TW200427861A - Methods and apparatus for controlling formation of deposits in a deposition system and deposition systems and methods including the same - Google Patents

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200427861 玖、發明說明： 政府支援聲明 本發明在由海軍研究室（〇fflce of Naval Research)所授予 之海軍研究室契約案號N00014-02-C-0302的政府支援下製 得。政府擁有本發明部分權利。 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於一種沉積方法及裝置；更特別關於一種用 來在基材上沉積一薄膜的方法及裝置。 【先前技術】 通常會使用一沉積系統及方法來在基材上形成一諸如相 當薄的薄膜層。例如，可使用化學氣相沉積（CVD)反應器系 統及方法來在一基材上形成一半導體材料（諸如碳化矽 (SlC))層。CVD方法可特別有效地用來形成一具有經控制的 性質、厚度及/或排列之層，諸如磊晶層。在沉積系統（諸如 CVD系統）中，典型會將該基材放置在一艙中，且將一包含 欲沉積在基材上的試劑或反應物之製程氣體引進與該基材 毗連的艙中。該製程氣體可流過該反應艙，以對該基材提 供一均勾或經控制的試劑或反應物濃度。但並不合意的是 ’该些试劑或反應物同樣會趨向於沉積在該反應艙的内部 表面上。此沉積物可指為”寄生性"沉積物，因為它們會從 該製程中移除試劑或反應物。 參考至圖5,在其中顯示出典型習知的沉積系統4〇，且其 闡明在非計劃中的反應艙表面上形成沉積物之過程。例如 ，該系統40為一流通式熱壁CVD反應器。系統的具有一頂 90983.doc5 200427861 端載盤構件42及一底部載盤構件44。系統40亦具有一頂端 襯塾43及一底部襯墊45，於其之間確定出一反應艙47。將 基材20(諸如晶圓）放置在該反應艙47中，且例如位於一轉盤 (其可旋轉）的内部表面上。在該反應艙47的一端引進該製程 氣體’讓其流經該反應艙47而通過基材20，最後在相反端 將其從反應艙47排出。如由顯示在圖5之反應艙47中的箭號 才曰出’當该製程氣體流過該反應艙47時，部分的製程氣體 會如想要地接觸基材2〇，因此將試劑或反應物沉積在基材 上而在上面形成一層。但是’如由箭號所指出，部分的 製程氣體亦會接觸頂端襯墊43的内部表面或艙頂46和底部 觀塾45及邊壁的内部表面。結果，趨向於各別在艙頂及 底部襯塾45上和在壁上形成來自製程氣體的試劑或反應物 之寄生性沉積物5G及52。在艙頂46上的寄生性沉積物特別 有害，因為它們會在製程期間移動而落到基材2〇上，而減 低所形成的層之品質。再去 丹者，寄生性沉積物之量的改變會 在溫度及氣流動力學上引進不想要的變化，因此會影響該 層在基材20上之生長。萝鞋气 #虱體會因形成寄生性沉積物的 消耗而趨向於浪費反應物， U此會減低效率及生長速率。 典型上會考慮到寄生性 可限制累積的生長時間來減=形成來控制沉積方法。 的衝擊。在-經設定的時：Γΐ性沉積物在產物材料上 仃更多次產物生長前再生。 口運 長的可炉睥門盘/匕私序會限制任何進行單次生 J月b k間與在夺化德淨 0雜灿 > 、日〗所進行的較短週期數目-去 雖然有此些努力成果m目—者 —寄生性沉積物仍然由於會形成 9〇983.d0c5 200427861 粒子、具製程變化性及減低反應物使用效率而負面影響產 物材料。 【發明内容】 根據本發明的具體實施例，其可控制一用來在基材上沉 積一薄膜的沉積系統之寄生性沉積物，該型式的沉積系統 v 確疋出一用來接收基材之反應搶’且在該反應驗及與該反 應艙鄰近的内部表面中包含一製程氣體。此控制可藉由在 該内部表面與至少部分之製程氣體間流入一緩衝氣體以形 成一氣體阻障層而提供，以便該氣體阻障層可抑制在該内 _ 部表面與該製程氣體的組分間之接觸。 根據本發明的進一步具體貫施例，使用一製程氣體在吴 材上、/儿積一薄膜之沉積系統包括一反應艙，其採用來接收 該基材及一製程氣體。該系統更包括一與該反應艙鄰近的 内部表面。採用一緩衝氣體供應系統，以在該内部表面與 至少部分之製程氣體間提供一緩衝氣體流，以便該緩衝氣 體流形成一氣體阻障層，以便當將該製程氣體佈置在該反 _ 應艙中時可抑制在該内部表面與該製程氣體之組分間的接 觸。 根據本發明的更進一步具體實施例，提供一沉積控制系 ， 統來控制在基材上沉積一薄膜之沉積系統的寄生性沉積物 ，該型式的沉積系統確定出一用來容納基材的反應艙，且 在该反應艙及與該反應艙鄰近的内部表面中包含一製程氣 體。該沉積控制系統包括一緩衝氣體供應系統，其採用來 在該内部表面與至少部分之製程氣體間提供一緩衝氣體流 90983.doc5 200427861 ，以便該緩衝氣體流可形成一氣體阻障層，以抑制在該内 部表面與該製程氣體的組分間之接觸。 