TW201213596A - Hybrid gas injector - Google Patents

Description

201213596 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明大致關於半導體晶圓的熱處理。尤其是，本發明 係關於在一熱處理爐中的氣體注射器。 【先前技術】 在石夕積體電路之製造中的若干階段持續使料批次熱處 理。-低溫熱製程藉由化學汽相沈積來沈積—層石夕氣化 物，通常在大約7〇代的溫度範圍内使用氯石夕烧及氨作為 前驅物氣體。其他的低溫製程包含多晶石夕或二氧化石夕之沈 積或其他利用低溫之製程。高溫製程包含氧化、退火、 化及其他通常用到高溫的製程，例如1000t以上或甚至 120(TC。 大規模的商用生產通常用垂直爐及垂直配置的晶圓塔以 支撐爐中的大量晶®，通常在如圖】所繪示之截面圖的結 構中。該爐包含-熱絕緣加熱器筒12，其係用於支撑一電 阻加㈣圈14 ’該電阻加熱線圈由—如圖示之電源供應供 電。通常由石英組成之-鐘罩16包含一頂部且裝配於該加 熱線圈Μ中…具開啟端之内襯_被使用，其係裝配於 該鐘罩16中。-支標塔20坐落於一台座以並且在處理期 ㈣大致被該内襯18圍繞。該塔2〇包含 垂直配置的狹槽’其制於_待於批次模式中進行熱處 理之多個水平地佈置的晶圓^主要佈置於該物與該内襯 此間的'氣體注射器24在其上端有—^，用於注射製 程氣體於該内襯18内。通常而言’在沿著多個高度處之不 151101.doc 201213596 同長度的多個氣體注射器24注射該製程氣體。未繪示之— 真空幫浦移除通過該鐘罩1 6之底部的該製程氣體。該加熱 器筒12 ’鐘罩1 6及内襯1 8可被垂直抬起以允許晶圓被轉移 至該塔2 0及自該塔2 0轉移出來，雖然在一些組態中此等元 件保持靜止而一升降機提升及降低該台座22及經負載之從 20進出該爐10之底部。 鐘罩1 8在其上端上封閉，導致爐1 〇在其中間及上面部分 趨於具有一大致一致的熱溫度。這被稱為熱區，在該熱區 中溫度被控制用於最優化熱製程。然而，該内襯丨8之開啟 底端及該台座22之機械式支架導致該爐之低端具有一較低 的溫度’通常足夠低使得如化學汽相沈積之製程不能完全 有效。該熱區可排除該塔20之一些較低狹槽。 習知在低溫應用中，該塔、内襯及注射器由石英或熔融 矽石組成。然而，石英塔及石英注射器正被矽塔及矽注射 器所取代。圖2之正視圖繪示可購自美國加州Sunnyvaie之 Integrated Materials公司的一矽塔之一組態。此一塔的製 造係由Boyle等人描述於美國專利第6,455,395號中，其係 藉由引用併入本文。矽内襯已經由B〇yle等人在美國經公 告之專利申請案第2002/0170486號中提出。

Zehavi等人揭示—矽注射器24 ,其係繪示於圖2之正視 圖中，且其製造方法揭示於美國經公告之專利申請案第 2〇〇6/〇185589號中。其包含一注射器桿26(亦稱為一管）及 一連接益28(亦已知為一關節）。該連接器28包含一供應管 20及一肘官32，該肘管具有一凹部以接收該注射器桿託。 151101.doc 201213596 S亥供應官30可具有一大約4毫米至8毫米的外直徑並具有一 相應大小的内圓孔34。該供應管3〇穿過該爐之下歧管。 該供應管30之末端可透過—真空配件及〇型環（諸如一 一件)連接至氣體供應管線，該氣體供應管線供應 所需的氣體或氣體混合物進入該爐，例如，用於矽氮化物 之CVD沈積的氨及錢。根據Boyle等人的美國專利第 6,450,346號中描述之方法’該整個一體之連接器28可由經 退火的原生多晶發機械加工而來。該機械加工包含將該供 應孔34連接至接收該桿的凹部。或者，將—分離管3〇裝入 且結合至經分開機械加玉之肘f 3 2來組裝連接器2 8。 注射器桿26形成有一注射孔36，例如，具有與該供應管 30之圓孔34直徑相㈣直徑並且沿注射器桿％整個長度延 伸之-圓形孔。如所示，該注射管24可具有一斜端，例如 面向該腔室内襯或其可能具有一與該桿26之軸垂直的一平 坦端。該注射器桿26的截面形狀可能大體呈正方形(如圖 示）或可能呈八邊形或圓形或根據該爐製造者及生產線需 要而定形狀。該注射器桿52可由兩殼54、％組成該兩殼 透過未繪示的沿著桿軸向延伸之榫槽結構接合在一起。

