TWI432599B - 用以均等化加熱溫度的化學蒸氣沉積裝置 - Google Patents

Description

用以均等化加熱溫度的化學蒸氣沉積裝置 <相關申請案>

本案要請求2006年11月6日向韓國智慧財產權局申請之No.10－2006－107970韓國專利申請案的權益，其內容併此附送參考。

發明領域

本發明係有關一種化學蒸氣沈積裝置，其能使一加熱器產生的熱溫度均一化；尤係有關一種化學蒸氣沈積裝置，其能令由一加熱器表面及其底部所產生的熱溫度保持一致，而來補償該加熱器的溫度以使一晶圓薄膜的厚度均一化。

發明背景

通常，一反應氣體會被噴敷在一溫度升高的晶圓頂面，而被熱反應的化學反應物嗣將會沈積其上。因此，若該晶圓的溫度不均勻地增升，則該晶圓的沈積表面會不同於一設計規格地蒸發。結果，在先前製程所製成的半導體元件中可能產生瑕疵。

設在一傳統化學蒸氣沈積裝置內的加熱器會由於製造環境因素而具有一熱生溫度的固有差異。

因此，假使一加熱器所加熱的溫度並不一致，則傳送至晶圓的熱將會發生差異。故而，一沈積膜不會均一地蒸發，因為該晶圓的溫度乃與一設計規格有異。

即是，假使一加熱器的生熱溫度係局部地不同，則在一晶圓中溫度比其它區域較高的區域會蒸發較厚的薄膜，而在一晶圓中溫度比其它區域較低的區域則會較薄地蒸發薄膜。結果，將產生一個問題即被蓋發在一晶圓頂上的沈積膜會整體不均等地沈積。

第1A及1B圖皆為示意圖，分別示出一用以沈積一薄膜於晶圓頂面上的傳統化學蒸氣沈積裝置(CVD裝置)，及在一加熱器中的高溫區域。

如第1A及1B圖所示，該習知的化學蒸氣沈積(CVD)裝置包含：一噴頭102可噴灑一反應氣體於一處理室100的內部，其內會進行薄膜沈積；一加熱器103其上可安裝一晶圓，係由陶瓷或氮化鋁(AlN)所製成，而設在該處理室100中；一氣體流入管路101可供反應氣體通過來流入該處理室100的內部；一泵抽管路104可在沈積後供反應氣體通過排出；一加熱器支撐物105可支撐加熱器103；一褶套106能保護該加熱器支撐物105，及一反射絕緣板120。

如第1A和1B圖所示，該具有上述構造的習知CVD裝置曾被建議以固定銷108等將一反射絕緣板120組合在該加熱器103的底下位置，該板的結構係具有一開孔部份“A”對應於一該加熱器所生熱溫度會比其它區域較高或較低的區域，俾使該加熱器之整體晶圓貼放表面的溫度能保持一致。

如上所述，在該反射絕緣板底部形成一開孔部份以使反射熱朝下射出的方法，被作為一種加強該加熱器溫度均一化的方法會有其限制，因為能由設在加熱器底下之反射絕緣板的開孔部份射出的熱僅為輻射熱。

惟除了輻射熱以外，其仍會藉直接接觸和氣體的對流來傳熱。故，這些不同的熱必須被有效地傳佈於各種不同的傳熱機構。

發明概要

為解決習知技術的上述問題，本發明之一目的係在提供一種化學蒸氣沈積裝置，其能藉將在該加熱器底部之一溫度較高區域中的熱向下輻射，以降低該區域的溫度，而使一加熱器的溫度均一化。

本發明的另一目的係在提供一種化學蒸氣沈積裝置，其中使用習知反射絕緣板來加強加熱器溫度均一化的結構之開孔部份係以一輻射單元來實施。

本發明之又一目的係在提供一種化學蒸氣沈積裝置，其能令一加熱器的溫度均化，而在該加熱器中之一高溫區域的表面會凹陷。

本發明的再一目的是為提供一種化學蒸氣沈積裝置，其係使用一種控制加熱器表面深度及使用一反射絕緣板之輻射單元的混合方法。

為達到本發明的上述目的，乃提供一種化學蒸氣沈積裝置其能使加熱器的溫度均一化，而包含：一傳熱物係設在一加熱器底部，其能將該加熱器底部的輻射熱輻射至該化學蒸氣沈積裝置中。