根據本發明的進一步具體實施例，在基材上沉積一薄膜 的沉積系統包括一採用來接收該基材的反應艙，及一與該 反應艙鄰近的内部表面。將該製程氣體佈置在該反應艙内 。將該緩衝氣體流佈置在該内部表面與至少部分的製程氣 體間。該緩衝氣體流可形成一氣體阻障層，以抑制在該内 部表面與該製程氣體之組分間的接觸。 根據本發明的進一步具體實施例，使用一製程氣體與一 緩衝氣體（每種在流動方向中流動），在一基材上沉積一薄膜 之載盤組合包括至少一個載盤構件。該至少一個載盤構件 可確定有一反應艙、一製程氣體入口及一緩衝氣體入口。 採用5亥反應搶來接收該基材，且該驗具有一緩衝氣體區域 以接收该緩衝氣體。該反應搶具有一與該流動方向垂直之 第一橫截面區域。該製程氣體入口具有一與該流動方向垂 直之第二橫截面區域。該第二橫截面區域比該第一橫截面 區域小。該緩衝氣體入口與該製程氣體入口毗連，且採用 來將該緩衝氣體傳入該反應艙的緩衝氣體區域。 【實施方式】 本Is明現在將參考伴隨的圖形（其顯示出本發明的具體 實施例）更完全地描述於後。但是，本發明可具體化成許多 不同形式，且應该不推斷為由提出於此的具體實施例所限 制。而是，提供這些具體實施例以便讓此公告完整且完成 此公告’並將本發明之範圍完全傳達給熟知此技藝之人士 90983.doc5 -10- 200427861 。在圖形中，為了清楚而放大區域或層的相對尺寸。需了 解的是，當一元件（諸如一層、區域或基材）指為”在”另2個 元件，’上”時，其可直接在其它元件上或亦可存在有插進元 件。比較上，當一元件指為，，直接在，，另—個元件”上"時，則 並無插進元件存在。 參考至圖1，於此，圖式地顯示出根據本發明的具體實施 例之沉積系統101。該沉積系統101可為一水平的熱壁流通 式CVD系統；如所顯示，其包括一載盤組合1〇〇、一定義出 流通通路180A的石英管180、一電磁頻率（EMF)產生器ι82 (例如，其包括一電源供應器及一環繞管18〇的1^線圈）及一 製程氣體供應系統161。除了石英管18〇外或在該石英管處 ，可繞著該載盤組合100而提供一隔熱的覆蓋物。根據本發 明，沉積系統ιοί更包括一緩衝氣體供應系統171。可使用 該沉積系統101來在基材20上形成一層或薄膜（圖3)。雖然在 圖3及圖4中僅闡明單一基材2〇，可採用該系統1〇1來在多片 基材20上同時形成薄膜。 基材20可為一晶圓或其它由與欲沉積的層相同或不同的 材料所形成之結構。基材2〇可例如由Sic、藍寶石、第m 族氮化物、石夕、鍺及/或爪^或⑴…化合物或中間合金或其 類似物所形成。該欲沉積薄膜的基材表面可為一基礎基材 或一第一或隨後疊印在該基礎基材上的層。例如，用來接 枚該沉積薄膜的基材2〇表面可為一使用該沉積系統1〇1或 另一裝置來預先沉積之層。如將由熟知此技藝之人士按照 本公告内容而察知，本發明的具體實施例可有利地使用半 9〇983 d〇C5 -11- 200427861 導體材料，但非特別為於此所提及的那些。如使用於本文 ，”第III族氮化物，’-詞指稱在氮與於週期表的第ΙΠΑ族（通 常為鋁（A1)、鎵（Ga)及/或銦（In))元素間所形成之那些半導 化合物。此名詞亦指為三元及亓 汉四凡化合物，諸如AlGaN及 佩州。如由熟知此技藝之人士充分了解，第则元素 可與氮結合而形成二元(例如’ GaN)、三元(例如，麻N 、AlInN)及四元（例如，A1InGaN)化合物。這些化合物全部 具有-經驗式’其中一莫耳的氮與總共一莫耳的第腦元 素結合。此外，、經常使用諸如AlxGai xN(其中〇 U叫的式 來描述。 通吊來祝，该製程氣體供應系統161會將一製程氣體提供 至》載盤組合100且通過其（如討論在下列）。^娜產生器⑻ 可誘導加熱該載盤組合1 〇 〇 η 在舍生沉積反應的載盤組合 100中提供一熱區域。該絮 /1私虱體會繼績通過且出去該載盤 組合100如為一廢氣（其可 、J例如包括该製程氣體的殘餘組分 和反應副產物）。本發明 I月的具體實施例可使用在其它非埶 c VD系統型式的沉藉备β ^ …i .....充。其它對本發明之系統及方法的 改質將由熟知此技蓺之 仪农之人士在讀取於此之說明後而明瞭。 該製程氣體供應系統i 、，元1 6 1包括一製程氣體供應器丨6〇。該 製程氣體包括一種< $

次夕種組分，諸如試劑、反應物、物種 載to及其類似物。# P 二、、且/刀的一種或多種可單獨使用或 與 種或多種並日八 、，.刀U亦可存在於該製程氣體中）組合 著使用’來在一表1¾ f Ήϋ / (啫如艙頂或内部表面120(圖3))上形成 一〉儿積物。可在接觸艙 ^ 、表面120後形成或辅助形成沉積物 90983.doc5 200427861 之典型組分包括 SiH4、C3H8、C2H4、Si2H6、SiCl4、SiH2C12 、SiCh(CH3)、NH3、三曱基鎵及三甲基鋁。若想要在基材 上形成一 SiC層時，該製程氣體可包括前驅物氣體（諸如矽 烧（SiEU)及丙烧（C^H8))而與載體氣體（諸如經純化的氫氣 (HO)—起。該製程氣體供應器160可從一個或多個含有流量 控制及/或計量元件（如需要的話）之加壓容器氣體所提供。 可採用該製程氣體來在基材20上沉積一 SiC、第III族氮化物 、矽、鍺及/或III-V及/或II-VI化合物或中間合金層。 