TWI658169B - 氣相生長裝置及氣相生長方法 - Google Patents
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Abstract
本發明提供了一種氣相生長裝置及氣相生長方法，所述氣相生長裝置內部包括用於載置一基底(例如矽晶片)的承受器，承受器底部具有多個頂杆孔，另外所述氣相生長裝置還包括可沿所述頂杆孔升降的多個頂杆，頂杆中形成有用於通入吹掃氣體的空心通道，此外，所述氣相生長裝置還包括用於通入製程氣體的第一進氣口以及用於通入吹掃氣體的第二進氣口。在氣相生長過程中，所述空心通道與頂杆孔互相連通，向所述頂杆內的空心通道通入一吹掃氣體，吹掃氣體對頂杆孔附近的其他氣體例如製程氣體具有阻擋作用，因而減少或避免了製程氣體從頂杆孔與頂杆之間的間隙到達所述基底的背面，可以提高氣相生長所得到的例如磊晶晶片的平坦度。
Description
本發明涉及半導體領域，特別涉及一種氣相生長裝置及一種氣相生長方法。
近年來，磊晶(epitaxial)層形成在一基底例如矽晶片(wafer)表面上的磊晶晶片，被廣泛地用作MOS(Metal Oxide Semiconductor，金屬氧化物半導體)元件製作過程中。這些磊晶晶片改進了MOS元件閘氧化層的成品率，並具有例如降低寄生電容、防止軟錯誤、改進吸雜性能以及改進機械強度之類的優越特性。
近年來，已經開發出能夠在直徑為300mm甚至更大尺寸的矽晶片上進行磊晶生長製程的磊晶生長設備。並且，為了最大化的利用磊晶晶片，要求磊晶晶片具有非常平坦和相互平行的表面(正面和背面相互平行)。隨著積體電路製程特徵尺寸(critical dimension，CD)的降低，圖案化之前的磊晶晶片的奈米形貌在積體電路製作中愈加重要。
在矽晶片上生長磊晶層的一種方法為氣相生長法，即利用製程氣體在矽晶片上進行氣相反應以便生長出磊晶層。然而，申請人研究發現，利用傳統的氣相生長裝置進行氣相生長後，磊晶晶片的平坦度不理想。
本發明的目的是解決磊晶晶片的平坦度較差的問題。
為了實現上述目的，一方面，本發明提供了一種氣相生長裝置。所述氣相生長裝置包括如下結構：一承受器，包括一底部和包圍所述底部的側部，所述底部和側部限定有用以載置一基底的凹坑，所述承受器上還形成有多個貫穿所述底部的頂杆孔；可沿所述頂杆孔升降並具有一最低位置的頂杆，所述頂杆中形成有用於通入吹掃氣體的空心通道；用於通入製程氣體的第一進氣口；以及用於通入吹掃氣體的第二進氣口，所述吹掃氣體經由所述第二進氣口和所述空心通道通入至所述頂杆孔內。
可選的，所述空心通道包括第一空心通道和多個第二空心通道，所述第一空心通道沿所述頂杆的軸向延伸，所述多個第二空心通道與所述第一空心通道連通，且所述多個第二空心通道的開口在所述頂杆處於最低位置時朝向所述頂杆孔的側壁。
可選的，多個所述第二空心通道以所述第一空心通道為中心呈放射狀均勻分佈。多個所述第二空心通道分佈於同一水平面上。所述第二空心通道為條形直孔或弧形孔。
可選的，所述氣相生長裝置還包括排氣口，用於向所述氣相生長裝置外部排出氣體。
可選的，所述氣相生長裝置還包括導引管道，所述吹掃氣體經
由所述導引管道通入所述空心通道中。
另一方面，本發明還提供了一種氣相生長方法，使用上述的氣相生長裝置，包括如下步驟：將一基底載置於所述承受器中；通過第一進氣口向所述氣相生長裝置通入用於在所述基底上形成預定膜層的製程氣體，以及，通過第二進氣口和空心通道向所述頂杆孔通入吹掃氣體。
可選的，將所述吹掃氣體以20PSI至50PSI範圍內的壓力通入所述第一空心通道。
可選的，所述製程氣體包括源氣體和載氣。所述吹掃氣體與所述載氣為同一種氣體。
可選的，同時通入所述製程氣體和所述吹掃氣體。停止通入製程氣體之後，繼續通入一預定時間的吹掃氣體。
