TW201246297A - Metal-organic vapor phase epitaxy system and process - Google Patents

Description

201246297 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於（例如）用於製造光電器件（例如發光二極 體、雷射二極體）、光伏打器件及其他電子器件（例如 Schottky障壁二極體及高遷移率電子遷移率電晶體 (HEMT))之有機金屬化學氣相沈積。 本申請案主張2011年4月7曰提出申請之美國臨時專利申 請案第61/472,925號之申請曰期之權利，該申請案之揭示 内容以引用方式併入本文中。 【先前技術】 化學氣相沈積（CVD)涉及將一或多種含有反應性化學物 質（前體）之氣體引導至基板表面上從而其在表面上反應形 成沈積物。氣相磊晶（VPE)係CVD製程，其中基板係單晶 材料，且沈積物係以單晶體形式生長。在VPE中，沈積層 自基板晶體獲得週期性參照，且稱為磊晶生長層。有機金 屬氣相磊晶（M0VPE)係生長複合半導體材料層之VPE製 程。業内所使用M0VPE之替代名稱包含有機金屬性氣相 磊晶（0MVPE)、有機金屬化學氣相沈積（M0CVD)及有機 金屬性化學氣相沈積（0MCVD)。 M0VPE係非平衡生長技術，其依賴於第III族烷基及第V 族氫化物前體至經加熱基板之氣相傳輸。藉由氣體之組合 來提供化學物質，該氣體之組合包含一或多種金屬有機化 合物（例如鎵、銦及鋁之烷基化物）及一或多種氫化物（例如 NH3、AsH3、PH3及銻之氫化物）以形成通式為InxGaYAlz 163410.doc 201246297 NAAsBPcSbD之「III-V」化合物，其中Χ+Υ+Ζ=約1，且 A+B+C+D=約1，且又、丫、2、八、8、（：及0中之每一者可 介於0與1之間。在一些情形下，可使用鉍或硼代替一些或 所有之其他第III族金屬。可藉由MOVPE來達成半導體化 合物（例如 ’ GaAs、GaN、GaAlAs、InGaAsSb、InP、 ZnSe、ZnTe、HgCdTe、InAsSbP、InGaN、AlGaN、 SiGe、SiC、ZnO及InGaAlP及諸如此類）之磊晶生長。 在MOVPE中，將前體氣體及其他視情況之添加劑物質 或「摻雜劑」供應至MOVPE反應室中，其中該等物質在 經加熱基板上反應形成磊晶層。通常，在相對低溫度下 (例如約50°C或更低）將氣體供給至反應器中。在氣體到達 經加熱基板時，其溫度及由此其用於反應之可用能量有所 增加。 藉由MOVPE形成之有機金屬磊晶層可用於例如以下器 件：發光二極體（LED)、雷射二極體、光伏打器件（PV)及 其他電子器件（例如Schottky障壁二極體及高遷移率電子遷 移率電晶體（HEMT))。藉由多層磊晶結構來形成該等器 件，且需要嚴格控制層之厚度及組成。根據一實例，在形 成藍色LED及二極體雷射時，可藉由沈積具有不同比例Ga 及In之III-V半導體層來形成多量子井（MQW)結構。每一層 可為約數十埃厚，亦即，數個原子層。對於該等應用之高 器件良率而言，MOVPE製程必須在基板之較寬區中生長 基本上具有均勻厚度及組成之層。 亦可使用氫化物或鹵化物前體氣體製程來生長iii-v半導 163410.doc 201246297 體。在一種鹵化物氣相磊晶（hvpe)製程中，藉由使熱氣態 金屬氯化物（例如’ Gael或A1C1)與氨氣（NH3)進行反應來形 成第III族氮化物（例如，GaN、A1N)。藉由使熱HC1氣體通 過熱第III族金屬上方來生成金屬氣化物^ HVPE之一個特 徵在於’其可具有高達1〇〇 μιη/小時之極高生長速率，此 速率約為用於一些現有狀態製程之MOVPE之10倍^ HVPE 之另一特徵在於，其可用於沈積相對較高品質之膜，此乃 因膜係在無碳環境中生長且因熱HC1氣體提供自清潔效 應。 在MOVPE及HVPE製程二者中，將基板在反應室内維持 於高溫下。通常將前體氣體與惰性載體氣體混合且然後引 導至反應室中。通常，在將氣體引入反應室中時，氣體處 於相對較低之溫度下。在氣體到達熱基板聘.，其溫度及 (由此）其用於反應之可用能量有所增加。藉由使化學組份 在基板表面處發生最終熱解及隨後化學反應來形成磊晶 層。藉由化學反應而並非藉由物理沈積製程來形成晶體。 生長係在中等壓力下於氣相中發生。因此，Vpe係用於熱 動力學亞穩態合金之合意生長技術。 在典型MOVPE製程中，以使前體氣體僅靠近基板表面 發生反應之方式將該等前體氣體引導至一或多個基板上。 此方式係用於最大化複合半導體層之磊晶生長，最小化氣 相反應’並減小在其他表面上發生假沈積之概率。通常， 藉由氣體注入器陣列使含有前體烷基化物、氫化物、載體 氣體及掺雜劑之氣體混合物在基板上盡可能均勻流動，從 163410.doc 201246297 而引起表面反應。隨著來自反應前體之組份原子自身配置 於基板表面上，其沈降於基板之暴露晶體面上之低自由能 位置（例如晶格空位）上。 MOVPE中所使用之基板通常係所謂的「非原始」基 板’亦即’與磊晶生長層具有不同材料之基板。使用非原 始基板，此乃因原始（亦即’氮化鎵及氮化鋁）基板當前不 能以大規模經濟製造所需之量、大小及價格範圍來使用。 典型非原始基板係自碳化石夕（SiC)或氧化鋁（藍寶石）製得。 實際上，當前製得之所有LED皆係在該等類型基板上製 得》 如上所述，磊晶生長層自下伏基板獲得週期性參照。因 此’若基板之結晶尺寸與生長膜不同，則在此界面處生成 通常相當大之内部應變。此情形稱為「異質磊晶」。異質 磊晶應變使得在MOVPE生長期間晶圓發生彎折及弯曲， 此乃因生長之晶體層必須藉由拉伸或壓縮發生應變以與 膜-基板界面處基板之晶體尺寸相匹配。此應變之累積係 部分地藉由正生長膜中之週期性晶格錯位來釋放，並可使 得單晶膜充滿錯位缺陷且錯位缺陷密度為108- 1 09/Cm2。該 等缺陷可嚴重降低光電器件之品質，且在嚴重情形下可自 身顯示為延伸之滑移面或宏觀破裂從而降低器件良率。 為改善由異質蟲晶引起之晶格錯位，有時將薄中間或 「緩衝」層沈積於基板上以緩和界面且吸收一些應變並將 缺陷侷限於緩衝層中，由此減小缺陷之密度。該等緩衝層 可與膜或基板具有相同材料，但在引起低密度之條件下沈 163410.doc 201246297 積’或其可為晶格尺寸介於基板與期望頂部膜之間之材料 膜’或其可為該等類型膜之組合。 在一些情形下，緩衝層可包括垂直纖維晶體結構（其頂 部形成用於生長膜之磊晶成核位點），該等垂直纖維晶體 結構可在稱為磊晶側向過生長（ELO)之製程中之生長期間 側向合併’而殘餘應變由纖維間之空隙之膨脹或收縮吸 收。該等緩衝層可有利地藉由濺鍍來沈積，且因每一成核 位點之大小極小，故該等緩衝層可自具有較寬範圍晶格尺 寸之材料製得。在本發明之一實施例中，使用濺鍍製程模 組來沈積此一緩衝層，然後沈積MOVPE GaN。一種該實 例係在高溫下沈積之高度定向之pVD ain，其展現該等特 性並提供用於引導GaN之二維磊晶生長之模板。 由非-原_始—基板上之異質遙晶誘導之應變給生產Mqvpe 設備之製造商造成重大難題，此乃因應變使形成基板之晶 圓發生彎曲’從而引起造成晶圓之間及晶圓内之不均勻生 長速率之溫度變化。在LED之情形下，生長速率變化導致 光電器件之操作波長發生變化，此使得顏色、光亮度及電 性能發生變化。該等變化會引起損失，此乃因最終lED係 根據顏色、光亮度及電性能來分選或r裝箱」。過度彎曲 可導致膜破裂或基板斷裂/破裂，其皆會減小總生產良 率。殘餘應力/應變影響用於LED之蟲晶堆疊之電子性質， 例如光凴度、高注入電流下之效率損失（降低）及高注入電 流下之色偏。 除異質磊晶生長外，晶圓彎曲及不均勻性之另一來源係 163410.doc 201246297 熱失配。在高基板溫度下（通常介於700-1400°C之間）實施 MOVPE製程。非原始基板（例如藍寶石及SiC)之熱膨脹係 數（CTE)與III-V複合半導體（例如氮化鎵及其各種合金）不 同。在藉由MOVPE生長之當前最重要之磊晶膜結構中， 該等「III氮化物」尤其形成藍色LED量子井結構之基礎。 在經受MOVPE沈積製程之後冷卻SiC或藍寳石基板時，該 基板以與其上面生長之III-V蟲晶膜不同之速率進行收縮。 此差異會引起晶圓彎曲及（有時）膜及基板破裂。因此，此 問題稱為「熱失配」。可藉由使用較厚基板來解決熱失配 誘導之彎曲’但此解決方案會增加切割、研磨及包裝之後 端製造費用。 【發明内容】 本發明認識到並解決MOVPE及HVPE之諸多態樣以改良 基板中之生長均勻性，且對成本加以限制。 