化学气相沉积系统的制作方法

本案是关于一种化学气相沉积系统与其晶圆承载器。

背景技术：

金属有机化学气相沉积(metal-organicchemicalvapordeposition，mocvd)，其原理是利用承载气体(carriergas)携带气相反应物或是前驱物，进入装有晶圆的反应室中，晶圆下方的承载盘(susceptor)具有加热装置，以加热晶圆及接近晶圆的气体使其温度升高，而高温会触发单一或是数种气体间的化学反应，使通常为气态的反应物被转换为固态的生成物，并沉积在晶圆表面上。

美国专利us7670434揭露一种气相沉积装置，图1为剖面图，显示其所揭露的气相沉积装置1。如图1所示，气相沉积装置1包含反应器10、用以承载晶圆13的晶圆承载器11、位于晶圆承载器11下方的承载盘12、位于承载盘12下方的加热器14、转动机构15使承载盘12与晶圆承载器11旋转、用以供应反应气体的气体输入管线16，以及用以排出气体的气体排放管线17。

图2a为图1中晶圆承载器11的俯视图，图2b为图2a在a—a方向的剖面图。

图1、图2a和图2b所揭露的是一种晶圆朝上(faceup)的化学气相沉积装置1以及其晶圆承载器11。在本领域，另有一种晶圆朝下(facedown)的化学气相沉积装置。美国专利us9617636揭露一种气相沉积的晶圆与薄膜表面的温度控制系统与方法。图3为局部剖面示意图，显示该系统与方法中晶圆朝下(facedown)的化学沉积系统2。

如图3所示，气相沉积系统2包含承载盘20及晶圆承载器21。一个承载盘20上可具有多个，例如五或六个晶圆承载器21。承载盘20及晶圆承载器21可分别进行公转及自转。图3仅显示气相沉积系统2的一半，另一半对称分布于中心轴22的另一侧。承载盘驱动系统23带动承载盘20绕着中心轴22进行公转。晶圆承载器21承载晶圆24。晶圆承载器21的正面或下方一定距离处，具有对向板25，而对向板25与晶圆承载器21之间，具有制造过程区域26。制造过程气体27通过制造过程区域26，经加热反应后，部分反应生成物沉积在晶圆24表面上形成薄膜，其余则通过排气区28排出。此外，晶圆承载器21的背面具有加热器29，例如均热板，用于加热晶圆24。晶圆承载器21与加热器29之间，可具有(空气)间隙30。此外，温度测量系统35包含正面测量系统31与反面测量系统32。正面测量系统31包含温度测量器31a、31b、31c以测量晶圆24的正面温度。反面测量系统32包含温度测量器32a、32b、32c以测量加热器29的反面温度。

如图3所示，在晶片朝下(facedown)的化学沉积系统中，晶圆24的部分表面会被晶圆承载器21所覆盖，无法被沉积薄膜，因此形成无效区域，导致产率的降低。

图4和图5为照片，显示现有沉积系统的晶圆24被晶圆承载器24所覆盖，而形成无效区域的情形。其中图5为图4的局部放大图，如图5所示，晶圆的无效区域的宽度可达到2000μm。

鉴于上述缺陷，亟需设计一种应用于化学气相沉积系统的晶圆承载器，使减少沉积制造过程的无效区域，以提高良率。

技术实现要素：

本案是关于一种气相沉积系统与其晶圆承载器。

根据本发明一实施例，一种化学气相沉积系统包含承载盘、多个晶圆承载器，以及制造过程气体。该承载盘绕着中心轴旋转。多个晶圆承载器位于该承载盘，每个该晶圆承载器承载晶圆，该晶圆的周边具有倒角，每个该晶圆承载器具有朝该晶圆方向延伸的延伸结构，该延伸结构具有水平的底面以及倾斜的承载面，该承载面用以承载该倒角。该制造过程气体靠近该晶圆的磊晶面，经加热反应形成薄膜沉积在该磊晶面上。

