TWI751806B - 立式爐管及用於其之立式晶舟 - Google Patents

Abstract

本發明提供一種用於立式爐管之新型式晶舟，其承載面具有經改良之表面粗糙度與傾斜角度，使得該晶舟承載晶圓時可減少與晶圓之接觸面積，進而改善在製程中晶圓邊緣之缺陷與整體薄膜的均勻度。

Description

立式爐管及用於其之立式晶舟

本發明是關於在立式爐管中承載晶圓之立式晶舟，具體而言，是應用於熱處理、氧化、擴散、CVD(化學氣相沉積)等製程之立式晶舟。

爐管設備在半導體製程中廣泛地應用於許多處理，例如擴散沉積、氧化、退火等。其中，擴散沉積處理主要用以在基板(例如半導體晶圓)上產生薄膜。當透過立式爐管進行製程時，通常期望使基板上之薄膜具有較佳的均勻性與較少的表面缺陷。

在晶圓處理過程中，通常需要將反應氣體導入爐管中，並使反應氣體在爐管中擴散至基板表面上以產生所需之薄膜。因此，爐管中之反應氣體均勻分佈於基板係至關重要的。一般而言，爐管設備可分為水平式爐管及立式爐管。其中立式爐管的反應器係以直立的方式配置，且因其整體的佔地面積較小而被大量地應用。在習知的立式爐管中，晶舟承載晶圓之方式為使晶圓表面支撐於晶舟之水平面溝槽上，而反應氣體則透過氣體注射器導入至爐管腔體內，並擴散至承載在晶舟上的晶圓，以達到薄膜形成之目的。然而，當晶圓被承載在此習知設計之晶舟時，因晶圓與晶舟之承載面(例如，槽面(slot))的接觸 面積較大且完整貼覆，並無法使反應氣體均勻地在晶圓表面上進行反應，並且在晶圓與承載面接觸之處容易產生缺陷，從而導致所獲得之晶圓表面與表面上的薄膜可能係非理想的。

在此背景下產生本發明。

有鑒於此，依據本發明之實施例而提供一種用於立式爐管之新型晶舟，其包含：上板體、下板體、承載棒體、支撐棒體。該上板體為立式晶舟頂部之固定板；下板體為立式晶舟底部之定位板；支撐棒體為強化晶舟結構之支撐柱；承載棒體上具有複數個溝槽，溝槽間之承載面(亦可稱為「溝齒」、「溝面」、或「槽面(slot)」)則為承載晶圓之主要結構。該晶舟之支撐棒體與三根承載棒體係連接於上板體部分與下板體部分之間。晶舟整體設置於立式爐管的內管之內，並沿著該立式爐管之延伸方向延伸。此外，當將晶圓置放於晶舟中時，晶圓係水平地支撐於晶舟之各承載面上。

在一實施例中，晶舟之各部分均由石英所製成。在一實施例中，支撐棒體及承載棒體之長度方向互相平行，且各棒體的兩端各自與上板體、下板體之平面連接。在一實施例中，該晶舟的承載棒體上之溝面為一斜面，其與水平面之間的角度係介於8°~10°之間。

依據本發明之實施例而提供一種直立式爐管，其包含一外管、一內管、一晶舟、以及複數氣體注入器。該內管係設置於該外管之內部。該晶舟係設置於該內管之內部且用以承載晶圓。在一實施例中，該晶舟共有三根承載棒體與一根支撐棒體，其中第一承載棒體、第二承載棒體、第三承載棒體、 及支撐棒體之間彼此相隔一預定距離而排列。在一實施例中，上述之三根承載棒體的溝面係以本發明之特殊技術(例如，可包含切溝成型、粗糙化、蝕刻、清洗等步驟)使其粗糙化，且粗糙化程度達到Ra>10um之表面粗糙度。

藉由以下配合隨附圖式所述之詳細說明，將更清楚本發明的其他態樣。

100:立式爐管

102:外管

104:內管

106:立式晶舟

108:氣體注射器

110:氣體供應部

112:第一承載棒體

114:第二承載棒體

116:第三承載棒體

118:支撐棒體

120:基座

122:第一板體

132:第二板體

136:開口側

138:半圓弧側

140:承載面

142:水平面

W:晶圓

參考以下配合隨附圖式所做的詳細描述將可更透徹理解所描述之實施例及其優點。該等圖式並不限制熟悉本技藝者在不超出實施例之精神及範圍下對描述之實施例做出形式及細節上的改變。