緩衝氣體供應系統17 1包括一緩衝氣體供應器丨7〇，其由 線17 2流動地連接至載盤組合1 〇 〇。該緩衝氣體供應器17 〇 可k 一個或多個含有流量控制及/或計量元件（如需要的話） 之氣體加壓罐來提供。可沿著線17 2，在載盤組合1 〇 〇中或 處，或在該緩衝氣體供應器160處提供一加熱器174，以預 熱該緩衝氣體。 該緩衝氣體可為任何合適的氣體，根據某些具體實施例 ’該緩衝氣體為一對許多存在於製程氣體中之物種或組分 (或經選擇的一種）具有相當低擴散速率之氣體。根據某些具 肢貫施例’該緩衝氣體為一惰性氣體。該惰性氣體可包括 氬 '氦、氖、氪、氡或氙。其它合適的氣體包括H2、N2、 NH3或空氣。該緩衝氣體可包括或實質上由能化學輔助移除 或抑制反應物從製程氣體中沉積的物種所組成。例如，根 據某些具體實施例及特別在基材上用來生長Slc層之製程 貫例中’該緩衝氣體可包括一钱刻劑，諸如Hci、ci2及/或 含碳氣體（諸如丙烷）° 13 90983.doc5 200427861 參考至圖2至圖4,更詳細地說明載盤組合1〇〇，該載盤組 口 1 〇〇包括一頂端構件u 0、一對側邊構件丨3〇及一底部構件 M0。該載盤組合丨00從入口端丨〇〇A擴展至出口端丨〇〇B。構 件110 130、140可定出入口開口 1〇2(在1〇〇A端）與出口開 口 1〇4(在100B端）之輪廓。構件11〇、13〇、14〇亦可確定出 從製程氣體入口 102B擴展至開口 1〇4之反應艙1〇6。根據某 一具版貝鈿例，该反應艙丨〇6之長度在約〇 . 1至1公尺間，寬 度在約0.05至0·5公尺間及高度在約1至1〇公分間。 該頂端構件110包括一由層114所覆蓋（及實質上較佳地 完全包圍）之核心或載盤本體112。該層114包括該面對且與 反應艙106鄰近之艙頂或内部表面12〇。 核心112較佳由一合適於對由EMF產生器182在其中所產 生之漩渦電流會產生熱反應的載盤材料所形成，此材料及 誘導式加熱安排已由熟知此技藝之人士所熟知。該核心112 可由石墨形成’更佳為高純度的石墨。 該層U4可由一具有高純度且能抵擋製程溫度（對Slc沉 積來況其典型範圍為15〇〇至18〇〇它）之材料形成。該層114 可例如由SiC或耐火金屬碳化物（諸如TaC、Nbc及/或TiC) 形成。该層114可利用任何合適的方法來塗佈至核心112。 5亥層U4為一緻密、不能滲透的塗層較佳，且厚度至少約1〇 微米（在約20微米至1〇〇微米間更佳）。 八頂端構件U0更包括-與開σ102此連而向下成梯狀的部 該梯狀部分丨16與該襯墊152基本部分可定義出製程 氣體入口 1〇2B&從開口 102擴展至製程氣體入口 102B的製 90983.doc5 200427861 程氣體入口通路丨02A之輪廓。該梯狀部分U6亦可在該反應 艙106的上部分中定義出一緩衝氣體區域i〇6a(圖。 數個通路117(圖3顯示出一個）延㈣該頂端構件n〇且末 端在各別的璋176處（參見圖3及圖4)。提供一共同進料入口 117A(圖2及圖3)來將緩衝氣體線172連結至通路117，其可 在歧管安排中由橫向通路117B互相連接（圖3)。再者，對每 個或一些琿176來說，可提供個別的線及/或入口。通路117 、入口 117A及埠176可在該頂端構件11〇中利用任何合適的 方法（諸如鑽孔或鑄模）來形成。 該底部構件140包括一由被覆或層144所覆蓋的核心142 。適於形成該核心142及層144的材料及方法則如上述對 核心112及層114之說明。該側邊構件13〇則類似地包含各別 的核〜（無顯不）及覆蓋層，其可由相同的材料且使用與上述 描述於核心112及層114相同之方法來形成。 襯墊152可如圖3及4所顯示般位於底部構件14〇上。該襯 墊52可由SiC或塗佈SiC的石墨形成，例如，如揭示在 年1〇月20曰所主張之美國專利申請序號1〇/〇17,492中，其公 告内容以參考之方式併於本文。 轉盤1 54或其類似物可位於該底部構件14〇與該基材2〇間 以支持基材20。根據某些具體實施例，轉盤工54可由合適的 機械旋置（無顯示）來旋轉驅動。例如，該系統可包括一氣體 驅動旋轉系統，如描述在申請人於2〇〇丨年i月8日所主張之 吴國申請序號09/756,548中，標題為"廣邀麋翁漩及 形成碳允穸詹的才法"；及/或如描述在申請人於2〇〇2年4月 90983.doc5 200427861 8曰所主張之美國申請序號ι〇/1 1 7,858中，標題為，，虞邀，經鸯 订生式旋轉裝置及碳化矽層之形成方法''、矣公吾全艾辏免 以芩考之方式併於本文。再者，該轉盤154可呈靜止狀。可 才木用该轉盤154來托住一個或多個基材20。該轉盤154可由 任何合適的材料形成，諸如塗佈Sic的石墨、固態义匚或固 態slC合金。可省略該轉盤154，而讓該基材擱置在該底部 構件14〇、襯墊152或其它合適的支持物上。 在使用上，製転氣體供應系統1 6丨會讓該製程氣體流通過 該入口開口 102而提供至反應艙1〇6。製程氣體p通常在流動 方向R上流動（圖3)。在圖3中標定為P的箭號指示出於其中 之製程氣體及試劑的一般流動路徑。