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TW201837986A - 用於半導體製程之氣體噴射器與頂板之組合及成膜裝置 - Google Patents

用於半導體製程之氣體噴射器與頂板之組合及成膜裝置 Download PDF

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TW201837986A TW106110963A TW106110963A TW201837986A TW 201837986 A TW201837986 A TW 201837986A TW 106110963 A TW106110963 A TW 106110963A TW 106110963 A TW106110963 A TW 106110963A TW 201837986 A TW201837986 A TW 201837986A
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    • C23C16/455—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for introducing gases into reaction chamber or for modifying gas flows in reaction chamber
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Abstract

一種用於半導體製程之氣體噴射器與頂板之組合，該組合包含一氣體噴射器及一頂板。該氣體噴射器包含一氣體流道部、一與該氣體流道部連通之噴流部及複數個設置於該噴流部表面之固定部。該頂板包含一嵌合部，以收容並卡合該複數個固定部。

Description

用於半導體製程之氣體噴射器與頂板之組合及成膜裝置
本發明係關於一種於半導體基板上形成薄膜之氣相成膜裝置，詳細而言，係關於一種用於半導體製程之氣體噴射器與頂板之組合。
在半導體基板上形成薄膜過程中，成膜裝置容納基板之反應腔內係利用氣體噴射器將氣體源供應之氣體水平(或垂直)噴射至承載盤(susceptor)上之基板上方進行混合，再利用加熱所引起的物理或化學反應，從而在基板(例如：晶圓)上沉積薄膜。氣體噴射器的設計必須令氣源氣體水平噴出並達成均勻分布於旋轉之基板表面，從而於基板表面產生均勻的邊界層，以利沉積薄膜之進行。
圖1係一習知成膜裝置之反應腔之剖視示意圖。一成膜裝置包含一用於產生氣相沉積薄膜之反應腔10，其係由腔壁11及腔體蓋12圍設一接近真空之密閉腔室。該腔室內設有一基板保持構件13，係用以承載及固定至少一片基板W。與基板保持構件13相對有一頂板(ceiling；對向板)14，又腔體蓋12中央設有一氣體噴射器15。該氣體噴射器14係用於導入及輸送用於製程之氣體，例如：H2/N2/V族原料氣體、III族原料氣體與載送氣體(carrier gas)之混合及H2/N2/V族原料氣體，並水平噴射至基板W之上進行混合，再利用加熱所引起的物理或 化學反應，從而在晶圓W上沉積薄膜。
在薄膜沉積製程中，附加在腔體蓋12內之上側的頂板14的下表面溫度必須被控制約300℃左右，以避免製程中髒污顆粒堆積附著於頂板14之下表面並隨之掉落於晶圓之上，造成製程晶圓的良率不佳。附加在腔體蓋12之上的頂板14與腔體蓋12有一間距，該間距可以通入不同流量與氣體組合之混合氣體以控制頂板14下表面的溫度，目的為防止製程中堆積髒污顆粒附著於頂板14之下表面。此一設計必須使用氫氣(H2)與氮氣(N2)以及氣體流量控制器(MFC)以調變不同流量與氣體組合，並且必須令頂板14與腔體蓋12之間距維持在0.1mm並且非常均勻，以利產生組合氣體流過時之均勻性，進而達成溫度的均勻性。
傳統固定頂板於腔體蓋之方式略有幾種。其中一種係利用特殊之工具將一固定環緊固於頂板之表面，然因不同設備人員之操作差異，會影響組裝後之整體組合公差及定位。另一種係藉由四根旋轉抓取勾抓住頂板上相應之卡持部。因抓取後移動時易於四根旋轉抓取勾間發生不平均之問題，從而造成頂板平面度不均勻，故不利於上述組合氣體流過時之均勻性。
