CN103597580B - 用于将材料沉积在基板上的设备 - Google Patents

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Abstract

本文提供用于将材料沉积在基板上的方法及设备。在一些实施方式中，用于处理基板的设备可包括：处理腔室，该处理腔室具有安置于该处理腔室中的基板支撑件，以支撑基板的处理表面；喷射器，该喷射器被安置至基板支撑件的第一侧，且该喷射器具有第一流动路径以提供第一处理气体及具有第二流动路径以独立于第一处理气体而提供第二处理气体，其中喷射器被定位以提供第一处理气体及遍及基板的处理表面；喷淋头，该喷淋头安置于基板支撑件的上方以提供第一处理气体至基板的处理表面；以及排气口，该排气口安置于基板支撑件的第二侧且与喷射器相对以从处理腔室排出第一处理气体及第二处理气体。

Description

用于将材料沉积在基板上的设备
技术领域
本发明的实施方式大体而言是涉及用于将材料沉积在基板上的方法及设备。
背景技术
因为互补金属氧化物半导体(CMOS)器件的临界尺寸继续缩小，举例而言，需要将新颖材料并入CMOS架构中以改良能量效率和/或速度。一个此族材料是Ⅲ-Ⅴ族材料，该Ⅲ-Ⅴ族材料可用在诸如晶体管器件的沟道中。不幸地，当前处理设备及方法未能出产具有适当材料品质的Ⅲ-Ⅴ族膜，这些材料品质诸如低缺陷密度、成分控制、高纯度、形态、晶片中均匀性(in-waferuniformity)及批次(runtorun)重现性。
因此，发明者已提供用于将诸如例如Ⅲ-Ⅴ族材料之类的材料沉积在基板上的改良的方法及设备。
发明内容
本文提供用于将材料沉积在基板上的方法及设备。在一些实施方式中，本发明的方法及设备可有利地用于将Ⅲ-Ⅴ族材料沉积在基板上。在一些实施方式中，用于处理基板的设备可包括：处理腔室，该处理腔室具有温控反应容积，该温控反应容积包括包含石英的内表面，且该处理腔室具有基板支撑件，该基板支撑件安置于该温控反应容积内部以支撑基板的处理表面；加热系统，该加热系统安置于基板支撑件的下方以提供热能至基板支撑件；喷射器，该喷射器被安置至基板支撑件的第一侧，且该喷射器具有第一流动路径以提供第一处理气体及该喷射器具有第二流动路径以独立于第一处理气体提供第二处理气体，其中喷射器被定位以提供第一处理气体及第二处理气体遍及基板的处理表面；喷淋头，该喷淋头安置于基板支撑件的上方以提供第一处理气体至基板的处理表面；以及加热排气歧管，该加热排气歧管被安置至基板支撑件的第二侧，与喷射器相对以从处理腔室排出第一处理气体及第二处理气体。
在一些实施方式中，在基板上沉积层的方法可包括以下步骤：清洁处理容积内的表面；在引入基板至处理容积之前在处理容积内部建立温度；流动第一处理气体至处理容积中并遍及基板的处理表面；从处理表面的上方独立地流动第一处理气体至处理容积中且朝向处理表面；流动第二处理气体至处理容积中并遍及处理表面；以及在由第一处理气体及第二处理气体于处理表面上形成一个或更多个层期间调节基板的处理表面的温度。
本发明的其他及进一步实施方式描述如下。
附图简要说明
上文简要概述且于下文更详细论述的本发明的实施方式，可通过参照附图中图示的本发明的说明性实施方式来理解。然而，应注意，附图仅图示本发明的典型实施方式，因此不将附图视为本发明范围的限制，因为本发明可允许其他同等有效的实施方式。
图1A图示根据本发明的一些实施方式的处理腔室的示意性侧视图。
图1B图示根据本发明的一些实施方式的处理腔室及维护壳体的示意性俯视图。
图2图示根据本发明的一些实施方式的处理腔室的部分示意性俯视图，该图示出处理腔室的喷射器及排气口的配置。
图3A至图3C分别图示根据本发明的一些实施方式的喷射器的示意性正视图及侧视图。
图4A至图4B分别图示根据本发明的一些实施方式的喷射器的示意性正视图。
图5图示根据本发明的一些实施方式的喷淋头的示意性侧视图。
图6图示根据本发明的一些实施方式将层沉积在基板上的方法的流程图。
图7图示根据本发明的一些实施方式沉积于基板上的层。
为了促进理解，在可能情况下已使用相同的标记数字以标示为各图所共用的相同元件。这些图并非按比例绘制且这些图为清晰起见可能被简化。可以预期，一个实施方式的元件及特征可有利地并入其他实施方式中而无需进一步叙述。
具体描述
