TWM633649U

TWM633649U - 一種磊晶生長設備

Info

Publication number: TWM633649U
Application number: TW111205166U
Authority: TW
Inventors: 丁肇誠; 呂理宏; 王懷義; 范一龍
Original assignee: 寶虹科技股份有限公司
Priority date: 2022-05-19
Filing date: 2022-05-19
Publication date: 2022-11-01

Abstract

一種磊晶生長設備，包括一腔體、一氣體噴頭以及一承載盤。該氣體噴頭設置於該腔體內的一頂部，該氣體噴頭包括一環形噴氣部、一位於該環形噴氣部內的中央噴氣部以及一位於該環形噴氣部以及該中央噴氣部之間的環形抽氣部。該承載盤設置於該腔體內且位於該氣體噴頭之下，該承載盤被配置為承載一待生長磊晶的基板。

Description

一種磊晶生長設備

本新型有關於一種半導體製程設備，特別是關於一種磊晶生長設備。

磊晶（Epitaxy）是用於半導體元件製造的常見技術之一，是在原有晶片上成長或沉積出新的結晶，而得到新的半導體層。磊晶技術可用以製造各種半導體元件，特別是應用於化合物半導體的晶圓。常見的磊晶技術包括物理氣相沉積（Physical Vapor Deposition, PVD）和化學氣相沉積（Chemical Vapor Deposition, CVD），其中化學氣相沉積是藉由製程氣體的化學反應而沉積薄膜在基板上。

以化學氣相沉積來說，化學反應過程中會產生多種副產物(或廢氣)而影響磊晶成長，習知的處理方式是利用抽氣裝置將該些副產物抽離反應腔室，如台灣發明專利公告第TW I746222B、TW I480417B號及台灣專利公開第TW 202104650A號。然而，習知的磊晶生長設備仍難以有效地將該些副產物移除，導致該些副產物殘留或擴散至反應區而影響磊晶成長的品質。因此，在磊晶生長設備中如何有效地移除製程氣體在化學反應後產生的副產物，乃本領域所屬技術人員欲解決的問題。

本新型主要目的在於解決習知半導體磊晶設備在移除廢氣及副產物效率不佳的問題。

為達上述目的，本新型提供一種磊晶生長設備，包括一腔體、一氣體噴頭以及一承載盤。該氣體噴頭設置於該腔體內的一頂部，該氣體噴頭包括一環形噴氣部、一位於該環形噴氣部內的中央噴氣部以及一位於該環形噴氣部以及該中央噴氣部之間的環形抽氣部。該承載盤設置於該腔體內且位於該氣體噴頭之下，該承載盤被配置為承載一待生長磊晶的基板。其中，該環形噴氣部提供一向下的環形氣幕，該中央噴氣部提供一向下的製程氣體，該腔體對應該環形氣幕以及該製程氣體而定義出一非磊晶生長區以及一磊晶生長區，而該環形抽氣部在該環形噴氣部及該中央噴氣部之間對該磊晶生長區進行抽氣以將該基板生長磊晶時的廢氣抽離該磊晶生長區。

據此，本新型的磊晶生長設備是利用該中央噴氣部供應該製程氣體，藉由該環形噴氣部供應該環形氣幕，提高該製程氣體停留在該磊晶生長區的時間及濃度，提升磊晶的品質，最後由該環形抽氣部將該製程氣體進行化學反應後產生的副產物抽離該磊晶生長區。該環形抽氣部本身被設置在該中央噴氣部以及該環形噴氣部之間，並對應於該磊晶生長區之上，可大幅增加抽氣的效率。因此，本新型的該磊晶生長設備可將副產物飄散至該非磊晶生長區之前，有效地將其抽離該腔體，提供該基板更潔淨的沉積環境。

本文所使用的術語僅是基於闡述特定實施例的目的而並非限制本新型。除非上下文另外指明，否則本文所用單數形式“一”及“該”也可能包括複數形式。

本文所使用的方向性用語，例如上、下、左、右、前、後及其衍生詞或同義詞，乃涉及附圖中的元件的方位，並非限制本新型，除非上下文另外明確記載。有關本新型的詳細說明及技術內容，現就配合圖式說明如下：

參閱『圖1』，本新型揭示一種磊晶生長設備，包括一腔體10、一氣體噴頭20、一承載盤30、一加熱器40以及一真空抽氣裝置50。該氣體噴頭20設置於該腔體10內且位於該腔體10的一頂部，該氣體噴頭20包括一中央噴氣部21、一環形抽氣部22以及一環形噴氣部23，該中央噴氣部21位於該環形噴氣部23內，該環形抽氣部22位於該環形噴氣部23以及該中央噴氣部21之間。