如顯示，在其中的製 程氣體及試劑會接觸該基材2〇，以在基材2〇的曝露表面上 形成该想要的層（例如，蠢晶層）。 該緩衝氣體供應系統171會通過淳176，同時將該緩衝氣 體流提供或插入該反應艙106之緩衝氣體區域1〇6a中，以便 該緩衝氣體B通常在流動方向尺上流過該反應艙1〇6。在圖3 標定為B的箭號則指#出該緩衝氣體流的一般流動路徑。緩 衝氣體B在緩衝氣體區域1〇6A中沿著艙頂或内部表面Η。 流動’以便形成一緩衝氣體流的阻障層丨78，其可從圖3的 虛線向上擴展至該艙頂表面12〇。 提供該阻障層178，以抑制或阻塞該製程氣體p及其組分 移動至與该艙頂表面12〇接觸（藉此接觸，該製程氣體p的試 劑或反應物會形成一沉積物）。在該阻障層丨78下，唁製程 氣體P准許以垂直於基材20、在直上方及护 你/、上乃夂超過其的方式來流 90983.doc5 -16- 200427861 動。在此方式中，該製程顏㈣P沾 、 衣枉虱體？與泫沉積系統101會在該基材 20的曝露表面上形成-想要的層。緩衝氣體流B亦可將該製 程氣體P的反應物氣流推向基材20，因此可加速生長速率 如下列更詳細地討論，根據某些具體實施例，將該緩衝 =體B流維持成-實質上層流狀。只要該緩衝氣體流B為層 流，該試劑或其它組分可從萝 攸衣％乳體p到達艙頂表面之唯一 方法為從製程氣體流P擴崙廿 _ 辦政亚通過該阻障氣體流β。通常來 說’擴散物種將在t的時間於#问办 了間与距期間穿越距離S，其將遵循 S 的關係，其中D為擴耑祙皇 ,,. 率。在本實例中’鸿物種通 =反應的通行時間。所關心的通行距離將依操作者 或设計者想要抑制沉積的縱長程度（從製程氣體入口咖 =下游)^。在大部分實例中，能在搶頂表面⑽上抑制 或防止最南至基材20下游的邊 。 旧遠、，彖處形成 >儿積物即認為足夠 。在闡明於圖3之載盤組合丨〇〇中

4t ^ Τ 此通仃距離可由距離L 私出。通行時間通常可如下測量： t 其中： L =載盤長度 M==質量流速 p在載盤内的氣體之平# 組成物來決定。〜度，其可由麼力、溫度及氣體 A=載盤開口的截面積。 為了讓該阻障；®彳7S & & , 層7^防止該製程氣體p組分之所有擴散 90983.doc5 17 200427861 ’違阻障層1 7 8的厚度S (其通常與梯狀部分Η 6的高度I相符 合）應該滿足： S>^L= (1^1 (Μ) , ih) 需由熟知此技藝之人士在讀取本文之說明後所了解的是 ，根據本發明，不需要完全防止製程氣體P的全部組分與艙 頂表面120接觸（此接觸可藉由提供完全層流的緩衝氣體流 B與具有滿足前述標準的厚度S之阻障層178來達成）。而是 ，可將系統1 01設計成允許有一些紊流及/或該阻障層厚度s Φ 可少於阻止全部沉積之所需。在此方式中，例如，系統1〇1 可提供一明顯減低的寄生性沉積物，同時允許某些沉積發 生根據某些具體貫施例’寄生性沉積物在搶頂表面12 〇 上的形成速率較佳不高於在基材20上的生長速率之一半， 更佳為不高於在基材20上之生長速率的四分之一。 可增加阻障層的厚度S，以對艙頂表面12〇提供一額外的 邊緣保護或可補償在緩衝氣體流動B中的紊流。緩衝氣體區 域106A的高度可大於、少於該阻障層178的最理想厚度3或_ 與其相同。 再者’在決定緩衝氣體流B的層流程度上與在搶頂表面 120上獲得想要的減低沉積物或防止沉積物所需之距離$上 ，可考慮不同的製程參數。例如，在典型的Sic磊晶層生長 溫度（即，在約1500至1800°C的範圍）下，可同時進行蝕刻及 沉積方法。因此，對一提供的生長條件來說，於此存在有 一能穩定表面（於此實例中，艙頂表面12〇)所需之臨界最小 90983.doc5 18 ㈣提供速率。大於該臨界試劑提供速率將在艙頂表面ΐ2〇 …生性沉積物生長，同時低於該臨界提供速率將對 艙頂表面120之寄生性沉積 、 W物以成蝕刻。此外，若僅將艙頂 的試劑流減低至該臨界裎极 、 ^ 钕仏速率，則在艙頂上基本上將發 生無淨沉積。 較佳的是，採用沉積系統1〇1以將該緩衝氣體流B及該製 程氣體流p維持成層流’直到至少該基材2g場所的下游（更 4·為遍及反應艙1G6)，以減低或防止在流體間之紊流或混 & (此可促進製耘氣體p傳輸通過該阻障層178)。 可選擇反應艙106、製程氣體人σ 1()2B及緩衝氣體璋π 的相對尺寸及結構以促進層流。㈣某些具體實施例且如 所闡明（參見圖3及圖4)，該製程氣體入口 1〇2B的截面（即， 通常垂直於該氣體的流動方向R’如顯示在圖4)比該反應臉 106小以便可在反應艙1 中獲得一剩餘空間（即，緩衝氣 體區域106A)，以將該緩衝氣體B插入該反應艙1〇6,而不是 將緩衝氣體B插入該製程氣體或進入該製程氣體？之未經修 正的流動路控。 在闡明的具體實施例中，提供該梯狀部分116可使層流容 易。根據本發明的某些具體實施例，開口 i 〇2的高度G與梯 狀部分116的高度I之總和實質上與該反應艙1〇6的最大高 度Η相同（參見圖3)。較佳的是，製程氣體入口 1〇2β、梯狀 部分116及反應艙106的寬度實質上相同，以便該反應艙1〇6 的橫截面區域（即’通常垂直於該氣體的流動方向R，如顯 示在圖4)實質上與該製程氣體入口 1〇2B及梯狀部分U6的 90983.doc5 19 200427861 結合橫截面區域相同。在此方式中，製程氣體流p與緩衝氣 體流B在該反應艙106中’沿著氣體P，B的流動方向R，以實 質上相同軸的位置，以平行方式輸入該反應艙1〇6。因為緩 衝氣體區域106A提供在該製程氣體P之自然流動路徑上，該 緩衝氣體B可插入該反應艙1 〇 6而沒有實質上取代該製程氣 體P。結果，可避免氣體流之紊流及混合（其可由初始將緩 衝氣體B引進該製程氣體p的路徑而產生）。梯狀部分116的 南度I較佳為该反應搶1〇6之高度η的約5至25%。