使用本發明提供的氣相生長裝置及氣相生長方法，在氣相生長過程中，頂杆處於最低位置，通過第一進氣口向在所述承受器上載置的基底例如晶片的上表面通入用於氣相生長的製程氣體時，另外通過第二進氣口將所述吹掃氣體經由所述頂杆中的空心通道通入頂杆孔中，吹掃氣體對頂杆孔具有吹掃作用，這樣一來，從所述頂杆孔和頂杆之間的間隙流向晶片背面的製程氣體就被阻擋(block away)。使用本發明提供的氣相生長裝置及氣相生長方法，可以提高氣相生長所形成的例如磊晶晶片的平坦度。
1‧‧‧中心轉軸
2‧‧‧支持臂
3‧‧‧頂杆孔附近區域
10‧‧‧反應室
11‧‧‧承受器
11a‧‧‧承受器底部
11b‧‧‧承受器側部
12‧‧‧頂杆孔
13‧‧‧頂杆
14‧‧‧加熱裝置
15‧‧‧進氣口
16‧‧‧排氣口
20‧‧‧製程氣體
21‧‧‧吹掃氣體
100‧‧‧晶片
100a‧‧‧晶片正面
100b‧‧‧晶片背面
101‧‧‧磊晶層
102‧‧‧頂杆斑
30‧‧‧反應室
31‧‧‧承受器
31a‧‧‧承受器底部
31b‧‧‧承受器側部
31c‧‧‧承受器支撐部
32‧‧‧頂杆孔
33‧‧‧頂杆
34‧‧‧加熱裝置
35‧‧‧第一進氣口
36‧‧‧排氣口
37‧‧‧第二進氣口
300‧‧‧晶片
300a‧‧‧晶片上表面
300b‧‧‧晶片下表面
301‧‧‧磊晶層
330‧‧‧空心通道
332‧‧‧第一空心通道
333‧‧‧第二空心通道
331‧‧‧入口
第1圖是一種氣相生長裝置的剖面示意圖。
第2圖是本發明實施例一種氣相生長裝置的剖面示意圖。
第3圖為在第2圖中頂杆孔附近區域的剖面示意圖。
第4圖是本發明實施例一種氣相生長裝置的頂杆在第2圖中從基底方向的俯視示意圖。
以下結合附圖和具體實施例對本發明的一種用於氣相生長的承受器及氣相生長方法作進一步詳細說明。根據下面的說明書和請求項，本發明的優點和特徵將更清楚。需說明的是，本發明完全不局限於下面的實施例，另外附圖均採用非常簡化的形式且均使用非精准的比例，僅用以方便、明晰地輔助說明本發明實施例的目的。
在說明書和請求項中的術語“第一”“第二”等用於在類似要素之間進行區分，且未必是用於描述特定次序或時間順序。要理解，在適當情況下，如此使用的這些術語可替換，例如可使得本文所述的本發明實施例能夠不同于本文所述的或所示的其他順序來操作。類似的，如果本文所述的方法包括一系列步驟，且本文所呈現的這些步驟的順序並非必須是可執行這些步驟的唯一順序，且一些所述的步驟可被省略和/或一些本文未描述的其他步驟可被添加到該方法。圖中本發明的實施例的構件若與其他圖示中的構件相同，雖然在所有圖中都可輕易辨認出這些構件，但為了使圖示的說明更為清楚，本說明書不會將所有相同的構件的標號標於每一圖中。
第1圖是一種氣相生長裝置的剖面示意圖，所述氣相生長裝置
借助於頂杆(lift pin)進行基底傳輸。所述基底例如為一晶片100。所述氣相生長裝置包括一反應室10，承受器11安裝於反應室10內，承受器11具有一底部11a和一側部11b，底部11a和側部11b共同限定一用於載置晶片100的凹坑，待進行氣相生長的晶片100置於此凹坑內，並且，晶片100具有一待氣相生長的正面100a和與之相對的背面100b。另外，在承受器11上設置有若干個貫穿所述底部11a的頂杆孔12，設置於反應室10內的若干個頂杆13穿過所述頂杆孔12，並且可以在垂直於底部11a平面方向上進行升降動作(即可上升或下降)。
在氣相生長過程中，通過分別位於反應室10的上部和下部的兩個加熱裝置14對承受器11和晶片100進行加熱並保持一定溫度，另外從進氣口15向反應室10內導入製程氣體20，供給到晶片100的上表面100a，因高溫而分解了的製程氣體20在晶片100的上表面100a上累積，並進行氣相生長；氣相生長結束後，在晶片100的表面100a形成一預定厚度的磊晶層101，剩餘氣體被排氣口16排出到反應室10的外部。
申請人研究發現，在利用如第1圖所示的氣相生長裝置的進行氣相生長的製程中，從進氣口15進入反應室10的製程氣體20(如圖1中虛線實心箭頭所示)，由於負壓作用，會經由反應室10與承受器11之間的空隙，流動到承受器11凹坑的下表面一側(如圖1中粗虛線實心箭頭所示)，另外由於在承受器11上的頂杆孔12與頂杆13之間存在間隙(gap)，流動到承受器11凹坑下表面一側的製程氣體20會從此間隙到達晶片100的背面100b，在一定溫度下，在晶片100的背面100b對應頂杆孔12尤其是對應頂杆孔12與頂杆13之間的間隙的位置沉積形成類似管狀(tube-like)的頂杆
