TWI710674B - 爐管及多晶矽成長方法 - Google Patents

Abstract

本揭露提供一種爐管與一種多晶矽成長的方法。一種爐管包括一內管壁、一爐門、一連接桿以及一噴氣管。內管壁定義一容置空間。爐門設置於內管壁的一端。連接桿位於爐門上。噴氣管位於容置空間中。噴氣管具有至少一開孔及一管壁，其中管壁面向內管壁，且開孔係開設於管壁上。

Description

爐管及多晶矽成長方法

本揭露是有關於一種爐管及多晶矽成長方法，特別是有關於利用此爐管進行的多晶矽成長方法。

在積體電路或是太陽能電池產業中，通常將放置晶圓於爐管中，並藉由通入氣體，以在晶圓表面沉積多晶矽。然而，由於在上述的積體電路或是太陽能電池產業中，通常一次需要製備大量晶圓的多晶矽成長，而在晶圓表面大面積沉積多晶矽的情況之下，容易於晶圓的邊緣產生多晶矽成長的膜厚不均勻的現象，而此膜厚不均勻的問題會對於最終電子產品的品質造成不利的影響。

在本揭露之一實施方式中，一種爐管包括一內管壁、一爐門、一連接桿以及一噴氣管。內管壁定義一容置空間。爐門設置於內管壁的一端。連接桿位於爐門上。噴氣管位於容置空間中。噴氣管具有至少一開孔及一管壁，其中管壁面向內管壁，且開孔係開設於管壁上。

在一些實施方式中，爐管更包括一外管壁，位於內管壁的外側。

在一些實施方式中，連接桿具有一卡榫，卡榫係用以卡合一晶舟上的一卡孔，以將固定晶舟於容置空間中。

在一些實施方式中，噴氣管在內管壁上的垂直投影與晶舟在內管壁上的垂直投影不重疊。

在一些實施方式中，爐管更包含一抽氣管，位於容置空間內，抽氣管係用以連接一抽氣幫浦。

在一些實施方式中，其中開孔的直徑為1毫米至30毫米。

在本揭露之另一實施方式中，一種多晶矽成長的方法包括以下步驟。加熱一爐管。將載有複數晶圓的一晶舟放置於爐管內。提供一氣體進入爐管內的一噴氣管中，使得氣體從噴氣管朝爐管的一內管壁噴射。