本文提供用于将材料沉积在基板上的方法及设备。在一些实施方式中，本发明的方法及设备可有利地用于将Ⅲ-Ⅴ族材料沉积在基板上。本发明的方法及设备的实施方式可有利地提供适用于例如CMOS应用的改良Ⅲ-Ⅴ族膜的沉积。在至少一些实施方式中，改良的设备可满足由主流半导体工业放在当前外延硅及硅锗反应器上的一些或所有期望。举例而言，在一些实施方式中，如与常规的市售反应器相比，改良的设备可促进在特定基板的内部具有更佳材料品质（例如更低缺陷密度、良好成分控制、更高纯度、良好形态及更高均匀性中的一个或更多个品质）的外延膜在诸如300mm的硅晶片上生长且按批次生长。在至少一些实施方式中，改良设备可提供可靠运行及延长的反应器（及工艺）稳定性，由于较不频繁的维护周期与介入而具有更少残留物蓄积。在至少一些实施方式中，改良设备可提供设备的安全及有效维护，从而导致设备的缩短的停工时间及高整体可用性。因此，如与常规的市售反应器相比，本文所述的改良设备及方法的使用可有利地提供在CMOS器件生产中的Ⅲ-Ⅴ族材料的改良沉积。
图1A图示根据本发明的一些实施方式的处理腔室100的示意性侧视图。在一些实施方式中，处理腔室100可自市售的处理腔室改动而得，诸如可购自California(加利福尼亚)州SantaClara（圣克拉拉）的AppliedMaterials,Inc.(应用材料公司)的反应器，或被调适成执行外延硅沉积工艺的任何适当半导体处理腔室。处理腔室100可被调适成执行外延沉积工艺，例如如与下文关于图6论述的方法，且处理腔室100说明性地包含腔室主体110、温控反应容积101、喷射器114、可选喷淋头170及加热排气歧管118。处理腔室100可进一步包括如将在下文更详细论述的支撑系统130及控制器140。
喷射器114可安置于在腔室主体110内部安置的基板支撑件124的第一侧121上以提供多个处理气体，诸如当基板安置于基板支撑件124内时遍及基板125的处理表面123的第一处理气体及第二处理气体。举例而言，可从气体控制板(gaspanel)108提供多个处理气体。喷射器114可具有提供第一处理气体的第一流动路径及独立于第一处理气体提供第二处理气体的第二流动路径。第一流动路径及第二流动路径的实施方式将于下文关于图3A至图3B及图4A至图4B论述。
加热排气歧管118可被安置至基板支撑件124的第二侧129，与喷射器114相对，以从处理腔室100排出第一处理气体及第二处理气体。加热排气歧管118可包括开口，该开口具有与基板125的直径大约相同或稍大的宽度。加热排气歧管可包括黏着力减少衬垫117。举例而言，黏着力减少衬垫117可包含石英、镍浸渍含氟聚合物(nickelimpregnatedfluoropolymer)或上述物质的类似物中的一种或更多种。
腔室主体110通常包括上部部分102、下部部分104及壳体120。上部部分102安置于下部部分104上且上部部分102包括腔室盖106及上腔室衬垫116。在一些实施方式中，可提供上高温计156以提供在处理期间关于基板的处理表面的温度的数据。诸如安置于腔室盖106的顶上的夹环和/或上腔室衬垫可静置于其上的底板(baseplate)的额外元件已自图1A中省略，但这些额外元件视情况可包含于处理腔室100中。腔室盖106可具有任何适当的几何形状，诸如平坦（如图所示）或具有类拱顶(dome)的形状（未图示），亦预期诸如反向曲线(reversecurve)盖的其他形状。在一些实施方式中，腔室盖106可包含诸如石英或石英的类似物之类的材料。因此，腔室盖106可至少部分地反射从基板125和/或从安置于基板支撑件124的下方的灯辐射的能量。在提供喷淋头170且该喷淋头170是安置于盖（未图示）的下方的单独部件的实施方式中，喷淋头170可包含诸如石英或石英的类似物之类的材料，例如，从而至少部分地反射如上论述的能量。如图所示，上腔室衬垫116可安置于喷射器114及加热排气歧管118的上方，且可安置于腔室盖106的下方。在一些实施方式中，上腔室衬垫116可包含诸如石英或石英的类似物之类的材料，例如，从而至少部分地反射如上论述的能量。在一些实施方式中，上腔室衬垫116、腔室盖106及下腔室衬垫131（将于下文论述）可为石英，进而有利地提供围绕基板125的石英封套。
下部部分104通常包含底板组件119、下腔室衬垫131、下拱顶132、基板支撑件124、预加热环122、基板升降(lift)组件160、基板支撑件组件164、加热系统151及下高温计158。加热系统151可安置于基板支撑件124的下方以提供热能至基板支撑件124。加热系统151可包含一个或更多个外灯152及一个或更多个内灯154。虽然术语“环”被用以描述处理腔室的某些部件，诸如预加热环122，但是预期这些部件的形状不必为圆形并且可包括（包括但不限于）矩形、多边形、椭圆形及上述形状的类似形状的任何形状。下腔室衬垫131可安置于喷射器114及加热排气歧管118的下方，且可安置于例如底板组件119的上方。喷射器114及加热排气歧管118通常安置于上部部分102与下部部分104之间，且喷射器114及加热排气歧管118可耦接至上部部分102及下部部分104的任一个或两个。