總目的係研發用於磊晶生長之減小ΗΒ-LED每一器件成 本之高體積磊晶生長系統，且最終目標係與先前技術系統 相比減小至$2/klm之成本目標。磊晶生長性能改良對於隨 後LED製程之下游成本減小具有乘數效應。欲滿足之主要 技術目標包含磊晶良率之1〇〇%改良，對於2奈米（±1 nm)波 長頻率倉自45%提高至超過9〇%。此目標需要改良材料品 質、製程均勻性及重複性以減小光亮度及波長良率損失。 藉由提供以下各項來滿足該等目的：〇 5<>c内之溫度控 希J 1 /〇内之厚度均勻性、〇 2原子百分比内之工……膜内之 銦組成控制及新穎反應"計或用於改良效率及材料品質 163410.doc 201246297 之現有反應器設計的改良。此外，改良設備效率、製程恢 復時間、操作成本、正常運行時間及氣體、公用設施、備 品及其他消耗品之消耗有助於顯著降低磊晶生長之成本。 在一態樣中，使用晶圓及晶圓載體系統之動態熱模型來 精確預測對於晶圓之熱輸入效應》使用該模型，可調節通 向aa圓載體之熱輸入，以在沒有過沖或振盥之情形下加速 斜升至設定點溫度，同時維持晶圓溫度均勻性。 在另一態樣t，本發明解決稱為「邊界層」效應之不均 勻性之來源。具體而言，隨著氣體混合物流過基板且發生 晶體生長，前體經消耗且由此自混合物中空乏且氣態反 應副產物在「邊界層」中積累，該邊界層隨著沿基板平面 之流動長度之變化而生長至更厚。邊界層中之前體内容物 .空.乏且昌_含反應_產物，且在基板中流動地愈遠，則其變得 愈厚。若不能解決邊界層之厚度變化，則會增加維持基板 中之均勻生長條件之㈣，且可引起不均勻厚度及組成。 本發明描述一種反應器，其包含室及一個基板或一或多 個基板載體（其經安裝以用於在室内移動’例如圍繞軸旋 轉移動）。基板載體適於固持一或多個基板，最佳地從而 使擬處理基板表面保持實質上垂直於該#。本發明之此態 樣之反應器宜於包含氣流生成器，該氣流生成器經配置以 實質上均句速度在室内遞送之—或多個經引導朝向基板載 !之氣流。製程氣體混合物自注入器徑向向内流動至反應 器壁上’並行進相對較短距離到達在圓㈣反應器器孤内 同軸定位之中心加熱排氣管道。 163410.doc 201246297 本發明之向内徑向氣體流之有益特徵包含此流補償前體 空乏之天然趨勢。隨著氣體混合物朝向中心排氣裝置流 動，其前體内容物隨著反應面積降低而空乏，從而減小或 消除藉由其他氣體注入進行補償之需要。另外，隨著氣體 混合物徑向向内流動，其有所壓縮且其速度有所增加。隨 著速度及平均自由路徑增加，此將壓縮邊界層，從而減小 或消除通常需要補償之另一效應。 在另一態樣中，本發明改良氣體、前體及摻雜劑之利 用，且由此減小MOVPE製程之成本。氣體、前體及摻雜 劑消耗通常係關於磊晶生長之總成本之重要部分，且由此 期望高使用效率（亦即在晶圓上得到有用沈積之氣體％)。 另一費用來源係對於積累於系統排氣裝置、下游顆粒過濾 器及其他消減系統中之未反應氣體之處置’該等未反應氣 體需要以相對較頻繁之時程進行預防性維護。 根據本發明之此態樣，在空間及/或時間分離下藉由週 期性地使基板通過毗鄰之分離氣體注入區來引入前體氣 體，從而使得製程能夠連續進行，亦即，在任一區域中無 需吹掃及再填充步驟。本發明滿足ale中時間分離之需 要，且若與MOVPE—起使用，則其滿足前體之空間分離 之需要並解決「反向噴射」、「死流動區」及「寄生沈積」 之問題。 本發明之此態樣提供了若干優點。在Μ0νΡΕ中，前體 混合減少，且在ALE中，閥及自動化序列減少或消除且 如此單區製程中與填充及吹掃循環有關之時間限制減少。 163410.doc 201246297 此外，氣體之利用效率可顯著增加（幾個數量級）超過先前 技術之系統，此乃因在循環之間並不抽吸出未使用/未反 應之氣體且由此在每一室内具有實質上更長（1〇倍至1〇〇〇 倍）滞留時間。較低氣體流動速率亦減小了對於排氣管理 及減除之需要，從而延長預防性維護間隔。使用用於每一 反應物流之專用排氣裝置可顯著減小反應器下游之排氣裝 置中之堵塞副產物形成。 在另一態樣中’本發明描述一種室，該室改良了 MOVPE製程中氣體壓力之均勻性，且由此改良了室中之 沈積均勻性。具體而言，藉由改變室形狀在晶圓載體之邊 緣附近壓縮氣體流。在氣體流自晶圓載體邊緣向下進入 MOVPE室之下部中’壓縮氣體流可補償由氣流速度改變 •引起之壓力降。此_會減小邊緣至中心之壓力梯度，由·此減 小由壓力變化引起之製程變化。 在尤其適於與較大晶圓一起使用之另一態樣中，用於固 持處理用晶圓之晶圓凹坑包括撓性隔膜。將隔膜背部之導 熱氣體維持於調控壓力控制下，從而隔膜可以下列方式成 型.其適於在MOVPE製程中晶圓有所變化時適用於形狀 變化（例如，彎曲或凹陷）以與晶圓形狀匹配。此容許在凹 坑與晶圓之間維持較小間隙’從而使得能夠獲得較佳熱轉 移及均勻性。其亦使得在MOVPE生長製程之所有階段期 間’而非僅在一個步驟中熱均勻性達到最大化。自後方以 光學方式監測隔膜之偏轉或隨尤其以下各項之變化來進行 預表徵.室之操作條件、室與她鄰凹坑後方隔膜之後面之 163410.doc 11 201246297 空腔間之壓力差、所量測之晶圓及/或隔膜偏轉及/或所預 測之製程誘導之晶圓偏轉，且加以調節以與自上文量測之 製程誘導之晶圓偏轉相匹配。 在另一態樣中’本發明描述單一晶圓載體内之多個晶圓 溫度之個別控制。將導熱氣體（例如氦）個別地引入每一晶 圓之背側上以在晶圓載體與晶圓之間導熱。由此可在晶圓 載體上之每一晶圓凹坑處藉由控制每一凹坑處導熱氣體流 之流動速率及壓力來個別地控制熱傳導。此容許作出調 節，從而可減小個別晶圓之平均處理溫度變化及（由此）不 同晶圓間之量子井結構之平均波長變化。 結合此態樣’誘導每一晶圓之背侧處之導熱氣體在凹坑 内旋轉。在本發明之一實施例中，引導氣體流經晶圓之背 表面同時誘導旋轉，從而可利用晶圓之背側與前側間之切 向氣體速度差來針對導熱氣體墊誘導伯努利效應 (Bernoulli Effect)，此實質上降低背側上之壓力並用於將 晶圓保持於凹坑内。除晶圓載體旋轉外，此旋轉會生成稱 為「行星運動」之有助於改良每一晶圓内之製程均勻性之 複合移動。替代形式之行星運動（例如齒輪驅動）可達成類 似目的。 作為個別背側氣體熱耦合調節之補充，可個別地藉由閃 光燈輻射來加熱晶圓載體内之一或多個晶圓。在此實施例 中’可觸發定位於晶圓載體上方之閃光燈或替代形式之聚 焦高重複率輻射（例如高功率藍色LED燈），從而其輻射由 所選之一或多個晶圓吸收以向該一或多個晶圓中添加熱 163410.doc 12 201246297 能。此可校正晶圓内及晶圓至晶圓之溫度不均勻性。另一 選擇為，可排他性地使用閃光燈而非與氣體流調節或行星 運動組合使用。 在另一態樣中，混合加熱器設計（包括獨立輻射及電阻 性加熱元件）容許通向晶圓載體之熱輸入在不同徑向位置 處有所變化。在晶圓載體上對應於晶圓凹坑之内部及/或 外部邊緣之半徑處使用電阻性加熱器之辅助環形環，每一 晶圓可在其邊緣附近經受額外熱輸入。在旋轉晶圓之情形 下，此額外輸入變為可平衡熱熄滅之影響之平均化周邊熱 輸入。在所揭示之特定實施例中，此將溫度不均勻性減小 至小於3°C。在此範圍中甚至可使用凹坑成型來進一步減 小溫度變化。為減小對於區域加熱之負擔，載體中未由晶 圓覆蓋之表面可由提供晶圓之類似「熄滅」效應之插入物 覆蓋。藉由消除載體中之明顯熱損失梯度，載體之固有溫 度均勻性有所改良。 在另一態樣中’將合併之氣體流應用於晶圓表面上以改 良均勻性。例如，包括經加熱氮氣之自上向下引導之其他 流。以與距中心氣體注入器之距離線性成正比之速度來注 入向下流動之經加熱氮氣’期望結果為壓縮邊界層並改良 B曰圓載體中之製程均勻性。在本發明之第二實施例中，將

FlowFlange型或Uniform FlowFlange型注入器與中心交叉 流注入器組合以形成混合注入器。在第三實施例中，以相 對於晶圓載體之外側周邊關係來定位交又流注入器，從而 其氣體流徑向向内朝向中心加熱排氣埠引導。可將包括經 163410.doc 201246297 加熱氮氣之其他流自上向下引導。在第四實施例中，將