依據本發明之另一態樣，係在提供一種能使加熱器所產生的溫度均一化的化學蒸氣沈積裝置，該裝置包含：一反射絕緣板能反射由該加熱器底部所產生的熱，而使該化學蒸氣沈積裝置中之該加熱器的生熱溫度保持均一；及一傳熱物係被設成直接接觸在該反射絕緣板與加熱器間的生熱部份中之一高溫區域。

較好是，在本發明之化學蒸氣沈積裝置中的傳熱物之材料係選自陶瓷、AlN、Ni和Inconel中之一者。

依據本發明的另一態樣，亦在提供一種化學蒸氣沈積裝置其能令一加熱器所產生的溫度均一化，該裝置包含：一預定形狀的凹槽設在一較高溫區中，該高溫區相較於該加熱器直接接觸一晶圓的表面之其它區域會局部地產生高溫。

較好是，該凹槽的深度係為0.005~0.5mm。

依據本發明之又另一態樣，亦在提供一種能令加熱器所生溫度均一的化學蒸氣沈積裝置，該裝置包含：一傳熱物係被設在一介於一反射絕緣板與加熱器之間的高溫區域中；及一凹槽係被設在該加熱器表面之一高溫區域中。

較好是，在使用本發明之混合式加熱器溫度補償結構的化學蒸氣沈積裝置中的傳熱物材料係選自陶瓷、AlN、Ni及Inconel等之一者。

圖式簡單說明

本發明之上述及/或其它目的及/或優點將可參照所附圖式詳閱較佳實施例之說明而更清楚得知，其中：第1A及1B圖分別示出一用以在一晶圓頂面上沈積一薄膜的傳統化學蒸氣沈積裝置，及在一加熱器中之高溫區的示意圖；第2圖為本發明第一實施例之化學蒸氣沈積裝置的截面圖，其可令一加熱器所產生的溫度均一化；第3圖為本發明第二實施例之化學蒸氣沈積裝置的截面圖，其可令一加熱器所產生的溫度均一化；第4圖為本發明第三實施例之化學蒸氣沈積裝置的截面圖，其可令一加熱器所產生的溫度均一化；第5A為一截面圖示出一依本發明之可使加熱器所生溫度均一化的化學蒸氣沈積裝置之主要元件；第5B圖為一依本發明之可使加熱器所生溫度均一化的化學蒸氣沈積裝置之加熱器的平面圖；及第5C圖為一依本發明之可使加熱器所生溫度均一化的化學蒸氣沈積裝置之反射絕緣板的平面圖。

較佳實施例之詳細說明

依據本發明各較佳實施例之能令加熱器所生熱溫度均一化的化學蒸氣沈積裝置現將參照所附圖式來說明。

第2圖為本發明第一實施例之可使加熱器所生熱溫度均一化的化學蒸氣沈積裝置之截面圖。

如同第1A圖所示的習知化學蒸氣沈積裝置，第2圖所示之本發明第一實施例的化學蒸氣沈積裝置亦包含一處理室(未示出)，一進氣管路(未示出)，一噴頭(未示出)，一加熱器103，一泵抽管路(未示出)，一加熱器支撐物105，及一褶套(未示出)。此外，第2圖的CVD裝置更包含一傳熱物110設在加熱器103的底部，以減少其底部的熱。該傳熱物110係被裝在加熱器103的高溫區處(如第5B圖的A2)。該傳熱物110會緊密接觸加熱器103的底部。因此，由加熱器103底部所產生的熱會傳導至該傳熱物110再形成熱輻射。依據一需求，該傳熱物110的結構係藉由一分開的支撐件(未示出)來撐持。該傳熱物110的材料係選自陶瓷、AlN、Ni及Inconel中之一者。