斑102(pin mark)。這些在晶片100背面100b形成的頂杆斑102，會破壞晶片100的背面100b的奈米形貌，使所形成的磊晶晶片的整體形貌惡化。
發明人利用晶圓幾何形狀測量系統(KLAWaferSight)測量利用如第1圖所示的氣相生長裝置得到的磊晶晶片正面的SFQR(Site flatness front least-squares range，部位正面最小二乘焦平面，用於評估晶片的平坦度)值，研究發現，對應於背面為頂杆孔的位置，SFQR值較大，導致整個磊晶晶片的平坦度較差。
基於上述研究，本實施例提供了一種氣相生長裝置以及氣相生長方法，所述氣相生長裝置內包括可沿頂杆孔升降並具有一最低位置的頂杆，所述頂杆中形成有用於通入吹掃氣體的空心通道，通過氣相生長裝置上的第一進氣口向基底(本實施例中為晶片300)待氣相生長一預定膜層的表面通入一製程氣體時，另外將所述吹掃氣體，通過第二進氣口經由所述空心通道通入對應頂杆孔內，進入空心通道的吹掃氣體對頂杆孔內部具有吹掃作用，這樣一來，位於承受器下方的製程氣體如果要從頂杆孔和頂杆之間的間隙流向基底的背面時，就被從所述空心通道向頂杆孔內吹出的吹掃氣體阻擋，因而可以減少或避免製程氣體在晶片背面形成頂杆斑的問題，使用本發明提供的氣相生長裝置及氣相生長方法，可以提高氣相生長形成的例如磊晶晶片的平坦度。
下面結合第2圖詳細介紹本發明實施例的氣相生長裝置。
第2圖是本發明實施例一種氣相生長裝置的剖面示意圖，所述氣相生長裝置借助於頂杆(lift pin)進行基底傳輸。如第2圖所示，所述氣相生長裝置具有一反應室30。承受器31置於反應室30內用以載置一基底，
本實施例中基底為一晶片300。所述承受器31包括一底部31a以及包圍底部31a的側部31b，所述側部31b與底部31a共同限定形成用以載置晶片300的凹坑。
由於承受器31(本實施例中具體指其側部31b的下方邊沿部分)與連接到中心轉軸1的支持臂2接合，中心轉軸1可被驅動旋轉，從而帶動承受器31在氣相生長過程中可被旋轉。
此外，在承受器31上還形成有支撐部31c，用來通過與晶片300週邊的表面接觸、線接觸或點接觸而支持和/或限制半導體晶片300。本實施例中，支撐部31c位於承受器31的底部31a和側部31b之間，由側部31b向底部31a方向延伸構成，並呈臺階狀。本領域技術人員應該理解，所述支撐部31c上還可以設置有限位部件，例如一卡位元裝置或者壓條等，以將晶片300固定在承受器31的凹坑內並限制其移動，以防止在氣相生長過程中因氣體的流動引起晶片300位置的變化，但本發明不限於此。
載置於所述凹坑形狀的承受器31的晶片300具有一待形成磊晶層301的上表面300a以及與所述上表面300a相對的下表面300b，其中，下表面300b靠近所述底部31a，上表面300a背離底部31a。
本發明對晶片300的類型沒有限制。例如，可以採用矽晶片、砷化鎵晶片、SOI(絕緣體上覆矽晶片)或者選擇性生長的磊晶晶片。本實施例中，所用的晶片300例如為直徑200mm或300mm的P型矽圓形單晶片。
承受器31的尺寸可以根據晶片300的直徑以適當的方式改變。例如，承受器31在載置晶片300之後，最好使得晶片300的外邊沿與側部
31b的內邊沿之間具有約為1-10mm的間隙。支撐部31c的上表面到側部31b的上表面的高度差，基本上與晶片300的厚度相同。
此外，對應於一個承受器31通常只載置一個半導體晶片300，並且至少借助於三個頂杆33對載置於承受器31上的晶片300進行傳輸。所述承受器31的底部31a形成有與頂杆33數目相對應的頂杆孔32，頂杆孔32在底部31a的平面內例如是均勻分佈，本實施例中是以120度的間隔設置。多個頂杆33可以以大致同時和相同的幅度在頂杆孔32內進行升降動作，當頂杆33在頂杆孔32內上升的時候，與晶片300的下表面300b接觸，以便支撐晶片300進行從承受器31上抬起或載置於承受器31的動作。為了使頂杆33在頂杆孔32內進行順暢的運動，頂杆孔32的孔徑大於頂杆33的直徑，從而使頂杆孔32與頂杆33之間具有間隙。