FlowFlange型注入器或uniform Flow_Flange型注入器與周 邊交叉流注入器組合以形成混合注入器，其中將氣體流徑 向向内朝向中心加熱排氣埠引導。 在另一態樣中’單一晶圓M〇VPE反應器提供氣體在旋 轉晶圓中之線性均勻流動。此係藉由經由一組線性注入器 沿反應器内之内部側壁引入氣體來達成。闡釋單一反應器 中之氣體流注入器及排氣裝置之各種構造以用於此態樣之 實施例。 在另一態樣中，在多量子井生長之後映射晶圓之光致發 光（PL)反應以檢測引起銦納入及厚度變化之製程漂移。將 PL映射納入MOVPE系統中，且所檢測之任一漂移皆與已 知因素及反應有關。舉例而言，在整個晶圓載體中所有晶 圓上之PL之均勻變化可指示朝向較高或較低處理溫度之漂 移。 在另一態樣中，在氣體注入位點處實施加熱凸緣，從而 可在引入室中時使氣體達到相對較高之入口溫度（例如約 100°c至約25(TC )。較佳地，將室壁維持於約5〇t入口溫 度内之溫度下。 在另一態樣中，本發明描述行星晶圓固持器，該行星晶 圓固持器在MOVPE或任一其他類型之晶圓製程（包含 CVD、PVD或離子束製程)期間允許複合基板運動。在本 發明之晶圓載體上定位有一或多個偏心定位之行星齒輪。 在每-晶圓固持器周圍具有齒輪齒或其他稱合部件。呈圓 I63410.doc -14· 201246297 盤形式之晶圓载體在中心支撐於可旋轉轉軸及輪轂總成 上。經由轴承之支撐環來使晶圓载體與輪轂直接接觸，從 而BB圓載體能夠獨立於輪數進行旋轉。輪數在其周邊周圍 具有凸出至晶圓載體上之開口（其中保留個別行星齒輪）中 之齒輪齒，從而該等個別行星齒輪在每一行星齒輪之周邊 與齒輪齒嚙合。以任一速度及任一方向（順時針方向或逆 時針方向）驅動中心輪轂進行旋轉。在輪轂旋轉時，齒輪 與行星齒輪之嚙合耦合使得行星齒輪在其位置内在相同旋 轉方向上且以最初與輪轂及行星齒輪之周長比率成正比之 速度個別地進行旋轉。然而，經由在軸承中轉移之滾動摩 擦來使輪穀與晶圓載體耦合’從而行星齒輪之旋轉因應於 摩擦平衡且並不總是與輪轂及行星齒輪之周長比率成正 比。-具體而言，藉由將輪轂在恆定平均速度附近加速及減 速’誘導行星齒輪週期性地反轉其旋轉方向，而晶圓載體 繼續以相同平均速度（在相同方向上）旋轉，從而提供改良 晶圓中之製程性能之平均化及均勻化之複雜運動。 在另一態樣中’本發明藉由在基板中精確蝕刻薄溝槽或 「溝道」（其中可最大程度地限制破裂，從而週期性地釋 放長程應變）來解決源自晶圓彎曲（由熱失配或異質蟲晶所 致）之不均勻性。本發明技術涵蓋使用精確KrF雷射照明藉 由HC1/C12氣體混合物來誘導UV活化之蝕刻。 自附圖及其闡述應明瞭本發明之上述及其他目的及優 【實施方式】 I63410.doc 201246297 併入本文中且組成本說明書之一部分之附圖圖解說明本 發明之實施例，並與上文所給出本發明之一般說明及下文 所給出實施例之詳細說明一起用於闡釋本發明之原理。 存在產生使用MOCVD生長之藍色LED結構之成本之許 多類因素。最大種類係良率損失，且其係由在單一生長過 程及多個生長過程之間每一晶圓、晶圓之間材料' 光學或 電性質之不均勻分佈引起。固定成本主要由通量、資本成 本及設備佔用面積顯著影響。氨及烷基之源消耗隨室及氣 體流之設計而變化，且係擁有成本之重要貢獻者。使用系 統之製造效率 '操作態樣（包含維護排程、空間時間、校 準及製程驗證（process qualification))與固定成本及良率損 失相比較小。基板成本涉及用於LED生長之晶圓、晶圓品 質之改良及筛分。基板之變化可促進及增強成本之減小。 蟲晶生長成本減小之主要貢獻者之分析展示，主要之5 個貝獻者（良率、品質、資本支出效率、製程恢復時間及 公用設施）引起成本減小目標之8〇%以上。因此，改良關於 良率損失之該5個主要貢獻者係在短期内達成磊晶生長成 本減小所需之主要技術研發内容。本發明態樣尋求改良良 率、材料品質（以使得能夠獲得光亮度改良）、資本費用效 率、製程恢復時間及氣體及公用設施利用。 如本文所述，良率損失係M〇CVD設備之擁有成本之最 重要參數。LED晶片良率之主要限制因素在於在土 1打出 之嚴格SSL波長裝箱需求之背景下，用於LED之磊晶生長 之MOC VD製程具有相對較差均勻性及再現性。 163410.doc •16· 201246297 對於典型之基於GaN之LED結構而言，波長係良率損失 之最大貢獻者（此提及波長變化或不正確之波長定心）。波 長變化具有許多來源。在生長期間，晶圓内之波長並不具 有單調性’而是具有波長分佈》高體積MOCVD系統同時 處理許多晶圓’且每一晶圓可具有不同平均波長及不同波 長分佈。波長定心通常展示波長自一個過程至下一過程之 較小位移。由氣體流、溫度及反應化學性質所致之不均勻 性係波長變化及定心難題之主要起因。 圖1圖解說明對於波長控制之溫度、井厚度及組成控制 需求。對於生長溫度及InGaN層厚度之波長依賴性展示， 溫度對於均勻性（晶圓内、晶圓至晶圓及過程至過程）具有 較大效應。在磊晶生長期間，必須將溫度及溫度均勻性控 制至幾十及之一度以達成恆定之高良率。.溫度之每度變化 產生約2 nm波長變化（對於藍色LED而言）及約3 nm波長位 移（對於綠色LED而言）。圖！展示，一般而言，具有下列關 係： Δλ/Δτ約為-1.8 nm/〇C Δλ/Δχ 約為 12nm/%(x為 In%)

△ λ/MQw約為 3 nm/A 度不確定性及不均勻性源於若干起因。大規模熱均勻 性取決於大容量加熱系統及基座之設計，且冷卻均勻性係 由襄堯氣體及室之m定。已知蟲晶設備容許在-定程 度上控制該等大規模熱因素，然而小規模熱不均勻性當前 16341〇,d〇c 17 201246297

在SSL波長頻率倉（2 nm)中會防，卜古d_ .A y τ 万止兩良率。該等小規 不均勻性包含： … •透明基板之輻射捕獲或「熄滅」效應， •連續變化之基板彎曲，其在生县 扭王長期間會改變晶圓之表 面溫度分佈，及 •表面溫度不確定性’其係藉由不能在足夠準確度下直 接量測基板之表面溫度引起。 圖2展示藍寶石晶圓對於原本均句加熱之晶圓平臺（基於 VeeC〇E3〇〇反應器之建模）之「熄滅」效應之實例，其展示 需要多點溫度量測。其他問題包含與晶圓溫度 '氣體溫度 及氣體流有關之鄰近誘導之熱不均勻性。基於與相鄰晶圓 之鄰近性之凹坑溫度及氣體溫度之微小差異可引起前/後 邊緣效應。該等差異及效應必須補償及/或校正以達成 >90%之良率。變化之其他組成部分包含氣體溫度變化' 氣體流變化及邊緣誘導之晶圓溫度不均勻性。對於所量化 不均勻性之每一來源而言，通常需要溫度校正。 抵/肖上述熱效應需要多區溫度量測、多區加熱器控制及 (最為重要地）高溫計’且在典型生長溫度下於藍寶石基板 之發射波長中具有高信嗓比（S/N比）。如圖3中所看到，使 用習用高溫計10之檢測不能直接在該等發射波長下（例 如’熱GaN吸收帶20、藍寶石吸收帶30及NH3吸收40)量測 基板溫度，此係需要高級UV及中-IR高溫計之故。具體而 s ’圖3展示’藍寶石晶圓在典長溫度（1〇5〇。匚）及 GaN/InGaN MQW生長溫度（750°C)下之黑體輻射需要在大 I63410.doc 201246297 於2000 nm之波長下（此係習用高溫計敏感之彼等波長之兩 倍）敏感之高溫計。 總之，圖4圖解說明本申請案十所論述用於達成4χ磊晶 製程成本減小之改良領域及解決方案。此圖解說明需要在 多個方面上同時改進來達成用於固態發光之此成本減小目 標。該等改良中之每一者個別地闞述於下文中。 基於模型之溫度控制 因MOVPE製程係在高溫下實施，故由m〇vPE製程消耗 之許多時間涉及加熱基板及穩定製程溫度。此係lED製造 中之關鍵因素’此乃因即使高於或低於溫度設定點之較小 偏差亦會引起不可接受之波長變化。 傳統上’使用「成比例積分微分」（piD)技術來達成溫 度之斜坡及控制。使用PID控制，可以極高斜坡速率達到 溫度設定點，但此將產生高於及低於設定點值之一系列阻 尼振盈。該等振盪通常可具有足夠振幅而妨礙處理，直至 其衰減至小於約〇.5〇c為止。較慢斜坡產生較小過沖及下 冲，但明顯需要較長時間。達到及穩定基板溫度所需之時 間係非增值性的並減小通量。 在本發明中，研發晶圓及晶圓載體系統之動態熱模型以 精確預測對於晶圓之熱輸入效應。使用該模型，可優化通 向晶圓載體之熱輸入以達到至設定點溫度之最大斜坡且無 過沖或振I ’同時維持晶圓溫度均句·!·生。恒:t晶圓溫度均 勻性有助於在溫度斜坡期間、在加熱及冷卻斜坡期間防止 不必要之晶圓彎曲及可能之晶圓損失。 163410.doc 201246297 圖5A圖解說明可達成此改良之基於模型之反館控制器。 此控制器之準確度與用於控制器中之模型及數據採集之精 確度成正比。設計控制器來補償可發生於過程内或過程至 過程之間之各種誤差及漂移來源。 如圖5A中所看到’基於模型之溫度控制器（詳述於下文 中）納入適應性熱模型系統並利用多次輸入（溫度、反射 率、曲率、PL波長）來控制加熱源之每一區，同時補償各 種誤差及漂移來源（發射率、高溫計、窗口塗層）。