在一些實施方式中，提供氣體進入爐管內的噴氣管是在加熱爐管之後執行的。

在一些實施方式中，多晶矽成長的方法更包括對爐管抽氣操作，以使爐管內的壓力實質上真空。

在一些實施方式中，提供氣體進入爐管內的噴氣管是在對爐管抽氣之後執行的。

本揭露所提供的爐管與多晶矽成長的方法可以增加氣體擴散的距離，使得氣體沉積於晶圓表面時以較均勻的濃度進行沉積，進而可改善晶圓上多晶矽成長的均勻性。

以上所述僅係用以闡述本揭露所欲解決的問題、 解決問題的技術手段及其產生的功效等等，本揭露之具體細節在下文的實施方式及相關圖式中詳細介紹。

10‧‧‧爐管

100‧‧‧內管壁

102‧‧‧外管壁

110‧‧‧爐門

120‧‧‧連接桿

122‧‧‧卡榫

130‧‧‧噴氣管

132、132a‧‧‧開孔

134‧‧‧管壁

140‧‧‧容置空間

150‧‧‧加熱器

160‧‧‧抽氣管

170‧‧‧連接管

200‧‧‧晶舟

202‧‧‧卡孔

204‧‧‧晶圓槽

210、210a‧‧‧晶圓

300‧‧‧抽氣幫浦

400‧‧‧氣體源

530a、530b、530c、630a、630b、630c‧‧‧噴氣管

532a、532b、532c‧‧‧開孔

R‧‧‧直徑

D‧‧‧距離

為讓本揭露之上述和其他目的、特徵、優點與實施方式能更明顯易懂，所述圖式之說明如下：

第1圖為繪示根據本揭露一實施方式的爐管於一操作狀態下的示意圖。

第2圖為繪示根據本揭露一實施方式的爐管於另一操作狀態下的示意圖。

第3圖為繪示根據本揭露一實施方式的爐管於再一操作狀態下的示意圖。

第4圖為繪示根據本揭露一實施方式的爐管之剖面圖。

第5A圖至第5C圖為繪示根據本揭露一實施方式的噴氣管內的開口形狀的示意圖。

第6A圖至第6C圖為繪示根據本揭露一實施方式的噴氣管形狀的示意圖。

下文係舉實施方式配合所附圖式作詳細說明，以更好地理解本案的態樣。然而本發明可以藉由許多不同形式實現，並且不應解釋為侷限於本發明所闡述的實施方式。更確切地，提供這些實施方式是為了使本發明內容詳盡且全面，並且可以將本發明的範圍全面地轉達給本領域熟知此項技藝者。在 諸圖式中，可為了清楚而誇示層及區之大小及相對大小。類似數字意旨類似元件。應瞭解到，本發明中所使用，術語「及/或」包括相關聯之列出項目中之任一者及一或多者之所有組合。在下文將參閱隨附圖式詳細地描述本發明之各例示性實施方式。

第1圖至第3圖為繪示根據本揭露一實施方式的爐管10在不同操作狀態下的示意圖。先參閱第1圖，爐管10包括一內管壁100、一外管壁102、一爐門110、一連接桿120以及一噴氣管130。內管壁100為一個環狀的管壁，外管壁102位於內管壁100的外側，內管壁100與外管壁102呈同心圓排列。內管壁100定義一容置空間140。爐門110設置於內管壁100的一端。當爐門110開啟時，晶舟200(見第2圖)及其上所裝載的晶圓210(見第2圖)可由爐門110放置於容置空間140中。爐門110可以為一氣密門，以達到防止氣體藉由爐門110進出的效果。連接桿120位於爐門110上，連接桿120上具有一卡榫122，配置以固定晶舟200(見第2圖)。

噴氣管130位於容置空間140中。噴氣管130具有至少一開孔132及一管壁134，其中管壁134面向爐管10的內管壁102，且開孔132係開設於管壁134上。在一些實施方式中，噴氣管130可具有一個或多個開孔132。詳細來說，開孔132位於噴氣管130的管壁134的底部，且朝向爐管10的內管壁102，以使噴氣管130的氣體可經由開口132直噴內管壁102。在一些實施方式中，噴氣管130是一個中空的管體，以使氣體可經由噴氣管130流入或流出。在一些實施方式中，由於爐管 10內的多晶矽成長製程通常在較高溫度下進行，故爐管10與噴氣管130可選用耐高溫的石英材質所製成。

在一些實施方式中，爐管10的內管壁100與外管壁102之間設置有一連串的加熱器150，此加熱器150可透過外部連接的一控制器所控制。加熱器150係用以提高容置空間140內的溫度，前述的溫度與爐管10製程的條件有關。舉例來說，在多晶矽成長的製程中，加熱器150可提高容置空間140內的溫度至攝氏500度到600度之間。在一些實施方式中，加熱器150可以是電阻加熱器(resistive heater)，但本揭露並不以此為限，也可以替代地使用任何適當類型的加熱器，如使用蒸汽的輻射加熱器、使用燃燒碳氫化合物的輻射加熱器，或是其他可用於轉換熱量的任何適當的元件所構成的加熱器。

在一些實施方式中，爐管10更包括一抽氣管160，抽氣管160位於容置空間140內，抽氣管160係用以連接一抽氣幫浦300(見第2圖)。詳細來說，抽氣管160位於容置空間140內，並延伸出容置空間140外，以連接抽氣幫浦300(見第2圖)。在一些其他的實施方式中，爐管10更包括一連接管170，連接管170連接於噴氣管130，用以將氣體經由連接管170流入到噴氣管130。詳細來說，噴氣管130位於容置空間140內，而連接管170的一部分位於容置空間140內且與噴氣管130相連接，連接管170的另一部分延伸出容置空間140外。抽氣管160與連接管170將分別在第2圖與第3圖詳細介紹。