图2图示处理腔室100的部分示意性俯视图，该图示出喷射器114及加热排气歧管118的配置。如图所示，喷射器114及排气歧管118安置于基板支撑件124的相对侧。喷射器114可包括多个喷射器口202以提供处理气体至处理腔室100的内容积。多个喷射器口202可周期地沿着面对喷射器114边缘的基板以一图案安置，该图案适于提供大体上遍及基板125的处理表面123的第一处理气体及第二处理气体的流动。举例而言，多个喷射器口202可周期地沿着面对喷射器114边缘的基板自邻近基板125第一侧的喷射器114的第一侧至邻近基板125第二侧的喷射器114的相对第二侧安置。加热排气歧管118可包括开口，该开口具有与基板125的直径大约相同或稍大的宽度，以在维持大体上的层流(laminarflow)条件时促进从腔室移除过量处理气体及任何处理副产物。
在一些实施方式中，多个喷射器口202可被配置成独立于彼此提供第一处理气体及第二处理气体。举例而言，通过多个第一喷射器口可提供第一处理气体并且通过多个第二喷射器口可提供第二处理气体。可控制多个第一喷射器口的尺寸、数目及配置以提供遍及基板的处理表面的第一处理气体的所需流动。可独立地控制多个第二喷射器口的尺寸、数目及配置以提供遍及基板的处理表面的第二处理气体的所需流动。此外，相比于多个第二喷射器口，可控制多个第一喷射器口的相对尺寸、数目及配置以提供遍及基板的处理表面的相对于第二处理气体的第一处理气体所需的浓度或流动模式。
在一些实施方式中，如图3A中的横断面视图中所图示，喷射器114可包括喷射第一处理气体的多个第一喷射器口302（例如第一流动路径）及喷射第二处理气体的多个第二喷射器口304（例如第二流动路径）。如图3A中所图示，多个第一喷射器口302及第二喷射器口304可相对于彼此以非平面布置。在一些实施方式中，多个第一喷射器口302的各个第一喷射器口可安置于多个第二喷射器口304的各个第二喷射器口的上方（或反之亦然）。如图3B中所图示，多个第一喷射器口302的各个第一喷射器口可以诸如平行平面布置的任何所需布置安置于多个第二喷射器口304的各个第二喷射器口的上方。举例而言，平行平面布置可以是多个第一喷射器口302及多个第二喷射器口304安置于分离的平面中的布置，其中各平面平行于基板125的处理表面123。举例而言，如图3B中所图示，多个第一喷射器口302的各个第一喷射器口是沿着第一平面308以第一高度312安置于基板125的上方，并且多个第二喷射器口304的各个第二喷射器口是沿着第二平面310以第二高度314安置于基板125的上方，该第二高度314不同于第一高度312。在一些实施方式中，多个第一喷射器口302每一个各自可安置于多个第二喷射器口304的相应一个第二喷射器口的正上方（例如垂直对准多个第二喷射器口304的相应一个第二喷射器口）。在一些实施方式中，第一喷射器口302及第二喷射器口304的一个或更多个个别的口可非垂直对准，诸如由虚线的喷射器口306所图示（如图所示，可除了第二喷射器口304之外还提供这些喷射器口306或把这些喷射器口306作为第二喷射器口304的替代提供，和/或可除了第一喷射器口302之外还提供这些喷射器口306或把这些喷射器口306作为第一喷射器口302的替代提供）。
在一些实施方式中，例如，如图3C中所图示，当多个第一喷射器口302定位于基板支撑件124上时，该多个第一喷射器口302可安置于距基板125的边缘的第一距离316处；当多个第二喷射器口304定位于基板支撑件124上时，该多个第二喷射器口304可安置于距基板125的边缘的第二距离318处。举例而言，用语“当……定位于基板支撑件124上时”可以理解为在处理腔室100中处理的基板125期望采用的所需位置。举例而言，基板支撑件124可包括唇部（未图示）或其他用于将基板125置于所需处理位置的适当定位机构。因此，当基板125处于所需处理位置时，可测量距基板125的边缘的第一距离316及第二距离318。举例而言，如图3B中所图示，第一距离316和第二距离318可以是不同的。在一些实施方式中，相对于第二喷射器口304，多个第一喷射器口302可延伸超出（或进一步超出）基板125的边缘。举例而言，相对于喷射第二处理气体的多个第二喷射器口304，多个第一喷射器口302可比多个第二喷射器口304进一步延伸以进一步喷射第一处理气体至温控反应容积101中，因为第一处理气体在温度条件下可比第二处理气体更加易于分解。举例而言，为了在分解之前最大化第一处理气体的反应，多个第一喷射器可被定位以在第一处理气体暴露于温控反应容积101之前将第一处理气体尽可能远地喷射至温控反应容积101中。
