TW201030179A - Chemical vapor deposition flow inlet elements and methods - Google Patents

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201030179 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於化學氣相沉積方法及裝置。 【先前技術】 化學氣相沉積涉及將一種或多種含化學物之氣體引導至 基板（通常為平坦晶圓）之表面上，使得化學物在表面上發 生反應並形成沉積。例如，化合物半導體可藉由半導體材 料在結晶晶圓上之磊晶生長而形成。稱為ΠΙ-ν半導體之半 導體通常使用III族金屬（諸如鎵、銦、鋁及其組合）來源及 V族元素來源（諸如一種或多種V族元素之一種或多種氫化 物，諸如NH3、AsH34PH3或諸如四曱基銻之Sb金屬有機 物）而形成。在此等製程中，該等氣體在諸如藍寶石晶圓 之晶圓表面互相反應’以形成通式為InxGayAlzNAAsBPcSbD 之III-V族化合物，其中X+Y+Z=約1，且A+B + C+D=約1， 且X、Y、Z、A、B、C及D之各者可在0與1之間。在一些 實例中，可用鉍代替一些或所有之其他ΠΙ族金屬。 在通常稱為「鹵化物」或「氯化物」製程之特定製程 中，III族金屬源係該或該等金屬之揮發性齒化物，最常見 的為諸如GaCl2之氣化物。在通常稱為金屬有機化學氣相 沉積或「MOCVD」之另一製程中，III族金屬源係III族金 屬之有機化合物，例如烧基金屬。 化學氣相沉積法中已廣泛使用之一種裝置形式包含圓盤 狀晶圓載體，該晶圓載體安裝於反應室内以用於繞一垂直 軸旋轉。晶圓係固持於載體中使得晶圓表面在腔室内面向 145078.doc 201030179 上游方向◊在載體繞軸旋轉時，從載體上游之一流動入口 兀件將反應氣體引入腔室中。流動氣體宜以層狀塞流之形 式向下游朝載體及晶圓行進。當氣體接近正旋轉之載體 時，黏性阻力推動氣體繞軸旋轉’使得在载體表面附近之 邊界區域中，氣體繞軸流動並向外朝載體之周邊流動。當 氣體在載體之外部邊緣上方流動時，氣體向下朝安置於载 體下方之排氣埠流動。最常見的是利用一連串不同之氣體 φ 組成及（在一些情況下）不同之晶圓溫度來執行此製程，以 沉積形成所要之半導體器件所需之具有不同組成的複數層 半導體。僅舉例而言，在形成發光二極體（「led」）及二 極體雷射時，可藉由沉積具有不同比例之Ga及化之^乂半 導體層而形成多重量子井（「MQW」）。每_層各可為數量 級為數十埃之厚度’即，數個原子層。 此類裝置可&供反應性乳體在載體表面上方及在晶圓表 面上方穩定而有序地流動，使得載體上之所有晶圓及各個 • 自圓之所有區域係暴露於大體上均句之條件。此繼而促進 材料在晶圓上均勻沉積。此類均勻性很重要，因為即使是

沉積於一晶圓上之材料層的組成及厚度之較小差異亦可影 響所得器件之性質。 P 迄今在此項技術中已投入大量努力於開發用於此類裝置 之流動入口元件。流動入口元件通常具有用於將反應性氣 體分散於尺寸約等於晶圓載體之一作用、氣體流出區域上 方的右干入口。有一些此等流動入口元件載送諸如V族氫 化物之混合物的第一反應性氣體，而其他入口元件則载送 145078.doc 201030179 諸如烷基金屬與載體氣體之混合物的第二反應性氣體。此 等入口了形成為平行於旋轉轴延伸之管道，該等入口分佈 於流動入口元件之面向下或下游之表面上。迄今在此項技 術中已投入大量努力於將該等入口配置成對稱模式。通常 以一模式提供第一氣體入口，該模式係相對於晶圓載體之 旋轉軸徑向對稱或具有在旋轉轴處彼此交又之至少兩個垂 直對稱平面《以類似對稱之模式提供第二氣體入口，交替 散布有第mn。該流動人口元件通常併人複雜之通 道結構以用於將氣體發送至該等管狀入口。此外，由於晶 圓通常維持在例如約50(rc至約1200<t之高溫下因此流 動入口 7G件必須備有冷卻劑通道。該等冷卻劑通道載送循 環水流或其他液體，且因此維持流動人口元件之溫度相對 較低，以便限制或排除氣體之過早反應。例如，如美國專 利申請公開案第20060021574 A1號所揭示，流動入口元件 可具有用於排出不含反應物之載體氣流的額外結構該案 之揭示内容以引用的方式併入本文中。 當反應性氣流處於流動人口元件附近時，載體氣流使該 等氣體彼此隔離。該等氣體在遠離流動入口元件之前不會 彼此混合。此外，排出載體氣流限制或防止反應性氣體在 從流動入口元件離開時發生循環。因&，反應性氣體不會 在流動入口元件上形成非所要沉積。例如，如美國專利申 請公開案第聰G173735 Am所揭示，藉由提供刀片狀擴 散器可降低所排出之氣體在流動人口元件附近之循環，二 等刀片狀擴擴散ϋ自流動人口元件之表面向下游突出以引 145078.doc 201030179 ❿ 導氣流’該案之揭示内容以引用的方式併人本文中。 .通常，該等人°經建構及配置以在流動入Π元件之整個 作用區域内（即，配置該等入口之整個區域）提供遠離流動 70件之均勻机速。在一些情況下，用於特定氣體之氣 ^入口可分割為兩個或以上區域，例如，在旋轉軸附近之 弟-區域及遠離該軸之第二區域。該兩個區域可具有分離 1氣體通道，使得在兩個區域中可獨立地控制第—氣體之 机速。