繼續參閱第2圖。第2圖為繪示根據本揭露一實施方式的爐管10於另一操作狀態下的示意圖。如第2圖所示，在 利用加熱器150加熱爐管10中容置空間140之後，將載有複數晶圓210的晶舟200放置於爐管10內。在一些實施方式中，晶舟200具有一卡孔202，卡孔202對應於連接桿120的卡榫122。也就是說，卡孔202與卡榫122卡合，藉以固定晶舟200於容置空間140中。

在一些實施方式中，晶舟200上設置有多個晶圓槽204，每一個晶圓槽204分別對應一個晶圓210。換句話說，晶圓210可藉由晶圓槽204而固定於晶舟200上。晶圓210的數量可依據實際的製程需求而定，並選用符合晶圓210數量的晶舟200。舉例來說，在多晶矽成長的製程中，晶圓210的數量可多達1200片，且每個晶圓210分別設置於晶舟200的每個晶圓槽204上。

如第2圖所示，將載有晶圓210的晶舟200放置於容置空間140內之後，於抽氣管160上連接抽氣幫浦300，以對爐管10執行抽氣操作。在本實施方式中，藉由抽氣幫浦300進行抽氣，以使容置空間140內的壓力為實質上真空，而有助於執行後續多晶矽成長的製程。

繼續參閱第3圖。第3圖為繪示根據本揭露一實施方式的爐管10於再一操作狀態下的示意圖。如第3圖所示，當爐管10內的壓力為實質上真空之後，於連接管170上連接一氣體源400，並提供氣體，使得氣體可從氣體源400經由連接管170而通往噴氣管130。在本實施方式中，氣體源400的氣體為含矽氣體，以提供晶圓210表面的多晶矽成長。舉例來說，氣體源400的氣體為矽甲烷(silane)。在本實施方式中，由於噴 氣管130的管壁134上具有開孔132，且管壁134面向爐管10的內管壁102，則氣體源400的氣體可從噴氣管130的開孔132朝向內管壁102噴射，再由內管壁102反彈而抵達晶圓210。如此一來，氣體流動所擴散的距離增加，進而有助於改善晶圓210表面多晶矽成長膜厚不均的現象。

參閱第4圖。第4圖為繪示根據本揭露一實施方式的爐管10之剖面圖。在本實施方式中，噴氣管130與晶舟200之間至少相隔一定距離，如此可增加氣體流動所擴散的距離，以使氣體沉積於晶圓210表面時以較均勻的濃度進行沉積，進而可改善晶圓210上多晶矽成長的均勻性。換句話說，噴氣管130在爐管10的內管壁100上的垂直投影與晶舟200在內管壁100的垂直投影不重疊。如第4圖所示，噴氣管130上最遠離連接管170的開口132a與晶舟200上最接近噴氣管130的晶圓210a，兩者之間具有一距離D。開口132a與晶圓210a之間的距離D的範圍可介於5公分至100公分之間，在此範圍內的距離D有助於改善晶圓210多晶矽成長的均勻性。當開口132a與晶圓210a之間的距離D大於100公分時，此時需要很大的排氣量，且因開口132a與晶圓210a之間的距離D太遠，氣體的濃度梯度也會不足，進而造成晶圓210上多晶矽成長的均勻性不足。相對來說，當開口132a與晶圓210a之間的距離D小於5公分時，氣體流動所擴散的距離不足，而晶圓210上多晶矽成長的均勻性也會不足。

在一些實施方式中，開口132具有一直徑R，直徑R的範圍為1毫米至30毫米之間，以達到良好的排氣量效果。 也就是說，開口132的直徑R可根據爐管10所需的排氣量設計。當開口132的直徑R大於30公分時，氣體的壓力會太小，而導致氣體噴出的速率緩慢，使得晶圓210上的多晶矽成長不均勻。當開口132的直徑R小於1毫米時，經由開口132噴射到爐管10的內管壁100之排氣量可能不足，使得晶圓210上的多晶矽成長不均勻。

參閱第5A圖至第5C圖。第5A圖至第5C圖為繪示根據本揭露一實施方式的噴氣管內的開口形狀的示意圖。如第5A圖所示，噴氣管530a的開口532a可以是圓形。如第5B圖所示，噴氣管530b的開口532b可以是矩形。如第5C圖所示，噴氣管530c的開口532c可以是橢圓形。也就是說，在爐管內多晶矽成長的製程中，基於使用者實際上操作的需求，噴氣管的開口形狀可設計為圓形、矩形或橢圓形，本揭露並不在此限制。

