溝槽與該複數個溝槽中的一最後溝槽徑向對齊該中心軸；及形成在該外周圍中的一第二凹部，該第二凹部相對於該第一凹部而形成，該第二凹部進一步包含：複數個淨化孔，該複數個淨化孔從該內周圍通至該外周圍所形成。
  10. 如請求項9所述之下部側壁，其中該複數個溝槽經連續地形成在該第一凹部中。
  11. 如請求項9所述之下部側壁，其中各溝槽的該截面彎曲輪廓線在一氣體接觸該複數個溝槽時集中該氣體。
  12. 如請求項11所述之下部側壁，其中各溝槽在一寬度方向上彎曲以形成該截面彎曲輪廓線。
  13. 一種用於使用在一處理設備中的頂部部分，該頂部部分包含：一環形形狀支撐件，該環形形狀支撐件包含：一主體，該主體具有一頂表面、及一底表面；及一突起部分，該突起部分從該主體的該底表面向下及向內突起，該突起部分具有一第一傾斜部分及一第二傾斜部分，該第一傾斜部分是該環形形狀支撐件之該內表面的部分，其中該第一及第二傾斜部分在直徑上朝向該環形形狀支撐件的一中心減少；及一頂板，該頂板耦合至該環形形狀支撐件的該突起部分。
  14. 如請求項13所述之頂部部分，其中該頂板經固定至該環形形狀支撐件的該內表面。
  15. 如請求項13所述之頂部部分，其中該突起部分的一周圍邊緣於該頂板的一周圍邊緣處支撐該頂板。
  16. 如請求項13所述之頂部部分，其中該頂板是從一光可穿透材料製成。
  17. 如請求項13所述之頂部部分，其中該第一傾斜部分及該第二傾斜部分交會於該頂板處。
  18. 如請求項17所述之頂部部分，其中由該第一傾斜部分與該第二傾斜部分形成的一角度小於90度。
  19. 如請求項13所述之頂部部分，其中該頂板經配置以吸收輻射熱。
  20. 一種用於使用在一處理設備中的頂部部分，該頂部部分包含：一環形形狀支撐件，該環形形狀支撐件包含：一主體，該主體具有一頂表面、及一底表面；及一突起部分，該突起部分從該主體的該底表面朝下及朝內突起，該突起部分具有一第一傾斜部分及一第二傾斜部分，該第一傾斜部分是該環形形狀支撐件之該內表面的部分且其中該第一傾斜部分及該第二傾斜部分交會於一內邊緣，其中由該第一傾斜部分與該第二傾斜部分形成的一角度小於90度；及一頂板，該頂板耦合至該環形形狀支撐件的該突起部分。
  21. 如請求項20所述之頂部部分，其中該頂板經固定至該環形形狀支撐件的該內表面。
  22. 如請求項20所述之頂部部分，其中該突起部分的一周圍邊緣於該頂板的一周圍邊緣處支撐該頂板。
  23. 如請求項20所述之頂部部分，其中該頂板是從一光可穿透材料製成。
  24. 如請求項20所述之頂部部分，其中該第一傾斜部分及該第二傾斜部分交會於該頂板處。
  25. 如請求項20所述之頂部部分，其中該頂板經配置以吸收輻射熱。
  26. 一種磊晶生長設備，該磊晶生長設備利用磊晶生長在一反應腔室中的一基板之頂表面上形成一薄膜，該磊晶生長設備包含：一反應腔室，該反應腔室包含一頂板、一基座及一側壁，該頂板離該基座間隔開少於大約10mm；一反應氣體供應路徑，該反應氣體供應路徑經形成在該側壁中以向該反應腔室供應一反應氣體，該反應氣體供應路徑經界定在一第一凸部與一第一凹部之間；一排氣路徑，該排氣路徑經形成於面對該反應氣體供應路徑的該側壁之一位置處，該排氣路徑經由一第二開口穿過該反應腔室，該第二開口形成於一第二凸部與一第二凹部之間相對於一第一開口，該第一開口形成於該第一凸部與該第一凹部之間；及整流手段，其用於整流該反應氣體供應路徑中之該反應氣體；其中該反應氣體供應路徑乃沿著複數個溝槽所提供，該複數個溝槽形成在該側壁的一壁表面中，該壁表面經佈置在該側壁的一周圍方向中，其中該複數個溝槽之各個溝槽具有的一截面彎曲輪廓線有一獨一焦點。
  27. 如請求項26所述之磊晶生長設備，其中該基座具有複數個通孔。
  28. 如請求項26或27所述之磊晶生長設備，其中該排氣路徑連接至安置在該側壁外側的一排氣部分，且該排氣部分經形成以具有一開口，該開口從連接至該排氣路徑的內側向外側縮窄。
  29. 如請求項26所述之磊晶生長設備，進一步包含：第一加熱手段，該第一加熱手段經安置在該反應腔室上方以加熱該反應腔室至預定生長溫度；一第一反射體，該第一反射體經安置在該第一加熱手段上方；第二加熱手段，該第二加熱手段經安置在該反應腔室下方以加熱該反應腔室至預定生長溫度；及一第二反射體，該第二反射體經安置在該第二加熱手段下方，其中該第一反射體包括一第一傾斜部分及一第一平坦部分，該第一傾斜部分反射來自該第一加熱手段的熱波至該反應腔室的中心，該第一平坦部分在一垂直下降方向上反射來自該第一加熱手段的熱波，及該第一傾斜部分及該第一平坦部分經佈置，使得該第一傾斜部分與該第一平坦部分的面積比為預定比且該第一傾斜部分與該第一平坦部分之分佈未偏移，及其中該第二反射體包括一第二傾斜部分及一第二平坦部分，該第二傾斜部分反射來自該第二加熱手段之熱波至該反應腔室的該中心，該第二平坦部分在一垂直上升方向上反射來自該第二加熱手段的熱波，及該第二傾斜部分及該第二平坦部分經佈置，使得該第二傾斜部分與該第二平坦部分之面積比為預定比且該第二傾斜部分及該第二平坦部分之分佈未偏移。
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