圖1為依據本發明之一實施例之立式爐管之剖面示意圖。

圖2顯示依據本發明之一實施例之立式晶舟之側視圖。

圖3顯示依據本發明之一實施例之立式晶舟之立體圖。

圖4顯示依據本發明之一實施例之立式晶舟的溝槽上之粗糙面的示意圖。

圖5為依據本發明之一實施例之立式晶舟之仰視圖。

圖6為依據本發明之一實施例之立式晶舟之俯視圖。

在本發明之圖式中，元件符號可能重複使用，以標示類似及/或相同的元件。

本發明之目的、優點和特色由以下數個實施例之詳細說明及伴隨的圖式當可更加明白。

為了更清楚地了解本發明之實施方式，在以下的敘述中，將提出許多特定細節。然而，即使缺乏該等細節之一部分或全部，所揭示的實施例亦可實施。在某些情況下，則不詳細說明習知的結構及操作方式，以避免不必要地模糊了所揭示的實施例。雖然為了說明之目的而提出許多特定細節，但應當了解，其並非用來限制所揭示的實施例。當以相對性的術語(例如，「上」與「下」、「頂」與「底」、「內」與「外」等)來描述特定實施例時，這些術語僅僅是為了方便理解，其並非用來做為限制。此外，應當了解，圖中所示之各種實施例是示意性的，且不一定按照比例繪製。

依據本發明之一實施例，圖1為立式爐管100之剖面示意圖。如圖1所示，立式爐管100包含外管102、內管104、立式晶舟106、氣體注射器108、氣體供應部110、以及基座120。其中，內管104係設置於外管102內，且外管102與內管104係以同心圓形式而加以配置，且外管102與內管104之間相隔一預定距離。在一些實施例中，外管102與內管104係由石英所製成。此外，立式晶舟106係設置於內管104之內、基座120之上，並且用以將待處理之晶圓W水平地承載於其上。在一些實施例中，立式晶舟106係由石英所製成。氣體注射器108係從外管102的外部延伸至內管104的內部，用以將一或更多反應氣體從氣體供應部110輸送至立式爐管100之內部。以下將藉由圖2及圖3來說明本發明之高良率的立式晶舟106之各種實施例。

依據本發明之一實施例，圖2及圖3分別顯示立式晶舟106之側視圖及立體圖。立式晶舟106包含棒體部分與板體部分，其中，棒體部分包 含第一承載棒體112、第二承載棒體114、第三承載棒體116、及支撐棒體118，而板體部分包含第一板體122及第二板體132。在一實施例中，第一承載棒體112、第二承載棒體114、及第三承載棒體116之各者具有相同數量且等距排列之複數溝槽。此外，該等溝槽之各者具有用以支撐晶圓的承載面(亦即，與晶圓接觸之表面，且亦可稱為「溝齒」、「溝面」、或「槽面(slot)」)。在一實施例中，每個溝槽之承載面為傾斜的。例如，每個溝槽之承載面140與水平面142之間的角度θ係介於約8°~10°之間。此外，每個溝槽之承載面均可經由粗糙化處理而使得表面粗糙度(Ra)>10μm，如圖4之示意圖所示。在一實施例中，支撐棒體118為一實心之石英圓柱，用於為晶舟主體提供支撐性，以強化晶舟整體的結構強度。應注意，雖然圖2中為了簡潔而未將該等承載棒體上的所有溝槽繪示出，但應理解，該等承載棒體上的溝槽可根據需要而分布遍及其整個長度、或整個長度其中的一部分。

如上所述，立式晶舟106亦包含第一板體122及第二板體132。圖5顯示立式晶舟106之仰視圖(亦即，第一板體122之底表面之視圖)。第一板體122位於立式晶舟106的底部，且為立式晶舟106之基座。第一板體122可使立式晶舟106整體穩定地直立設置於爐管(例如，立式爐管100)的基座(例如，基座120)上。圖6為立式晶舟106之俯視圖(亦即，第二板體132之頂表面之視圖)。第二板體132位於立式晶舟106的頂部，且主要用以穩固晶舟。

在本發明之實施例中，棒體部分(亦即，第一承載棒體112、第二承載棒體114、第三承載棒體116、及支撐棒體118)係設置於第一板體122及第二板體132之間，並且各個棒體的下端與第一板體122連接，而各個棒體的上端與第二板體132連接。此外，各個棒體係彼此平行且彼此相間隔地沿圓弧 排列。更具體而言，立式晶舟106具有供晶圓進出的一開口側136(如在圖6之俯視圖中的開口側136)，並且三個承載棒體112、114、116及支撐棒體118在與該開口側136相對的半圓弧側138上彼此相間隔地平行排列。此外，第一及第二承載棒體112、114係分別位在該半圓弧側138的兩端附近，如圖6所示。在一實施例中，第二承載棒體114與第三承載棒體116相隔約45度；第一承載棒體112與支撐棒體118相隔約45度；且第三承載棒體116與支撐棒體118相隔約90度，如圖3及6所概略顯示。與具有較多根承載棒體的晶舟相比，依據本發明之立式晶舟藉由使用三根承載棒體及一根支撐棒體而可獲得以下有利功效：與晶圓的接觸面積較少；並且更有利於晶圓放置於晶舟上時的平衡支撐。