第一喷射器口302及第二喷射器口304的数目、尺寸及配置可以以多种组合受到控制以提供各种益处。举例而言，在一些实施方式中，多个第一喷射器口302中的一些或全部喷射器口可具有与多个第二喷射器口304中的一些或全部喷射器口不同的直径。控制喷射器口的直径促进控制处理气体经由那个喷射器口进入处理腔室的速度。在给定上游压力下，较小直径的口将比较大直径的口以更高的速度提供处理气体。举例而言，在一些实施方式中，如图4A至图4B中所示，多个第二喷射器口304的各个第二喷射器口可具有比多个第一喷射器口302的各个第一喷射器口更大的直径。举例而言，各第二喷射器口304可具有更大直径以比第一处理气体以更低的速度喷射第二处理气体。
替代地或结合地，在一些实施方式中，如图4A中所示，较近于喷射器的中心安置的多个第一喷射器口302之一的第一直径404可不同于较近于该喷射器114的边缘安置的多个第一喷射器口的另一个第一喷射器口的第二直径402。同样地，在一些实施方式中，较近于喷射器114的中心安置的多个第二喷射器口304之一的第一直径408可不同于较近于喷射器114的边缘安置的多个第二喷射器口304的另一个第二喷射器口的第二直径406。举例而言，如图4A中所图示，第一喷射器口302或第二喷射器口304的直径可自喷射器114的边缘至中心逐渐地减小，例如以线性递减的减小方案或任何适当的减小方案、非线性方案或上述方案的类似方案。或者，第一喷射器口302或第二喷射器口304的直径可自喷射器114的边缘至中心更加粗糙地减小，举例而言，诸如逐步减小方案或该方案的类似方案。
替代地或结合地，在一些实施方式中，如图4B中所示，多个第一喷射器口302及多个第二喷射器口304的各个第一喷射器口与第二喷射器口可以共平面布置安置。举例而言，多个第一喷射器口302及多个第二喷射器口304的各个第一喷射器口与第二喷射器口可以大约相同高度安置于基板125的上方，或安置于与基板125的处理表面123平行的平面中。在一些实施方式中，如图4B中所示，当多个第一喷射器口302及多个第二喷射器口304的各个第一喷射器口与第二喷射器口以共平面布置安置时，多个第一喷射器口302及多个第二喷射器口304的个别的第一喷射器口与第二喷射器口可交替安置。或者，第一喷射器口302和/或第二喷射器口304中的两个或更多个喷射器口可被归在一起成为一小组第一喷射器口302和/或第二喷射器口304，其中该小组介于另一多个喷射器口的相邻喷射器口之间。
返回图1A，在一些实施方式中，喷淋头170可安置于基板支撑件124的上方（例如与基板支撑件124相对）以提供第三处理气体至基板125的处理表面123。第三处理气体可与由喷射器114提供的第一处理气体、第二处理气体相同，或者与由喷射器114提供的第一处理气体及第二处理气体不同。在一些实施方式中，第三处理气体与第一处理气体相同。第三处理气体亦可例如从气体控制板108提供。.
在一些实施方式中，举例而言如图1A中所图示，喷淋头170可包括用于提供第三处理气体至基板125的处理表面123的单出口171。在一些实施方式中，如图1A中所图示，单出口171可安置于一位置，该位置大体上与处理表面123的中心或基板支撑件124的中心对准。
在一些实施方式中，如图5中所图示，喷淋头170可包括多个出口502。在一些实施方式中，多个出口502可被归在一起成组（例如安置于具有不大于大约4英寸的直径的圆形内部）。多个出口可安置于一位置，该位置大体上与例如处理表面的中心这样的处理表面的所需区域对准，以（例如从气源504）输送第一处理气体至基板125的处理表面123。虽然图示喷淋头170具有三个出口502，但是喷淋头170可具有适合于提供第三处理气体的任何所需数目的出口。此外，虽然图示为对准处理表面的中心，但是单出口或多个出口可对准处理表面的任何所需区域以在处理期间提供处理气体至基板的所需区域。
喷淋头170可与腔室盖106整合（如图1A中所示），或者喷淋头170可为单独部件（如图5中所示）。举例而言，出口171可为钻入腔室盖106的孔，并且出口171可视情况包括经由钻入腔室盖106的孔安置的插入物(insert)。或者，喷淋头170可为安置于腔室盖106的下面的单独部件。在一些实施方式中，喷淋头170及腔室盖106皆可包含石英，例如，从而限制由喷淋头170或腔室盖106从灯152、灯154或从基板125吸收能量。
如上所述的喷射器114及视情况的喷淋头170的实施方式可被利用以促进具有最小残留物形成的最佳沉积均匀性及成分控制。举例而言，如上文所论述，诸如第一气体及第二气体之类的特定反应物可被引导穿过喷射器114的独立可控的喷射器口和/或喷淋头170的出口。相对于流入处理腔室100中的其他反应物，由喷射器114及视情况的喷淋头170的实施方式促进的喷射方案可允许将各反应物的流速和/或流量剖面(flowprofile)与该反应物的反应性匹配。举例而言，如下文论述，第一处理气体可以比第二处理气体更高的流速流动，因为第一处理气体可更具反应性且第一处理气体可比第二处理气体更快离解(dissociate)。因此，为将第一处理气体及第二处理气体的反应性匹配以限制残留物形成、最佳化均匀性和/或成分，第一处理气体可以比第二处理气体更高的速度流动。上述喷射方案仅是示例性的，且其他喷射方案亦是可能的。