溫度感 測器400A、400B、400C及400D (通常可為高溫計）、反射 率感測器（反射計）410及曲率感測器（例如，撓度計）420向 虛擬晶圓溫度感測器110提供即時數據，而晶圓載體3〇〇 (其具有位於凹坑310中之晶圓320)在轉軸（未展示）上在各 種製程溫度（藉由加熱元件330提供之不同溫度）下旋轉。 PL映射器1〇〇不斷地監測反應器（未展示）内之各種參數， 例如反應器發射率、抽吸速度、前體遞送及諸如此類。基 於模型之溫度控制器12〇可校正隨機Pl波長漂移並達到最 小化，且自PL映射器1〇〇至基於模型之溫度控制器12〇之數 據使得更好地控制反應器内之較慢、較長期漂移問題，從 而在延長時間段内可始終達成高良率。 圖5B展示基於模型之溫度控制之一般示意性構造，其包 含反饋控制器、基於模型之估計器、原位感測器及過程後 在線感測器。 經由圖5A及5B_所闡述之系統，藉由本發明之基於模 型之溫度控制來改良製程時間、穩定性及均勻性。在使用 163410.doc •20· 201246297 基於模型之控制時，在製鞋+ 压裂私步驟之間改變溫度所需之時間 貫質上快於使用PIJ)控制之可沾性pq A 七I了此時間。產生此改良之原因 在於’與本發明之基於模型 夭主 皿度控制（其在晶圓載體中 達成溫度控制之遠大;丨旱各> & h k^ 于多之句勻性）相比，在使用傳統PID 系統時，成比例積分微分控制之斜升及斜降行為不僅展現 振盪’且亦在晶圓中（自内部至外部)展現不均勻性。 本發明之基於模型之溫度控制(MBTC)系統使得在習用 PID控制所需之一半時間内達成溫度穩定，此主要係由過 沖及振盪減小所致。斜坡變化期間之晶圓溫度不均勻性為 先前之1/3對於相同加熱器斜坡變化而言，mBtc亦在整 個晶圓載體中提供均勻溫度特徵，此在反應器朝向高容量 載體移動且晶圓鄰㈣體邊緣定位時變得更為重要。藉由 „MBTC節省之時間可轉變為將象統通量及資本效率改良 10%以上。

堆疊及徑向向内交又流MOVPE MOVPE技術固有地具有若干生產力問題；沈積速率較 低=於2·5 μπι/小時之間），且製程溫度較高，從而在沈積 之刖及之後需要較長之加熱及冷卻時段。因該等問題， MOVPE製程可能需要若干小時方能完成。為使叩系 更八生產力具有吸引力的是，尋求增加批次大小且並 不顯著增加製程時間之解決方案。 VPE不易於按比例擴大至較大批次大小；前體氣體 之/昆合流連續空乏並由反應副產物稀釋，％而限制了在較 大區中可維持均句製程之程度。另外，前體氣體混合物易 163410.doc 21 201246297 於因「反向噴射」及「死流動區」而在除預期基板外之處 發生反應並引起使製程降格之「寄生沈積」》 MOVPE之另一困難在於需要溫度均勻性。大於〇 5〇c之 變化導致LED中之量子井結構之波長反應發生可量測變 化，從而在裝箱期間引起損失。 _ MOVPE中之批處理通常涉及晶圓載體及寬面氣體注入 系統。晶圓載體上之前體消耗係半徑之幾何函數，此乃因 氣體徑向向外流動以在周邊處離開。監測個別晶圓溫度 (若可能），且調節來自晶圓載體之熱輸入以維持晶圓溫度 盡可能接近目標值。 在MOVPE中產生之難題之一涉及氣流通常向外徑向流 動’從而通過晶圓載體到達排氣裝置。隨著氣流向外移 動，其發生擴展’速度減慢’且空乏前體，即使流下方之 反應面積有所增加。此使得製程環境發生改變。為補償此 效應’已^出許多複雜且最終昂貴之解決方案。該等解決 方案包含嚴格控制其他氣體注入，使基板上方之頂板成型 以補償消耗，及採用利用旋轉平均化流動方向中之線性變 化之沈積特徵之行星運動以在基板上提供標稱均勻膜。 自薄層堆疊構建之量子井結構可確保複雜性及製程敏感 性之此程度。薄層之品質及均勻性變化對於最終器件之價 值具有顯著影響’但減小複雜性及費用對於製造商具有重 大益處。 本發明使用堆疊及徑向向内（或氣旋）交又流Movpe反應 器來解決該等需要。圖6A提供橫截面且圖66提供反應器 163410.doc ” 201246297 200之平面圖，根據本發明之此態樣，反應器2〇〇具有水冷 卻之外部室本體222，外部室本體222包含室201及一或多 個經安裝用於在室内移動、最佳地用於繞軸旋轉移動之基 板載體212。基板載體212適於固持一或多個基板226，最 佳地從而使擬處理之基板226表面實質上垂直於轴進行配 置。本發明此態樣之反應器200合意地包含氣流生成器， 該氣流生成器經配置以實質上均勻速度經由室2〇 1内之溫 度受控之蓮蓬頭214遞送一或多個經引導朝向基板載體212 之氣流。 在本發明之一實施例中’在單一圓柱形反應器器皿内同 時處理包括一或多個晶圓載體212或「基座」之堆疊。晶 圓載體212上之基板可視情況在晶圓載體内藉由氣體軸承 溝道224或藉由行星晶.圓_載體234旋轉、晶圆載體212在室 201内之同軸放置之轉軸（未展示）上旋轉，該轉軸由機構 218控制。製程氣體混合物自反應器壁上之經加熱注入器 210徑向向内流動，行進相對較短距離穿過溫度受控之蓮 蓬頭214並到達同軸定位於圓柱形反應器器皿内之中心加 熱排氣官道216處。閘極閥門2 0 8有助於控制自中心加熱排 氣管道216之氣體排放。藉由基底處之感應加熱器2〇3、頂 部之感應加熱器202及壁上之感應加熱器210 (能夠提供惰 性氣體注入）來加熱圓柱形反應器器皿，從而其封閉空間 分別與固定之頂部及底部基座204及206及室襯裏228及多 孔襯裏232以及毗鄰蓮蓬頭區214間之障壁或擋板23〇形成 等溫體積或黑體空腔’其中所有組份可達到熱平衡且具有 163410.doc -23- 201246297 較小或並無溫度梯度。以此方式，本發明可在大量攜裁晶 圓之基座上實施均勻加熱之MOVPE製程且需要氣體遇合 物流行進相對較短距離，亦即；自圓枉形反應器器服之壁 至中心轴。下部室220提供用於裝載及卸載晶圓載體212之 機構。在一些情形下’在筒或盤内可含有一系列晶圓載體 212以使得易於在一個操作中裝載及卸載許多晶圓載體 2 12。下部室220亦使得多個反應器2〇〇對接至一起。 另一實施例展示於圖6C及6D中，其中使用之參考編號 與圖6A及圖6B中使用之彼等參考編號具有相同含義。在 圖6C中所展示之系統中，代替為分別使用頂部及底部多區 加熱器240及242。使用固定頂部及底部抽空石英基座244 來代替來自圖6A中之系統之固定頂部及底部基座2〇4及 206。使用多孔石英室襯襄25〇及多孔Si(：塗覆之石墨室襯 襄252來代替來自圖6A中之系統之襯裏228及232及擋板 230。經由反應性氣體注入器區246將反應性氣體引入室 201中，該等反應性氣體通過1至3個區氣體預加熱器，然 後進入室201中。埠248容許在襯襄25〇周圍注入惰性氣 體。多區加熱器256容許進一步控制室2〇1之溫度。晶圓 226可位於基座212上之凹坑内或位於基座212上之銷上（晶 圓 226)。 在本發明之所有實施例中，一或多個基板可隨著基板載 體旋轉而圍繞其中心旋轉，從而生成複合或「行星」運動 以更均勻地將生&製程應用至每一基板之表面上。 本發明之向内徑向氣體流之有益特徵包含此流補償前體 163410.doc •24· 201246297 工乏之天然趨勢。隨著氣體混合物朝向中心排氣裝 動，其前體内容物隨著反應面積降低而空乏，從: 消除藉由其他氣體注入進行補償之需要。另外’隨著氣= 混合物徑向向内流動，其經壓縮且其速度增加。隨 =均自由路徑增加，此將麼縮邊界層，從而減小或消除 通常需要補償之另一效應。 ” :也氣生成器係經配置以使得一或多種氣汽勹人 載趙氣通及反應物氣短，且使得—或多種氣流之= 含有不同濃度之反應物氣體。在安裳基板載體以用於圍二 軸進行旋轉移動之情形下’氣流生成器宜經配置以在軸之 等於或大於晶圓載體之外部半徑之半徑處，供應_或多種 ^應物濃度與反應器之加熱壁不同之氣流。向内朝向一或 =個基板料之_氣流通過基板載體巾周邊料之外部部 分’且合意地包含相對較大濃度之反應物氣體及相對較:、 濃度之載體氣體。隨著氣流向内在其氣旋軌道中朝向轴向 排氣埠流動，反應物組份得以消耗，但其在反應表面之任 ^ 70件上方之濃度保持大致恆定。此有益效應係多種徑向 氣机匯&之天然結果，且係本發明之主要優點。 氣流生成器可在壁中之軸向或徑向不同位置處包含複數 個與室連通之氣體入口 ’從而每一基板載體以時間平均化 形式接收實質上相同之流’以及反應物氣體之一或多個源 與入口連接且載體氣體之一或多個源與人口中之至少一者 連接。 本發明之另一態樣包含處理基板之方法。