藉由使用根據本發明之具有傾斜且粗糙之承載面的立式晶舟106，可改善在晶圓表面反應生成之薄膜的均勻性，並可使不樂見的晶圓上之粒子(particle)減少。在一較佳實施例中，溝槽之傾斜承載面與水平面之間的角度係介於8°至10°之間。在另一較佳實施例中，溝槽之傾斜承載面與水平面之間的角度為約10°。此外，在一較佳實施例中，溝槽之傾斜承載面的表面粗糙度(Ra)大於10μm。

在一些實施例中，立式晶舟106可由石英(例如GE型號、HSQ型號之石英)所製成。然而，應理解，立式晶舟106可由任何的其他合適材料所製成。此外，在立式晶舟106中，除了第一承載棒體112、第二承載棒體114、第三承載棒體116之外，其它部分均可經加工以具有光滑表面，並且在尖銳及/或尖角處可經加工以使其圓滑。

在一些實施例中，設置於第一承載棒體112、第二承載棒體114、第三承載棒體116之每一者上的溝槽數量可為數十個至上百個。在一較佳 實施例中，設置於第一承載棒體112、第二承載棒體114、第三承載棒體116之每一者上的溝槽數量為170個，並且每個溝槽之傾斜承載面係互相平行並相隔一預定距離(例如，在一實施例中相隔約5.2mm)。

相較於習知的立式爐管之晶舟(其溝槽之承載面為一水平面且表面光滑)，本發明採用具有粗糙斜面之溝槽的立式晶舟，因此能獲得以下有利功效：當反應氣體輸送進入立式爐管100中進行擴散反應時，由於根據本發明之立式晶舟與所承載的晶圓之間有較小的接觸面積，故反應氣體可均勻且有效的在晶圓表面進行反應，從而改善所沉積之薄膜的厚度均勻性；並且亦可減少在製程過程中晶圓上之粒子的產生，進而使晶圓缺陷減少，良率獲得有效的提昇。

儘管上述實施例已為了清楚理解之目的而詳細地加以描述，但顯然地，在所附申請專利範圍之範疇中，可實行某些變更及修改。應當注意，有許多替代的方式來實施本案實施例之方法及設備。因此，本案實施例應被視為是用於說明的而不是限制性的，且本案實施例不應被限制於本文中所提出之特定細節。

應當瞭解，本文中所述之結構及/或方法在本質上為示例性的，這些特定的實施例或範例不應被視為是限制性的，因為可能有各種變化。

本揭示內容之標的包括在本文中所揭示之各種處理及結構、以及其它特徵、功能、動作、及/或特性之所有新穎及非顯而易見的組合與次組合，以及其任何及所有的均等物。

106:立式晶舟

112:第一承載棒體

114:第二承載棒體

116:第三承載棒體

118:支撐棒體

122:第一板體

132:第二板體

Claims (6)

1. 一種用於立式爐管之立式晶舟，包含：三個承載棒體，其各自具有複數溝槽，其中該複數溝槽之各者具有用以支撐晶圓的一承載面及一水平面；支撐棒體，用以強化該立式晶舟之結構強度；第一板體，位於該立式晶舟的底部，並且與該三個承載棒體及該支撐棒體之每一者的下端連接；及第二板體，位於該立式晶舟的頂部，並且與該三個承載棒體及該支撐棒體之每一者的上端連接，其中該三個承載棒體上的該複數溝槽之該等承載面係經粗糙化，且係相對於該等水平面而呈傾斜，且其中該三個承載棒體上的該複數溝槽之該等承載面具有Ra>10μm的表面粗糙度，並且其中該立式晶舟具有供晶圓進出該立式晶舟的一開口側，該三個承載棒體及該支撐棒體在與該開口側相對的半圓弧側上彼此相間隔地平行排列，且該三個承載棒體中之第一及第二承載棒體係分別位在該半圓弧側的兩端附近。
2. 如請求項1之用於立式爐管之立式晶舟，其中該三個承載棒體、該支撐棒體、該第一板體、及該第二板體係由石英材料所製成。
3. 如請求項1之用於立式爐管之立式晶舟，其中該三個承載棒體上的該複數溝槽之該等承載面與該等水平面之間的角度係在約8°~10°之範圍內。
4. 如請求項3之用於立式爐管之立式晶舟，其中該三個承載棒體上的該複數溝槽之該等承載面與該等水平面之間的角度為約10°。
5. 如請求項1之用於立式爐管之立式晶舟，其中該三個承載棒體中之第三承載棒體與該第二承載棒體在該半圓弧側上相隔約45°，且該支撐棒體與該第一承載棒體在該半圓弧側上相隔約45°。
6. 一種立式爐管，包含：一外管；一內管，設置於該外管之內部；複數氣體注射器，其從該外管的外部延伸至該內管的內部，用以將一或更多反應氣體輸送至該立式爐管的內部；以及如請求項1至5其中任一項的立式晶舟，設置於該內管之內部，且用以承載晶圓。

Images