綜上所述，半導體製造亟需要一種能改善前述組裝不易及氣流均勻等問題之氣相成膜裝置，藉此可以提昇沉積薄膜之品質。
本申請案係提供一種用於半導體製程之氣體噴射器與頂板之組合，其係藉由改善頂板之固定機制，藉由自動化機構對準及卡合，從而增進組裝之效率。
本申請案係提供一種氣相成膜裝置，增進頂板及腔體蓋組合後之配合公差及頂板平面度，故能避免組合氣體流動不均勻之問題產生。
於是，本發明提出一實施例，一種用於半導體製程之氣體噴射器與頂板之組合，該組合包含：一氣體噴射器，該氣體噴射 器包含一氣體流道部、一與該氣體流道部連通之噴流部及複數個設置於該噴流部表面之固定部；以及一頂板，該頂板包含一收容並卡合該複數個固定部之嵌合部及一與該嵌合部結合之平板。
於另一實施例中，各該複數個固定部包括一第一定位件，又該嵌合部包括複數個與該等第一定位件配合之第二定位件。各該第一定位件係一定位銷及一定位孔中一者，該第二定位件係另一者。
於另一實施例中，該嵌合部具有一開口及一與該平板間形成之容室，該複數個固定部係由該開口進入並旋轉後收容於該容室內之相應位置。
於另一實施例中，該平板之中央有一通孔，該通孔可容許該噴流部之部分通過。
於另一實施例中，該複數個固定部係呈輻射狀凸設於該噴流部之四周。該嵌合部之開口係配合該噴流部及凸設之該複數個固定部之尺寸而形成。
本發明另提出一實施例，一種用於半導體製程之成膜裝置，包含：一反應腔；一氣體噴射器，該氣體噴射器包含一氣體流道部、一與該氣體流道部連通之噴流部及複數個設置於該噴流部表面之固定部；以及一頂板，係鄰接於該反應腔內之上壁面，該頂板包含一收容並卡合該複數個固定部之嵌合部及一與該嵌合部結合之平板。
於另一實施例中，各該複數個固定部包括一第一定位件，又該嵌合部包括複數個與該等第一定位件配合之第二定位件。各該第一定位件係一定位銷及一定位孔中一者，該第二定位件係另一者。
於另一實施例中，該嵌合部具有一開口及一與該平板間形成之容室，該複數個固定部係由該開口進入並旋轉後收容於該容室內之相應位置。
於另一實施例中，該平板之中央有一通孔，該通孔可容許該噴流部之部分通過。
於另一實施例中，該複數個固定部係呈輻射狀凸設於該噴流部之四周。該嵌合部之開口係配合該噴流部及凸設之該複數個 固定部之尺寸而形成。
於另一實施例中，該成膜裝置更包含一定位固定機構，該定位固定機構包含一與該氣體噴射器結合之聯結固定座、一固定於該聯結固定座之移動件及一使該移動件產生線性運動之驅動件。該定位固定機構另包含一和該氣體流道部相對滑動之軸套，該軸套係固定於該反應腔之外部。
於另一實施例中，該成膜裝置更包含一旋轉機構，該旋轉機構驅動該氣體噴射器產生旋轉以致卡合該複數個固定部於該嵌合部。
10、20‧‧‧反應腔
11、21‧‧‧腔壁
12、22‧‧‧腔體蓋
13、23‧‧‧基板保持構件
14、24‧‧‧頂板
15、25‧‧‧氣體噴射器
26‧‧‧定位固定機構
27‧‧‧氣體供應源
28‧‧‧旋轉機構
241‧‧‧平板
242‧‧‧嵌合部
251‧‧‧氣體流道部
252‧‧‧噴流部
253、553、553’‧‧‧固定部
261‧‧‧滾珠螺桿
262‧‧‧螺帽
263‧‧‧軸套
264‧‧‧聯結固定座
2421‧‧‧開口
2422‧‧‧容室
2423‧‧‧第二定位件
2424‧‧‧沉頭孔
2531、5531、5531’‧‧‧第一定位件
W‧‧‧基板
圖1係繪示一習知成膜裝置之反應腔之剖視示意圖。
圖2係繪示本申請案一實施例之成膜裝置之反應腔的剖視示意圖。
圖3A係繪示圖2中氣體噴射器之立體示意圖。
圖3B係繪示圖2中頂板之立體示意圖。
圖4係繪示圖3B之嵌合部之仰視圖。
圖5A及5B繪示本申請案其他實施例中固定部之立體示意圖。
以下，就實施本發明之各種實施形態來加以說明。請參照隨附的圖式，並參考其對應的說明。另外，本說明書及圖式中，實質相同或相同的構成會給予相同的符號而省略其重複的說明。