在一实施例，该底面与该承载面具有夹角，该夹角等于该倒角的角度。

在一实施例，该承载面是一个环形结构。

在一实施例，该承载面位于该晶圆承载器的内侧壁的下方。

在一实施例，该化学气相沉积系统是一种晶圆朝下的化学气相沉积系统。

根据本发明另一实施例，一种化学气相沉积系统包含承载盘、多个晶圆承载器，以及制造过程气体。该承载盘绕着中心轴旋转。多个晶圆承载器位于该承载盘，每个该晶圆承载器承载晶圆，该晶圆具有磊晶面，每个该晶圆承载器具有多个倒挂结构，该倒挂结构的端点具有接触以承载该磊晶面。该制造过程气体靠近该晶圆的该磊晶面，经加热反应形成薄膜沉积在该磊晶面上。

在一实施例，其中该接触具有弧线的构造。

在一实施例，每个该晶圆承载器与所承载的晶圆的磊晶面之间为多个线接触。

在一实施例，其中该接触具有圆形的构造。

在一实施例，每个该晶圆承载器与所承载的晶圆的磊晶面之间为多个点接触。

在一实施例，该倒挂结构位于该晶圆承载器的下方。

在一实施例，该化学气相沉积系统是一种晶圆朝下的化学气相沉积系统。

借由上述技术方案，本发明至少具有下列优点：应用于化学气相沉积系统的晶圆承载器，在进行沉积制造过程时，晶圆的无效区域可被大幅降低，使提升良率。此外，晶圆承载器的结构不会影响制造过程气体的流场，气体流场可维持层流，使保持磊晶均匀性。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。

附图说明

图1为剖面图，显示现有习知技术的晶圆朝上化学气相沉积装置。

图2a为俯视图，显示图1化学气相沉积装置的晶圆承载器。

图2b为图2a在a-a方向的剖面图，显示化学气相沉积装置的晶圆承载器。

图3为示意图，显示现有习知技术的晶圆朝下化学气相沉积装置。

图4为照片，显示现有习知化学气相沉积装置的晶圆的无效区域。

图5为图4的放大照片，显示现有习知化学气相沉积装置的晶圆的无效区域。

图6a为侧视图，显示根据本发明第一实施例的晶圆承载器。

图6b为局部立体剖开图，显示根据本发明第一实施例的晶圆承载器。

图7为照片，显示根据本发明第一实施例的晶圆承载器所承载晶圆的无效区域。

图8a为底部视角的立体图，显示根据本发明第二实施例的晶圆承载器。

图8b为侧视图，显示根据本发明第二实施例的晶圆承载器。

图8c为俯视示意图，显示根据本发明第二实施例的晶圆承载器与晶圆。

图9为照片，显示根据本发明第二实施例的晶圆承载器所承载晶圆的无效区域。

图10a为侧视图，显示根据本发明第三实施例的晶圆承载器。

图10b为俯视示意图，显示根据本发明第三实施例的晶圆承载器与晶圆。

【主要元件符号说明】

1：气相沉积装置10：反应器

11：晶圆承载器12：承载盘

13：晶圆14：加热器

15：转动机构16：气体输入管线

17：气体排放管线2：气相沉积系统

20：承载盘21：晶圆承载器

22：中心轴23：承载盘驱动系统

24：晶圆25：对向板

26：制造过程区域27：制造过程气体

28：排气区29：加热器

30：间隙31：正面测量系统

31a：温度测量器31b：温度测量器

31c：温度测量器32：反面测量系统

32a：温度测量器32b：温度测量器

32c：温度测量器35：温度测量系统

4：晶圆承载器40：延伸结构

402：底面404：承载面

5：晶圆50：磊晶面

52：倒角6：晶圆承载器

60：倒挂结构602：接触

7：晶圆承载器70：倒挂结构

702：接触

具体实施方式

以下将详述本案的各实施例，并配合图式作为例示。在一些实施例中，图中显示的范例可依照比例，但在其他实施例中，不需要按照比例。在一些实施例中，相同或相似的元件符号可代表相同、相似，或类比的元件及/或元素，但在某些实施例中，也可以表示不同的元件。在一些实施例中，描述方向的名词，可根据字面意义解释，但在其他实施例中，也可以不根据字面意义解释。此外，为了清楚表示本发明的某些元件，图示中可能省略部分元件。在说明书的描述中，为了使读者对本发明有较完整的了解，提供了许多特定细节；然而，本发明可能在省略部分或全部这些特定细节的前提下，仍可实施。

在图3的气相沉积系统中，由于承载盘20上同时承载多个晶圆承载器21，且承载盘20和晶圆承载器21皆进行旋转，使得在进行沉积制造过程时，晶圆24无法很精确的固定在同一位置上。加上晶圆24的材质有许多变化，例如蓝宝石、硅、塑胶等，其热膨胀系数皆不同，导致受热后的尺寸不一致。上述这些因素，皆增加设计晶圆承载器21时的困难度。