例如’在一常見配置t，用於第—氣體(諸如V族氫 化物)之入口係配置成覆蓋流動入口表面之大部分的陣 列’而用於第二氣體（諸如m族烧基）之入口係配置成大體 上關於中心軸徑向延伸的一個或多個窄條文。在此一系統 中’遠離軸安置之條文的一部分供應第二氣體至晶圓載體 具有相對較大面積之環形部分，而同_條文在轴附近之部 分錢氣體至晶圓載體具有較小面積之環形部分。為提供 每：位面積之晶圓載體相等之第二氣體通量，通常劃分第 二氣體入Π以沿條文提供每單位長度不相等之排出速率。 例如，在軸附近之入口可供應有具有相對較低之第二氣體 濃度的氣體混合物’而遠離轴之入口可供應有較高濃度之 氣體混合物。此類劃分增加系統之複雜性。 儘管存在所有此等發展，仍需要進-步之改良。 【發明内容】 本發明，-態樣提供-種化學氣相沉積反應器。根據本 明之此態樣的反應器宜包含具有上游及下游方向之—反 應室’且亦宜包含一載體支揮件，該載體支撐件經調適以 145〇78.d〇c 201030179 在該反應室内將-晶圓載體支揮在一載體位置，以繞沿向 上游及下游方向延伸之一軸旋轉。根據本發明之此態樣的 反應器較佳地具有安裝於該載體位置之腔室上游的一流動 入口兀件’該入口元件具有沿彼此垂直且垂直於下游方向 的X及γ水平方向延伸之一氣體配送表面。 U入π疋件宜具有用於排出氣體至該腔室中的複數 個長形氣體入口，該等長形氣體入口沿X水平方向彼此平 仃地延伸橫跨該氣體配送表面。該等長形人口宜延伸橫 跨反應器之-丫方向中心平面，且可延伸橫跨氣體配送表 面之主要。ρ分。例如，該等長形人口可大體上覆蓋整個氣 體配送表面，或可覆蓋約等於晶圓載體之面積的區域。該 專長形氣體入口較佳地包含用於排出第一反應性氣體之複 數個第-氣體入口、及用於排出第二反應性氣體之複數個 :二氣體…該等第一入口係在γ水平方向上彼此間 隔該等第一氣體入口係在γ水平方向上彼此間 散布有該等第一氣體入口。 動2口元件可女置成相對於沿χ水平方向延伸之反應 ° 平面未對稱的模式。該模式可相對於此中心平面反 爯即，對安置於距離X方向中心平面之一側正γ距離 處的任何第—氣體入口 ’在距離X方向中心平面之相反側 對應之負Υ距離處安置一第二氣體入口。 本發月之其他態樣提供氣相沉積法及用於氣相沉積反應 器之流動入口元件。 【實施方式】 145078.doc 201030179 根據本發明之一實施例的一反應器（圖1)包含具有若干 土之反應室1〇，該等壁之内表面11大體上為繞一中心軸 16旋轉之表面的形式。反應器壁可包含與反應器上游端相 鄰的一錐形區段13’且亦可包含一可移動之箍狀區段17。 在腔室中安裝一心轴12用於繞軸16旋轉。在心轴上安裝一 圓盤狀晶圓載體14。該晶圓載體14經配置以固持一個或多 個基板（諸如晶圓18) ’使得該等晶圓之表面2〇面向沿該轴 參 之上游方向u。可移動之壁區段17形成一擋門，當系統處 於如顯示之操作條件時，該擋門繞晶圓載體14延伸。該擋 門可軸向移動以敞開用於載入及卸載系統之一埠。晶圓載 體14通常係可拆開地安裝於心轴上，使得該系統可藉由移 除一晶圓載體而卸载及藉由插入一新的晶圓載體而重新載 入0 在反應器内部提供諸如電阻加熱器之一加熱器15，以用 於加熱晶圓載體及晶圓。又，將一排氣系統19連接至反應 φ 室之下游端。 該裝置之前述特徵可類似於紐約Plainview之Veeco Instruments’ Inc.在商標「仏化⑹心」及「GanziUa」下售 賣之反應器中使用的特徵。 在反應室之上游端設置一流動入口元件22。流動入口元 件之下游表面24面向下游方向，朝向晶圓載體及晶圓。流 動入口几件係連接至第一反應性氣體源3〇，諸如V族氫化 物，通常為與载體氣體（諸如川或^)之摻合物。流動入口 το件亦連接至第二反應性氣體源26，諸如烷基金屬，亦通 145078.doc -9- 201030179 常為與載體氣體之摻合物。另外，流動入口元件係連接至 諸如A或A之載體氣體源32(未與任何反應性氣體摻合）， 且連接至冷卻劑循環器件33。 最佳如圖2及圖3所見，流動入口元件22包含：具有面向 下游之表面42的一頂板4〇,及自下游表面42向下游突出之 一環形歧管44。歧管44由内部擋板46(圖2)再分割為第一氣 體區段48及第二氣體區段5〇。第一氣體區段48及第二氣體 區段50大致位於一中心平面52之相對側上，該中心平面52 延伸穿過且併入反應器之轴16。第一氣體區段48連接至第 一反應性氣體源30，而第二氣體區段5〇連接至第二反應性 氣體源26(圖1)。可經由向下延伸穿過頂板4〇之鑽孔建立此 等連接。在氣體歧管44之下游提供一環形冷卻劑通道。該 冷卻劑通道經再分割為：安置於中心平面52之一側上的一 冷卻劑入口區段5 4，及安置於中心平面5 2之另一側上的一 冷卻劑出口區段56。 冷卻劑入口及出口區段係藉由延伸穿過歧管區段48及5〇 之導管（未顯示）而連接至冷卻劑循環裝置33(圖1)。 在頂板40之下游安置一氣體配送板6〇，使得板6〇與4〇協 作地界定兩者之間的一氣體配送室60。氣體配送室6〇與載 體氣體源32(圖1)連通’但未與歧管之第一氣體區段或第二 氣體區段連通。 最佳如圖4所見，板60係由彼此平行地延伸之諸多長形 管狀氣體配送元件64及66組成。長形元件64及66之延長方 向通常稱為「+X j方向。此方向係垂直於上游及下游方向 I45078.doc -10- 201030179 且垂直於腔室之軸16(圖1}的一方向。該等長形元件沿 「+Y」方向彼此偏移，「+Y」方向亦垂直於軸16且垂直 於+X方向。 