根據某些具體實施例及如所闡明，該反應艙i 〇6沿著實質 上其最大長度具有一實質上均勻的高度H。於此實例中，該 反應艙106可沿著其最大長度具有一實質上均勻的橫截面 區域。可提供此組態，以在該製程氣體流p與該緩衝氣體流 B間促進界面層的完整性。該反應艙1〇6的高度η較佳在約 〇_5至5公分間。根據進一步的具體實施例，該高度H不均勻 ’而是該艙頂可在任-方向上傾斜或彎曲，以改善該製程

的均勻性或效率。於此實例中，該反應艙1Q6的橫截面區域 可均勻或不均勻地變化。 程氣體入口 102B、該入 雖然已顯示及描述出梯狀部分116及痒176，但可使用里 它構形及幾何學來控制該緩衝氣體流B，以便控制在缓衝氣 體流B中的奈流。可採用該製程氣體入口通路舰、該製 、 開口 102、該緩衝氣體通路1 17及/ 或該緩衝氣體入口 176之社椹 丨、；作、仓分痴丨 、、°構以促進该製程氣體Ρ與該緩 衝氣體Β及在其之間的層流。可延伸該製程氣體入口通路 職的轴長Κ(圖3)’以在該製程氣體?通過該製程氣體入口 90983.doc5 -20- 200427861 l〇2B輸入該反應艙i〇6前，減低製程氣體p在輸入通過入口 102處的紊流。但是，因為該通路i〇2 a在該載盤組合ι〇〇内 因此會被加熱，其會在通路102A的艙頂表面上發生反應， 而趨向於形成沉積物。為此理由，想要減少通路1〇2A的長 度。可以一個或多個合適安裝的狹縫來取代該緩衝氣體淳 176 ° 根據某些具體實施例，製程氣體P通過反應艙1〇6的速度 與緩衝氣體B通過反應艙1〇6的速度實質上相同。對Sic蠢晶 末說，根據本發明的某些具體實施例，其中反應驗1⑽之長 度在約0.1至1公尺間，氣體P，B的速度至少約丨公尺/秒（較佳 在約5至1〇〇公尺/秒間），以限制該製程氣體p擴散通過該阻 障層1 7 8的時間。 為了進一步促進該阻障層178的完整性及因此抑制製程 氣體P擴散過，可在溫度大於毗連的製程氣體p之溫度下提 供該緩衝氣體B。較熱的緩衝氣體3將因為較熱的氣體之相 對浮力而沿著艙頂表面丨2〇自然與相對較冷的製程氣體p分 離。根據某些具體實施例，該緩衝氣體3在反應艙丨〇6中的 平均溫度比製程氣體的平均溫度高至少丨。 緩衝氣體Β可使用加熱器174來加熱。該緩衝氣體Β可額 外或此外藉由將艙頂表面12〇加熱至溫度大於與該反應艙 106鄰近之下表面的溫度（其與製程氣體ρ接觸）而加熱，即 ，藉由在艙頂表面120與底層、轉盤154及/或接觸製程氣體 Ρ之其匕表面間提供一溫度差。亦即，可蓄意及選擇性地維 持在該反應艙106中的溫度曲線，如從艙頂表面12〇延展至 90983.doc5 21 200427861 較低及/或其它與反應艙106鄰近的表面為一空間不均勻性 (例如，如為梯度）。此可例如藉由在核心142與接觸製程氣 體P的襯㈣2、轉盤154及基材2〇之表面間提供較大的熱絕 緣體而提供在核心112與艙頂表面12G間來達成。例如，可 合適相對地建造該襯墊152與層114(例如，藉由選擇材料及 厚度）乂提七、恩要之相對的隔熱效應。因為頂端構件丨i 〇 及底部構件140經由誘導加熱（主要藉由其石墨核心112, 142的電阻率），接觸製程氣體p之襯墊152、轉盤154及基材 20的表面溫度因此會減低(如與艙頂表面12〇的溫度比較)。 因此，緩衝氣體Μ比製程氣體p快的速率加熱。為了促進 熱從核心112傳導至搶頂表面12〇,該層114可直接塗佈在核 心11 2上以形成一相對整塊或單一頂端構件丨1 〇。 此外’或可額外地使用—材料來形成該層ιΐ4(因此該擒 頂表面m)而在該㈣表面12G與其它表面（諸如襯塾152或 其它較低的表面)間造成或增加溫度差，其中該材料之發射 率比層144及/或襯墊152或其它接觸製程氣體流p的表:之 材料的發射率還低。例如，層U4可由TaC形成（其發射率約 0.4)，而該襯墊丨52及轉盤154可由沉形成（其發射率約㈣ 。結果’層114(及因此艙頂表面12〇)將失去比較上較少來自 輻射的熱，而在艙頂表面12〇造成較高的溫度。再者，寄生 性沉積物趨向於對TaC或其它金屬碳化物具有較不良好的 黏附性（超過對叫。至於進_步優點，在許多應用中，加 塗層典型將比SlC塗層更耐用，其可提供以延長零件的有效 壽命。 90983.doc5 22- 200427861 除了勢壘效應外，可伽 如以一種或多種上述描述的方法 末加熱艙頂表面120,如此t 此其可充分地比反應艙1〇6中 它組分還埶，以誘於Λβ + — X舫頁表面120上的沉積物被蝕刻或昇 華。