此處需要說明的是，頂杆33在頂杆孔32內可以進行升降運動，並且在氣相生長過程中，頂杆33處於其升降範圍內的最低位置。在此最低位置，頂杆33靠近上方的一部分伸入頂杆孔32中，如圖2所示。本實施例主要描述的是頂杆33處於氣相生長過程中即此最低位置時的氣相生長裝置的情況(下同)。
所述反應室30上配置有用來加熱承受器31和晶片300的加熱裝置34，加熱裝置34可以是鹵素燈、紅外燈等。加熱裝置34的位置和加熱方式可以利用本領域公知的方法，本發明對此不做限定。
另外需要說明的是，本實施例中氣相生長裝置還應該包括位於反應室30外部的傳輸裝置(未示出)，以便使晶片300輸出或輸出反應室30，在反應室30上應包括一可打開或關閉的腔門(未示出)，以方便所述
傳輸裝置將晶片300輸入或輸出反應室30。
所述氣相生長裝置的反應室30還具有若干個第一進氣口35和若干個排氣口36。本實施例中，反應室30具有一個第一進氣口35和一個排氣口36，該第一進氣口35和排氣口36彼此面對位於反應室30上且位於承受器31的兩側。第一進氣口35用於向反應室30通入用以形成磊晶層301的包括源氣體和載氣的製程氣體20。用於形成磊晶層301的源氣體例如是SiH4、SiH2Cl2、SiHCl3或SiCl4之類的氣體，而H2(氫氣)或惰性氣體可以被用作載氣，載氣主要起稀釋源氣體的作用，所述製程氣體20內還可以包括微量的摻雜劑氣體，例如B2H4。本實施例中源氣體例如是SiHCl3(三氯氫矽，亦稱TCS)，載氣例如是H2。主要由載氣和源氣體形成的混合有微量摻雜劑的製程氣體20從第一進氣口35被輸送，並且設計以平行於晶片300的表面300a(沿水平方向)而流動。在一定溫度下，提供的製程氣體20在通過晶片300的表面300a上方以生長磊晶層301後，被排氣口36排出到反應室30外面，所述第一進氣口35和排氣口36也可根據反應室30內的壓力的要求而選擇合適的條件通入或者排出氣體。
但是，發明人發現，若不進行規避，通過第一進氣口35進入反應室30的製程氣體20不止在晶片300的表面300a上方水平流動，一部分製程氣體20會流動到承受器31下方。由於頂杆孔32和頂杆33之間留有間隙，則一部分製程氣體20可能會從此間隙向上流動到達晶片300的背面300b，發生與正面300a的氣相生長反應相似的沉積過程，導致在晶片300背面300b對應于頂杆孔32的位置形成頂杆斑。
為此，本實施例在反應室30的進氣口側另設置第二進氣口37，並且在頂杆33上設置一入口331，所述入口331與第二進氣口37之間例如通過設置一導引管道(未示出)連接，從而構成一氣體通路。入口331的位置可以設置在處於承受器下方的頂杆33的截面上，也可以位於頂杆33的側表面上，入口331的形狀可以是圓形或方形，但本發明不限於此。
另外，本實施例在頂杆33中設置一空心通道330，空心通道330通過入口331、導引管道(未示出)與第二進氣口37連通，並且空心通道330在頂杆33的側面的開口位於頂杆孔32內。所述空心通道330包括第一空心通道332和多個第二空心通道333，所述第一空心通道332沿所述頂杆33的軸向延伸，本實施例中，第一空心通道332位於頂杆33內部，但並不完全貫通所述頂杆33，而是與開口朝向所述頂杆孔32側壁的第二空心通道333互相連通，並且第一空心通道332和第二空心通道333均為條狀且互相垂直。在本發明的其他實施例中，第一空心通道332也可以貫通頂杆33靠近晶片300的一端，並且與開口朝向所述頂杆孔32側壁的第二空心通道333互相連通，或者第一空心通道332和第二空心通道333形成一鈍角，但本發明不限於此。
第3圖為第2圖中頂杆孔32附近區域3的剖面示意圖。
