TWI680201B - 氣相沉積裝置及其蓋板與噴氣裝置 - Google Patents

Abstract

一種氣相沉積裝置的蓋板包含複數長脊條，設於蓋板面向承載盤的表面。長脊條沿蓋板的徑向呈放射狀排列，且長脊條的頂部為非平面。氣相沉積裝置的噴氣裝置包含導流板，其表面設有複數脊狀條，沿導流板的徑向呈放射狀排列。

Description

氣相沉積裝置及其蓋板與噴氣裝置

本發明係有關一種氣相沉積裝置，特別是關於氣相沉積裝置的蓋板與噴氣裝置。

氣相沉積(vapor deposition)是半導體製程常用的一種技術，用以形成薄膜於半導體晶圓的表面。以化學氣相沉積(CVD)為例，於半導體製程的反應室當中，將晶圓暴露在製程氣體下，於晶圓的表面發生化學反應或分解以產生沉積的薄膜。

第一圖顯示氣相沉積裝置100之反應室(reactor)的剖面示意圖，主要包含承載盤(susceptor)11，用以承載晶圓W。相對於承載盤11設有蓋板(cover plate)12，例如頂蓋板(ceiling)。承載盤11與蓋板12定義出反應空間，用以進行氣相沉積。蓋板12的中央設有噴氣裝置(gas injector)13，讓反應氣體從噴氣裝置13的側面噴出往兩側邊緣行進，如箭號所示。承載盤11可繞反應室的中心軸進行旋轉，使得晶圓W繞反應室的中心軸作公轉。此外，晶圓W也可繞自身的中心軸作自轉。

為了增進流速(flow velocity)與沉積鍍膜率(deposition rate)，並減少反應氣體的消耗，本案申請人於美國專利申請案第2015/0096496號提出一種機制，如第二A圖所示的蓋板12的俯視圖，於蓋板12的表面放射狀(radially)設有凸出部121與凹陷部122。

第二B圖顯示蓋板12與承載盤11的局部剖面圖。如圖所示，反應氣體主要沿著凹陷部122行進，但是幾乎被凸出部121阻擋。當晶圓W作自轉及公轉時，凸出部121與晶圓W的重疊區域會週期性的於一段時間內幾乎停止沉積，並於其他時間進行沉積，因而形成間歇(intermittent或pulse)的沉積現象，減少有效製程區域，造成沉積鍍膜率的下降。

此外，蓋板12的凸出部121與凹陷部122相接處120，由於受到應力集中(stress concentration)的影響，容易產生破裂(crack)，因而縮減蓋板12的使用壽命。

因此亟需提出一種新穎的機制，用以克服傳統氣相沉積裝置的諸多缺失。

鑑於上述，本發明實施例的目的之一在於提出一種氣相沉積裝置，其可保有大流速、大沉積鍍膜率及減少反應氣體消耗的優點，且能達到連續不間歇的沉積，有效增進沉積鍍膜率。此外，實施例還可防止組成元件的破裂，以延長使用壽命。

根據本發明實施例，氣相沉積裝置包含承載盤、蓋板與噴氣裝置。承載盤用以承載晶圓。蓋板具有開口，承載盤與蓋板定義出反應空間，用以進行氣相沉積。蓋板包含複數長脊條，設於蓋板面向承載盤的表面，該些長脊條沿蓋板的徑向呈放射狀排列且相鄰長脊條形成氣體通道，且長脊條的頂部為非平面。噴氣裝置設於蓋板的開口。噴氣裝置包含第一板、導流板及第二板。第一板的中央具有第一開口，作為入口以通入反應氣體。導流板的中央具有第二開口，導流板背向第一板的表面設有複數脊狀條，沿導流板的徑向呈放射狀排列，相鄰脊狀條則形成導流通道，用以將通入的反應氣體該第二開口，沿徑向呈放射狀導引至導流板的邊緣。第二板具有第三開口，使得導流板位於第一板與第二板之間。第二板包含複數覆蓋片，其彼此分離並具有空隙，但是靠近第三開口處則互相連接。噴氣裝置的導流通道靠近邊緣處的出口對準於蓋板的氣體通道靠近開口處的入口。