亦即，在相當熱的艙貞 員表面120上之沉積物將趨向於被 巍刻掉或昇華而返回緩衝 复衝巩體Β或製程氣體Ρ，而非殘餘在 鈿頂表面120上。 如上述所討論，緩衝裔興 衝礼體Β可由HC1或其它活性氣體組成 或包含其’以化學阻礙該寄生 王η儿積物在驗頂表面12 〇上形 成及/或可移除此沉積物。 因為该寄生性沉積物在脸百主 、 谓初在艙頂表面120上的生長已經抑制 或阻止，可在需要淨化或1_ 二 一 X /、頒似方法刖讓較多體積的製程 氣體P流過該反應艙1 〇 6。根攄太恭 很躁本發明的沉積系統及方法能 極其擴展可允許的生長時間及層厚度，同時可改善再現能 :及效率。再者，在沉積物形成速率上的減低可允許使用 較低的擒頂南度，此允許可争右+、玄 兀汁」更有效率地使用製程氣體及改 善熱均勻性。 雖然前述的沉積系統丨G丨及方法之描述關於—水平的熱 壁CVD流通沉積方法’可將本發明的不同觀點使用在其它 型式之沉積系統及製程。雖然已參考"頂端"、”底部"及其類 似名詞來描述特別的具體實施例，可根據本發明使用其它 方位及結構。例如，該沉積系統及方法可為冷壁及/或非水 平的流通系統及方法。該沉積系統及方法除了 cvd系統或 方法外可為氣相磊晶（VPE)、液相磊晶（LpE)或電衆促進 CVD(PECvD)沉積系統及方法。本發明不由對反應搶的搶 90983.doc5 -23 - 200427861 ^表面提供一阻障層而限制。該緩衝氣體供應系統可經修 ^除了在艙頂表面外（或取代其）可沿著一個或多個表面 =緩衝氣體流。例如，可將該緩衝氣體供應系統使用 , 在較低的襯墊或基材20的其它表面上游上（或在寄 性沉積物為問題的其它場所中）形成該寄生性沉積物。 雖然該系統及方法已描述關於在基材（諸如半導體晶圓） :儿積-層之方法，本發明可使用在其它型式的基材上來 =層或其類似物之方法中。本發明之系統及方法對用來 土材上形成磊晶層之製程特別有用。 。可根據本發明而製得不同的其它改質。例如，該反應艙 了封閉—或二端’而非提供一通路。除了誘導加熱或除了 其之外，可使用加熱系統。 士使用於本文，”系統，，可包括_種或多種元件或構形。 ^下歹⑴青專利範圍中，”沉積系統，，、，，沉積控制系統”、 緩衝乳體供應系統”、”製程氣體供應系統，，及其類似物不限 於包含上述所討論的全部組分、觀點、元件或構形或相符 合的組分、觀點、元件或構形之系統。 j述可闡明本發明但不欲推斷為其限制。雖然已插述幾 個本务明的典型具體實施例，熟知此技藝之人士將容易地 祭知，可在典型的具體實施例中進行許多改質而實質上沒 有離開本發明的新穎教導及優點。此外，全部的此些改質 意欲包含在本發明之範圍内。因此需了解的是，前述可S 明本發明，但不欲推斷為由所揭示的特定具體實施例所限 制，而是在本發明之範圍内意欲包含對所揭示的具體實^ 90983.doc5 -24- 200427861 例之修改和其它具體實施例。 【圖式簡單說明】 圖1為根據本發明的具體實施例之沉積系統圖； 圖2為形成圖1的沉積系統之一部分的載盤組合之立體圖； 圖3為圖2之載盤組合其沿著圖2的線3_3所採截之截面圖 ，其：顯示出-緩衝氣體提供線、一基材、'緩衝氣體流 及一 W程氣體流；

圖4為圖2之載盤組合及基材的後端正視圖；及 图5為習知的沉積系統圖。 【圖式代表符號說明】 20 基材 4〇 習知的沉積系統 42 頂端載盤構件 43 頂端襯墊 44 底部載盤構件 45 底部襯墊 46 艙頂 47 反應艙 5〇 寄生性沉積物 52 寄生性沉積物 1 α 〇载盤組合 1 〇〇Α入口端 1〇〇B出口端 1〇1

沉積系統 117A 共同進料入口 117B 橫向通路 120 艙頂表面 130 側邊構件 140 底部構件 142 核心 144 層 152 襯塾 154 轉盤 160 製程氣體供應器 161 製程氣體供應系統 170 緩衝氣體的供應器 171 緩衝氣體供應系統 線 172 90983.doc5 -25 - 200427861 102 入口開口 174 加熱器 102A 製程氣體入口通路 176 埠 102B 製程氣體入口 178 阻障層 104 出口開口 180 石英管 106 反應艙 180A 流通通路 106A 緩衝氣體區域 182 電磁頻率（EMF)產生器 110 頂端構件 A 載盤開口的截面積 112 核心 B 緩衝氣體流 114 層 D 擴散速率 116 梯狀部分 L 距離 117 通路 Μ 質量流速 P 製程氣體 S 距離 t 時間 P 載盤内的氣體之平均密度 I 高度 s 厚度 G 高度 K 軸長 R 流動方向

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Claims (1)