圖2係繪示本申請案一實施例之成膜裝置之反應腔的剖視示意圖。如圖所示，成膜裝置2之反應腔20係用於III/V族化合物半導體成膜裝置之範例，其係由腔壁21及腔體蓋22圍設一接近真空之密閉腔室。該腔室內設有一基板保持構件23，係用以承載及固定至少一片基板W。與基板保持構件23相對有一頂板(ceiling；對向板)24，又腔 體蓋22中央設有一氣體噴射器25。
該頂板24包含一平板241及一用於收容並卡合該複數個固定部253之嵌合部242，該嵌合部242與平板241相互結合。該氣體噴射器25包含一輸送III族及V族原料氣體之氣體流道部251、一與該氣體流道部251連通之噴流部252及複數個設置於該噴流部252表面之固定部253。自該噴流部252向基板W上方噴射出該等氣體並進行混合，再利用加熱所引起的物理或化學反應，從而在晶圓W上沉積薄膜。
該成膜裝置2更包含一定位固定機構26，該定位固定機構26包含一與該氣體噴射器25結合之聯結固定座264、一固定於該聯結固定座264之移動件262及一使該移動件262產生線性運動之驅動件261，本實施例係氣體流道部251與聯結固定座264相互結合。該移動件262可以是一螺帽或滾珠螺帽，及驅動件261可以是導螺桿或滾珠導螺桿，即該移動件262因該驅動件261轉動或移動而產生線性運動。該定位固定機構26另包含一和該氣體流道部251相對滑動之軸套263，該軸套263係固定於該反應腔20之外部，例如：腔體蓋22上表面。
該成膜裝置2更包含一旋轉機構28，該旋轉機構28驅動氣體流道部251旋動，其可以包含一步進馬達、時規皮帶及皮帶輪，但不以此實施例為限。當該氣體流道部251轉動，氣體噴射器25之噴流部252及其上之該複數個固定部253也會繞中心線(該氣體流道部251及噴流部252之中心線)旋轉至定位，如此在該嵌合部242內會對準，然後氣體噴射器25進一步向上微動而使該複數個固定部253被卡合。
圖3A係繪示圖2中氣體噴射器之立體示意圖。該氣體噴射器25包含一氣體流道部251、一噴流部252及複數個固定部253，該複數個固定部253係呈輻射狀凸設於該噴流部252之四周，可採對稱(偶數個)或均分圓周(奇數個)之方式佈置於該噴流部252之上半部周圍。而該噴流部252之下半部係外露於平板241(如圖2所示)下，可噴射出上述多種原料氣體。該複數個固定部253之上表面分別設有至少一個第一定位件2531，此實施例係一定位銷或卡榫。
與上述氣體噴射器25相互卡合之頂板24，如圖3B之立 體示意圖所示。該頂板24包含一平板241及一用於收容並卡合該複數個固定部253之嵌合部242，該嵌合部242與平板241相互結合，該平板241之材料可以是石英。該嵌合部242具有一開口2421，並與該平板間形成一容室2422，該複數個固定部253係由該開口2421進入，並旋轉後收容於該容室2422內之相應位置。該容室2422之上壁設有配合該等第一定位件2531之複數個第二定位件2423，此實施例係一定位孔，也可以是一可相對滑動之溝槽。該平板241之中央有一通孔2411，該通孔2411可容許該噴流部252之下半部通過。
圖4係繪示圖3B之嵌合部之仰視圖。該嵌合部242之四周設有複數個沉頭孔2424，該等沉頭孔可容許螺絲置於內，並和平板241相互結合。該嵌合部242之開口2421係配合該噴流部252及凸設之該複數個固定部253之尺寸而形成。複數個第二定位件2423係平均配置於輻射形狀之開口2421的兩延伸梯形口之間。
圖5A及5B繪示本申請案其他實施例中固定部之立體示意圖。如圖5A所示，固定部553之形狀係一長方形，然其形狀不限於長方形，也可以是方形、圓弧形或梯形，於其上表面設有至少一個第一定位件5531。前述圖3A之實施例中固定部553係一梯形，其下底邊(連接該噴流部252)窄而上底邊寬。如圖5B所示，固定部553’之形狀係一梯形，但其下底邊(連接該噴流部252)寬而上底邊窄，於其上表面同樣設有至少一個第一定位件5531’。
本發明之技術內容及技術特點已揭示如上，然而熟悉本項技術之人士仍可能基於本發明之教示及揭示而作種種不背離本發明精神之替換及修飾。因此，本發明之保護範圍應不限於實施例所揭示者，而應包括各種不背離本發明之替換及修飾，並為以下之申請專利範圍所涵蓋。