Zehavi等人的注射器4〇之所有的零件係由矽（較佳多晶矽 及最佳係原生多晶♦)構成的。該等零件可使用由旋塗玻 璃（S0G)及石夕粉構成的—可固化黏着劑融合―起，如 專的美國專利第7,〇83,694號所描述。可流動的黏著劑被 施加於該等零件的接合區域’接著該等零件被組裝成為所 二口構接著该結構在900至11 〇〇°c的範圍内之一溫度 151101.doc 201213596 下退火以將該旋塗玻璃轉換成一砂基質 該等矽零件並併入矽粉末。 /、緊畨地結合至 該矽氣體注射器在減少燐 效，這些微粒掉落至 现 义拉數量方面極有 率。 掉洛至經處理晶圓上變得有害並且降低良 【發明内容】 不幸的是’以上描述㈣知單—錢體 缺陷。製造複雜的石夕注射g a ^ 对盗存在右干 射益疋一個單調且昂貴之制招斗 果，即使藉由增加生產良率 貝之I程。結 注射器的費用減少作噹 π卩使仵该 亥矽庄射器依然很貴。另外，兮石^士 構較長，有時其長产土袁和 χ 、’·口 又U超過一米，易碎且易 組裝之注射器需晷+八, 衣建达给 ”^μ防止該注射器在運輸 f:/、要该長桿斷裂時’該注射器很明顯就需要以一新注 射态取代。同樣的，告兮 田該庄射益主要由於沈積產物的 使得晶圓_增加或沈積率或均勻性改變致使其達到使用 哥命之末端時，該注射器通常會㈣掉並由-個昂貴的新 注射器取代。 雖然全錢體注射器已提供優異之性能，但是本發明者 已經意識到了僅僅是注射器的桿延伸進人熱區的處理區域 且經受藉由製程氣體的密集塗佈。該連接器或關節位於處 理區域的下面且經歷—較低的溫度以致該連接器沒有經歷 明顯沈積。 根據本發明之一態樣’一混合氣體注射器包含由如矽之 高純度材料構成之—桿及另—材料之—連接器，其中該桿 】5110l.(i〇c 201213596 延伸通過該爐之熱區， 加熱線圈14所定界的熱 碳化物構成》 且δ亥連接器係佈置於大致由該爐之 區的外面。該桿或者可由石英或矽 連接器之材料比桿的材料更強健且更便宜是較佳的。對 於石夕桿，石英及石夕碳化物能用於連接器。然而，由於諸如 不鏽鋼或者祕鐵耐熱料合金（i_ei)之強金屬的優異 的強度並且容易機械加工，其用於製造連接器是較佳的。 :於氣體供應管線通常由不錄鋼構成之事實，一不鏽鋼的 連接益在不影響其純度位準的情況下明顯能被使用。 有優勢的疋’轉可透過_可分離的聯結器接合至連接 。器’例如，使㈣如螺絲之螺紋元件1果，該桿及連接 益可因為較不複雜的結構且易於就地安裝能被分開運送。 另外的更換不需要_新連接器。如果桿斷裂或者變 成過度塗佈’則可用一新桿接合至之前用過的連接器。之 前提到過的該連接諸受更少之沈積。如果該連接器需要 被/月理，其更小的尺寸，降低的複雜性及強健的組成會促 進清理。 例如，一實施例係關於一種氣體注射器，其用於將製程 虱體注射進入至一垂直爐的介於支撐多個晶圓之一塔與一 官形内襯之間的-空間内。該氣體注射器包含—管形桿， 其具有—開啟末端及-沿著—帛一軸延伸之第一孔且由一 第一單一材料構成，該第一材料係選自由矽、石英及矽碳 化物組成的群組；及一連接器，其可分離地連接至該桿區 奴，5亥連接由除該第一材料外之一第二材料構成，並且 151101.doc 201213596 ，3亥供應管具有一第二孔及一末端，該第二 —軸垂直的一第二軸延伸並且與該第一孔浐 包含一供應管， 孔沿著與該第一 體連通，而該末端可連接至-氣體供應管線。 【實施方式] 本發明之較佳實施例如圖1至4繪示。 s軋體；主射器5 〇之一實施例（如圖3之正視圖繪示〕 ，含：矽桿52，其類似於ZehaW等人所描述，其由兩個多 曰曰矽叙54、56融合在一起所形成且在該兩個多晶矽殼之間 具! 一中心孔58。該桿52之下端結合至-配接1160，該配 接益60亦具有_中心孔’其延伸通過該配接器並且與該桿 52之中心孔58對齊。兩個缺σ 62、64經機械加工進入至配 接器60以沿著垂直於該桿52之軸的兩個相對側延伸。該桿 52可由夕日“夕構成，在需要小尺寸時多晶⑦可易於機械加 工。邊配接器6G相對較小且形狀簡單且能由—單—部件機 械加工。經機械加工的該桿52能用相同的S0G/矽融合掉 融合至…一，其形成桿52的主要部分，或= 一分開之操作中融合。 、妾器66由金屬（較佳地不鏽鋼或者錄絡鐵而才熱耐