1. 拾'申請專利範圍： 種用來控制在基材上沉積薄膜的沉積系統之寄生性沉 積物的方法，該型式的沉積系統界定用來接收該基材的 反應艙，且在該反應艙及與該反應艙鄰近的内部表面中 包含製程氣體，該方法包括： 流入緩衝氣體而在該内部表面與至少部分之製程氣體 間形成氣體阻障層，如此該氣體阻障層可抑制在該内部 表面與該製程氣體之組分間的接觸。 2·如申請專利範圍第1項之方法，其中該流入緩衝氣體的步 驟包括沿著該内部表面流入該緩衝氣體。 3·如申請專利範圍第丨項之方法，其包括以流動方向讓該製 程乳體流過該反應艙，且該流入緩衝氣體的步驟包括以 流動方向讓該緩衝氣體流過該反應艙。 4· ^請專利簡第3項之方法，其中該流人緩衝氣體的步 驟包括以實質上與製程氣體相同的速度讓該緩衝氣體流 過該反應艙。 5.如:請專利範圍第3項之方法，其包括沿著該流動方向， 在實質上相同的場所處將該緩衝氣體與該製程氣體二者 引進名反應艙，以便抑制在其各別流體中的紊流及其間 之混合。 6·如申請專利範圍第1IM之方法，其包括讓該製程氣體通過 製程氣體入口而流入該反應艙，其中： 遠製程氣體入口之撗截面區域比該反應艙的撗截面區 域小，以便在該反應艙中定出緩衝氣體區域；及 η 90983.doc6 200427861 流入g、緩衝氣體的步驟包括將該緩衝氣體流入該緩衝 氣體區域。 7·如申凊專利範圍第1項之方法，其中該流入緩衝氣體的步 騄包括著戎内部表面提供實質上層流的緩衝氣體流。 8 ·如申#專利範圍第1項之方法，其中該内部表面位於該基 材上。 9.如申明專利範圍第丨項之方法，其包括在溫度大於在該反 應搶中的製程氣體之溫度下將該緩衝氣體提供至該反應 艘0 女申叫專利範圍第9項之方法，其包括在將該緩衝氣體引 進该反應艙前加熱該緩衝氣體。 •女申明專利範圍第9項之方法，其包括當該緩衝氣體沿著 該内部表面流動時加熱該緩衝氣體。 1 2· 士申.月專利範圍第i項之方法，纟包括將該内部表面加熱 至足以促進已從製程氣體沉積在該内#I面上❺寄生性 沉積物昇華之溫度。 13. 14. 如申請專利範圍第丨項之方法，其包括誘導加熱與該内部 表面毗連之載盤構件，因此加熱該内部表面。 戈口申凊專利範圍第1 、<万法/、中忒流入緩衝氣體的步 驟包括以至少约彳p 1 η β A _ 、 秒的速度讓該緩衝氣體流過該反 應艙。 汉 =心—二:=== 90983.doc6 16:請專利範圍第1項之方法’其中該緩衝氣體包含惰性 17·1°:請專利範圍第16項之方法，其中該惰性氣體選自於 由氣、氮、鼠、氮、氣及氣所組成之群。 “、 H專利制第1項之方法，其中該緩衝氣體包括H2、 、nh3及/或空氣。 學12=耗圍第1項之方法，其中該缓衝氣體包括能化 …生性沉積物在内部表面上沉積及/或 表面移除該寄生性沉積物的活性材料。 2〇·如申請專利範圍第 刻劑。圍弟9頁之方法，其中該活性材料包括钱 21 ·如申請專利範圍第20項之 、 / ，、中该蝕刻劑包括HC1 012及含石反氣體中至少一種。 22·如申請專利範圍第1項之方 ，、中δ亥沉積糸統為化學氣 相沉積（CVD)系統。 子乳 1其中該沉積系統為熱€ 其中該基材為半導體基 # +言亥基材包含選自於 監J貝石、第III族氮化物 23·如申請專利範圍第22項之方法 CVD系統。 24·如申請專利範圍第丨項之方法 材。 25·如申請專利範圍第24項之方法 由下列所組成之群的材料：s · 、石夕、鍺及m-v及π.νι化合物及中間合金。 26.如申請專利範圍第丨項之方法，兑、。 6 ^ ^ v、中°亥I程氣體包含一 自於由下列所組成之群的試劑:叫、c3H8、C2H4、… 90983.doc6 200427861 27. 28. 29. 30. 31. 、SiCl4、SiH2C12、SiCldCFIJ、NH3、三曱基鎵及三甲基 鋁。 如申凊專利範圍第1項之方法，其中採用該製程氣體來將一 一選自於由下列所組成之洋的材料層沉積到該基材上： SiC、第III族氮化物、矽、鍺及πι_ν&π_νι化合物及中間 合金。 一種使用製程氣體在基材上沉積薄膜的沉積系統，該沉 積系統包含： a) 反應艙，其採用來接收該基材及製程氣體； 籲 b) 與该反應艙鄰近的内部表面·，及 c) 緩衝氣體供應系統，其採用來在該内部表面與至少部 分之製程氣體間提供緩衝氣體流，以便該緩衝氣體流 形成氣體阻障層，以當將該製程氣體佈置在該反應艙 中牯可抑制在該内部表面與該製程氣體之組分間的 接觸。 如申請專利範圍第28項之系、统，其中採用該緩衝氣體供φ 應系統以沿著該内部表面流入該緩衝氣體。 如申請專利範圍第28項之系統，其包括製程氣體供應系 統，以將該製程氣體流提供至該反應艙。 如申請專利範圍第30項之系統，其中： 採用該製程氣體供應系統，以在流動方向上讓該製程 氣體流過該反應艙；及 採用該緩衝氣體供應系統，以在流動方向上讓該缓衝 氣體流過該反應艙。 90983.doc6 200427861 32 33 34 35. 36. 37. 38. 如申請專利範圍第3丨項之方法，其中採用該緩衝氣體供 應乐統及該製程氣體供應系統，以讓該緩衝氣體流與該 製程氣體以實質上相同的速度通過該反應艙。 如申請專利範圍第3〇項之系統，其中採用該緩衡氣體供 心系、先及σ亥製程氣體供應系統，以沿著該流動方向在實 質上相同的場所處將該緩衝氣體與該製程氣體二者引進 该反應艙，以便抑制在該緩衝氣體流與該製程氣體流中 及其之間的紊流。