如『圖2』所示，為本新型一實施例的氣體噴頭的仰視示意圖，從該氣體噴頭20的一中心向外依序為該中央噴氣部21、該環形抽氣部22以及該環形噴氣部23。該中央噴氣部21、該環形噴氣部23分別具有複數噴氣孔211、231，該環形抽氣部22具有複數抽氣孔221。該中央噴氣部21的該噴氣孔211的排列分佈為一圓形圖案，該環形抽氣部22的該抽氣孔221的排列分佈為一第一環形圖案，該環形噴氣部23的該噴氣孔231的排列分佈為一第二環形圖案。在某些實施例中，該中央噴氣部21的該噴氣孔211也可為一環形陣列排列、一矩形陣列排列或以一其它圖案排列的設置。該環形抽氣部22的該抽氣孔221以及該環形噴氣部23的該噴氣孔231可為等間距或不等間距的設置。

回到『圖1』，該承載盤30設置於該腔體10內且位於該氣體噴頭20之下，該承載盤30承載一待生長磊晶的基板60。該加熱器40設置於該腔體10內且位於該承載盤30之下，用於加熱該基板60。該真空抽氣裝置50設置於該腔體10外並透過一抽氣管路51連接該腔體10，該真空抽氣裝置50在製程開始前對該腔體10抽氣使該腔體10內部形成一真空狀態。

該中央噴氣部21下方對應地定義出一磊晶生長區11，該磊晶生長區11之外為一非磊晶生長區12，該中央噴氣部21提供一向下吹送的製程氣體21a(如『圖3A』所示)，該製程氣體21a依製程的不同而被配置為覆蓋該基板60或該基板60的一中心區域。該環形噴氣部23提供一向下吹送的環形氣幕23a(如『圖3B』所示)，該環形氣幕23a依製程的不同而被配置為覆蓋該基板60的一外環區域或該基板60之外的一外環區域。該環形氣幕23a可作為一環形屏障，避免該製程氣體21a向外溢散，也可以避免外部的汙染物或雜質進入該磊晶生長區11。

本新型中，該環形抽氣部22和該環形噴氣部23以及該中央噴氣部21共同地設置於該氣體噴頭20而位於該基板60的上方，據此提供一向上的抽氣氣流22a(如『圖3C』所示)。且從平面配置觀之，該環形抽氣部22位於該環形噴氣部23以及該中央噴氣部21之間，如此一來，該環形抽氣部22直接地緊鄰該中央噴氣部21，而非位於該環形噴氣部23之外，從而更有效率地將該製程氣體21a進行化學反應產生的副產物或廢氣抽離。另一方面，本新型採用頂部吸氣的方式利用該抽氣氣流22a抽取副產物或廢氣；不若側向抽氣的方式，該磊晶生長區11所產生的副產物或廢氣需要穿過該環形氣幕23a才能被抽離，效率較差，且會破壞該環形氣幕23a的氣流結構。此外，由於該環形抽氣部22和該環形噴氣部23以及該中央噴氣部21共同地位於該基板60的上方，該抽氣氣流22a和該環形氣幕23a以及該製程氣體21a為反向，該抽氣氣流22a對該環形氣幕23a以及該製程氣體21a的氣流影響甚小，可以確保各氣流在磊晶製程發揮各別的功能。

進一步來說，該中央噴氣部21朝該基板60向下吹送該製程氣體21a，該製程氣體21a可為矽烷蒸氣(SiH ₄)、矽烷蒸氣(SiH ₄)和氧氣(O ₂)的混合物、矽烷蒸氣(SiH ₄)和氨氣(NH ₃)的混合物、金屬鹵化物(例如WF ₆)或金屬鹵化物和氫氣的混合物。同時，該環形噴氣部23提供向下吹送的該環形氣幕23a，並產生一邊界層(boundary layer)，以阻隔該製程氣體21a向外溢散，該環形氣幕23a可以是一惰性氣體，該惰性氣體包括但不限為為氮氣、氦氣或氬氣等。