第3圖為本發明第二實施例之可使加熱器所生熱溫度均一化的CVD裝置之截面圖。

如同第1A圖中所示的習知CVD裝置，第3圖所示之第二實施例的CVD裝置亦包含一處理室(未示出)，一進氣管路(未示出)，一噴頭(未示出)，一加熱器103，一泵抽管路(未示出)，一加熱器支撐物105，及一褶套(未示出)。此外，第3圖的CVD裝置更包含一反射絕緣板120可反射該加熱器103底部的熱，而被裝在該加熱器103的底部，及一傳熱物110係被設成直接接觸該反射絕緣板120與加熱器103間的生熱部份中之一高溫區域。該傳熱物110的材料係選自陶瓷、AlN、Ni及Inconel中之一者。

如上所述，該傳熱物110係被裝在加熱器103與反射絕緣板120之間並接觸一高溫區域(第5B圖的A2)，而令將比其它區域較高溫度的熱輻射釋出，故能減低該高溫區的溫度。

依據前述習知技術，其高溫減降機制係僅藉一設在該反射絕緣板120中的開孔部份來進行。但本發明可利用該傳熱物110來強制地輻射高溫區的熱，故能增進該加熱器103之生熱溫度的均一性。

第4圖係為本發明第三實施例之CVD裝置的截面圖，其能令加熱器所生熱溫度均一化。

如同第1圖所示的習知CVD裝置，第4圖所示之本發明第三實施例的CVD裝置亦包含一處理室(未示出)，一進氣管路(未示出)，一噴出頭(未示出)，一加熱器103，一泵抽管路(未示出)，一加熱器支撐物105，及一褶套(未示出)。此外，第4圖的CVD裝置更包含一深度為0.005~0.5mm的凹槽130設在一高溫區處(如第5B圖的A1)，在該處會有高溫局部形成於加熱器直接接觸一晶圓的表面中。

形成於該高溫區(第5B圖的A1)中的溫度係約為500~850℃。在許多處理情況下，該凹槽130的深度較好係約為0.005~0.5mm。

即，若該高溫區的溫度較高，則該凹槽的深度會較深，而若該高溫區的溫度較低，則該凹槽的深度會較淺。因此，一對應加熱器的溫度特性將能被均一地控制。

尤其是，該能令加熱器溫度均一的CVD裝置更包含一傳熱物110可散發/減少來自高溫區(第5B圖之A2)的輻射熱，而被設在該加熱器103與反射絕緣板120間之生熱部份的其它部份，遂形成一混合式加熱補償結構，其中該凹槽130、傳熱物110和反射絕緣板120等會一起被使用。

且該傳熱物110的材料係選自陶瓷、AlN、Ni和Inconel中之一者。

又，當承放一晶圓時，其加熱器溫度會依據一加熱器之製造材料的純度，及在製造時有否混合外來材料，或密度差異、熱元件排列、外部環境影響等而局部地升高或降低。該等局部溫度之間的差異，在本發明之能均一控制加熱器溫度的CVD裝置中，將可藉著僅使用一傳熱物110，或只使用一凹槽130，或使用一反射絕緣板120與一凹槽130，或使用一反射絕緣板120與一凹槽130，或使用一反射絕緣板120和一凹槽130組合，或以一反射絕緣板120和一傳熱物110組合的複合式加熱器溫度均等化結構等來補償。因此，該加熱器之溫度有不相同的生熱部份將能被均等地補償。

第5A和5B圖係示出可均等控制加熱器溫度之CVD裝置的較佳實施例，其中第5A圖示出一依據本發明之可令加熱器所生熱溫度均一化的CVD裝置主要元件的截面圖；而第5B圖則為一依本發明之可令加熱器所生熱溫度均一化的CVD裝置之加熱器的平面圖。第5C圖係為一平面圖，示出本發明之可令加熱器所生熱溫度均一化的CVD裝置之一反射絕緣板。