本發明此態樣 163410.doc •25· 201246297 之方法合意地包含圍繞轴旋轉基板支撐件同時在支撐件上 支樓一或多個擬處理基板，從而基板之表面實質上垂直於 該軸°該方法進一步包含將反應物氣體及載體氣體引入室 中’從而該等其他在該室内朝向在距該轴不同徑向距離處 具有實質上均勻濃度之一或多種流之表面流動。 一或多種氣流經配置以使得在距轴不同徑向距離處基板 表面之不同部分接收實質上相同量之該反應物氣體/單位 時間/單位面積。 氣體注入方案可與用於均勻分佈反應物氣體之其他已知 方法（例如多區蓮蓮頭）組合以提供其他製程撓性。本發明 先前態樣之較佳反應器及方法可提供反應物氣體在基板載 體之處理表面上（例如旋轉碟式基板載體之表面）之均勻分 佈，同時避免由不同反應物氣體速度引起之湍流。 環狀氣體注入器 MOVPE之氣體注入器設計者許多年來致力於解決「反 向喷射」、「死流動區」及「寄生沈積」之問題。該等負面 效應導致前體氣體發生混合且在除預期基板外之地方反應 或由該等情形所致。氣體注入器由此經設計以提供前體喷 嘴以及非反應性氣流與鞘流之間之空間分離，從而有助於 使則體保持分離直至其到達基板為止。此得到高氣體利 用、低效率及極其複雜且昂貴之氣體注入器系統。 在原子層磊晶（ALE)中，必須在單獨點及時引入前體， 且在引入第一剛體之前自反應器沖洗掉第一前體。第一前 體在基板上留下殘餘吸附層’從而形成原子或化合物分子 163410.doc -26- 201246297 單層-單一分子層。在引入第二前體時，反應在經單層塗 覆之表面上繼續進行。此反應由以下兩個因素輔助：反應 表面之溫度’其增加可用於反應之能量；及在一種組份吸 附於表面上時用於解離及反應之減小之能量需要（由此減 小自由度數量）。在先前技術中’此製程係在單一區中實 施’其需要將基板暴露於一種前體，隨後吹掃未吸附之氣 體，隨後引入第二前體，然後進行第二吹掃循環等。此製 程得到緩慢沈積，但由此形成之薄膜幾乎完全保形且厚度 均勻，且可相當容易地按比例擴大以塗覆較大基板區。另 外’ ALE製程並無氣相反應或前體混合問題。 可以與ALE前體相同之方式來施加一些M〇vpE前體由 此避免氣相反應及前體混合之負面效應，但此類似地會得 .到極緩慢沈積速率.。增加ALE生長之效率及沈積速率夂解 決方案由此可經由消除氣相反應及前體混合而對於 MOVPE具有較大益處。 本發明提供-種氣體注人器“，其解決了前體空間分 離之問題而不會減小沈積速率，纟中保持分離但容許較快 沈積。 在本發明中，在空間及/或時間分離下藉由週期性地使 基板通料鄰之分離氣體注人區來引人前體氣體，從而使 得製程能夠連續進行，亦即，在任—區域中無需吹掃及再 填充步驟。本發m ALE +時間分離之需要，且若與 MOVPE-起使用，則其滿足前體之空間分離之需要並解 決「反向喷射」、「死流動區」及「寄生沈積」之問題。 163410.doc •27- 201246297 如圖7A、7B及7C中所圖解說明，本發明使用分離氣體 注入區之圓形陣列’每一分離氣體注入區皆由頂板及周邊 壁界定^每一區皆含有氣體注入器並遞送前體氣體或載體 氣體或前體及載體氣體之組合。旋轉晶圓載體與其相對於 圓形陣列平行之表面同轴定位’且足夠接近從而僅在晶圓 與陣列内每一區之周邊壁之間保留低傳導性間隙。進入或 離開每一區之氣體流由晶圓載體與每一區之周邊壁之間之 較小低傳導性間隙阻止。隨著晶圓載體旋轉，基板繼而連 續通過每一區下方，從而交替進入及離開每一區並重複循 環。 在圖7A中’氣體注入器系統40具有壁44,壁44含有通常 發現於CVD型系統中之各種氣體處置、溫度及控制組件。 氣體入口 42向系統中遞送第in族、第v族及惰性氣體。惰 性氣體（例如’ N2、Hz及其混合物）進入區46中。該等氣體 分別進入烷基區50與氫化物區48中。區46中之惰性氣體亦 可在GaN蝕刻製程期間使用。在使用時，進入區46中之氣 體係在壓力P3下進入。 氫化物氣體（例如’ NH3、Hz及其與諸如N2等惰性氣體之 混合物）進入區48中。在用於區48之内部氣體處置組件内 具有可提供氫化物（例如，NH3)之催化裂解之可選加熱 絲。在使用時，進入區48中之氣體係在壓力P2下進入。 烧基氣體（例如，三甲基鎵）以及N2 (及在一些情形下， 可選之低濃度氫化物）進入區5〇中。在使用時，進入區5〇 中之氣體係在壓力P1下進入。 163410.doc -28- 201246297 在典型操作期間，P3>P1且P3>P2。 中心吹掃裝置52將沁及112氣體排出》 圖7B及7C分別展示以較高濃度引入烷基加惰性氣體（例 如n2)及氫化物（例如，N2+H2&Nh3)之情形。 在一實例中’分離氣體注入區之圓形陣列係由4個區構 成，在自陣列近似形成圓之角度觀察時，每一區近似形成 「切餅」形狀。第一區可主要遞送氫化物前體，第二區可 主要遞送惰性氣體混合物，第三區可主要遞送烷基前體， 且第四區可主要遞送惰性氣體混合物。每一部分可具有不 同角度範圍及區，從而基板視需要在每一區中耗費或多或 少之時間，由此使得能夠優化製程。 並不將應用限於使用院基及氫化物前體之製程，可藉由 說明性實例來更清晰地闡述本發明」舉例而言，通過4個 區之基板可通過第一區下方並與氫化物前體接觸，該氫化 物刖體吸附於基本表面上而作為連續單層。可使用區内之 熱絲使氫化物發生催化裂解且由此增加吸附及/或反應效 率。第一區可具有專用排氣抽吸埠且維持於大約穩定之壓 力P1下。隨著晶圓載體繼續旋轉，基板通過第二區下方， 其中主要藉由惰性氣體吹掃掉未吸附之氫化物氣體。第二 區可能並無專用排氣柚吸裝置，而是使其中注入之（主要） 惰性氣體經由區壁與晶圓載體之間之低傳導性間隙泡漏至 毗鄰區t。因此，第二區之壓力高於毗鄰區，從而使得在 低傳導性間隙中形成壓力梯度。以此方式’可將未吸附之 氫化物前體氣體在第二區外之傳輸最小化或實際上消除。 163410.doc -29- 201246297 隨著繼續旋轉，表面上吸附有氫化物前體之基板通過第 三區’其中該基板與烷基前體接觸以使得該烷基前體與基 板表面上吸附之氫化物前體發生反應，由此形成期望化合 物之磊晶層。第三區可具有專用排氣抽吸埠且維持於壓力 P2下。隨著晶圓載體繼續旋轉，基板通過第四區，其中主 要藉由惰性氣體吹掃掉未反應之烷基氣體。第四區可能並 無專用排氣抽吸裝置，而是使其中注入之（主要）惰性氣體 經由區壁與晶圓載體之間之低傳導性間隙洩漏至毗鄰區 中。因此，第四區之壓力高於毗鄰區，從而使得在低傳導 性間隙中形成壓力梯度。以此方式，可將未吸附之烷基前 體氣體在第二區外之傳輸最小化或實際上消除。隨著晶圓 載體旋轉’重複此過程’從而在基板上生長磊晶層。 在本發明中’分離氣體注入區之圓形陣列可為4個、8 個、12個或任一數量之關於以下4個區之組之交替區：第 一前體區、第一吹掃區、第二前體區及第二吹掃區。區數 量及晶圓載體之旋轉速度決定了沈積速率，只要在每一區 中耗費足夠時間以達成表面飽和或反應。 本發明具有若干優於先前技術之優點。其優於先前技術 之MOVPE之優點主要係由消除前體混合所致，且其優於 先前技術之ALE之優點主要係由消除閥及自動化序列及與 單區製程中之填充及吹掃循環有關的時間限制所致。此 外，較先前技術之系統，可顯著增加氣體之利用效率（幾 個數量級），此乃因在循環之間並不抽吸出未使用/未反應 之氣體且由此在每一室内具有實質上較長（1〇倍至1〇〇〇倍） 163410.doc -30- 201246297 滯留時間。較低痛挪^ -氣體说動速率亦減小了對於排氣管理及減 除之需要’從iffy jj： μ ~ 峡長預防性維護間隔。使用用於每一反應 物抓之專用排氣裝置可顯著減小反應器下游之排氣裝置中 之者塞田j產物形成（其係許多統之共同問題）。 如本揭7F内谷中所使用，術語「可用能量」係指用於化 學反應中之反應物物質之化學勢。化學勢係常用於熱動力 學、物理學及化學中闡述系統(顆粒、分子、振動或電子 狀1反應平衡等）之能量之術語。然而，用於術語化學 勢之更具體替代形式可用於各種學術學科中，包含吉布斯 自由能（GlbbS free energy)(熱動力學）及費米能級（Femi leVel)(固態物理學）等。除非另外指定，否則提及可用能量 應理解為提及指定材料之化學勢。 美國專利公開案第2〇〇7/〇2.56_635號揭示CVD反應器，.其 中藉由反應器内之UV光來活化氨源。該等申請者亦表 明，可由此達成較低溫度之反應。美國專利公開案第 2006/0156983號及其他該等揭示内容展示電漿反應器，其 中使用各種類型施加至其中之電極之高頻率功率以離子化 反應性氣體之至少一部分，從而產生至少一種反應性物 質。亦已知可利用雷射來有助於化學氣相沈積製程。舉例 而言，在 Lee fA’「Single-phaseDepositionofaa-