返回图1A，基板支撑件124可为任何适当的基板支撑件，诸如板（在图1A中图示）或环（由图1A中的点划线图示）以支撑基板支撑件124上的基板125。基板支撑件组件164通常包括具有多个支撑销166的基板支架134，该多个支撑销166耦接至基板支撑件124。该基板升降组件160包含基板升降轴126及多个升降销模块161，该升降销模块161选择性地静置于基板升降轴126的各个垫127上。在一个实施方式中，升降销模块161包含升降销128的可选上部部分，此升降销128的上部部分经由第一开口162可活动地安置于基板支撑件124中。操作时，基板升降轴126被移动以啮合升降销128。当啮合时，升降销128可将基板125上举于基板支撑件124的上方或将基板125下降至基板支撑件124上。
基板支撑件124可进一步包括耦接至基板支撑件组件164的升降机构172及旋转机构174。升降机构172可被利用以在垂直于基板125的处理表面123的方向移动基板支撑件124。举例而言，升降机构172可用以相对于喷淋头170及喷射器114定位基板支撑件124。可利用旋转机构174围绕中心轴旋转基板支撑件124。操作时，升降机构可促进动态控制基板125相对于由喷射器114和/或喷淋头170建立的流场(flowfield)的位置。与由旋转机构174对基板125连续旋转相结合的基板125位置的动态控制可用以最佳地将基板125的处理表面123暴露于流场，从而最佳化处理表面123上的沉积均匀性和/或成分并且最小化残留物形成。
在处理期间，基板125安置于基板支撑件124上。灯152及灯154是红外线(IR)辐射（亦即热）的来源，在操作时，灯152及灯154产生遍及基板125的预定温度分布。腔室盖106、上腔室衬垫116及下拱顶132可由如上论述的石英形成；然而，其他红外线（IR）透明的及工艺相容(processcompatible)的材料亦可用以形成这些部件。灯152、灯154可为多区域灯加热设备的一部分，以对基板支撑件124背侧提供热均匀性。举例而言，加热系统151可包括多个加热区域，其中每个加热区域包括多个灯。举例而言，一个或更多个灯152可为第一加热区域且一个或更多个灯154可为第二加热区域。灯152、灯154可提供大约200至大约900摄氏度的宽热范围。灯152、灯154可提供每秒大约5至大约20摄氏度的快速响应控制。举例而言，灯152、灯154的热范围及快速响应控制可以在基板125上提供沉积均匀性。此外，下拱顶132可由例如主动冷却(activecooling)、视窗设计(windowdesign)或该设计的类似设计进行温度控制，以进一步帮助控制基板支撑件124的背面侧上和/或基板125的处理表面123上的热均匀性。
温控反应容积101可由包括腔室盖106的多个腔室部件形成。举例而言，这些腔室部件可包括腔室盖106、上腔室衬垫116、下腔室衬垫131及基板支撑件124之一或更多个。温控处理容积101可包括包含石英的内表面，诸如形成温控反应容积101的任何一个或更多个腔室部件的表面。温控反应容积101可为大约20至大约40公升。容积101可容纳任何合适尺寸的基板，例如，诸如200mm、300mm或类似尺寸的基板。举例而言，在一些实施方式中，若基板125是约300mm，则例如上腔室衬垫116及下腔室衬垫131的内表面远离基板125边缘的距离可达约50mm。举例而言，在一些实施方式中，诸如上腔室衬垫116及下腔室衬垫131的内表面远离基板125边缘的距离可达基板125直径的大约18%。举例而言，在一些实施方式中，基板125的处理表面123距腔室盖106的距离可达大约100毫米，或为大约0.8英寸至大约1英寸的范围。
温控反应容积101可具有变化的容积，例如当升降机构172将基板支撑件124上举靠近于腔室盖106时容积101的尺寸可缩小，并且当升降机构172将基板支撑件124远离腔室盖106下降时该容积101的尺寸可扩大。温控反应容积101可由一个或更多个主动冷却或被动冷却(passivecooling)部件冷却。举例而言，容积101可由处理腔室100的壁被动冷却，例如该壁可为不锈钢或不锈钢的类似物。举例而言，或独立于被动冷却或结合被动冷却，容积101可通过例如在腔室100周围流动冷却剂而被主动冷却。举例而言，冷却剂可为气体。
支撑系统130包括被用以执行及监控在处理腔室100中的预定工艺（例如生长外延硅膜）的部件。这些部件通常包括处理腔室100的各种子系统（例如气体控制板、气体分配导管、真空及排气子系统及类似物）及器件（例如电源、工艺控制仪表及类似物）。示例性支撑系统130可包括化学输送系统186，该化学输送系统186将于下文论述并于图1B中图示。