詳細而言，該腔體10對應該製程氣體21a而定義有該磊晶生長區11，該腔體10對應該環形氣幕23a而定義有該非磊晶生長區12，該製程氣體21a在該磊晶生長區11產生化學反應並沉積該基板60上，而該環形氣幕23a可防止該製程氣體21a自該磊晶生長區11外流至該非磊晶生長區12，以提高該製程氣體21a停留在該磊晶生長區11內的時間及其濃度，使該製程氣體21a可以充分地產生化學反應並沉積於該基板60的表面，可有效的提升磊晶的品質及其均勻性。

該製程氣體21a在該磊晶生長區11產生化學反應的過程中，會產生化學反應後的一副產物(如廢氣、未反應完全的該製程氣體21a)，若該副產物長時間的停滯在該磊晶生長區11，將會影響該製程氣體21a沉積在該基板60的均勻性及有效性。因此，在該中央噴氣部21提供向下吹送的該製程氣體21a以及該環形噴氣部23提供向下吹送的該環形氣幕23a的同時，該環形抽氣部22對該磊晶生長區11進行抽氣以將該基板60生長磊晶時產生的該副產物抽離該磊晶生長區11，避免該副產物影響該製程氣體21a沉積在該基板60的均勻性及有效性。另一方面，該環形抽氣部22是位於該非磊晶生長區12之內而設置在該中央噴氣部21以及該環形噴氣部23之間，因此，該副產物在向外飄散至該非磊晶生長區12之前，可有效地被該環形抽氣部22抽離該磊晶生長區11。換言之，透過該環形抽氣部22的設置，可有效避免該副產物回流至該磊晶生長區11或飄散至該腔體10的其他區域。

綜上所述，本新型的磊晶生長設備藉由環形抽氣部設置於承載盤及基板的上方，提供了垂直方向的抽氣氣流，由於環形抽氣部是配置於環形噴氣部以及中央噴氣部之間，抽氣氣流因此可以接觸磊晶生長區而將副產物或廢氣直接從磊晶生長區向上地抽離。相較於此，習知技術是從氣幕外側向地抽離，副產物或廢氣需要穿過氣幕，除了會破壞氣幕的氣流結構之外，副產物或廢氣也可能受到阻擋而無法有效地被帶離。因此，本新型的環形抽氣部可以更有效率且快速地將製程氣體進行化學反應後產生的副產物或廢氣抽離磊晶生長區而不會隨著磊晶生長區內的氣流任意擴散，也不會飄散至非磊晶生長區之外而汙染腔體內的環境。

10:腔體 11:磊晶生長區 12:非磊晶生長區 20:氣體噴頭 21:中央噴氣部 211:噴氣孔 22:環形抽氣部 221:抽氣孔 23:環形噴氣部 231:噴氣孔 21a:製程氣體 22a:抽氣氣流 23a:環形氣幕 30:承載盤 40:加熱器 50:真空抽氣裝置 51:抽氣管路 60:基板

『圖1』，為本新型一實施例的結構示意圖。『圖2』，為本新型一實施例的氣體噴頭的仰視示意圖。『圖3A』至『圖3C』，為本新型一實施例的氣體噴頭的氣流示意圖。

10:腔體

11:磊晶生長區

12:非磊晶生長區

20:氣體噴頭

21:中央噴氣部

22:環形抽氣部

23:環形噴氣部

30:承載盤

40:加熱器

50:真空抽氣裝置

51:抽氣管路

60:基板

Claims

一種磊晶生長設備，包括：一腔體；一氣體噴頭，設置於該腔體內的一頂部，該氣體噴頭包括一環形噴氣部、一位於該環形噴氣部內的中央噴氣部以及一位於該環形噴氣部以及該中央噴氣部之間的環形抽氣部；以及一承載盤，設置於該腔體內且位於該氣體噴頭之下，該承載盤被配置為承載一待生長磊晶的基板；其中，該環形噴氣部提供一向下的環形氣幕，該中央噴氣部提供一向下的製程氣體，該腔體對應該環形氣幕以及該製程氣體而定義出一非磊晶生長區以及一磊晶生長區，而該環形抽氣部在該環形噴氣部及該中央噴氣部之間對該磊晶生長區進行抽氣以將該基板生長磊晶時的廢氣抽離該磊晶生長區。
如請求項1所述的磊晶生長設備，其中還包括一加熱器，該加熱器設置於該腔體內且位於該承載盤之下。
如請求項1所述的磊晶生長設備，其中還包括一真空抽氣裝置，該真空抽氣裝置與該腔體連接。
如請求項1所述的磊晶生長設備，其中該中央噴氣部以及該環形噴氣部分別包括複數噴氣孔，該環形抽氣部包括複數抽氣孔。