結合第2圖和第3圖所示，在晶片300上表面300a進行氣相生長過程中，製程氣體20流過晶片300的上表面300a。另外，部分製程氣體20還可能流動到承受器31的下方。本實施例中，在氣相生長過程中由第二進氣口37通過多個導引管道(未示出)、多個入口331、多個第一空心通道332以及多個第二空心通道333向多個頂杆孔32通入吹掃氣體21(如圖2和
圖3中虛線空心箭頭所示)，通過多個第二空心通道333從多個頂杆孔32吹出的吹掃氣體21在多個頂杆孔32內形成氣流，尤其包括平行於承受器31的底部31a平面方向的氣流，對於從下方頂杆孔32與頂杆33之間的間隙流動上升的製程氣體20形成阻擋作用，避免製程氣體20由此間隙到達晶片300的背面300b。
如第3圖所示，本實施例中，第一空心通道332與頂杆33的軸線中心線重合，在本發明的其他實施例中，第一空心通道332也可以不與頂杆33的軸線中心線重合，第一空心通道332可以是沿頂杆33軸線以直線或者螺旋路線延伸，並且通過第二空心通道333與頂杆孔32互相連通，此外多個第二空心通道333也可以是連通第一空心通道332和頂杆孔32的弧形孔，多個第二空心通道333也可以不處於同一水平面內，但本發明不限於此。
第4圖是本發明實施例一種氣相生長裝置的頂杆33在圖2中從基底(本實施例中為晶片300)方向的俯視示意圖。本實施例中，在一個頂杆33內形成的與第一空心通道332連通的第二空心通道333為八條，多個所述第二空心通道333為條形直孔，以所述第一空心通道332為中心呈放射狀均勻分佈。多個所述第二空心通道333分佈於同一水平面上，結合第3圖和第4圖所示，第二空心通道333垂直於承受器31的底部31a平面，從第二空心通道332向頂杆孔32噴出的吹掃氣體21可以是朝多個方向吹掃，從而從各個方向阻擋承受器31下方的製程氣體20到達晶片300的背面300a。
本實施例還介紹一種氣相生長的方法，利用上述氣相生長裝
置。
如第2圖和第3圖所示，所述方法包括：
步驟1，將一基底(本實施例中為晶片300)載置於所述承受器31。
具體的，在對氣相生長裝置的反應室30進行預處理以及抽真空之後，利用傳輸裝置(未示出)將晶片300傳輸到反應室30內部。本實施例借助於頂杆33進一步載置晶片300。例如首先使頂杆33上升，將置於傳輸裝置上的晶片300頂起，接著傳輸裝置退回，隨之頂杆33下降，晶片300被放置在承受器31上，但本發明不限於此。
優選方案中，在所述承受器31的底部31a和側部31b之間還設置有支撐部31c，用來通過與晶片300週邊的表面接觸、線接觸、或點接觸而支持和/或限制晶片300。
需要指出的是，根據具體氣相生長的條件和晶片300的特點，在步驟1之前還可以增加其他的若干步驟，例如在將晶片300傳輸進入反應室30之前，對承受器31表面進行清潔，或者根據晶片300的情況對其進行預處理，另外晶片300的背面300b若有保護膜，可根據需要先去除保護膜之後再進行氣相生長，還比如在氣相生長之前可對晶片300在一定的高溫下進行一烘烤處理。
步驟2，通過第一進氣口35向反應室30通入用於在基底(本實施例中為晶片300)上形成預定膜層的製程氣體20，以及，通過第二進氣口37和空心通道330向所述頂杆孔32通入吹掃氣體21。
製程氣體20包括例如SiH4、SiH2Cl2、SiHCl3或SiCl4之類的源氣
體，以及例如H2(氫氣)或惰性氣體組成的起稀釋作用的載氣，另外還可以加入少量的摻雜氣體。混合氣體形成的製程氣體20可以從一個第一進氣口35進入反應室30，也可以分多個第一進氣口35進入反應室30。
本實施例中從第一進氣口35通入反應室30內的是由矽源氣體(SiHCl3)和硼源氣體(B2H2)在載氣(氫氣)中被稀釋的混合氣體形成的製程氣體20，以20PSI至50PSI範圍內的壓力被送入到反應室30，使其流動到晶片300的上表面300a，在大約1070℃的氣相生長溫度下，在晶片300的正面300a上形成磊晶層301。
另外，通過反應室30的第二進氣口37向位於頂杆33中的空心通道330通入一吹掃氣體21，本實施例中吹掃氣體21優選與製程氣體20中的載氣相同，同樣為氫氣。優選方案中，向反應室30內從第一進氣口35通入製程氣體20的同時從第二進氣口37通入吹掃氣體21。