图6a为侧视图，图6b为局部立体剖开图，显示根据本发明一实施例的晶圆承载器4。如图6a和图6b所示，较佳的，晶圆承载器4适用于晶圆朝下的气相沉积系统，例如图3所介绍的气相沉积系统2，但不限于此。在本实施例，晶圆5具有朝下的磊晶面50，晶圆的周边具有角度的倒角52，而晶圆承载器的内侧壁下方(或靠近下方处)具有朝晶圆方向延伸的延伸结构40，该延伸结构40具有水平的底面402以及倾斜的承载面404，其中底面402与承载面404具有夹角，该夹角的角度与晶圆的倒角52可以相配合。例如，晶圆5的倒角52为45度，而底面402与承载面404的夹角为45度。又例如在本发明另一实施例，晶圆的倒角52为30度，而底面402与承载面404的夹角为30度。

如图6a和图6b所示，本实施例中，晶圆承载器4以倾斜的承载面404支撑晶圆5的倒角52，使得晶圆5的磊晶面50可获得最充分的利用。如图6a和图6b所示，在本实施例，承载面404为一个环形的结构。最理想的情况，晶圆5的倒角52完整的被晶圆承载器4倾斜的承载面404所支撑，使得所有的磊晶面50可以被沉积薄膜，没有产生无效区域。但在实际上，如前所述，由于承载盘20(图3)上同时承载多个晶圆承载器4，且承载盘和晶圆承载器4皆进行旋转，以及不同材质的晶圆5具有不同的热膨胀系数，使得晶圆5在进行沉积制造过程时无法很精确的固定在同一位置上。亦即，在进行沉积薄膜时，晶圆的中心(圆心)可能无法落在晶圆承载器4的中心(圆心)上。某些时候，晶圆5的中心可能会些微偏离晶圆承载器4的中心。这样的情况，可能会导致晶圆5的周边的部分磊晶面50仍具有小部分的无效区域。

图7为实体照片，显示根据图6a和图6b的晶圆承载器4，其所承载的晶圆5在沉积薄膜制造过程后的情形。为了评估磊晶面50的周边完整情形，选定晶圆周边的间隔的五个区域，如标示1、2、3、4、5处的磊晶面进行评估。如图7所示，在晶圆标示1、2、3处的区域，出现部分很轻微的无效区域；在晶圆标示4的区域，并未出现无效区域；在晶圆标示5的区域，出现比较明显的无效区域，其宽度约为400μm。相较于现有习知技术晶圆承载器的无效区域可达2000μm，本实施例的晶圆承载器4，已大幅减少无效区域。

此外，如图6a和图6b所示，晶圆承载器4以倾斜的承载面404支撑晶圆5的倒角52的斜面，如此制造过程区域的制造过程气体不会受到晶圆承载器4的结构影响，其气体流场可以维持为层流。根据流体力学，当雷诺数较小时，黏滞力对流场的影响大于惯性力，流场中流速的扰动会因黏滞力而衰减，流体流动稳定，为层流。而反应室需要的气体流动状态为层流，可使得气体反应完全、避免磊晶缺陷，并提升磊晶均匀度。

图8a为从底部视角观看的立体图，图8b为侧视图，图8c为俯视示意图，显示根据本发明另一实施例的晶圆承载器6与晶圆5。如图8a至图8c所示，较佳的，晶圆承载器6适用于晶圆朝下的气相沉积系统，例如图3所介绍的气相沉积系统2，但不限于此。在本实施例，晶圆5具有朝下的磊晶面50，制造过程气体反应后可沉积薄膜于磊晶面50上。在每个晶圆承载器6的下方，具有多个倒挂结构60，其中每个倒挂结构60的端点具有接触602以支撑晶圆5的磊晶面50。在本实施例，每个晶圆承载器6的下方，具有5个倒挂结构60，但不限定于此。图8c是晶圆5的俯视示意图，如图8c所示，晶圆承载器6的倒挂结构60的端点的接触602，具有弧线的构造。