控制器140可直接（如图1A中所示）或者经由与处理腔室和/或支撑系统相关联的计算机（或控制器）耦接至处理腔室100及支撑系统130。控制器140可为可用于控制各种腔室及子处理器的工业设定中的任何形式的通用计算机处理器的一种。CPU142的存储器或计算机可读介质144可为一个或更多个便于得到的存储器，诸如随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、软盘、硬盘或任何其他形式的本地或远程的数字储存装置。支持电路146以常规方式耦接至CPU142，用于支持处理器。这些电路包括高速缓冲存储器、电源、时钟电路、输入/输出电路及子系统等等。
改良设备的实施方式可提供处理腔室100的安全及有效维护，从而导致处理腔室100的缩短的停工时间及高整体可用性。举例而言，如图1B中所图示，处理腔室100的壳体120可以是可由维护人员从维护壳体180进出的，该维护壳体180可相邻于壳体120安置。举例而言，处理腔室100可以被做成对于维护人员来说可经由门182进出，该门182可将壳体120与维护壳体180分开。替代地或结合地，处理腔室100可以被做成对于在维护壳体180内的维护人员来说可经由手套箱184实现对处理腔室100的存取，该手套箱184安置于壳体120与维护壳体180之间。举例而言，手套箱184可允许诸如在受控环境或类似环境下对处理腔室100和/或安置于壳体120内部的处理腔室100的部件的受控存取。在一些实施方式中，维护壳体180可进一步包括化学输送系统186，诸如气体柜或气体柜的类似物，该化学输送系统186是可从维护壳体180进出的和/或安置于维护壳体180内部。化学输送系统186可提供处理气体至处理腔室100以促进所需基板处理。如图1B中所示，壳体120及维护壳体180可例如被分开来排气至房屋排气系统（houseexhaustsystem）188。替代地或结合地，壳体120可经由可从维护壳体180进出的辅助排气装置190排气至房屋排气系统188或另一排气系统（未图示）。
图6是图示在基板125上沉积层700的方法600的流程图。方法600根据处理腔室100的实施方式描述如下。然而，方法600可用于能够提供方法600的要素的任何适当的处理腔室且不限于处理腔室100。
一个或更多个层700图示于图7中并且该一个或更多个层700可为可沉积于基板125上的任何适当的一个或更多个层。举例而言，一个或更多个层700可包含Ⅲ-Ⅴ族材料。一个或更多个层700可为器件的要素，例如，诸如晶体管器件的沟道或该晶体管器件的沟道的类似物。
方法600可视情况在引入基板125至温控反应容积101中之前，由清洁温控反应容积101（例如处理容积）的表面和/或在温控反应容积101内部建立温度而开始。举例而言，在各基板125上形成层之前和/或之后，可原位清洁腔室100以维持低颗粒水平和/或限制各基板125上的残留物蓄积。举例而言，原位清洁工艺可包括交替地将卤素气体与净化气体流经喷射器114和/或喷淋头170，以净化具有残留物或残留物的类似物的腔室。举例而言，清洁温控反应容积101的表面可包括用卤素气体蚀刻表面并且用惰性气体净化处理容积。举例而言，卤素气体可包括氯气(Cl2)、氯化氢(HCl)、三氟化氮(NF3)或上述气体的类似物中的一种或更多种。卤素气体可应用至温控反应容积101的任何适当部件，诸如基板支撑件124、上腔室衬垫116及下腔室衬垫131、腔室盖106或上述部件的类似物。
温控反应容积101内部的温度的建立可包括以下步骤：缓慢升高(ramp)温度至任何适当温度，该温度达到或接近于基板125的处理表面123上执行工艺的温度；在引入基板125至容积101中之前，将温度稳定在所需温度的所需容限程度范围内。
方法600由将第一处理气体流动遍及基板125的处理表面123而开始于步骤602。可由上文论述的关于喷射器114的多个第一进气口302的实施方式中的任一个实施方式将第一处理气体流动遍及处理表面123。在一些实施方式中，第一处理气体可比第二处理气体更易离解和/或更快反应。举例而言，可能需要最小化第一处理气体在温控反应容积101内相对于第二处理气体的滞留时间。举例而言，最小化第一处理气体的滞留时间可最小化第一处理气体相对于第二处理气体的耗尽(depletion)且最小化第一处理气体的滞留时间可改良在一个或更多个层700中的成分和/或厚度均匀性。因此，在一些实施方式中，可为第一进气口302设置较小直径以提供第一处理气体的较高速度，以便第一处理气体在离解或反应之前更快到达基板125或基板125的中心或更接近基板125的中心。如此，第一处理气体可比第二处理气体以更高流动速率(flowrate)流动。同样地，在其中第一喷射器口302的直径可如图3C中所图示从喷射器114的边缘至中心减少的一些实施方式中，第一处理气体流经处理表面中心的流动速率可高于流经处理表面边缘的流动速率。在一些实施方式中，第一处理气体可在第一载气中包括一个或更多个Ⅲ族元素。示例性第一处理气体包括三甲基镓、三甲基铟或三甲基铝的一个或更多个。掺杂剂及氯化氢(HCl)亦可添加至第一处理气体。