如第5B圖所示，在該加熱器103之整個面積中會有一或多個區域的溫度較高，該等高溫區域係被示為“A1”或“A2”。

假使該等區域“A1”和“A2”的溫度比該加熱器103的其它區域較高，則形成於一晶圓頂面區域中的沈積膜厚度，在對應於“A1”及“A2”處會比置於該加熱器103的其它區域處所生成者更厚一些。

因此，為能均勻地控制該二位置處的溫度，“A2”區域的溫度應被減低。為取低“A2”區域的溫度，一傳熱物110會被設在該加熱器103和反射絕緣板120之間。且，一深度約為0.005~0.5mm的凹槽130會被設在該加熱器103表面的“A1”區域處，如第5A圖所示。因此，在該加熱器103之低凹部份的高溫將能達到如同其它表面部份一般的散熱，而可獲得均等化的溫度。

該加熱器103的“A1”區域係為在其頂部被加熱的高溫區域。但因該凹槽130的深度係比該加熱器103的其它區域更低，故該凹槽130的溫度會被保持在與其它區域相同的溫度。因此，該加熱器103之整體區域的溫度將能被均一地控制。

如上述之傳熱物110的尺寸或安裝方法並不受限於該加熱器的位置和形狀，但該傳熱物110的尺寸或安裝方法會被設計成令該傳熱物110的位置和形狀能依據該加熱器103的熱生溫度差異而來改變。

即是，在每一製成加熱器中的局部溫度差異皆不相同。因此，該傳熱物110的位置和形狀皆應依據該加熱器103來不同地製成。

為使該加熱器103的局部溫差一致化，在該該加熱器103裝入一處理室之前，其生熱狀態應要被事先檢測。嗣，在所有產生熱時會造成局部溫差的各區域之溫度值被確認後，才能設計出適用於各加熱器的傳熱物和反射絕緣板。

該反射絕緣板120較好是由陶瓷或一種金屬材料例如Inconel所製成，其反射率較大或絕緣性較佳。該反射絕緣板120會被設成包圍該加熱器103的底面或其底面和側面。

又，或許該加熱器103之一特定區域的溫度比其它區域更低的情況亦可能發生。於此情況下，如第5C圖所示，一反射絕緣板120會被置設於該溫度較低的區域，而一開孔部份“B”會被設在對應於高溫區域的位置。如此，其將能散熱，故該加熱器103之整體各區域的溫度可被均一地控制。

本發明的主要特徵係該凹槽130會被設於該加熱器103表面上的高溫區域，再加上該反射絕緣板120具有一結構可補償溫度比其它區域較高或較低的部份之溫度。此將能賦具可均一控制該加熱器103表面溫度的特點。但是，該開孔部份“B”亦可選擇性地設在位於加熱器103底部以及頂部之反射絕緣板120的高溫區域“A1”及“A2”處，而來降低該高溫區域的溫度，以便均一地控制該加熱器103之整體區域的溫度。

如上所述，在該反射絕緣板120上製設開孔部份“B”或傳熱物110係可選擇性地結合該加熱器，而來形成最佳的CVD裝置。

如上所述，該加熱器103之所有區域的溫度乃可藉該等反射絕緣板120、傳熱物110、及凹槽130之個別獨立結構，或它們的選擇性組合而來均一地控制。因此，在一晶圓頂面蒸發的薄膜厚度得能被均一地蒸發。

如前所述，一依本發明的CVD裝置係可藉將該加熱器底部之一溫度較高區域中的傳導熱朝下輻射，而提供令該加熱器溫度均一化的效果，遂可均一地控制該加熱器的整體溫度。

一依本發明之可均一控制加熱器溫度的CVD裝置能藉一習知的反射絕緣板來提供一用以增進加熱器溫度均一化結構之缺點的改良功效，而得在該加熱器的底部進行更強制的熱輻射。

一依本發明之可均一控制加熱器溫度的CVD裝置能提供控制該加熱器表面一高溫區域之加熱表面深度的功效，而得使該CVD裝置中的加熱器溫度均一化。

本發明亦提供一種使用混合方法的CVD裝置，其中有一凹槽被設在一加熱器表面的高溫區域中，同時前述的傳熱物會與該凹槽一起被設置；或其中有一凹槽被設在一加熱器表面的高溫區域中，並有一反射絕緣板被設在該加熱器的底部，而得形成一能更增進加熱器溫度均一化的CVD裝置。