Gallium Nitride by a Laser-induced Transport Process j . J. Mater. Chem.’ 1993，3(4)，347-351 中，雷射輻射平行於基 板表面發生，從而可由此激發各種氣態分子β該等氣體可 包含化合物’例如氨》在Tansley等人，「Arg0n nu〇ride 163410.doc 201246297

Laser Activated Deposition of Nitride Films」，Thin Solid Films，163 (1988) 25 5-259中，同樣使用高能量量子來解離 來自接近基板表面之適宜蒸氣源之離子。類似地，在 Bhutyan 等人，「Laser-Assisted Metalorganic Vapor-Phase

Epitaxy (LMOVPE) of Indium Nitride (InN)」，phys. stat· sol· (a) 194，第 2期，501-505 (2002)中，據信，在最佳生 長溫度下可增強氨分解以改良MOVPE生長之InN膜之電性 質。出於此目的’將ArF雷射用於氨以及有機前體（例如三 曱基銦及諸如此類）之光解離。 類似地，可使用熱電阻絲來活化氨以增強與其他前體之 反應性。此與論述於參考文獻中之熱導線CVD及催化CVD 類似。同樣設想藉由使用活化技術（例如熱絲、UV輻射、 觸媒及彼等熟習此項技術者熟知之其他技術）來增加可用 月&量以用於本發明中。 本發明之沈積速率僅由以下各項所需之時間限制：任一 區中之基板對於前體氣體層之吸附或兩種前體之反應或未 吸附或未反應之氣體之吹掃。在大部分情形下，估計此時 間大約為〇. 1秒，從而每一化合物分子單層可在約〇 4秒中 (或1-2 nm/sec)生長，從而在晶圓載體以15〇 r p爪旋轉時得 到向達7 μηι/小時之生長速率。此生長速率大致等同於當 前之M0CVD技術，且數量級快於當前之ale沈積速率。 甚至更高之生長速率亦有可能，例如在循環或連續cvd 中，其中在每-循環中生長多個單層從而得到〇5 2⑽/循 環之生長速率。沈積均勻性通常不如真正之ale(其中製程 163410.doc •32- 201246297 自身限制於每一暴露循環生長單層），且行星運動可與晶 圓載體旋轉相組合以改良晶圓表面中之流動及熱均勻性。 成型排氣裝置 已廣泛用於化學氣相沈積中之一種裝置形式包含安裝於 反應室内用於圍繞垂直轴旋轉之圓盤樣晶圓载體。將晶圓 固持於載體中，從而晶圓之表面在室内面向上。在圍繞轴 旋轉載體時，將反應氣體自載體上方之流入口元件引入室 中。合意地，流動氣體以層式活塞流向下通過載體及晶 圓。隨著氣體接近旋轉載體，黏性曳力推動其圍繞軸2 轉’從而在載體表㈣近之邊界區域巾，氣體圍繞輛且向 外朝向載體之周邊流動。隨著氣體流經載體之外部邊緣， 其向下朝向佈置於載體下方之排氣埠流動。最通常而言， 在一系列不同氣體組成及（在一·些情形下）不同晶圓溫度下 實施此製程以視需要沈積複數個具有不同組成之半導體 層’從而形成期望半導體器件。 理想地’晶圓載體之表面積為…其中尺係晶圓載體 之半徑。氣體流經具有徑向及切向速度分量之晶圓載體， 藉由設計氣體入口陣列來調整該等徑向及切向速度分量以 在晶圓載體旋轉時在盡可能多之晶圓載體上提供實質上均 勻之製程。在晶圓载體周邊，氣體在邊緣周圍且向下朝向 排氣裝置流動^賦^氣體速度在方向及大小方面之變 化’該變化將產生分壓變化並在晶圓載體中生成梯度從 而引起製程不均勻性。 在先前技術中已使用各種方法來解決此問題。可藉由增 163410.doc •33· 201246297 加氣體入口來解決氣體分壓之變化 寬仫具他氧體之應用降 低了製程效率，此乃因許多装仙盗胁 u行其減體在其流出排氣裝 從未與晶圆接觸。另一選摆我，七* 選擇為，或與增加氣體入口相組 合’可將排氣流徑向引導以與晶圓載體中之流相匹配。該 後-方法需要室半徑顯著大於晶圓載體之半徑r，由此將 不利地增加製程成本。增加載體直徑之替代方式係在載體 周圍安裝靜止（或旋轉）保護環（有時亦稱為滑動環）以有效 地延伸載體邊緣至適當地超出基板裝載直徑。保護環維持 了至晶圆之外部邊界之邊界層厚度之均勻性且亦減小了來 自載體邊緣的熱損失，從而使得能夠獲得更為均勻之晶圓 溫度（尤其在晶圓載體上之其外部邊界處卜將保護環直接 加熱（或藉由載體間接加熱）且其最終積累沈積物。因此， 必須對其進行清潔或週期性地替換以避免製程漂移及自動 摻雜效應。 需要抵抗晶圓載體邊緣處之壓力變化效應之經濟方式。 如圖8A中所圖解說明，在本發明中，藉由改變室形狀 (尤其係通過氣體之排氣裝置之側壁之成型）在晶圓載體之 邊緣附近壓縮氣體流。成型壓縮排氣時之氣體流，在氣流 自晶圆載體邊緣下降進入MOVPE室之下部時，此將補償 由氣流速度改變引起之壓力降。此減小了大量邊緣至邊緣 壓力梯度，由此減小了由壓力變化引起之製程變化。 在本發明之優點中，尤其提及「成型排氣裝置」，其係 對於晶圓載體中之製程均勻性之改良，其使得晶圓更接近 於晶圓載體之邊緣進行定位，由此潛在地使得在較小空間 163410.doc •34- 201246297 中處理更多晶圓。 本發明之另一優點在於，其容許使用較小陣列之氣體注 入器’且可減小所需氣體流。在先前技術中，氣體注入器 陣列徑向延伸至晶圓載體之邊緣，或甚至超出該邊緣。此 係用於擴展氣體流均勻性。使用本發明之改良排氣裝置， 有益氣體流特性擴展至超出氣體注入器陣列，從而可利用 較小陣列及使用較少氣體來處理晶圓載體上之晶圓。對於 最佳沈積厚度均勻性而言’用於烷基、氫化物及吹掃（惰 性）氣體之總體注入直徑可有所不同。通常，期望烧基注 入直徑延伸至晶圓裝載區之邊緣或甚至自晶圆裝載區之邊 緣略向内，同時吹掃氣體延伸至注入器直徑之邊緣，以在 流離開晶圓載體時補償邊界層之薄化。 如圖8 A中所展示氣體注入器系統500具有蓮蓬頭501_，. 蓮蓬頭501含有經配置以向cVD反應器遞送處理氣體之氣 體注入器。根據一實例，氣體注入器510將惰性氣體（例如 N2)引入反應器中，氣體注入器512引入烷基化物（例如金 屬有機烧基化物’例如三曱基鎵、三甲基銦、三曱基 鋁），且氣體注入器5 14引入氫化物（例如氨）。在一些情形 下，對於催化CVD而言，可有益地提供可選加熱板/絲5〇8 以在氫化物朝向晶圓載體524流動時將其加熱（52〇展示在 注入之後所有製程氣體之流）。亦將烷基及氫化物製程氣 體水平注入（交叉流）定位於反應器中心之注入器（分別為 502及504)中。可如由箭頭526所展示來調節側壁及/或可調 節晶圓載體5 2 4與蓮蓬頭5丨〇間之間隙（如由箭頭5 2 8所展示） 163410.doc -35- 201246297 以調節其間之間隙從而最佳化反應器高度，此然後改良氣 體利用’且燒基及氫化物之交又流動以及穿過蓮蓬頭5〇1 之氣體注入容許均勻性調諧。圖8B係透過圖8A之線C之注 入器之剖視圖》中心注入系統5 4 0具有中心氣體供給管道 530 ’中心氣體供給管道530容納用於擬注入系統中之各種 製程氣體及惰性氣體之單獨管道。氣體自中心氣體供給管 道5 3 0沿線5 3 4及5 3 6徑向向外流動’該等線可堆疊或角向 分段。 晶圓彎曲補償及凹坑成型 通常，用於製造中之基板係圓盤形且稱為「晶圓」。一 或多個晶圓位於稱為晶圓載體（佈置於M〇VPE反應室内側） 之結構上。晶圓載體可旋轉以使MOVPE製程在载體上之 若干晶圓中及晶圓内之較小偏差達到平均值，且總體上增 加離心抽吸分量以增強晶圓表面上之層式氣體流。晶圓載 體用作晶圓之熱儲存器，從而將該等晶圓維持於均勻反應 溫度。藉由諸如氦等惰性氣體來提供晶圓與晶圓載體之間 之熱傳導，可將該惰性氣體引入載體與每—個別晶圓之 間。母一晶圓在晶圓載體中之個別r凹坑」中之裝配對於 晶圓溫度之均勻性及（藉由擴展）磊晶生長製程之均勻性而 至關重要。隨著在異質磊晶生長處理期間非原始晶圓發 生翹曲，其在晶圆載體之凹坑中之裝配有所改變，且由此 影響熱均勻性及生長製程之均勻性。因此，MQW結構之 可量測品質在晶圓中變得不均勻，此乃因作為自異質磊晶 生成内部應變之間接後果層組成有所變化。若晶圓凹坑經 163410.doc •36· 201246297 成型以在MOVPE製程之最關鍵mqw生長部分期間與晶圓 曲率匹配，則其並不在室溫（RT)下與平坦起始晶圓條件或 凹晶圓形狀匹配，此係由GaN層與晶圓之間之熱膨脹係數 之失配所致。因生長膜中之拉伸應力，厚磊晶層生長期間 之典型晶圓彎曲係向上凹。