由於軸16通常（雖然非必須的）沿豎直之參考重力平面垂 直延伸’因此垂直於轴16之方向（包含X及γ方向）在本文中 係稱為「水平」方向。又，垂直於該軸之平面在本文中係 稱為水平平面。因此，頂板40及配送板60兩者沿水平平面 φ 延伸。又’以笛卡爾座標系統之習知方式，相對於+χ方向 之水平方向在本文中稱為-X方向，而相對於+γ方向之水 平方向在本文中稱為_γ方向。平行於軸16之上游方向U及 下游方向D構成笛卡爾座標系統之第三方向或ζ方向。 管狀元件64在本文中稱為第一氣體配送元件。因此如圖 5所見，各個第一氣體配送元件併入一般呈矩形之管狀 體，該管狀體具有一實心上游壁68、實心側壁70及一下游 壁72。壁68、70及72協作地界定一内部鑽孔74。丁游壁72 # 具有屬延伸穿過該壁之長形狹槽76形式的一開口。狹槽76 沿第一氣體元件64縱向（沿X方向）延伸。 一長形擴散器78係安裝於下游壁72上，並沿第一氣體配 •送元件64縱向延伸。擴散器78—般為三稜柱之形式。該擴 -散器係由兩個區段80形成，各個區段併入在擴散器中縱向 (即，沿X方向）延伸之一通路82 ^兩個區段80係背靠背地 安裝於管狀元件之下游壁72上。就整體而言，擴散器78_ 般為長形三稜柱之形式。擴散器在γ方向之寬度或尺寸隨 著在下游方向D遠離管狀元件之距離增加而減小。一通路 U5078.doc -11 - 201030179 或额外之氣體入口 84從管狀元件至遠離管狀元件之擴散器 邊緣（即，擴散器之下游邊緣）延伸穿過擴散器7卜通路或 入口 84係由擴散器之兩個背靠背三角形區段8〇界定之一長 形狹槽的形式。通路84與狹槽76連通，且因此沿第—氣體 配送元件64之長度與該管狀元件之内部鑽孔74連通。 元件66在本文中稱為第二氣體配送元件，其等與第一氣 體配送元件64相同，除了各個第二氣體配送元件（圖之= 游壁86具有沿該元件之長度配置的一系列孔以，而非第一 散器 軋體配送元件之狹槽76。又，各個第二氣體配送元件之擴 90具有―系'列小型管狀入口琿92，在目6中可見_個 璋延伸穿過擴散器並與孔88連通。各個通路或入口淳Μ在 擴散器90之下游邊緣為敞開。再者，各個管狀元件具有上 游壁96及側壁94,使得下游㈣與其他壁作地界 定在該元件内縱向延伸之内部鑽孔98。再者，各個擴散器 具有冷卻劑通路1〇〇,其亦縱向延伸。沿元件66之長度設 置之諸多個別入口 92協作地界定一長形入口。因此，二: 此揭示内容中所使用’參考_長形人口應理解為包括諸如 元件64之狭槽76的長形單一狹槽，且亦包括由配置成一列 之複數個個別入口形成之一長形入口。 如圖4所見’第-氣體配送元件料及第二氣體配送元件 66係並行地配置，且藉由在相互鄰近之元件的側壁94與7〇 之間延伸的焊縫102而在機械上彼此附接。該等元件之上 游壁96與68協作地界定板6〇之—上游表面，而下游壁72與 86協作地界定該板之下游表面。焊縫1〇2僅配置於沿該等 145078.doc •12- 201030179 元件之長度的若干間隔位置處。因此，在相鄰之氣體配送 元件64與66之間的狹槽狀入口開口 1〇4(在本文中稱為「美 底」入口）從該板之上游表面至該板之其下游表面延伸= 過該板。氣體配送板60之上游表面面對板6〇與頂板4〇之間 的空間62。 最佳如圖2及圖3所見，複合板6〇係安裝至歧管料，並延 伸完全橫跨由歧管所封圍之圓形區域。因此，板6〇完全佔 φ 據在本文中稱為流動入口元件之作用或氣體流出區域的一 圓形區域。此圓形區域係與軸16共軸。第一氣體配送元件 64及第二氣體配送元件66沿x水平方向延伸，亦即，沿平 行於中心平面1〇8(其亦沿X方向延伸）之方向延伸。第一氣 體配送元件64及第二氣體配送元件66在第一氣體區段“與 第二氣體區段50之間實體地延伸，且例如藉由焊縫在機械 上連接至該兩個區段。然而，第一氣體配送元件64之内部 鑽孔僅與第一氣體區段48連通，而第二氣體配送元件66之 ❿ 内部鑽孔僅與第二氣體區段50連通。併入擴散器78、9〇中 之冷卻劑通道82、1〇〇(圖5及圖6)在兩端處敞開，並連接至 冷卻劑入口區段54與冷卻劑出口區段56(圖3)。 最佳如圖2所見’個別氣體配送元件64及66之各者沿χ方 向延伸橫跨垂直於X方向延伸的中心平面52。由該等個別 氣體配送元件界定之長形元件亦延伸橫跨中心平面52。在 此實施例中，各個氣體配送元件、及由各個氣體元件界定 之長形入口延伸大體上橫跨流動入口元件之作用氣體配送 區域的整個跨度。第一氣體配送元件64及第二氣體配送元 145078.doc •13· 201030179 件66係未相對於沿X方向延伸之中心平面ι〇8對稱地配置。 反之，第一氣體配送元件64及第二氣體配送元件66係相對 於中心平面108配置成反對稱或負對稱模式。亦即，對於 配置於離中心平面108正或+Υ差距處的各個第一氣體配送 元件64，在距離中心平面108對應之_γ差距處配置有一第 二氣體配送元件66。例如，第一氣體配送元件64a係安置 於距離中心平面108距離+入處。第二氣體配送元件66&則 安置於距離相同之中心平面相等量值之對應負距離_Ya 處。與各個氣體配送元件之距離係量測為與由此元件界定 之入口的縱向中心線（例如，狹槽狀入口 84(圖6)之縱向中 心線或孔92之列（圖6)的縱向中心線）之距離。