置於其上的一平坦的上表面72， l進入肘管以連接於桿52之中 。δ亥肘管7 0具有使配接器6 〇靜 72 ’配接器60之中心孔與肘管 151101.doc 201213596 70中的垂直孔對齊。兩個固持器74、76具有各別之水平的 延伸齒’該等齒可接合該調節器6〇之缺口 62、64。螺絲 78、80可自由地穿過該肘管7〇之凸緣82、84並旋轉進固持 器74、76中。由此’該等螺絲78、8〇能將該配接器6〇抵於 圍繞垂直肘管孔的肘管70之平坦表面72上緊。該等螺絲 78、80能被旋鬆以從桿52釋放該連接器66。由此，如果桿 52由於斷裂或老化需要被替換時，該連接器“能再用於— 新桿52。較佳地是該等固持器74、76及該等螺絲78、8〇亦 能由不鏽鋼構成。 該等零件之間的密封無須提供一高壓密封。矽似乎可充 分密封至一金屬。然而，已預想到有一種密封材料可有優 勢地使用，諸如像C形密封件之一金屬密封件或者諸如

Kalrez之一高溫彈性密封件。該密封件需要適應不同材料 的零件間之不同熱膨脹同時維持用於氣體密封的零件之接 近性。 在圖4之正視圖中繪示一混合氣體注射器9〇的另一實施 例，s亥混合氣體注射器90包含類似於圖3之桿的一桿％， 該桿92包含第-及第二殼94、96,其令沿著該等殼轴向形 成-中心孔98 U ’該第二殼96在其下端附近但偏離其 下端處包含-未㈣的側孔隙。另外，—端板9(經結合並 密封至該等殼94、96之底端以堵塞該中心孔％。該等殼 94、96及端板94由相同材料（例如，石英、矽碳化/物$ 石夕’但多晶石夕係較佳’原始多晶石夕係最佳）形成。在該等 殼94、96融合在-起的同時料端板料可融合至該等殼 151101.doc •10- 201213596 94 > 96 ° 一配接器1 00包含一供應管】02，該供應管1 〇2係（例如） 藉由焊接接合至一夾鉗結構的一基座104。該基座104包含 未繪不的孔隙，該孔隙與供應管的中心孔連通並與該第 二殼96中的側孔隙對齊。兩個可移動的夾具ι〇6、1〇8包含 凸耳110、112，該等凸耳對接於該第一殼94而與該第二殼 96中的孔隙相對。該第—殼94的隅角可為圓形以符合該等 凸耳110、112之凹形内表面^穿過該等夾具令的孔的螺絲 被旋進該基座104内。因此，該等螺絲ιΐ4、ιΐ6 可抵著。亥第一忒94上緊該等凸耳"〇、m以將該桿％之底 端固持於該配接器⑽並將至該基座1()4之孔的該第二㈣ 中之孔隙密封以提供該桿92之中心孔98至該供應管1〇2之 孔之間流體相通。甚马望碑# 1 1 /1 , 右。亥4螺絲114、116被旋鬆，則該桿92 可自S亥連接器拆卸。 本發明提供报多優勢。暴露於高溫中之該注射器零件 (亦即’該桿）具有—簡單形狀以容許該桿可更容易地由諸 如石夕的關鍵性材料所形成。該注射器之其他部分可更容易 :由非關鍵性材料形成(尤其係不鏽鋼”不鏽鋼可更容易 地形成所需的形狀。