由於此製程誘導之晶圓彎曲， 曰曰圓中心可與放置晶圓之晶圓凹坑接觸，從而導致晶圓傾 斜/位移。在極端情形下，可足以破壞晶圓位置以將晶圓 自凹坑逐出並在旋轉晶圓載體期間損失。 在一些情形下’所生長之M0VPE層上之應變可自拉伸 轉變為壓縮，從而導致晶圓首先「凹陷」，然後「彎曲」。 舉例而言’成核、恢復，且η-GaN層通常在導致晶圓產生 凹面或「杯形」之拉伸應變下生長，而MQW層及p-GaN之 生長發.生-壓縮應變並導.致晶.圓產.生凸面或「弓形」。此係 可導致晶圓自其凹坑發生位移並在旋轉晶圆載體期間損失 之另一因素。 需要在MOVPE製程期間補償晶圓變形之方式，從而至 少滿足以下兩個條件：第一，晶圓之溫度均勻性（因凹坑 裝配）在MQW層生長期間達到最大化，及第二，將晶圓在 所有其他處理階段期間適當地裝配至其凹坑中從而其不會 自晶圓載體脫落。 在本發明中，使用新穎方式來滿足上述需求。當前常用 之習用方式使用經設計以在MOVPE製程之MQW層生長部 分期間與晶圓曲率匹配之晶圓凹坑底部。晶圓凹坑經成型 以形成上面之所有切線皆與晶圓上之相應切線平行之表 163410.doc -37- 201246297 面，由此確保在MQW層生長期間具有相等凹坑至晶圓距 離及均勻熱搞合。儘管在成核、恢復及厚卜⑽沈積期間 此形狀可能並不與晶圓形狀匹配，但其恰好足夠深地凹^ 以容納凹陷晶圓且並無晶圓損失風險。此使得晶圓之溫度 均勻性（因凹坑裝配）在關鍵MQW層生長期間達到最大化， 而將晶圓在所有其他處理階段期間適當地裝配至其凹坑令 從而其不會自晶圓載體脫落。可對凹坑形狀進行二級校正 以校正晶圓表面（例如晶圓邊緣、晶圓平坦部分、鄰近周 圍晶圓之晶圆區域或通常與大部分晶圓經受不同熱環境之 任一晶圓區域）上之系統性及可重複溫度不均勻性。此將 更詳細地闡釋於下文之幾個段落中。 圖9圖解說明呈尤其適詩較大晶圓中之撓性隔膜形式 之替代成型方法。將隔膜背部之導熱氣體維持於調控壓力 控制下，從而隔膜可以下列方式成型：其適於在Μ〇νρΕ 製程期間在任一點處適用於形狀變化（例如，彎曲或凹陷） 以與晶圓之形狀匹配》此容許在凹坑與晶圓之間維持較小 間隙，從而使得能夠獲得較佳熱轉移及均勻性。其亦使得 在MOVPE生長製程之所有階段期間而非僅在MQW層生長 步驟中熱均勻性達到最大化。自後方以光學方式監測隔膜 之偏轉或隨尤其以下各項之變化來進行預表徵：室之操作 條件、室與毗鄰凹坑後方隔膜之後面之空腔間之壓力差、 量測之晶圓及/或隔膜偏轉及/或預測之製程誘導之晶圓偏 轉，且加以調節以與自上文量測之製程誘導之晶圓偏轉相 匹配。 163410.doc •38· 201246297 提供晶圓載體600。在一些情形下，晶圓載體可由若干 部件構成（在一實例中，將兩個部件在界面61 8處結合至一 起）。晶圓載體600具有一或多個在其中放置晶圓604之凹 坑612。凹坑612可具有平坦底部，可為階梯凹坑，或可經 定製模製以解決某些溫度變化。藉由一或多個晶圓支撐件 616 (其平面圖展示於617處）將晶圓604固持於凹坑612中。 在晶圓604具有平坦邊緣之情形下，將適當石英或藍寶石 帽620放置於晶圓載體600/凹坑612内。隔膜610位於晶圓 604之底部邊緣624與凹坑612之底板表面622之間。在隔膜 (606)及晶圓載體（608)中切割孔。將導熱氣體向上抽吸穿 過上面安裝有晶圓載體600之轉軸（未展示）且氣體在適當壓 力下流經開口 614進入空腔615中，空腔615毗鄰隔膜010之 後面，從而.使得在製程期間在任一時間處隔膜61 〇發生成 型（例如，彎曲或凹陷）以與晶圓604之成型（例如，彎曲或 凹陷）匹配。 在上述晶圓彎曲補償技術之兩個實施例中應用其他改良 以補償對於溫度不均勻性之邊緣及氣體流分佈。鄰近其他 晶圓之邊緣效應及氣體流可獨特地影響晶圓載體中每一晶 圓凹坑處之溫度均勻性。氣體流之熱影響及晶圓於晶圓載 體中之位置使得熱損失在每一晶圓之前部及邊緣不均勻。 除其他效應以外’此還歸因於晶圓弓之效應。 本發明者已確定，每一晶圓凹坑具有獨特之邊緣鄰近及 氣體流效應（基於其相對於晶圓載體中之其他晶圓凹坑之 位置），且對於每一晶圓載體中之相同凹坑而言係相同 I63410.doc •39- 201246297 的。換言之，適用於一個晶圓載體中之特定凹坑之任一解 決方案亦適用於另一晶圓載體中之相應晶圓凹坑。本發明 一實施例之發明性特徵係改變呈離散圖案形式之晶圓凹坑 之深度以抵抗該等效應。針對每一晶圓凹坑映射此不均勻 性且在每一點藉由調節凹坑至晶圓距離來對其進行補償， 由此改變晶圓與凹坑之間之熱傳導以平衡晶圓中之熱損失 及熱輸入。此係藉由在凹坑底板中機械加工各種特徵來達 成。此校正具有結構及方法依賴性，且最佳地在一定時間 段内使結構及方法二者保持固定之生產環境中實施。此特 徵更全面地闡述於共同待決之美國專利公開申請案us 20110129947中’該專利之内容以引用方式併入本文中。 使用閃光燈及氦凹坑吹掃來細調晶圓溫度 儘管晶圓彎曲補償及凹坑成型之技術可改良晶圓加熱均 勻性，但晶圓平均溫度之較小差異可能仍然存在，尤其在 導熱氣體之單一流均勻分佈至各個晶圓凹坑中之習用系統 中。單一載體中之晶圓之溫度可容易地變化4-8。(：。藉由 開啟導熱氣體使得此範圍基本上不變，且由此係個別晶圓 與其凹坑之關係之特性。 本發明之新穎特徵涉及個別地控制單一晶圓載體内之多 個晶圓溫度。將導熱氣體（例如氦）個別地引入每一晶圓之 背側上以在晶圓載體與晶圓之間導熱》本發明發明性特徵 中之一者使得藉由控制氦流速及由此每一凹坑處導熱氣體 流之壓力來個別地控制晶圓載體上每一晶圓凹坑處之熱傳 導。如圖10中所圖解說明，此容許進行調節，從而可減小 163410.doc -40- 201246297 個別晶圓之平均處理溫度變化及由此不同晶圓之間量子井 結構之平均波長變化。 本發明之另一發明性特徵係將導熱氣體引導至每一晶圓 背側，從而該氣體由伯努利效應流保持且同時誘導其在凹 坑内旋轉。在本發明之一實施例中，引導氣體流經晶圓之 背表面同時誘導旋轉，從而可使用晶圓之背側與前側間之 切向氣體速度差來誘導伯努利效應，進而在導熱氣體之緩 衝下實質上降低背側上之壓力並用於將晶圓保持於凹坑 内。除晶圓載體旋轉外，此旋轉會生成稱為「行星運動」 之有助於改良每一晶圓内之製程均勻性之複合移動。替代 形式之行星運動（例如齒輪驅動）可達成類似目的。在本發 明之一些實施例中，行星齒輪未必使晶圓旋轉，前提係晶 圓與行星載體熱分離^ ... 作為個別背側氣體熱耦合調節之補充，可個別地藉由閃 光燈輻射來加熱晶圓載體内之一或多個晶圓。在此實施例 中，可觸發定位於晶圓載體上方之閃光燈或替代形式之聚 焦高重複率輻射（例如高功率藍色LED燈），從而其輻射由 所選之一或多個晶圓吸收以向該一或多個晶圓中添加熱 能。此可用於補充前述氣體流調節及行星運動以校正晶圓 内及晶圓至晶圓之溫度不均勻性。另一選擇為，可排他性 地使用閃光燈而非與氣體流調節或行星運動組合使用。 混合晶圓載體加熱器 使用高溫處理所遇到之問題之一係如上文所述之晶圓對 於晶圓凹坑的熱「熄滅晶圓與載體間之發射率差異意 163410.doc -41- 201246297 未著，BB圓下方之溫度通常晶圓凹坑之中部最高，且晶圓 本身在其中心具有最高溫度。晶圓中心與其邊緣之間可產 生12.5C或更大之溫度變化，該範圍導致銦含量及所得波 長發生不可接受之較高變化。 解決此問題之一種方式係使用佈置於旋轉晶圓載體下方 之輻射加熱器陣列，此可提供熱輸入以在不存在晶圓時得 到均勻加熱之晶圓載體，晶圓載體裝載有晶圓後，藉由晶 圓本身將來自經佔據晶圓凹坑之輻射損失「熱熄滅」。此 誘導晶圓中之徑向溫度不均勻性，其特徵在於晶圓中心具 有較高溫度。 溫度不均勻性主要侷限於每一晶圓位置而非晶圓載體 上；因此，不能應用一般之晶圓載體加熱解決方案。使用 個別凹坑修飾（例如凹坑成型技術）可有效校正2_5t之局部 溫度範圍，但不能校正12·5^或更大之範圍。為使用細調 技術’必須減小由熱熄滅效應所致之徑向變化。 需要將每一晶圆凹坑處之熱熄滅效應減小至可管控範圍 之方式’其中可採用細調技術。此需要在並不顯著增加晶 圓載體加熱系統之費用之情形下來實施。 在本發明中’混合加熱器設計（包括獨立輻射及電阻性 加熱元件）容許通向晶圓載體之熱輸入在不同徑向位置處 有所變化。藉由在晶圓載體上對應於晶圓凹坑之内部及/ 或外部邊緣之半徑處增加電阻性加熱器之輔助環形環，每 一晶圓可在其邊緣附近經受額外熱輸入。在晶圓旋轉下， 此其他輸入變為可平衡熱熄滅影響之平均化周邊熱輸入， 163410.doc •42- 201246297 從而使溫度不均勻性減小至先前之1/4(小於3°C範圍）》此 可使用凹坑成型來更進一步減小溫度變化之範圍。