綜上所述，本發明已針對特定的較佳實施例來描述說明。但本發明並不受限於上述各實施例，且精習該技術之專業人士亦可以不超出本發明的精神來達成各種的修正和變化。

100．．．處理室

101．．．氣體流入管路

102．．．噴頭

103．．．加熱器

104．．．泵抽管路

105．．．加熱器支撐物

106．．．褶套

108．．．固定銷

110．．．傳熱物

120．．．反射絕緣板

130．．．凹槽

第1A及1B圖分別示出一用以在一晶圓頂面上沈積一薄膜的傳統化學蒸氣沈積裝置，及在一加熱器中之高溫區的示意圖；第2圖為本發明第一實施例之化學蒸氣沈積裝置的截面圖，其可令一加熱器所產生的溫度均一化；第3圖為本發明第二實施例之化學蒸氣沈積裝置的截面圖，其可令一加熱器所產生的溫度均一化；第4圖為本發明第三實施例之化學蒸氣沈積裝置的截面圖，其可令一加熱器所產生的溫度均一化；第5A為一截面圖示出一依本發明之可使加熱器所生溫度均一化的化學蒸氣沈積裝置之主要元件；第5B圖為一依本發明之可使加熱器所生溫度均一化的化學蒸氣沈積裝置之加熱器的平面圖；及第5C圖為一依本發明之可使加熱器所生溫度均一化的化學蒸氣沈積裝置之反射絕緣板的平面圖。

103．．．加熱器

105．．．加熱器支撐物

110．．．傳熱物

Claims (6)

1. 一種用於使加熱溫度均等化的化學蒸氣沈積裝置，該化學蒸氣沈積裝置包含：一加熱器，其具有一低溫區域及一第一高溫區域，又，該加熱器具有晶圓置放於其上的一上表面以及該上表面之反側的一下表面，該下表面具有對應至該第一高溫區域的一第一區域以及對應至該低溫區域的一第二區域；及一散熱元件，其接觸該下表面的第一區域以消散該第一高溫區域的熱而將該加熱器的溫度實質上維持於均一；其中該散熱元件的區域係小於該下表面的第二區域；及其中該下表面的第二區域係開放至空間。
2. 如申請專利範圍第1項之化學蒸氣沈積裝置，進一步包含一熱絕緣反射板，其安裝在低於該加熱器處以反射來自該加熱器的熱。
3. 如申請專利範圍第2項之化學蒸氣沈積裝置，其中該加熱器進一步具有一第二高溫區域，其中該加熱器之下表面進一步具有一第三區域，該第三區域對應至該第二高溫區域且位在一與該第一區域隔開的位置，及其中該熱絕緣反射板具有位在與該下表面之第三區域相對之位置上的一開孔，俾以降低反射熱。
4. 如申請專利範圍第1至3項中任一項之化學蒸氣沈積裝置，其中該散熱元件係由選自陶瓷、氮化鋁(AlN)、鎳(Ni)、及英高鎳(Inconel)中之任一材料所形成者。
5. 如申請專利範圍第1項之化學蒸氣沈積裝置，其中該低溫區域係藉空氣冷卻方式來冷卻，又該高溫區域係藉經空氣冷卻方式而冷卻之散熱元件來冷卻。
6. 如申請專利範圍第1項之化學蒸氣沈積裝置，其中該加熱器進一步具有一第二高溫區域；其中該加熱器的上表面具有對應至該第二高溫區域的一第四區域；及其中該加熱器具有形成於該上表面之第四區域的一凹槽。