如图8a至图8c所示，在理想的情况下，晶圆承载器6以多个，例如五个倒挂结构60，以接触晶圆5的磊晶面50，可使得晶圆承载器6与晶圆5的磊晶面50的接触面积大幅减少。此外，在本实施例，晶圆承载器6的倒挂结构60的接触602，具有弧线的构造，使得晶圆5的磊晶面50与晶圆承载器6的接触面积，仅有五个弧线(可视为线接触)，如此可大幅降低无效区域。

图9为实体照片，显示根据图8a至图8c的晶圆承载器6，其所承载的晶圆5在沉积薄膜制造过程后的情形。为了评估磊晶面50的周边完整情形，选定晶圆周边的间隔的五个区域，如标示1、2、3、4、5处的磊晶面进行评估。如图9所示，在晶圆标示1、2、5处的区域，出现部分轻微的无效区域，其无效区域的宽度约为200至350μm；在晶圆标示3与4的区域，出现比较明显的无效区域，其最大宽度约为1000μm。相较于现有习知技术晶圆承载器的无效区域可达2000μm，本实施例的晶圆承载器6，已大幅减少无效区域。此外，根据实验，晶圆承载器6的结构并不会影响制造过程气体的流场，其气体流场可以维持为层流。

图10a为侧视图，图10b为俯视示意图，显示根据本发明另一实施例的晶圆承载器7与晶圆5。在晶圆承载器7的下方，具有多个倒挂结构70，其中每个倒挂结构70的端点具有接触702以支撑晶圆5的磊晶面50。在本实施例，每个晶圆承载器7的下方，具有5个倒挂结构70，但其数量不限定于此。图10b是晶圆5的俯视示意图，如图10b所示，晶圆承载器7的倒挂结构70的端点的接触702，具有圆球的构造。

如图10a与图10b所示，在理想的情况下，晶圆承载器7以多个，例如五个倒挂结构，以接触晶圆5的磊晶面50，可使得晶圆承载器7与晶圆5的磊晶面50的接触面积大幅减少。此外，在本实施例，晶圆承载器7的倒挂结构70的接触702，具有圆球的构造，使得晶圆5的磊晶面50与晶圆承载器7的接触面积，仅有五个点(可视为点接触)，如此可大幅降低无效区域。

根据本发明实施例的晶圆承载器，在进行沉积制造过程时，晶圆的无效区域可被大幅降低，使提升良率。此外，晶圆承载器的结构不会影响制造过程气体的流场，气体流场可维持层流，使保持磊晶均匀性。

本说明书所揭露的每个/全部实施例，本领域熟悉技艺人士可据此做各种修饰、变化、结合、交换、省略、替代、相等变化，只要不会互斥者，皆属于本发明的概念，属于本发明的范围。可对应或与本案所述实施例特征相关的结构或方法，及/或发明人或受让人任何申请中、放弃，或已核准的申请案，皆并入本文，视为本案说明书的一部分。所并入的部分，包含其对应、相关及其修饰的部分或全部，(1)可操作的及/或可建构的(2)根据熟悉本领域技艺人士修饰成可操作的及/或可建构的(3)实施/制造/使用或结合本案说明书、本案相关申请案，以及根据熟悉本领域技艺人士的常识和判断的任何部分。

除非特别说明，一些条件句或字词，例如「可以(can)」、「可能(could)」、「也许(might)」，或「可(may)」，通常是试图表达本案实施例具有，但是也可以解释成可能不需要的特征、元件，或步骤。在其他实施例中，这些特征、元件，或步骤可能是不需要的。

本文前述的文件，其内容皆并入本文，视为本案说明书的一部分。本发明提供的实施例，仅作为例示，不是用于限制本发明的范围。本发明所提到的特征或其他特征包含方法步骤与技术，可与相关申请案所述的特征或结构做任何结合或变更，部分的或全部的，其可视为本案不等的、分开的、不可替代的实施例。本发明所揭露的特征与方法其对应或相关者，包含可从文中导出不互斥者，以及熟悉本领域技艺人士所做修饰者，其部分或全部，可以是(1)可操作的及/或可建构的(2)根据熟悉本领域技艺人士的知识修饰成可操作的及/或可建构的(3)实施/制造/使用或结合本案说明书的任何部分，包含(i)本发明或相关结构与方法的任何一个或更多部分，及/或(ii)本发明所述任何一或多个发明概念及其部分的内容的任何变更及/或组合，包含所述任何一或多个特征或实施例的内容的任何变更及/或组合。