由本實施例上述對氣相生長裝置的描述可知，第二進氣口37與位於頂杆33上的入口331可以通過導引管道(未示出)連通，使得從第二進氣口37進入的吹掃氣體進入空心通道330傳輸。具體的，空心通道330包括第一空心通道332和多個第二空心通道333，所述第一空心通道332沿所述頂杆33的軸向延伸，所述多個第二空心通道333與所述第一空心通道332連通，且所述多個第二空心通道333的開口在頂杆33處於升降範圍內的最低位置時朝向所述頂杆孔32的側壁。
這樣，從第一進氣口35進入的製程氣體20即使流動到承受器31下方，當這部分製程氣體20在通過頂杆孔32與頂杆33之間的間隙向晶片300背面300b流動時，會被由承受器31底部31a中的空心通道330向頂杆孔
32吹出的吹掃氣體21阻擋(即吹散)，使得製程氣體20不會到達晶片300的背面300b，減少或避免了在晶片300的背面300b沉積而破壞所形成的磊晶晶片的形貌。
優選方案中，第一空心通道332和第二空心通道333在頂杆33內的設置如圖3和圖4所示，所述第一空心通道332位於頂杆33軸向的中心線上，而第二空心通道333垂直於頂杆33的軸向，通向頂杆孔32。
為了更好的使吹掃氣體21達到阻擋製程氣體20的目的，優選的從第二進氣口37進入的吹掃氣體21保持一特定壓力，以更好的使吹掃氣體21到達多個第二空心通道333和頂杆孔32，並且滿足阻擋承受器31下方的製程氣體20到達晶片300背面300b的作用。
本實施例中從第二進氣口37通入的吹掃氣體21大致處於20PSI至50PSI範圍內的一壓力值。這是因為，當從第二進氣口37進入承受器31底部31a內部的空心通道330的吹掃氣體21壓力太小時，吹掃氣體21因而不能有效的流動到每一個頂杆孔32內，對承受器31下方的製程氣體20起不到有效的阻擋作用；當壓力過大時，吹掃氣體21的吹掃效率很高，但反應室30內的吹掃氣體21和製程氣體20不能以恰當的方式從排氣口36釋放，較多的吹掃氣體21或載氣易到達晶片300的正面300a，對磊晶層301的形成不利。
隨著在晶片300的正面300a流過的製程氣體20不斷經過分解反應，在晶片300的表面300a形成了磊晶層301，當達到所要求的磊晶層301之後，停止氣相生長過程，並且停止通入製程氣體20以及吹掃氣體21。本實施例中，在停止通入製程氣體20之後經過一預定時間例如10秒的延遲，
再停止通入吹掃氣體21，以便更好的保證製程氣體20難以到達晶片300的背面300b。優選方案中，停止通入製程氣體20和吹掃氣體21後，反應室30內剩餘的氣體通過排氣口36被排出反應室30。
最後，經過冷卻，正面300a上覆蓋磊晶層301的晶片300，通過傳輸裝置傳送出反應室30外。具體的，在承受器31上的晶片300為可活動狀態時(未限制或已解除限制)，反應室30內充入一惰性氣體使得反應室30內外氣壓相等後，頂杆33上升，使晶片300脫離承受器31，隨後傳輸裝置進入獲取晶片300，頂杆33下降至最低位置(即氣相生長時狀態)，由傳輸裝置將晶片300傳輸到反應室30外面，但本發明不限於此。
以上步驟，僅是對在晶片300上氣相生長形成磊晶層301的過程的簡單描述，在實際的氣相生長裝置的反應室30和氣相生長過程中，可包括其他部件及步驟，以便實現其他額外功能或優化之目的。例如承受器31在反應室30內或可升降運動，可以與頂杆33以及傳輸裝置共同完成晶片300在反應室30內的動作等。
此外，需要指出的是，本實施例側重描述的是在所述氣相生長裝置中進行氣相生長的簡要過程，實際過程中還包括在氣相生長之前晶片300被傳輸入反應室30，以及氣相生長完成之後晶片300被傳輸出反應室30的階段，在相應的階段，頂杆33會離開最低位置並進行升降動作，以便借用頂杆33支撐晶片300的背面300b，此時通常並不涉及氣相生長過程，也即不會有形成頂杆斑的問題，因此本實施例主要針對氣相生長過程中頂杆33處於升降運動中的最低位置的方案做了描述。本領域技術人員在不違背本發明內涵的情況下，對氣相生長過程和方法可以做出其他改動，仍屬於