在步骤604处，可将第一处理气体视情况从处理表面123的上方独立地朝向处理表面123流动。举例而言，可使用如上论述的喷淋头170的任何适当的实施方式从喷淋头170流动第一处理气体。举例而言，由于第一处理气体的较高反应性的缘故，可从喷淋头170流动第一处理气体以确保适量的第一处理气体到达处理表面123的中心并且反应以形成层700。可从喷射器114及喷淋头170以任何适当的方案流动第一处理气体，例如，以诸如同时、交替或周期性流动或任何适当的流动方案流动第一处理气体，以提供处理表面123上的层700的充分覆盖。或者，可将诸如氮气(N2)之类的惰性气体或氢气(H2)从处理表面123的上方朝向处理表面123流动。
在步骤606处，可将第二处理气体流动遍及处理表面123。可由上文论述的关于喷射器114的多个第二进气口304的实施方式中的任一个实施方式将第二处理气体流动遍及处理表面123。举例而言，第二处理气体可比第一处理气体更慢离解和/或具有更低反应性。因此，如上论述的第二进气口304的较大直径可向第二处理气体提供较低速度，以便第二处理气体比第一处理气体更慢进入处理腔室100并且可在移动经过基板表面的较大部分移动时离解。如此，可以以比第一处理气体更低的流动速率流动第二处理气体。同样地，因为第二喷射器口304的直径可如图3C中所图示从喷射器114的边缘至中心减少，所以第二处理气体流经处理表面中心的流动速率可高于流经处理表面边缘的流动速率。在一些实施方式中，第二处理气体可在第二载气中包括一个或更多个Ⅴ族元素。示例性第二处理气体包括胂(AsH3)、磷化氢(PH3)、叔丁基胂(tertiarybutylarsine)、叔丁基磷(tertiarybutylphosphine)或上述物质的类似物的一个或更多个。掺杂剂及氯化氢(HCl)亦可添加至第二处理气体。
可以任何适当的方案从喷射器114及喷淋头170流动第一处理气体及第二处理气体，例如，以诸如同时、交替或周期性流动或任何适当的流动方案流动第一处理气体及第二处理气体，以提供处理表面123上的一个或更多个层700的充分覆盖。
在步骤608处，可调节基板125的处理表面123的温度以由第一处理气体及第二处理气体在基板125的处理表面123上形成一个或更多个层700。举例而言，温度的调节可包括加热及冷却温控处理容积101，诸如加热或冷却组成容积101的部件和/或内表面任何一个或更多个。举例而言，加热可包括提供能量至基板支撑件124的背侧表面，其中基板静置于基板支撑件124的前侧表面上。在流动第一处理气体及第二处理气体之前和/或期间可提供加热。加热可为连续的或间断的且加热可采用诸如周期性的或类似的任何所需方案。在流动第一处理气体及第二处理气体之前和/或期间，加热可提供任何所需温度分布(profile)至基板125以实现处理表面123上的层700的沉积。可由灯152、灯154提供加热。灯152、灯154可能能够从每秒大约5摄氏度至每秒大约20摄氏度升高基板温度。灯152、灯154可能能够提供从大约200摄氏度至大约900摄氏度的范围的温度给基板125。
可结合诸如上文论述的冷却机构及设备之类的其他部件利用灯152、灯154，从而从每秒大约5摄氏度至每秒大约20摄氏度调节处理表面123的温度。举例而言，一个或更多个层可包括如图7中图示的第一层702及第二层704，该第二层704沉积于第一层702的顶上。举例而言，可在第一温度下于处理表面123上沉积第一层702。举例而言，第一层702可为成核层(nucleationlayer)或类似层。可在第二温度下于第一层702的顶上沉积第二层704。举例而言，第二层704可为主体层(bulklayer)或类似层。在一些实施方式中，第二温度可高于第一温度。可重复第一层702、第二层704的沉积，例如，在第一温度下沉积第一层702，在比第一温度高的第二温度下沉积第二层704，且随后在第一温度下于第二层704的顶上沉积额外的第一层702等等，直到已达到所需层厚度为止。
方法600的额外和/或替代性实施方式是可能的。举例而言，当沉积诸如第一层702、第二层704之类的一个或更多个层时可旋转基板125。单独地或结合地，处理表面123的位置可相对于第一处理气体及第二处理气体的流动气流改变，以调整一个或更多个层的成分。举例而言，升降机构174可用以上举和/或下降处理表面123相对于喷射器114和/或喷淋头170的位置，同时第一处理气体和/或第二处理气体正在流动以控制一个或更多个层的成分。