在圖2之描繪 中’為清楚起見省略氣體配送元件之間的空間或基底氣體 入口 104 ° 在操作中，第一反應性氣體（諸如氨或其他、族氫化物與 諸如Ha、&或兩者之一種或多種載體氣體摻合之混合物） 係通過歧管之第一氣體區段48供應，並行進至第一氣體配 送元件64之縱向鑽孔74(圖5)中。第一反應性氣體因此以氣 體之一系列長形、簾狀氣流111(圖4)從由第一氣體配送元 件64及相關擴散器78界定之入口 34中瀉出。類似地，第二 反應性氣體（諸如烷基金屬與載體氣體之摻合物）係通過歧 &之第一氣體區段5 〇(圖2)供應，並行進穿過第二氣體配送 兀件66之内部鑽孔98(圖6)。第二氣體因此以氣流113(圖4) 之諸列從由第二氣體配送元件66及相關擴散器界定之入口 92中填出。此等氣流U3列係穿插於第一氣體之氣流I"之 145078.doc 201030179 間諸如h2、n2或其混合物之载體氣體被 間62中，且扞推空、w〜* 丨入載體氣體空 且订進穿過界定於構成該板之氣體 66之間的空間或基底開口1〇4。 、 刪，該氣流⑽穿插於各個二栽二⑽^^ 相鄰列之第二反應性氣流⑴之間。氣流⑴與 u札凌向下游行進至曰 圓載體14與晶圓18附近，其中該等氣 曰曰 糸籍由晶圓載體與 曰曰圓之旋轉運動而席捲為旋轉流。第—反應性氣體與第二

反應性氣體在晶圓上彼此反應以形成作為（例如）出々 體之沉積。 當第一反應性氣體與第二反應性氣體在流動入口元件附 近並以大體上層狀、有序之流動從流動入口元件向下游流 動時，該兩種氣體保持彼此大體上分離。若干因素有助於 此作用。擴散器90與76界定在其等之間的一般成v形之通 道’該等通道係安置於基底入口 104之下游。通道隨著向 下游離基底入口 104之距離增加而沿γ方向逐漸拓寬。此促 進載體氣流115以有序方式傳播，使得在擴散器76與9〇之 下游邊緣處主要為大體上呈層狀之載體氣流。第一反應性 氣流111與第二反應性氣流113在該等擴散器之下游邊緣處 被引入此流動體系中，且因此趨向於以一類似有序之層狀 流而流動。此外’載體氣艘流115提供第一反應性氣流111 與第二反應性氣流113之間的大體上完全之隔離。換言 之，在橫斷上游至下游軸16之水平平面内的路徑將阻斷載 體氣流115之一者’該路徑自第二反應性氣流113之一者延 伸至一相鄰之第一反應性氣流111。對在限定於流動入口 145078.doc -15· 201030179 兀件之作用區域内的水平平面（即，存在氣體入口之區域） 中繪製的任何曲線，此係正確的。第一反應性氣體與第二 反應性氣體之間的此大體上完全之隔離使該等氣體之間的 過早反應減至最少。 第一氣流與第二氣流並非相對於沿X方向延伸之中心平 面108成對稱。若晶圓載體與晶圓處於靜態，則此將導致 晶圓載體與晶圓非均勻地暴露於第一反應性氣體與第二反 應性氣體。例如，如圖7所示意性地描繪，顯示一晶圓載 體14為說明之目的在該載體上設置指向+χ方向（在圖7中 參 為指向右）之一標記12〇。若晶圓載體保持在此定向，則顯 不為暗條紋之區域將受第一反應性氣體之明顯撞擊，而顯 不為冗條紋之區域將受第二反應性氣體之較明顯撞擊。圖 8中顯示相同模式，但是使晶圓載體14繞中心軸16旋轉 180°，使得指示符12〇指向相反方向或X方向。圖8中之亮 條紋與暗條紋模式係與圖7之模式相反。因此，當晶圓載 體旋轉時，在晶圓載體之一個定向中明顯暴露於第一氣體 之區域將在晶圓載體之相反定向中明顯暴露於第二氣體。〇 隨著晶圓載體連續旋轉，暴露模式變得均勻，如圖9所 示〇 在此配置中，沿長形第一氣體配送元件64之一者（圖2) 的各個單位長度供應第一氣體至晶圓載體上相同尺寸之區 域。同樣地，沿長形第二氣體配送元件66之一者（圖2)的各 個單位長度供應第二氣體至晶圓載體上相同尺寸之區域。 因此’若所有第一氣體配送元件64經配置為沿其等之整個 145078.doc 16 201030179 長度提供每單位長度相同之第一氣體質量流速，且所有第 二氣體配送元件66經配置為沿其等之整個長度提供每單位 長度相同之質量流速，則可在晶圓載體上提供第—氣體及 • 第二氣體之大體上均勻的通量。每單位長度之第_氣體質 量流速在各個長形狹槽84(圖5)之整個長度上宜為均勻的。 又，第二氣體之質量流速在由一列離散入口埠92(圖6)所界 定之各個長形入口的整個長度上宜為均勻的。無需提供具 φ 有第一氣體之每單位長度不同體積流速或不同濃度的多個 第一氣體入口區域，亦無需提供具有第二氣體之每單位長 度不同體積流速或不同濃度的多個第二氣體入口區域。此 明顯簡化該系統之構造及操作。此外，無需通常用於提供 氣體入口之均勻陣列的複雜結構即可提供此類簡化。為確 保質置流速沿各個入口元件64或66之長度為均勻的相比 於從鑽孔穿過入口 84及92之流阻，沿元件之長度穿過鑽孔 74或98之流阻宜較小。 ❿ 冑瞭解圖7及® 8所示之撞擊模式係僅為說明而提供之示 意ί生模式。在實際實務中，向下游流動之氣體自行席捲為 繞轴之旋轉運動。氣體之旋轉運動趙向於使在晶圓載體之 任何給定旋轉位置處暴露於該等氣體之模式比圖7及圖熵 示之模式更加均勻。 前文所討論之結構及操作方法可用於基本上為任何尺寸 之反應室。該結構可按比例擴大為相對較大之尺寸，例如 為具有約_職或更大之晶圓載體且具有約相同直徑或更 大之作用、氣體流出區域的流動入口元件之反應室。此 145078.doc •17· 201030179 外，可容易地製造流動入口元件。 可採用前文所討論之結構的諸多變動及組合。