本發明的保護範圍。
本實施例所描述的是一個氣相生長裝置內僅包含一個承受器31並且一次氣相生長過程僅放置一塊晶片300的情況，本領域技術人員應該理解，本發明方案可以應用於各種借助頂杆33進行基底輸入和輸出的氣相生長裝置。
總之，本發明提供了一種氣相生長裝置及氣相生長方法，所述氣相生長裝置具有一反應室30及多個頂杆33，所述頂杆33可沿頂杆孔32升降並具有一最低位置，所述頂杆33中形成有用於通入吹掃氣體21的空心通道330；所述空心通道330包括第一空心通道332和多個第二空心通道333，其中，第一空心通道332沿頂杆33的軸向延伸，多個第二空心通道333與所述第一空心通道332連通，且多個第二空心通道333的開口在頂杆33處於所述最低位置時朝向所述頂杆孔32的側壁。在氣相生長過程中，由第一進氣口35向反應室30通入製程氣體20，另外第二進氣口37由一個或多個導引管道、位於頂杆33上的開口331、第一空心通道332以及第二空心通道333向頂杆孔32內通入一吹掃氣體21，從頂杆孔32噴出的吹掃氣體21對頂杆孔32下方的其他氣體例如製程氣體20形成阻擋作用。
發明人另外對使用本實施例提供的承受器、氣相生長裝置及氣相生長方法所得到的磊晶晶片進行了平坦度的考察，具體為利用晶圓幾何形狀測量系統(KLAWaferSight)測量磊晶晶片的正面的SFQR(Site flatness front least-squares range，部位正面最小二乘焦平面)值，結果顯示，所得到的磊晶晶片的SFQR值可以降到28nm以下。
需要說明的是，本說明書中實施例採用遞增的方式描述，對於
實施例公開的方法而言，由於與實施例公開的結構相對應，所以描述的比較簡單，相關之處參見結構部分說明即可。
上述描述僅是對本發明較佳實施例的描述，並非對本發明權利範圍的任何限定，任何本領域技術人員在不脫離本發明的精神和範圍內，都可以利用上述揭示的方法和技術內容對本發明技術方案做出可能的變動和修改，因此，凡是未脫離本發明技術方案的內容，依據本發明的技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化及修飾，均屬於本發明技術方案的保護範圍。
Claims (13)
- 一種氣相生長裝置，包括：一承受器，包括一底部和包圍所述底部的側部，所述底部和側部限定有用以載置一基底的凹坑，所述承受器上還形成有多個貫穿所述底部的頂杆孔；可沿所述頂杆孔升降並具有一最低位置的頂杆，所述頂杆中形成有用於通入吹掃氣體的空心通道；用於通入製程氣體的第一進氣口；以及用於通入吹掃氣體的第二進氣口，所述吹掃氣體經由所述第二進氣口和所述空心通道通入至所述頂杆孔內。
- 如請求項1所述的氣相生長裝置，其中所述空心通道包括第一空心通道和多個第二空心通道，所述第一空心通道沿所述頂杆的軸向延伸，所述多個第二空心通道與所述第一空心通道連通，且所述多個第二空心通道的開口在所述頂杆處於最低位置時朝向所述頂杆孔的側壁。
- 如請求項2所述的氣相生長裝置，其中多個所述第二空心通道以所述第一空心通道為中心呈放射狀均勻分佈。
- 如請求項2所述的氣相生長裝置，其中多個所述第二空心通道分佈於同一水平面上。
- 如請求項2所述的氣相生長裝置，其中所述第二空心通道為條形直孔或弧形孔。
- 如請求項1所述的氣相生長裝置，其中所述氣相生長裝置還包括排氣口，用於向所述氣相生長裝置外部排出氣體。
- 如請求項1所述的氣相生長裝置，其中所述氣相生長裝置還包括導引管道，所述吹掃氣體經由所述導引管道通入所述空心通道中。
- 一種氣相生長方法，使用如請求項1~7任一項所述的氣相生長裝置，包括：將一基底載置於所述承受器；通過第一進氣口向所述氣相生長裝置內通入用於在所述基底上形成預定膜層的製程氣體，以及，通過第二進氣口和空心通道向所述頂杆孔通入吹掃氣體。
- 如請求項8所述的氣相生長方法，其中將所述吹掃氣體以20PSI至50PSI範圍內的壓力通入所述第一空心通道。