本發明實施例揭示一種氣相沉積裝置，其主要組成元件相同於第一圖所示的剖面示意圖，並沿用第一圖的元件符號。第三A圖顯示本發明第一實施例之氣相沉積裝置的蓋板12的仰視立體圖，第三B圖顯示第三A圖之蓋板12的仰視示意圖，第三C圖顯示第三A圖之蓋板12與承載盤11的局部剖面圖。在本實施例中，蓋板12係為頂蓋板(ceiling)，設於承載盤11的上方並相對於晶圓W的頂面。在另一實施例中，蓋板12可設於承載盤11的下方並相對於晶圓W的底面。

在本實施例中，蓋板12的中央具有開口123，用以容置噴氣裝置13。於蓋板12面向承載盤11的表面上設有複數長脊條(elongated ridge)124，沿蓋板12的徑向呈放射狀排列。在本實施例中，長脊條124的剖面具三角形輪廓。詳而言之，長脊條124面向承載盤11凸起至最高點形成頂部(peak)1241，沿徑向為非平面。相鄰長脊條124的基部相連接形成谷部(valley)1242。藉此，反應氣體主要沿著相鄰長脊條124所形成的氣體通道行進，但是幾乎被長脊條124所阻擋。第三D圖顯示第三A圖之蓋板12其中一個氣體通道的立體示意圖，反應氣體從蓋板12中央的開口123處(如圖示的較小三角形區域)往蓋板12的邊緣(例如圖示的較大三角形區域)行進。本實施例之長脊條124從鄰近開口123處往蓋板12的邊緣，其基部寬度維持相同或逐漸增大。因此，氣體通道從鄰近開口123處往蓋板12的邊緣，其截面積逐漸增大。

根據本實施例的特徵之一，如第三C圖所示，長脊條124的頂部1241為非平面，其與晶圓W之間幾乎沒有重疊區域，因此當晶圓W作自轉及公轉時，可形成連續(continuous)的沉積，保持有效製程區域，因而得以維持沉積鍍膜率。反觀第二B圖所示的氣相沉積裝置，由於凸出部121與晶圓W之間具有相當的重疊區域，因此當晶圓W作自轉及公轉時，會形成間歇的沉積。

第三E圖顯示本發明第一實施例變化型之氣相沉積裝置的蓋板12與承載盤11的局部剖面圖。在本實施例中，蓋板12的長脊條124靠近谷部1242具有圓弧面，而非如第三C圖所示為尖銳的(sharp-pointed)，因而得以避免應力集中所造成的破裂。

第四圖顯示本發明第二實施例之氣相沉積裝置的蓋板12與承載盤11的局部剖面圖。在本實施例中，蓋板12的長脊條124靠近頂部1241具有圓弧面，且靠近谷部1242也具有圓弧面。相同於第一實施例，本實施例之長脊條124於最高點的頂部1241也是非平面的。相較於第二B圖所示的氣相沉積裝置，其凸出部121具有大致平坦的表面，與晶圓W之間具有相當的重疊區域，因此當晶圓W作自轉及公轉時，會形成間歇的沉積。反觀本發明第二實施例，蓋板12的長脊條124的頂面具圓弧面且頂部1241為非平面，其頂面不具有平坦表面，與晶圓W之間不會形成實質的重疊，因此當晶圓W作自轉及公轉時，可形成連續的沉積。在本實施例中，蓋板12之頂部1241的圓弧面具有曲率半徑(radius of curvature)大約介於__至__毫米。

第五A圖顯示本發明第三實施例之氣相沉積裝置的噴氣裝置13的立體分解圖，可設於蓋板12的開口123處。第五A圖所示者為組裝的順序，並非代表各組成元件的相對位置。若以第一圖所示氣相沉積裝置100為例，則噴氣裝置13的各組成元件的相對位置剛好與第五A圖所示順序相反。第六圖顯示蓋板12與噴氣裝置13的組裝立體圖。

在本實施例中，噴氣裝置13包含第一板131，其中央具有第一開口1311，作為入口以通入反應氣體。本實施例之第一板131的材質可包含石墨(graphite)或其他適當的材質。噴氣裝置13還包含導流板(flow guide)132，用以將通入的反應氣體從中央處的第二開口1321，沿徑向呈放射狀導引至導流板132的邊緣，再銜接至蓋板12的氣體通道的內側入口。