在前文所 討論之配置的一變體中’第一氣體配送元件64可用於供應 載體氣流’而基底入口 104可用於供應第~反應性氣體， 且第二氣體配送元件可用於供應第二反應性氣體。在其他 變體中’可使用兩種以上之反應性氣體。例如，氣體配送 元件可包含一般為彼此平行地延伸之第一、第二及第三氣 體配送元件。 在圖10所示之另一變體中，在流動入口元件之氣體配送❹ 板260與頂板240之間的氣體空間262係連接至第一反應性 氣體（例如’氨）源，使得通過該板之氣體配送元件之間的 基底入口 204瀉出之氣流係第一反應性氣流丨u。在此實施 例中，構成板260之所有氣體配送元件266係以與前文所討 論之第二氣體配送元件66相同之方式組態。因此，第二反 應陡氣oil 113在所有擴散器之邊緣處從額外入口 274萬出。 在其他變體中，所有流動入口元件經組態具有狹縫狀入 口，諸如前文所討論之第一氣體配送元件64中所使用之入❹ 口即使在未使用分離載體氣流以提供第一氣體與第二氣 體之間的分離之情況下’在由擴散器促進之第一反應性氣 體111之平滑層狀流中的第二反應性氣體i i 3在擴散器之尖 端射出此提供防止氣體循環及非所要之副產品在第一入 ' 口元件上沉積的良好保證。 在另一實施例中（圖U)，各個氣體配送元件包含一管狀 體挪，該管狀體286界定—長形氣體入口，該長形氣體入 I45078.doc • J 8， 201030179

口係在該管狀體之下游面敞開的一列孔287之形式。各個 長形氣體配送元件具有安裝於管狀體之下游面的兩個擴散 器288，，使得兩個擴散器位於長形入口元件之相對側上。 再者，氣體配送元件係彼此附接但又彼此間隔，以便界定 其等之間的基底入口 290。在此實施例中，由氣體配送元 件中之該等列之孔287界定的入口、及基底入口29〇在管狀 體286之下游表面對反應室㈣，使得所有人口之開口係 安置於同一平面内。在此配置中，一擴散器288係安置於 由氣體配送元件敎之各個入〇 287與相鄰之基底入口 29〇 之間。再者，由氣體配送元件形成之頂板24〇與複合板之 間的氣體空間292係連接至第一氣體源，而氣體配送元件 係連接至第二氣體源’使得第—氣流lu從基底入口 29〇填 出，而第二氣流U3從由氣體配送元件界定之入口 287瀉 出。亦在此實施例中，由擴散器促進之平滑層狀流抑制循 環及沉積成形。亦在此實施例中，擴散器宜具有冷卻劑通 路289。在其他變體中，由氣體配送元件界定之長形入口 之些或所有可為狹槽而非孔之列。再者，氣體可包含除 第一氣體及第二氣體外之載體氣體。 在另一變體中，可省略安裝於氣體配送板之下游表面上 的擴散器。在另一變體中，可在除入口處外之複合板的下 游表面上方設置一多孔網版。在另一配置中（圖12)，管狀 氣體配送元件366係以鄰接方式彼此並行地安裝並例如藉 由焊縫緊固在一起。在此配置中，無基底入口延伸穿過由 氣體配送元件366形成之氣體配送板。多孔網版係安裝 145078.doc •19- 201030179 於板360之下游’且多個氣體配送入口之入口如係具有向 下游延伸穿過網版之短管。可引入載體氣體與複合板彻 ”網版300之間的空間363中’使得載體氣體流經該網版， 並圍、λ從入口 362瀉出之反應性氣流之各者。在此實施例 中冷:通道367可設置於個別氣體配送it件之底表面上。 在前文所討論之實施射，氣體配送板係由分離之長形 氣體配送7L件彼此結合在—起而形成。然而，氣體配送板 亦可由界定類似於前文所討論之長形人口的—個或多個單 一板而形成。 在前文所討論之實施财，長形氣H筆直的。然 而’此非必須的。例如，在圖13之實施例中由實線示意 也表示之各個長幵，冑—氣體人口 464以鑛齒形模式延 伸。因此，各個此類入口大體上沿x方向延伸，在Y方向 八有較j之偏差。由虛線不意性地表示之各個長形第二氣 體入口偏㈣似之㈣形模歧伸。基底人口（未顯示）亦 可具有一類似之鋸齒形組態。亦在此配置中，第一氣體入 口與第二氣體人π大體上彼此平行地延伸。然而，各個長 形氣體入口仍大體上沿W向延伸。換言之，m 口沿X方向之任何實質範圍，此人口μ方向之範圍 Ey相對於Ex較小》在另一變體中Γ圄 笑菔甲（圖14)，長形氣體入口 564及566係弧線形式而非直線。再者 竹韦·，乳體入口一般沿X 方向延伸。 在前文所討論之實施例中’各個長形元件沿其整個長产 提供每單位長度相同之質4流速H體中，每單位^ 145078.doc •20- 201030179

度之反應性氣體質量流速可沿長形氣體人口之長度而逐漸 改變。例如，此可發生於如下情況中：—特定長形氣體配 送7G件僅在一端接收氣體混合物，且沿其長度對流動具有 可感知之阻力。圖15示意性地描繪_第—反應性氣體從此 一長形元件流動之揸擊模式601。在此情況下，來自特定 入口之反應性氣體的質量流速在+χ方向上沿人口之長度逐 漸減小。因此，晶圓載體上受氣體撞擊之區域的寬度係顯 示為沿+Χ方向減小。在圖15之配置中，第二反應性氣體入 口 606具有沿相反、_χ方向減小之質量流速。晶圓繞中心 軸旋轉將消除撞擊模式中之差異。例如，晶圓與撞擊模式 6〇1之部分603對齊的部分在晶圓載體旋轉一半時將與部分 605對齊。在另一配置中，第一氣體入口之交替者可具有 沿相反之X方向減少的質量流速且因此所致之撞擊模式。 第二氣體入口可具有類似之配置。 在前文所討論之實施例中，第-氣體人口與第二氣體入 係以相同數量没置，且以i :1之交替順序沿y方向配置。 