[發(fā)明專利]氣相成膜裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410512506.0
• 申請(qǐng)日: 2014-09-29
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN104513968B
• 公開(kāi)（公告）日: 2017-04-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 須田昇;大石隆宏;米野純次;盧柏菁;薛士雍;鐘步青
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 漢民科技股份有限公司
• 主分類號(hào): C23C16/00
• 分類號(hào): C23C16/00
• 代理公司: 北京市浩天知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙)11276
• 代理人: 劉云貴

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明是關(guān)于一種于半導(dǎo)體或氧化物基板上形成半導(dǎo)體膜的氣相成膜裝置，詳細(xì)而言，是關(guān)于一種在成膜中讓基板自轉(zhuǎn)公轉(zhuǎn)型的氣相成膜裝置。

背景技術(shù)

一般而言，要確保藉由氣相成膜法所形成的膜質(zhì)量較高的必要要素有三個(gè)。具體而言，是(a)成膜壓力、(b)流速、(c)成膜速度曲線三者。以下便分別就其對(duì)成膜質(zhì)量的影響加以詳述。

首先，關(guān)于(a)成膜壓力，對(duì)于具有高揮發(fā)性成分元素尤其重要。對(duì)于具有高揮發(fā)特性成分元素的成膜系統(tǒng)中，提高成膜壓力會(huì)提升揮發(fā)成分元素的分壓，其結(jié)果會(huì)抑制揮發(fā)成分元素從成膜脫離，而可得到缺陷較少的高質(zhì)量成膜。舉IIIV族化合物半導(dǎo)體為例，由于V族元素的揮發(fā)性較高，故為了抑制其從成膜中脫離便需要提升氣相中V族的分壓。尤其在氮化物系化合物半導(dǎo)體中，因氮元素的揮發(fā)性較高，故多以接近常壓的壓力來(lái)成長(zhǎng)。

接著為(b)流速，流速越快越好。一般的成膜條件下，雷諾數(shù)不至于高到會(huì)產(chǎn)生亂流，只要不在產(chǎn)生亂流的范圍內(nèi)，成膜流速越高越好。其理由，首先第一是流速較慢則成膜界面品質(zhì)便會(huì)降低。一般的成膜中，是在成膜過(guò)程中改變膜的成分組成，或改變摻雜物種等而形成各種界面。但由于流速較慢時(shí)，對(duì)于接口形成前的成膜層的材料氣體不會(huì)快速地行進(jìn)而排出反應(yīng)區(qū)，故難以獲得明顯(Sharp)的成膜界面，因此無(wú)法確保高質(zhì)量的成膜界面。接著，由于反應(yīng)器內(nèi)從原料氣體被導(dǎo)入至到達(dá)基板處需要較長(zhǎng)時(shí)間，故因氣相預(yù)反應(yīng)而使得前驅(qū)物質(zhì)(原料元素)被消耗的比例會(huì)變多，故便會(huì)使得原料的利用效率降低。再者，由于流速較慢時(shí)，要以氣流流速來(lái)抑制原料氣體的隨機(jī)擴(kuò)散會(huì)變得困難，故會(huì)在反應(yīng)器內(nèi)非基板所在處產(chǎn)生不良的沉積物，而這都會(huì)對(duì)成膜質(zhì)量或再現(xiàn)性有不良影響。

此等流速只要是在不會(huì)產(chǎn)生亂流的范圍內(nèi)，流速越快則越可穩(wěn)定地獲得高質(zhì)量成膜及良好的界面質(zhì)量。將流速與先前的成膜壓力一起考慮，以相同載體氣體流量來(lái)加以比較時(shí)，可謂是因成膜壓力越高則流速越慢，雖然有利于抑制高揮發(fā)元素的脫離，但使流速變慢反而不利于成膜質(zhì)量，故此兩要素基本上無(wú)法兩者兼?zhèn)洹＞C合性觀之，便需要探討最佳成膜壓力與流速的操作。

最后，關(guān)于(c)成膜速度曲線來(lái)進(jìn)行研究。圖10為顯示一般自轉(zhuǎn)公轉(zhuǎn)式反應(yīng)器構(gòu)造的剖面圖。更正確而言，為常用于IIIV族化合物半導(dǎo)體成膜的反應(yīng)器范例。反應(yīng)器100藉由圓板狀晶座20、對(duì)向于該圓板狀晶座20的對(duì)向面形成構(gòu)件110、材料氣體的導(dǎo)入部60及氣體排氣部38來(lái)加以構(gòu)成。基板W藉由基板保持構(gòu)件22來(lái)加以承載，基板保持構(gòu)件22被置于圓板狀晶座20的承受部26。該反應(yīng)器100具有中心對(duì)稱性，而圓板狀晶座20會(huì)相對(duì)其中心軸公轉(zhuǎn)，與此同時(shí)基板W會(huì)自轉(zhuǎn)的構(gòu)造。該等自轉(zhuǎn)、公轉(zhuǎn)用的部件為一般已知的部件。圖10的構(gòu)造中，也具備有分離供給型氣體噴射器120。圖10的分離供給型噴射器120是以第1噴射構(gòu)件122與第2噴射構(gòu)件124所構(gòu)成，分為上中下的3層氣體導(dǎo)入部60。而大多是從上導(dǎo)入H₂/N₂/V族原料氣體，從中間導(dǎo)入III族原料氣體，從下導(dǎo)入H₂/N₂/V族原料氣體的方式加以使用。本發(fā)明中，是將圓板狀晶座20及基板W上各位置的成膜速度集結(jié)構(gòu)成相對(duì)于自轉(zhuǎn)公轉(zhuǎn)式反應(yīng)器10半徑方向的成長(zhǎng)曲線定義為成膜速度曲線。

于圖11顯示該構(gòu)造的成膜裝置所獲得的一般成膜速度曲線。該曲線主要由原料分子的輸送來(lái)加以決定。例如，IIIV族化合物半導(dǎo)體情況中，由于通常是讓V族過(guò)剩來(lái)進(jìn)行成膜，故僅將III族來(lái)作為支配成膜速度曲線的原料分子。橫軸表示距噴射器出口端的距離，縱軸表示成膜速度。成膜開(kāi)始的地點(diǎn)幾乎等同于從分離供給型噴射器將原料氣體導(dǎo)入至反應(yīng)器內(nèi)的噴射出口端位置。成膜速度會(huì)由該處上升，而在到達(dá)顛峰后便開(kāi)始減少。放置基板的位置一般來(lái)說(shuō)是將基板最上游部位置于該成膜速度曲線巔峰的略下游位置。然后，藉由讓基板自轉(zhuǎn)來(lái)消除上游與下游的成膜速度差，而可獲得較為良好的膜厚均勻性。反言之，成膜速度曲線才是決定自轉(zhuǎn)公轉(zhuǎn)后，獲得膜厚均勻性的結(jié)果。由于除了膜厚外，膜中的化學(xué)組成或雜質(zhì)濃度等亦會(huì)大大地受到成膜速度影響，故相對(duì)于該等特性或其基板面內(nèi)成膜均勻性，成膜速度曲線乃有非常重要的意義。因此，成膜速度曲線乃是對(duì)成膜質(zhì)量有重大影響的重要要素之一。