因此，本文提供了用于Ⅲ-Ⅴ族材料的沉积的改良方法及设备。与经由常规的沉积设备沉积的Ⅲ-Ⅴ族膜相比，本发明的方法及设备的实施方式可有利地提供用于适合于CMOS应用的改良Ⅲ-Ⅴ族膜的沉积。
虽然上文是针对本发明的实施方式，但是在不脱离本发明的基本范围的情况下可设计本发明的其他及进一步实施方式。

Claims (14)

1.一种用于处理基板的设备，所述设备包含：
处理腔室，所述处理腔室具有温控反应容积，所述温控反应容积包括包含石英的内表面，且所述处理腔室具有基板支撑件，所述基板支撑件安置于所述温控反应容积内部以支撑基板的处理表面；
加热系统，所述加热系统安置于所述基板支撑件的下方以提供热能至所述基板支撑件；
喷射器，所述喷射器被安置至所述基板支撑件的第一侧，且所述喷射器具有第一流动路径以提供第一处理气体及所述喷射器具有第二流动路径以独立于所述第一处理气体而提供第二处理气体，其中所述喷射器被定位以提供所述第一处理气体及所述第二处理气体遍及所述基板的所述处理表面；
喷淋头，所述喷淋头安置于所述基板支撑件的上方以提供所述第一处理气体至所述基板的所述处理表面；以及
加热排气歧管，所述加热排气歧管被安置至所述基板支撑件的第二侧，与所述喷射器相对以从所述处理腔室排出所述第一处理气体及所述第二处理气体，
其中所述温控反应容积至少部分地由多个腔室元件形成，所述多个腔室元件包括：腔室盖，所述腔室盖安置于所述基板支撑件的上方；上腔室衬垫，所述上腔室衬垫被安置相邻于所述基板支撑件，且在所述喷射器及所述加热排气歧管的上方并在所述腔室盖的下方；以及下腔室衬垫，所述下腔室衬垫被安置相邻于所述基板支撑件且在所述喷射器及所述加热排气歧管的下方。
2.如权利要求1所述的设备，其中所述基板支撑件进一步包含：
旋转机构，所述旋转机构旋转所述基板支撑件；以及
升降机构，所述升降机构相对于所述喷淋头及所述喷射器定位所述基板支撑件。
3.如权利要求1所述的设备，其中所述加热系统进一步包含：
多个加热区域，其中所述多个加热区域中的每一个加热区域包括多个灯。
4.如权利要求1至权利要求3中的任一项所述的设备，其中所述喷淋头或安置于所述腔室盖中或安置于所述腔室盖的下方。
5.如权利要求1至权利要求3中的任一项所述的设备，其中所述喷淋头、所述上腔室衬垫、所述下腔室衬垫、所述腔室盖及所述喷射器包含石英。
6.如权利要求1至权利要求3中的任一项所述的设备，其中所述喷射器进一步包含：
多个第一喷射器口，所述多个第一喷射器口用以喷射所述第一处理气体；以及
多个第二喷射器口，所述多个第二喷射器口用以喷射所述第二处理气体。
7.如权利要求6所述的设备，其中所述多个第二喷射器口的各个第二喷射器口具有大于所述多个第一喷射器口的各个第一喷射器口的直径。
8.如权利要求6所述的设备，其中所述多个第一喷射器口及所述多个第二喷射器口安置于分离的平面中，其中各平面并行于所述基板的所述处理表面。
9.如权利要求6所述的设备，其中当所述多个第一喷射器口定位于所述基板支撑件上时，所述多个第一喷射器口安置于离基板的边缘第一距离处，且当所述多个第二喷射器口定位于所述基板支撑件上时，所述多个第二喷射器口安置于离所述基板的所述边缘第二距离处，其中所述第一距离不同于所述第二距离。
10.如权利要求6所述的设备，其中所述多个第一喷射器口中的一个第一喷射器口具有与所述多个第一喷射器口中的另一个第一喷射器口不同的直径，且其中所述多个第二喷射器口中的一个第二喷射器口具有与所述多个第二喷射器口中的另一个第二喷射器口不同的直径。
11.如权利要求1至权利要求3中的任一项所述的设备，其中所述喷淋头进一步包含：
单出口，其中所述单出口安置于一位置中，所述位置与所述处理表面的中心对准；或者
多个出口，其中所述多个出口安置于一位置中，所述位置与所述处理表面的所需区域对准。
12.一种在处理容积内基板上沉积层的方法，所述方法包含以下步骤：
清洁处理容积内的表面；
在引入基板至所述处理容积中之前在所述处理容积内部建立温度；
流动第一处理气体至所述处理容积中并遍及所述基板的处理表面；
自所述处理表面的上方独立地流动所述第一处理气体至所述处理容积中并且朝向所述处理表面；
流动第二处理气体至所述处理容积中并遍及所述处理表面；以及
在由所述第一处理气体及所述第二处理气体于所述处理表面上形成一个或更多个层期间调节所述基板的所述处理表面的所述温度。
13.如权利要求12所述的方法，其中所述第一处理气体在第一载气中包含一个或更多个Ⅲ族元素以及掺杂剂及氯化氢(HCl)，且其中所述第二处理气体在第二载气中包含一个或更多个Ⅴ族元素以及掺杂剂及氯化氢(HCl)。
14.如权利要求12至权利要求13中的任一项所述的方法，其中所述第一处理气体是以与所述第二处理气体不同的速度流动。
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