然而’此非必須的β例如，可於各對第二氣體入口之間提 供兩個、三個或以上之長形第一氣體入口。 又，並非必須以相對於沿χ方向延伸之中心平面精確反 對稱的配置來放置長形氣體入口。可使用偏離此配置，直 至=含對稱配置之配置。又’在前文所討論之實施例中， 界定長形氣體入口之板包含長形管狀氣體配送元件。然 而，可由其他結構提供長形氣體配送元件，例如具有與該 等入口連通之適當氣體配送通道或腔室之一個或多個單一 145078.doc -21- 201030179 板0 根據本發明之另一實施例的一化學氣相沉積裝置（圖w) 包含：一反應室710，其一般為繞一中心軸716旋轉之中空 體的形式。如在前文參考圖1所討論之實施例中，該裝置 包含諸如心轴之一支撐件（未顯示）’該支撐件經調適以支 樓曰曰圓載體（未顯不）以用於繞中心轴716旋轉。在此實施 例中’流動入口元件722界定：在圖16中由實現示意性地 表不之第一氣體入口 764，及由虛線示意性地表示之第二 氣體入口 766。第一氣體入口係連接至第一反應性氣體 0 源，例如含III族元素之氣體混合物；而第二氣體入口係連 接至與第一氣體反應之第二氣體源，諸如含V組元素之氣 體混合物。該等氣體人口亦包含在圖16中示意性地顯示為 點線之第三氣體入口 768。第三氣體入口係連接至載體氣 體源，該載體氣體在腔室内之主要條件下大體上不與第一 氣體及第二氣體反應。 第—氣體入口僅在離中心軸716具有第一半徑心的氣體 配送表面區域内延伸。換言之，第_氣體人口延伸至離巾@ 心轴第一半徑Rl處。第二氣體入口延伸至離中心轴第二半 似2處’在此實施例中第二半徑R2係等於第一半徑尺"第 ，氣體入口延伸至第三半徑R3，第三半徑㈣大於第—I - 徑及第，半徑，且因此大於。在所描繪之特定實例 中二半徑r3係等於或僅略小於反應室在氣體配送表面處的 ，内.第一半徑Rl及第二半徑尺2可約等於晶圓載體之半 145078.doc •22- 201030179

=中，從第一氣體入口及第二氣體入口寫出之氣體 將向下游（在圖16中，沿轴716朝向觀看者之方向）行進至曰 圓載體，且參與化學氣相沉積反應或載送於載體上之曰曰^曰 的其他處理。在第一半徑R]及第二半徑〜内之區域中，從 第二氣體入口瀉出之載體氣體在第_氣流與第二氣流之間 向下游仃進’並對自流動人σ元件至晶圓之至少部分距離 維持此等氣流之間的分離’如前文所討論。在由第一氣體 入口及第二氣體人口所佔據的區域外部之間隙區域g中， 從第三氣體入，之載體氣體形成一簾，該簾使第一反 應性乳體及第二反應性氣體保持與腔室71〇之壁隔離。此 使在腔至壁上之反應產物沉積減至最少。特定言之，在流 動入口元件722結合反應器壁之腔室上游端可發生氣體再 循環。利用圖16所不之配置’任何再循環氣體基本上將係 由載體氣體組成’且因此將不會趨向於在反應器壁或流動 入口元件上形成沉積物。 此外，在間隙區域G中省略第一入口及第二入口將降低 第一反應物氣體及第二反應物氣體之所需總流量，以維持 朝向晶圓載體之反應物的給定通量。換言之，若在間隙區 域G中提供第一反應性氣體及第二反應性氣體，則其等將 僅僅繞晶圓載體之外部行進，而不會撞擊晶圓。避免此類 浪費可降低該製程中使用之反應物氣體的成本，且亦減少 浪費之反應物氣體的排出。 可改變圖16所示之配置。例如，第一半徑Ri與第二半徑 R2可彼此不同。此等半徑之一者可與第三半徑尺3一般大或 145078.doc -23- 201030179 甚至大於第三半徑r3。在此一配置中，鄰近反應器壁之氣 簾將包含載體氣體及僅一種反應物氣體。此簾將仍可有效 地抑制腔室壁上之沉積。並非必須在第一氣體入口及第二 氣體入口之間提供第三氣體入口。例如，可僅在間隙區域 G中提供第三氣體入口。又，圖16所示之氣體入口係配置 成平行列，但亦可使用其他組態。例如，第一氣體入口可 為「場」或連續區域之形式，而第二氣體入口可為一個或 多個徑向列之形式。 在不脫離本發明下可利用前文所討論之特徵的此等及其 他變動與組合’因此較佳實施例之前述說明應視為僅為說 明而非限制本發明。 工業應用 例如，在製造半導體器件時應用本發明。 【圖式簡單說明】 圖1係描繪根據本發明之一實施例的沉積裝置之概略性 截面圖； 圖2係用於圖1之裝置的一組件之概略性平面圖； 圖3係沿圖2之線3 -3取得之概略性截面圖； 圖4係描繪圖2及圖3之元件中的特定結構之概略性部分 截面透視圖； 圖5係圖4所不之結構的—部分之放大尺度的概略性部分 截面圖； 圖6係類似於圖5但描繪圖4所示結構之另一部分的視 圖； 145078.doc •24· 201030179 圖7、圖8及圖9係利用圖！至 上的氣體配送之概略性表示； 圖6之裝置達成之晶圓载體 圖10係類似於圖4但描繪根據本發 置部分之視圖； 明之另一實施例 的裝 圖11係類似於圖4但描铪粝媸士政n 很根據本發明之另一實施例的裝 置之另一視圖；

圖12係類似於圖！但描繪根據本發明之另—實施例的裝 置部分之視圖； 圖13係用於本發明之另__實施例的_組件之概略性戴面 圖；及 圖14、圖15及圖16係用於本發明之其他實施例的組件之 概略性截面圖。 【主要元件符號說明】 10 反應室 11 内表面 12 心轴 13 錐形區段 14 晶圓載體 15 加熱器 16 中心轴 17 摘狀區段 18 晶圓 19 排氣系統 20 晶圓表面 145078.doc 201030179 22 流動入口元件 24 表面 26 第二反應性氣體源 30 第一反應性氣體源 32 載體氣體源 33 冷卻劑循環器件 40 頂板 42 下游表面 44 歧管 46 内部擋板 48 第一氣體區段 50 第二氣體區段 52 中心平面 54 冷卻劑入口區段 56 冷卻劑出口區段 60 氣體配送板 62 氣體配送室/載體氣體空間 64 ' 64a 第一氣體配送元件 66 ' 66a 第二氣體配送元件 68 上游壁 70 側壁 72 下游壁 74 内部鑽孔 76 狹槽 145078.doc -26- 201030179