在本實施例中，導流板132的結構類似第三A圖所示的蓋板12。亦即，導流板132背向第一板131的表面上設有複數脊狀條(ridge bar)1322，沿導流板132的徑向呈放射狀排列，相鄰脊狀條1322則形成導流通道。脊狀條1322的剖面大致呈三角形輪廓。第五B圖顯示第五A圖之脊狀條1322的立體圖，第五C圖顯示第五A圖之脊狀條1322的剖面圖。在本實施例中，脊狀條1322從鄰近第二開口1321處往導流板132的邊緣，其基部寬度逐漸增大。因此，導流通道從鄰近第二開口1321處往導流板132的邊緣，其截面積逐漸增大。在另一實施例中，脊狀條1322從鄰近第二開口1321處往導流板132的邊緣，其基部寬度維持相同。本實施例之脊狀條1322的頂面13221具有大致平坦的表面。此外，脊狀條1322靠近頂面13221的兩側具有凹陷13222，其用途將於後續說明。本實施例之脊狀條1322的材質可包含金屬鉬(molybdenum)或其他適當的材質。值得注意的是，噴氣裝置13的導流通道靠近邊緣處的出口必須大致對準(align)於蓋板12的氣體通道靠近開口123處的入口，以免造成氣體擾流。

本實施例之噴氣裝置13還包含第二板133，具有第三開口1331。前述的導流板132位於第一板131與第二板133之間。第二板133包含複數覆蓋片1332，這些覆蓋片1332彼此分離並具有空隙，但是靠近第三開口1331處則互相連接。覆蓋片1332的寬度大致相等於導流通道的寬度。覆蓋片1332沿徑向的側邊可嵌入脊狀條1322的凹陷13222，使得覆蓋片1332穩固覆蓋於導流通道上方，因而分隔相鄰的導流通道。此外，脊狀條1322的頂面13221則經由相鄰覆蓋片1332之間的空隙而暴露出來。本實施例之第二板133的材質可包含金屬鉬(molybdenum)或其他適當的材質。

本實施例之噴氣裝置13還可包含保護板134，使得第二板133位於導流板132與保護板134之間，保護板134可用以保護第二板133、導流板132與第一板131。在本實施例中，保護板134面向第二板133的表面可接觸於脊狀條1322的頂面13221。本實施例之保護板134的材質可包含金屬鉬(molybdenum)或其他適當的材質。

以上所述僅為本發明之較佳實施例而已，並非用以限定本發明之申請專利範圍；凡其它未脫離發明所揭示之精神下所完成之等效改變或修飾，均應包含在下述之申請專利範圍內。

100‧‧‧氣相沉積裝置

11‧‧‧承載盤

12‧‧‧蓋板

120‧‧‧相接處

121‧‧‧凸出部

122‧‧‧凹陷部

123‧‧‧開口

124‧‧‧長脊條

1241‧‧‧頂部

1242‧‧‧谷部

13‧‧‧噴氣裝置

131‧‧‧第一板

1311‧‧‧第一開口

132‧‧‧導流板

1321‧‧‧第二開口

1322‧‧‧脊狀條

13221‧‧‧頂面

13222‧‧‧凹陷

133‧‧‧第二板

1331‧‧‧第三開口

1332‧‧‧覆蓋片

134‧‧‧保護板

W‧‧‧晶圓

第一圖顯示氣相沉積裝置之反應室的剖面示意圖。 第二A圖顯示第一圖的蓋板的俯視圖。 第二B圖顯示蓋板與承載盤的局部剖面圖。 第三A圖顯示本發明第一實施例之氣相沉積裝置的蓋板的仰視立體圖。 第三B圖顯示第三A圖之蓋板的仰視示意圖。 第三C圖顯示第三A圖之蓋板與承載盤的局部剖面圖。 第三D圖顯示第三A圖之蓋板其中一個氣體通道的立體示意圖。 第三E圖顯示本發明第一實施例變化型之氣相沉積裝置的蓋板與承載盤的局部剖面圖。 第四圖顯示本發明第二實施例之氣相沉積裝置的蓋板與承載盤的局部剖面圖。 第五A圖顯示本發明第三實施例之氣相沉積裝置的噴氣裝置的立體分解圖。 第五B圖顯示第五A圖之脊狀條的立體圖。 第五C圖顯示第五A圖之脊狀條的剖面圖。 第六圖顯示蓋板與噴氣裝置的組裝立體圖。

Claims (20)