- 如請求項8所述的氣相生長方法，其中所述製程氣體包括源氣體和載氣。
- 如請求項10所述的氣相生長方法，其中所述吹掃氣體與所述載氣為同一種氣體。
- 如請求項8所述的氣相生長方法，其中同時通入所述製程氣體和所述吹掃氣體。
- 如請求項8所述的氣相生長方法，其中停止通入所述製程氣體之後，繼續通入一預定時間的所述吹掃氣體。
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Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH08316222A (ja) * | 1995-05-19 | 1996-11-29 | Tokyo Electron Ltd | 熱処理方法及びその装置 |
| JP2004063865A (ja) * | 2002-07-30 | 2004-02-26 | Shin Etsu Handotai Co Ltd | サセプタ、気相成長装置およびエピタキシャルウェーハの製造方法 |
| TW201703184A (zh) * | 2015-04-27 | 2017-01-16 | Ｓｕｍｃｏ股份有限公司 | 承托器及磊晶生長裝置 |
| US20170103887A1 (en) * | 2015-10-12 | 2017-04-13 | Zing Semiconductor Corporation | Method for forming epitaxial layer |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003197532A (ja) * | 2001-12-21 | 2003-07-11 | Sumitomo Mitsubishi Silicon Corp | エピタキシャル成長方法及びエピタキシャル成長用サセプター |
| JP3908112B2 (ja) * | 2002-07-29 | 2007-04-25 | Ｓｕｍｃｏ Ｔｅｃｈｘｉｖ株式会社 | サセプタ、エピタキシャルウェーハ製造装置及びエピタキシャルウェーハ製造方法 |
| CN101665923A (zh) * | 2008-09-04 | 2010-03-10 | 东京毅力科创株式会社 | 成膜装置、基板处理装置及成膜方法 |
| DE102012205616B4 (de) * | 2012-04-04 | 2016-07-14 | Siltronic Ag | Vorrichtung zum Abscheiden einer Schicht auf einer Halbleiterscheibe mittels Gasphasenabscheidung |
-
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Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH08316222A (ja) * | 1995-05-19 | 1996-11-29 | Tokyo Electron Ltd | 熱処理方法及びその装置 |
| JP2004063865A (ja) * | 2002-07-30 | 2004-02-26 | Shin Etsu Handotai Co Ltd | サセプタ、気相成長装置およびエピタキシャルウェーハの製造方法 |
| TW201703184A (zh) * | 2015-04-27 | 2017-01-16 | Ｓｕｍｃｏ股份有限公司 | 承托器及磊晶生長裝置 |
| US20170103887A1 (en) * | 2015-10-12 | 2017-04-13 | Zing Semiconductor Corporation | Method for forming epitaxial layer |
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