參閱第6A圖至第6C圖。第6A圖至第6C圖為繪示根據本揭露一實施方式的噴氣管形狀的示意圖。如第6A圖所示，噴氣管630a可以是一圓柱形的管體，且此圓柱形的管體是中空的，以使氣體可經由噴氣管630a流入與流出。如第6B圖所示，噴氣管630b可以是一長方柱形的管體，且此長方柱型的管體是中空的，以使氣體可經由噴氣管630b流入與流出。如第6C圖所示，噴氣管630c可以是一橢圓柱形的管體，且此橢圓柱形的管體是中空的，以使氣體可經由噴氣管630c流入與流出。也就是說，在爐管內多晶矽成長的製程中，基於使用者實際上操作的需求，噴氣管的可設計為圓柱形、長方柱形或橢圓柱形，本揭露並不在此限制。

綜上所述，本揭露提供一種爐管與一種多晶矽成長的方法。爐管內的噴氣管具有至少一開孔，噴氣管的管壁面向爐管的內管壁，且開孔係開設於管壁上。藉由使用上述的爐管結構，可以增加氣體擴散的距離，使得氣體沉積於晶圓表面時以較均勻的濃度進行沉積，進而可改善晶圓上多晶矽成長的均勻性。

雖然本揭露已經將實施方式詳細地揭露如上，然而其他的實施方式也是可能的，並非用以限定本揭露。因此，所附之權利要求的精神及其範圍不應限於本揭露實施方式之說明。

本領域任何熟習此技藝者，在不脫離本揭露之精神和範圍內，當可作各種之改變或替換，因此所有的這些改變或替換都應涵蓋於本揭露所附權利要求的保護範圍之內。

10‧‧‧爐管

100‧‧‧內管壁

102‧‧‧外管壁

110‧‧‧爐門

120‧‧‧連接桿

122‧‧‧卡榫

130‧‧‧噴氣管

132‧‧‧開孔

134‧‧‧管壁

140‧‧‧容置空間

150‧‧‧加熱器

160‧‧‧抽氣管

170‧‧‧連接管

200‧‧‧晶舟

202‧‧‧卡孔

204‧‧‧晶圓槽

210‧‧‧晶圓

300‧‧‧抽氣幫浦

400‧‧‧氣體源

Claims (9)

1. 一種爐管，包含：一內管壁，該內管壁定義一容置空間；一爐門，設置於該內管壁的一端；一連接桿，位於該爐門上，且該連接桿配置以將一晶舟放置於該容置空間內；以及一噴氣管，位於該容置空間中，該噴氣管具有至少一開孔及一管壁，其中該管壁面向該內管壁，且該開孔係開設於該管壁上，且其中該噴氣管在該內管壁上的垂直投影與該晶舟在該內管壁上的垂直投影不重疊。
2. 如請求項1所述之爐管，更包含：一外管壁，位於該內管壁的外側。
3. 如請求項1所述之爐管，其中該連接桿具有一卡榫，該卡榫係用以卡合該晶舟上的一卡孔，以固定該晶舟於該容置空間中。
4. 如請求項1所述之爐管，更包含：一抽氣管，位於該容置空間內該抽氣管係用以連接一抽氣幫浦。
5. 如請求項1所述之爐管，其中該開孔的直徑為1毫米至30毫米。
6. 一種多晶矽成長的方法，包含：加熱一爐管；將載有複數晶圓的一晶舟放置於該爐管內；以及提供一氣體進入該爐管內的一噴氣管中，使得該氣體從該噴氣管朝該爐管的一內管壁噴射，其中該噴氣管在該內管壁上的垂直投影與該晶舟在該內管壁上的垂直投影不重疊。
7. 如請求項6所述之多晶矽成長的方法，其中提供該氣體進入該爐管內的該噴氣管中是在加熱該爐管之後執行的。
8. 如請求項6所述之多晶矽成長的方法，更包含：對該爐管抽氣操作，以使該爐管內的壓力實質上真空。
9. 如請求項8所述之多晶矽成長的方法，其中提供該氣體進入該爐管內的該噴氣管中是在對該爐管抽氣之後執行的。

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