Claims (19)

  1. 一種用於半導體製程之氣體噴射器與頂板之組合，該組合包含：一氣體噴射器，包含：一氣體流道部；一噴流部，與該氣體流道部連通；及複數個固定部，係設置於該噴流部表面；以及一頂板，包含：一嵌合部，收容並卡合該複數個固定部；及一平板，與該嵌合部結合。
  2. 如請求項1所述之用於半導體製程之氣體噴射器與頂板之組合，其中各該複數個固定部包括一第一定位件，又該嵌合部包括複數個與該等第一定位件配合之第二定位件。
  3. 如請求項2所述之用於半導體製程之氣體噴射器與頂板之組合，其中各該第一定位件係一定位銷及一定位孔中一者，該第二定位件係另一者。
  4. 如請求項1所述之用於半導體製程之氣體噴射器與頂板之組合，其中該嵌合部具有一開口及一與該平板間形成之容室，該複數個固定部係由該開口進入並旋轉後收容於該容室內之相應位置。
  5. 如請求項1所述之用於半導體製程之氣體噴射器與頂板之組合，其中該平板之中央有一通孔，該通孔可容許該噴流部之部分通過。
  6. 如請求項1所述之用於半導體製程之氣體噴射器與頂板之組合，其中該複數個固定部係呈輻射狀凸設於該噴流部之四周。
  7. 如請求項6所述之用於半導體製程之氣體噴射器與頂板之組合，其中該嵌合部之開口係配合該噴流部及凸設之該複數個固定部之尺 寸而形成。
  8. 如請求項1所述之用於半導體製程之氣體噴射器與頂板之組合，其中該複數個固定部係呈梯形、長方形、方形或圓弧形。
  9. 一種用於半導體製程之成膜裝置，包含：一反應腔；一氣體噴射器，包含：一氣體流道部；一噴流部，與該氣體流道部連通；及複數個固定部，係設置於該噴流部表面；以及一頂板，係鄰接於該反應腔內之上壁面，包含：一嵌合部，收容並卡合該複數個固定部；及一平板，與該嵌合部結合。
  10. 如請求項9所述之用於半導體製程之成膜裝置，其中各該複數個固定部包括一第一定位件，又該嵌合部包括複數個與該等第一定位件配合之第二定位件。
  11. 如請求項10所述之用於半導體製程之成膜裝置，其中各該第一定位件係一定位銷及一定位孔中一者，該第二定位件係另一者。
  12. 如請求項9所述之用於半導體製程之成膜裝置，其中該嵌合部具有一開口及一與該平板間形成之容室，該複數個固定部係由該開口進入並旋轉後收容於該容室內之相應位置。
  13. 如請求項9所述之用於半導體製程之成膜裝置，其中該平板之中央有一通孔，該通孔可容許該噴流部之部分通過。
  14. 如請求項9所述之用於半導體製程之成膜裝置，其中該複數個固定部係呈輻射狀凸設於該噴流部之四周。
  15. 如請求項9所述之用於半導體製程之成膜裝置，其中該嵌合部之開口係配合該噴流部及凸設之該複數個固定部之尺寸而形成。
  16. 如請求項9所述之用於半導體製程之成膜裝置，其另包含一定位固定機構，該定位固定機構包含：一聯結固定座，與該氣體噴射器結合；一移動件，固定於該聯結固定座；以及一驅動件，使該移動件產生線性運動。
  17. 如請求項16所述之用於半導體製程之成膜裝置，其中該定位固定機構另包含一和該氣體流道部相對滑動之軸套，該軸套係固定於該反應腔之外部。
  18. 如請求項9所述之用於半導體製程之成膜裝置，其另包含一旋轉機構，該旋轉機構驅動該氣體噴射器產生旋轉以致卡合該複數個固定部於該嵌合部。
  19. 如請求項9所述之用於半導體製程之成膜裝置，其中該複數個固定部係呈梯形、長方形、方形或圓弧形。
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