1. 一種氣相沉積裝置的蓋板，包含：複數長脊條，設於該蓋板面向承載盤的表面，該些長脊條沿該蓋板的徑向呈放射狀排列且相鄰長脊條形成氣體通道，該長脊條的頂部為非平面。
2. 根據申請專利範圍第1項所述氣相沉積裝置的蓋板，其中該長脊條從鄰近該蓋板中央的開口處往該蓋板的邊緣，其基部寬度逐漸增大。
3. 根據申請專利範圍第1項所述氣相沉積裝置的蓋板，其中該長脊條的剖面具三角形輪廓。
4. 根據申請專利範圍第3項所述氣相沉積裝置的蓋板，其中該長脊條靠近谷部具有圓弧面。
5. 根據申請專利範圍第1項所述氣相沉積裝置的蓋板，其中該長脊條靠近頂部具有圓弧面，且靠近谷部具有圓弧面。
6. 一種氣相沉積裝置的噴氣裝置，包含：一第一板，其中央具有第一開口，作為入口以通入反應氣體；一導流板，其中央具有第二開口，該導流板背向該第一板的表面設有複數脊狀條，沿該導流板的徑向呈放射狀排列，相鄰脊狀條則形成導流通道，用以將通入的反應氣體從該第二開口，沿徑向呈放射狀導引至該導流板的邊緣；及一第二板，具有第三開口，使得該導流板位於該第一板與該第二板之間，該第二板包含複數覆蓋片，其彼此分離並具有空隙，但是靠近該第三開口處則互相連接。
7. 根據申請專利範圍第6項所述氣相沉積裝置的噴氣裝置，其中該脊狀條的剖面呈三角形輪廓。
8. 根據申請專利範圍第6項所述氣相沉積裝置的噴氣裝置，其中該脊狀條從鄰近該第二開口處往該導流板的邊緣，其基部寬度逐漸增大。
9. 根據申請專利範圍第6項所述氣相沉積裝置的噴氣裝置，其中該脊狀條的頂面具有平坦的表面。
10. 根據申請專利範圍第6項所述氣相沉積裝置的噴氣裝置，其中該脊狀條靠近頂面的兩側具有凹陷，該覆蓋片沿徑向的側邊嵌入該脊狀條的凹陷。
11. 根據申請專利範圍第6項所述氣相沉積裝置的噴氣裝置，更包含一保護板，使得該第二板位於該導流板與該保護板之間。
12. 一種氣相沉積裝置，包含：一承載盤，用以承載晶圓；一蓋板，具有一開口，該承載盤與該蓋板定義出反應空間，用以進行氣相沉積，該蓋板包含複數長脊條，設於該蓋板面向該承載盤的表面，該些長脊條沿該蓋板的徑向呈放射狀排列且相鄰長脊條形成氣體通道，該長脊條的頂部為非平面；一噴氣裝置，設於該蓋板的開口，該噴氣裝置包含：一第一板，其中央具有第一開口，作為入口以通入反應氣體；一導流板，其中央具有第二開口，該導流板背向該第一板的表面設有複數脊狀條，沿該導流板的徑向呈放射狀排列，相鄰脊狀條則形成導流通道，用以將通入的反應氣體從該第二開口，沿徑向呈放射狀導引至該導流板的邊緣；及一第二板，具有第三開口，使得該導流板位於該第一板與該第二板之間，該第二板包含複數覆蓋片，其彼此分離並具有空隙，但是靠近該第三開口處則互相連接；其中該噴氣裝置的導流通道靠近邊緣處的出口對準於該蓋板的氣體通道靠近開口處的入口。
13. 根據申請專利範圍第12項所述之氣相沉積裝置，其中該長脊條從鄰近該蓋板中央的開口處往該蓋板的邊緣，其基部寬度逐漸增大。
14. 根據申請專利範圍第12項所述之氣相沉積裝置，其中該長脊條的剖面具三角形輪廓。
15. 根據申請專利範圍第14項所述之氣相沉積裝置，其中該長脊條靠近谷部具有圓弧面。
16. 根據申請專利範圍第12項所述之氣相沉積裝置，其中該長脊條靠近頂部具有圓弧面，且靠近谷部具有圓弧面。
17. 根據申請專利範圍第12項所述之氣相沉積裝置，其中該脊狀條的剖面呈三角形輪廓。
18. 根據申請專利範圍第12項所述之氣相沉積裝置，其中該脊狀條從鄰近該第二開口處往該導流板的邊緣，其基部寬度逐漸增大。
19. 根據申請專利範圍第12項所述之氣相沉積裝置，其中該脊狀條靠近頂面的兩側具有凹陷，該覆蓋片沿徑向的側邊嵌入該脊狀條的凹陷。
20. 根據申請專利範圍第12項所述之氣相沉積裝置，更包含一保護板，使得該第二板位於該導流板與該保護板之間。