該連垃哭月中甘β 」更谷易 連接益及尤其疋所需的90度彎廑可 由更加耐料材料形成 地就地安裝。苦—心、 千且可容易 才干而被替換，則該連接器可 桿而盔須自Α名触仏 J丨仃接至一新 一員自其乳體線斷開，由此降低維修成 簡單的設計促進兮γ Μ杯之更 清潔的單、主：清潔，而無須抛棄整個部件及難以 /射器。由於由價廉的材料製成的可再使用連 151101.doc 201213596 接器’消耗與擁有總成本減少。 雖然本發明之較佳實施例已描述於本文中’但以上之描 述僅疋說明性的。本文中揭示之發明之進一步的修改將發 生於熟習此各別技術者中且所有此等修改都會藉由附加过 求項界定而被認為是在本發明之範圍内。 【圖式簡單說明】 圖1係一垂直爐之一戴面圖。 圖2係一全矽氣體注射器之一正視圖。 圖3係本發明之一氣體注射器一一實施例 — 圖。 正视 圖4係本發明之一氣體注射器的一第二實施例之〜 圖。 正梘 【主要元件符號說明】 10 爐 12 絕緣加熱器筒 14 電阻加熱線圈 16 鐘罩 18 内襯 20 支撐塔 22 台座 24 氣體注射器 26 注射器桿 28 注射器 30 供應管 151101.doc •12· 201213596 32 肘管 34 孔 36 注射孔 38 殼 40 殼 50 混合氣體注射器 52 桿 54 殼 56 殼 58 中心孑L 60 配接器 62 缺口 64 缺口 66 連接器 68 供應管 70 肘管 72 上表面 74 固持器 76 固持器 78 螺絲 80 螺絲 82 凸緣 84 凸緣 90 混合氣體注射器 151101.doc -13- 201213596 92 桿 94 殼 96 殼 98 中心孔 100 配接器 102 供應管 104 基座 106 夾具 108 夾具 110 凸耳 112 凸耳 114 螺絲 116 螺絲 151101.doc -14-

Claims (1)

1. 201213596 七、申請專利範圍： 1. 一種氣體注射器’其用於將製程氣體注射進入〜 中介於支撐多個晶圓的一塔與一管形内襯之間的 内，該氣體注射器包括：

   一管形桿’其具有一開啟末端及一第一孔 /)α著一苐一軸延伸並由一第一單一材料構成 自由石夕、石英及矽碳化物組成的群組；及 一連接器，其可分離地連接至該桿區段，1 ％由除該 第一材料外的一第二材料構成並且包含一供應警，▲ μ 應管具有一第二孔及一末端，該第二孔沿著與讀第j供 垂直的一第二軸延伸並且與該第一孔流體 可連接至一氣體供應管線。 2. 3. 4. 5. 6. 如叫求項1之氣體注射器，其中該第二材料係一金屬 如請求項2之氣體注射器，其中該金屬係不鏽鋼。 經 如叫求項1之氣體注射器，其中該第一材料係多晶矽。 如請求項4之氣體注射器，其中該第二材料係不鏽鋼。 ^ 4求項1之氣體注射器’其進-步包括諸螺絲，其 疑轉進人至該連接器及將該桿區段夾緊至該連接器。 151101.doc