78 擴散器 80 區段 82 冷卻劑通道 84 通路/入口 86 下游壁 88 孔 90 擴散器 92 入口埠 94 側壁 96 上游壁 98 内部鑽孔 100 冷卻劑通路 102 焊縫 104 入口開口 /基底開口 108 中心平面 111 第一反應性氣流 113 第二反應性氣流 115 載體氣流 120 標記 204 基底入口 240 頂板 260 氣體配送板 262 氣體空間 266 氣體配送元件 145078.doc -27- 201030179 274 額外入口 286 管狀體 287 孔 288 擴散器 289 冷卻劑通路 290 基底入口 292 氣體空間 300 多孔網版 360 複合板 362 入口 366 氣體配送元件 367 冷卻通道 464 第一氣體入口 466 第二氣體入口 564 氣體入口 566 氣體入口 601 模式 603 部分 605 部分 606 第二反應性氣體入口 710 反應室 716 中心軸 722 流動入口元件 764 第一氣體入口 145078.doc -28 - 201030179

766 第 二氣體入口 768 第 三氣體入口 29- 145078.doc

Claims (1)

1. 201030179 七、申請專利範圍： 1. 一種化學氣相沉積反應器，其包括： (a) 反應室’其具有上游及下游方向； (b) 載體支撐件，其經調適以在該反應室内將晶圓載 體支撐在載體位置，以繞沿向上游及下游方向延伸之軸 旋轉； (c)流動入口元 室，該入口元件具有沿彼此垂直且垂直於該下游方向的 X及Y水平方向延伸之氣體配送表面，該流動入口元件具 有用於排出氣體至該腔室_的複數個長形氣體入口，該 等長形氣體人口沿们水平方向彼此平行地延伸且橫: 該氣體配送表面，延伸橫跨該反應器之丫方"心平 面，該等長形氣體人π包含詩排出第—反純氣體之 複數個第-氣體人口及用於排出第二反應性氣體之複數 個第二氣體人卩’該等第—氣體人口係在該丫水平方向 上彼此隔開，該等第m在該γ水平方向上彼 此隔開且交替散布有該等第一氣體入口。 2·如=項1之反應器，其中該等長形氣體人口係配置成 =式，_歧伸遍及該人σ元件之錢體配送表面 的主要部分。 其中該等第—及第二氣體入口係 声器模式’該模式相對於沿該χ水平方向延伸之反 應器的令心平面未對稱。 4·如請求項3之反應器，其中該等第—及第二氣體入口係 I45078.doc 201030179 配置成一模式，該模式係相對於沿該χ水平方向延伸之 該中心平面成反對稱’使得對於安置於距離χ方向中心 平面之-側正Υ距離處的任何第—氣體入口，在距離該χ 方向中心平面之相反側之對應負Υ距離處安置一第二氣 體入口。 5· —種流動入口 70件，其具有面向下游方向且沿彼此垂直 及垂直於該下游方向的又及丫水平方向延伸之氣體配送表 面，該流動入口元件具有用於排出氣體至該腔室中的複 數個長形氣體入α ’該等長形氣體人口沿該χ水平方向◎ 彼此平行地延伸’料長形氣以口係㈣置成延伸遍 及該氣體配送表面之主要部分的—模式；該等長形氣體 入口包含用於排出卜反應性氣體之複數個第—氣體入 口及用於排出第二反應性氣體之複數個第二氣體入口， 該等第-氣體入口在該γ水平方向上彼此隔開，該等第 一氣體入口在該Υ水平方向上彼此隔開且交替散布有該 等第一氣體入口。 6. —種用於化學氣相沉積反應器之流動入口元件，該流動❹ 入口元件包括具有下游側且界定遠離該下游側之下游方 向的結構，該結構界定沿該下游方向敞開且沿垂直於該 下游方向的χ水平方向彼此平行地延伸之複數個長形基 底氣體入口，該等基底氣體入口係在垂直於該X水平方 向之Υ水平方向上彼此隔開，該結構進一步包含複數個 長形擴散器，該等擴散器在該等基底氣體入口之間從沿 該Χ水平方向彼此平行延伸之基底氣體出口向下游突 145078.doc -2- 201030179 出該等擴散器逐漸變細使得各個擴散器沿該γ水平方 向之尺寸沿τ游方向減小為該等基底氣邀出口下游之邊 緣至乂—些該等擴散器具有開口在該等擴散器之該等 邊緣處的額外氣體入口。 月求項6之流動入口元件，其中各個擴散器包含在此 擴散器内沿該X方向延伸之至少—冷卻劑通路，且其中 I、°構包含與各個擴散器相關沿該X方向延伸之氣體配 送通道，該等氣體配送通道係安置於該等冷卻劑通路之 上游且與該等額外之氣體入口連通。 8.如請求項7之流動入口元件，其中各個擴散器具有：兩 個冷郃劑通路，其在γ方向上彼此隔開；及一個或多個 連接通路，其係自與該擴散器相關之該氣體配送通道延 伸至B亥擴散器之該額外氣體入口的開口，各個擴散器之 連接通路在此擴散器之冷卻劑通路之間延伸。 9·如睛求項7之流動入口元件，其中該結構包含與該等擴 散器之各者相關的管狀元件，與各個擴散器相關之該管 狀元件界定與此擴散器相關之該氣體配送通道，且在結 構上支撐此擴散器，該等管狀元件沿該X方向彼此平行 地延伸。 