   如申w專利範圍第3Q項之系統，其包括製程氣體入 乂將σ亥‘程氣體提供至該反應艙，其中·· 、^衣私乳體入口之橫截面區域比該反應艙的橫截面這 域小，以便在該反應艙中界定緩衝氣體區域；及 如用该緩衝氣體供應系統，以讓該緩衝氣體流入該每 衝氣體區域。 如申凊專利範圍第28項之系統， 丁、，死其中知用该緩衝氣體供 應不統，以沿著該内部表面提 流。 捉1、貝貝上層流的緩衝氣體 其中該内部表面為該反 如申請專利範圍第28項之系統 應艙的艙頂表面。 如申請專利範圍第28項之系統，採用該系統，以在溫度 大於該製程氣體在該反應艙中 又 提供至該反應艙。 …，將該緩衝氣體 如申請專利範圍第3 7項之系統 應系統，以在將該緩衝氣體引 ，其中採用該緩衝氣體供 進省反應艙前加熱該緩衝 90983.doc6 200427861 氣體。 j9.如申μ專利In圍第37項之系統，採用該系統，以當該缓 衝氣體沿著該内部表面流動時加熱該緩衝氣體。 40.如申請專利範圍第28項之系統，採用該系統，以將該内 部表面加熱至足以促進已從製程氣體沉積在該内部表面 上的寄生性沉積物昇華之溫度。 •如申請專利範圍第28項之系統，其中採用該缓衝氣體供 應系統，以在至少約1公尺’秒的速度下讓該緩衝氣體流過 該反應臉。 42·如U利範圍第41項之系統’其中採用該緩衝氣體供 應系、先以約5至100公尺/秒之速度讓該緩衝氣體流過該 反應搶。 之系統，其中該緩衝氣體供應系 〇 之系統’其中該緩衝氣體包含惰 43.如申凊專利範圍第28項 統包括緩衝氣體供應器 44·如申請專利範圍第们項 性氣體。 45·如：明專利範圍第44項之系統，其中該惰性氣體選自於 由氩、氦、氖、氪、氡及氙所組成之群。 46.如申明專利範圍第43項之系統，其中該緩衝氣體包含Η〕 、N2、NH3及/或空氣。 47. 如請專利範圍第㈣之系統，其中該緩衝氣體包招 化學^制該寄生性沉積物沉積在該内部表面上及/或可 /内°卩表面移除該寄生性沉積物之活性材料。 48. 如申請專利範圍第47項之系統，其中該活性材料包括 90983.doc6 200427861 刻劑。 49. 50. 51. 52. 53. 54. 55. 56. 57. 如申請專利範圍第48項之系統，其中該蝕刻劑包括Ηα CL及含碳氣體中至少一種。 如申請專利範圍第28項之系統，其中該系統為化學氣相 沉積（CVD)系統。 月專利範圍第5 0項之系統，其中該系統為熱壁〔vd 糸統。 如申請專利範圍第28項之系統，採用該系統，以將該内 f3表面的溫度加熱至比第二表面高，其中採用該第二表 、§將該‘程氣體佈置在該反應艙中時可接觸該製程 氣體。 σ 如申請專利範圍第52項之系統，其中該第二表面包含第 一材料且該内部表面包含第二材料，該第二材料的發射 率比該第一材料低。 如申請專利範圍第53項之㈣，其中該第二表面由沉形 成且該内部表面由金屬碳化物形成。 如申請專利範圍第54項之系統，其中該第二表面由丁…及 NbC中至少一種形成。 女申α專利範圍第53項之系統，其包括至少一個能對旋 渦私μ反應的載盤構件，以加熱該内部表面與該第二表 面0 一種沉積控制系統，其可用來控制在基材上沉積薄膜的 寄生H ’儿積物之沉積系統；該型式的沉積系統界定用來 接收4基材的反應搶，且在該反應艙及與該反應艙鄰近 90983.doc6 200427861 的内，部表面中包含製程氣體；該沉積控制系統包括： 如用緩衝乳體供應系統，以在該内部表面與至少部分 ^製程氣體間提供緩衝氣體流，以便該緩衝氣體二: 氣體阻障層以抑制在該内部表 机y 之接觸。 屬“體的組分間 5δ:種用來在基材上沉積薄膜之沉積系統，該沉積系統包 a) 反應艙，採用其以接收該基材； * b) 與該反應艙鄰近的内部表面； c) 佈置在該反應艙内的製程氣體；及 d) 緩衝氣體流，其佈置在該内部表面與至少部分之 乳體間’該緩衝氣體流可形成氣體阻障層以抑制：： 内部表面與該製程氣體之組分間的接觸。在該 5 9· 種載盤組合’其使用制名口々 私十 衣耘乳體及緩衝氣體（每種皆在产 動方向上流動）來在基材 小 何上/儿積潯胰，該載盤組合包含至 夕一個下列所定義的載盤構件： a) 反應艙，採用其以接收 ^ 土才且”具有緩衝氣體區域 以接收该緩衝氣體，唁 有與該㈣方向垂直 <弟一檢截面區域；及 b) 製^體”’其具有與該流動方向垂直之第二橫截 二'…亥弟—橫截面區域比該第-橫截面區域小； c) 緩衝氣體入口，其I 該緩衝氣體進入該u；/入口眺連且採用來讓 ^應搶的緩衝氣體區域。 90983.doc6 60·如申請專利範圍 ^ ^ 第5 9項之載盤級合，甘士 · 该緩衝惫辨「 、 /、中· ”豆區域具有盥該流 區域；及 I、x机動方向垂直之第三橫截面 橫截面區域戴及該第二橫截面區域具有-結合的 &如申請專利範圍=上與該第-橫截面區域相同。 趣禮杜h圍弟59項之載盤組合，其中該至少一個載 i構件包括梯狀部 體入口。 且在该梯狀部分中形成該缓衝氣 62·如申請專利簕 ' — 七 弟59項之載盤組合，其中該反應艙具有 1f 4 μ動方向擴展的長度，且該反應艙的橫截面區域 &著 '貝上5亥反應艙的整體長度實質上呈均勻分佈。 63’如中晴專利範圍第59項之載盤組合，其中該反應搶具有 沿著該流動方向擴展的長度，且該反應艙的橫截面區域 著该反應艙的長度呈不均勻分佈。 90983.doc6