10.如請求項9之流動入口元件，其中該等基底氣體入口在 相鄰之該等管狀元件之間延伸。 11·如請求項8之流動入口元件，其中該結構界定：包含該 等基底氣體入口及額外氣體入口之作用區域，及自該作 用區域水平偏移之一個或多個歧管；至少一些管狀元件 145078.doc 201030179 12. 13. 14. 15. 16. 17. 延伸至該一個或多個歧管。 一種用於化學氣相沉積反應器之流動入口元件，該流動 入口元件包括複數個長形元件，該等長形元件彼此平行 地延伸且在機械上彼此附接，使得該等長形元件協作地 界定具有上游及下游側之板，該板具有在相鄰之該等長 形元件之間自該上游側延伸至該下游側的若干基底入口 開口’該流動入口元件進一步包括一結構，該結構界定 該板上游之一個或多個氣體空間且與該等基底入口開口 連通·。 @ 如請求項12之流動入口元件，其中該等長形元件之至少 一些為管狀’各個管狀元件界定一個或多個氣體配送通 道。 如請求項12之流動入口元件，其進一步包括與該等氣體 配送通道連通之若干額外氣體入口，該等額外氣體入口 向該板之下游側敞開。 如請求項13之流動入口元件，其進一步包括長形擴散 器，該等長形擴散器沿至少一些該等管狀元件延伸且從 © 此等管狀元件向下游突出，該等額外氣體入口之至少一 些延伸穿過該等擴散器。 如：求項U之流動入口元件’其進一步包括一個或多個 歧管三該—個或多個歧管在該等f狀元件之端處連接至 該等管狀元件且與該等氣體配送通道連通。 一種化學氣相沉積反應器，其包括： (a)反應室，其具有上游及下游方向； 145078.doc -4- 201030179 (b)載體支撐件，其經調適以在該反應室内將晶圓載 體支撐在一載體位置，以繞沿向上游及下游方向延伸之 轴旋轉；

   (0流動入口元件’其安裝於該載體位置上游之腔 室’該入口元件具有沿垂直於該下游方向的水平方向延 伸之氣體配送表面，該流動入口元件具有用於排出氣體 至該腔室中的複數個長形氣體入口，該等長形氣體入口 沿水平方向之第一者彼此平行地延伸，該等長形氣體入 口包含用於排出第一反應性氣體之複數個第一氣體入 口、用於排出第二反應性氣體之複數個第二氣體入口、 及用於排出載體氣體之複數個第三氣體入口，該載體氣 體大體上不含該等第—及第二反應性氣體且大體上不與 該等第一及第二反應性氣體發生反應，該等氣體入口在 垂直於第—水平方向之水平方向之第二者上彼此隔開， 且彼此穿插，使得該等第一及第二氣體入口之至少一些 構f若干相鄰入口對，且該等第三氣體入口之至少一: 係女置於該等對之至少—些的該等第—與第Hu 之間。 1 8.如凊求項17之反應器 鄰第—及第二氣體入 口之間。 其中第二氣體入口安置於該等相 口對之每一者的第一與第二氣體入 19.如請求項17之反應器，其 一水平方向延伸且從該等 干長形擴散器，且其中該 中該流動入口元件包含沿該第 第三氣體入口向下游突出的若 等第一及第—氣體入口係安置 145078.doc 201030179 於该專擴散器上。 20. 21. 22. -種化學氣相沉積方法’其包括如下步驟： (a)在反應室内維持固 u得個或多個晶圓之晶圓載 體’使得該等晶圓之表面面向上游方向； ()堯化向上游及下游方向延伸之轴旋轉該晶圓載 體；及 ⑷從沿橫斷該轴之第一水平方向彼此平行地延伸之 複數個長形氣體人口向下游朝該晶圓載體排出複數種氣 體’，執行該排出步驟使得第-及第二反應性氣流從該等 長形入口之個別入口排出’且使得大體上不含該等第一 及第二反應性氣體及大體上不與該等第一及第二反應性 耽體反應之載體氣體從該等反應性入口之其他入口排 出，且使得該等載體氣流之至少一些於相鄰的第一與第 二載體氣流之間排出。 如请求項20之方法，其中該第一反應性氣體包含一種或 多種III族金屬之一個或多個來源，且該第二反應性氣體 包含一種或多種V族元素之一個或多個來源。 一種化學氣相沉積反應器，其包括： (a) 反應室’其具有上游及下游方向； (b) 载體支撐件，其經調適以在該反應室内將晶圓栽 體支撐在載體位置，以繞沿向上游及下游方向延伸之轴 旋轉； (0流動入口元件，其安裝於該載體位置上游之腔 室’該入口元件具有沿垂直於該下游方向的水平方向延 145078.doc 201030179 伸之氣體配送表面，該流動入口元件具有用於排出第一 反應性氣體之複數個第一氣體入口、用於排出第二反應 性氣體之複數個第二氣體入口、及用於排出載體氣體之 複數個第二氣體入口，該载體氣體大體上不含該等第一 及第二反應性氣體且大體上不與該等第一及第二反應性 氣體發生反應’該等第-、第二及第三氣體人口分別延 伸至距離該轴第一、第二及第三徑向距離處，該第三徑 向距離大於該等第一及第二徑向距離之至少一者。 23.如請求項22之反應器，其令該等第一及第二徑向距離大 體上彼此相等。 24. —種化學氣相沉積方法，其包括： (a)繞一軸旋轉載送基板之圓盤狀固持器，同時維持 基板之表面大體上垂直於該軸且面向沿該轴之上游方 向；且，在旋轉步驟期間， ⑻沿平行於該軸之下游方向朝該等基板排出互相反 應之第及第一氣體作為分別延伸至距離該轴一 二徑向距離處之第一及笛_ , # * n 弟 及第—組氣"IL ’及同時沿該下游方 向排出大體上不盘兮笪贫 „ _ _ ^ _ 等第一及第一氣體反應之第三氣體 ^延伸至距離該軸第三徑向距離處之第三組氣流，該 裎向距離係大於該等第一及第二徑向距離之至少— 者。 145078.doc