為減小 對於區域加熱之負擔，載體中未由晶圓覆蓋之表面可由提 供晶圓之類似「熄滅」效應之插入物覆蓋。藉由消除載體 中之明顯熱損失梯度，載體之固有溫度均勻性有所改良。 因此，晶圓中量子井結構之波長變化可顯著減小。 混合流氣體注入 MOVPE通常採用垂直高速旋轉碟式反應器，其中將一 或多種氣體向下注入至在反應器内旋轉之基板表面上。特 定而言，已發現垂直碟型CVD反應器可用於各種磊晶化合 物，包含半導體單一膜與諸如雷射及LED等多層結構之各 種組合。在該等反應器中，在基板載體上方隔開之一或多 個注入器提供預定氣體流，該氣體流在與基板接觸後會在 基板表面上沈積蟲晶材料層。有效氣體分佈注入器系統必 須經設計以補償前體空4、排纟氣體稀釋&由氣體混合物 流經晶圓所致之邊界層變化。 許多現有氣體注人器系統具有可干擾有效操作或均句沈 積之問題。舉例而f，現有氣體分佈注人器系統中之前體 注入模式可含有㈣「死空間」（沒有來自注入器表面上 ^氣體入口之作用流之空間）從而在注入器附近引起再循 壤模式。已知再循環模式使得前體化學物質發生預反應， 從而使得反應物在注入5|λ 八器入口發生不期望沈積（在本文中 稱為「反向噴射I )，怂；β , )從而得到較低效率及記憶效應。再 循環亦可引起製程不稱金u 疋性’此係不良過程至過程重複性 1634IO.doc -43- 201246297 及室至室匹配之常見起因β 面向晶圓載體來安裝氣體分佈注入器（例如彼等由本申 凊案之受讓人以商標Fl〇wFiangeTM出售者）。注入器通常包 含複數個氣體入口以向用於MOVPE之反應室提供一或多 種前體氣體之一些組合。亦可經由注入器將促進製程之載 體氣體（例如氫、氮及/或諸如氬及氦等惰性氣體）引入反應 器中。惰性氣體有助於維持注入器附近之反應物及沈積過 程期間之層式氣體流之初始分離，且並不參與VPE反應。 合意地，流動氣體以層式活塞流向下通過載體及晶圓。 隨著氣體接近旋轉載體’黏性良力推動其圍繞軸旋轉，從 而在載體表面附近之邊界區域中，氣體圍繞軸且向外朝向 載體之周邊流動。注入器通常在晶圓上方在不同位置中沿 晶圓之一或多個徑向軸相對於基板載體之中心軸隔開。通 常’注入反應器中之源反應物材料之速率自注入器至注入 器有所變化以允許相同莫耳量之反應物到達基板表面。因 此，一些反應物注入器可與其他注入器具有不同氣體速 度。反應物速度之此變化在相關部分中係由注入器之相對 佈置所致。隨著固持基板之晶圓載體以預定速率旋轉，在 任一給定時間段内’載體外部邊緣附近之注入器所覆蓋載 體之表面區域大於更接近載體中心之注入器。因此，外部 注入器通常採用大於内部注入器之反應物氣體速度以維持 期望均勻性。舉例而言，毗鄰注入器之間之個別注入器氣 體速度可相差多達3至4倍。 儘管氣體速度之此變化有助於確保更均勻之層厚度，但 163410.doc • 44· 201246297 其亦可因不同速度在注入器流之間引起湍流。另外，可增 加諸如不均句層厚度、反應物耗散或反應物提前凝集等副 作用風險。使用徑向流分佈來調整厚度均勻性之能力之缺 點在於，最佳設定需要嘗試錯誤方式來達成最佳設定從而 使其易於產生人為誤差及反應器至反應器差異。較佳組態 係使用提供氣體之均勻向下流動之注入器，例如已用於 Uniform FlowFlange中者。缺點係不能調整在局部傾向於 自載體中〜至載體邊緣具有線性變化之厚度均勻性之厚产 均勻性。藉由調節各種氣體之相對流，可相對於載體中心 在載體之外部半徑處略微增加或降低厚度均勻性。 在稱為「交叉流」之另一實施例中，自中心輪轂處之流 入口疋件引入氣體，從而層式流在旋轉晶圓載體上方且與 之平行徑向繼-續前·行―。…隨著氣體通過旋轉載體，黏牲复力 推動層式氣流扭轉，從而在載體表面附近之邊界區域中， 扭轉氣流圍繞軸且向外朝向載體之周邊流動。該等交又流 設計消除了氣體流奇異性並減小了晶圓載體中心中之再^ 環’但具有經向擴展邊界層、反應物耗散及反應物提前凝 集’此皆限制了生長速率及製程均勻性。 兩種類型之裝置皆可在晶圓載體表面上及晶圓表面上提 供反應性氣體之適當穩定及有序流，從而載體上之所有晶 圓及每-晶圓之所有區域皆暴露於相對均勻條件。此繼而 促進了材料在晶圓上之均句沈積。該均句性較為重要，此 乃因晶圓上所沈積材料層之組成及厚度之極微小差異即可 影響所得器件之性質。 163410.doc 45- 201246297 在如圖11中所展示之本發明之實施例800中，如上述交 叉流方式中，來自中心氣體注入器802(自烷基+N2、乂及 NH3+N2之角向或軸向分段注入器之堆疊形成）之層式氣體 流行進穿過徑向橫跨晶圓载體之注入器埠8〇6。此外，然 而’自上向下來引導其他流8〇4。此可包括經加熱氮氣或 (潛在地）烷基與氮及NH3之組合。圖11圖解說明，以與距 中心氣體注入器之距離線性成正比之速度來注入向下流動 之經加熱氮氣’期望結果為壓縮邊界層並改良晶圓載體中 之製程均勻性’尤其與單獨自上方獲得之氣體注入相比， 如圖11中所看到。 在本發明之另一實施例中，將FlowFlange型或Uniform FlowFlange型注入器與中心交又流注入器組合以形成混合 /主入器。在此混合注入器中，Fi〇wFiange注入器會補償交 又流注入器通常所經歷之前體耗散，且交叉流注入器消除 了流動奇異性並減小反應器中心處之再循環，該等問題皆 係單獨使用FlowFlange型注入器時所固有。混合注入器提 供大於單獨之交叉流或Fl〇WFiange之調整氣體流及均勻性 之能力。亦參見關於上文圖8A及圖8B之論述。 在另一實施例中，以相對於晶圓載體之外側周邊關係來 定位交又流注入器，從而將其氣體流徑向向内朝向中心加 熱排氣埠引導。可自上向下引導其他流，包括經加熱氮 氣。在此實施例中藉由幾何收縮來固有地補償反應物耗 散；隨著氣體向内流動，其得以壓縮且抑制邊界層生長。 排氣埠可為垂直出口，或其可自中心輪轂中之徑向埠形成 1634 丨 0.doc • 46 · 201246297 以避免晶圓載體中心附近之氣體流奇異性。亦參見關於圖 6A、圖6B、圖6C、圖0D及圖16之論述》 在本發明之另一實施例中，將Fl〇wFlange型注入器或 Uniform FlowFlange型注入器與周邊交又流注入器組合以 形成混合注入器，其中將氣體流徑向向内朝向中心加熱排 氣琿引導。在此混合注入器中’ Fl〇wFiange注入器可補償 並未由幾何結構完全補償之前體耗散。排氣埠可為垂直出 口，或其可自中心輪轂中之徑向埠形成以避免晶圓載體中 心附近之氣體流奇異性。混合注入器提供大於單獨之交叉 流或FlowFlange之調整氣體流及均勻性之能力。 在所有該等情形下，行星運動提供均勻性之顯著控制及 維持以校正局部鄰近效應並同時達成膜厚度及膜組成均勻 性，尤其-對於反應物空乏係較大問題之較大直徑基板而 言0 單一晶圓反應器 因較大晶圓可用於製造LED，故單一晶圓製程變得更為 實際及有利。在傳統上已研發Μ〇νρΕ製程以在放置於晶 圓載體上之晶圓上提供均勻製程，其中中心部分並不固持 晶圓且關鍵處理區佔據r = 〇與r = R之間之帶。中心部分係氣 體停滯、奇異性或甚至軸向排氣裝置之區域，其可導致製 程均勻性發生擾動。該等擾動通常並不影響批處理，此乃 因可將晶圓放置於該區域外側’但單一晶圓製程之情形並 非如此。 ^ 因單一晶圓製程將一個晶圓放置於整個晶圓載體上，故 163410.doc -47- 201246297 即使在中心單一晶圓反應器亦需要不受干擾之均勻製程性 能。 如圖12中所展示，在本發明中，單一晶圓m〇vpe反應 器提供氣體在旋轉晶圓中之線性均勻流。此係藉由經由一 組線性注入器沿反應器内之内部側壁引入氣體來達成，如 圖13中所展示。將晶圓定位於反應器底板中之其固持器 上。在相對側壁處，線性排氣埠提供用於流動氣體之層式 流出口。 圖12展示作為單一晶圓反應器之系統77〇。晶圓固持 於晶圓載體778上，晶圓載體778由載體旋轉機構782 (其係 基於支撐軸承及氣體渦輪系統）旋轉。藉由加熱器78〇將晶 圓載體、晶圓及反應器内部維持於操作溫度下，加熱器 780可為單區、輕射、紅外、RF (射頻）加熱器或其組合。 系統770亦裝配有經加熱垂直吹掃裝置774及安裝於反應器 上之各個角度之計量工具（例如，原位高溫計/反射計 772)。藉由系統750將反應物及其他氣體引入反應器中， 針對圖13來更詳細地進行闡述。 如圖13中所看到，系統75〇提供至少4個由穿過氣體埠 762之氣體供應之線性注入器（754、756、758及76〇)。緊密 毗鄰安裝於晶圓載體764内之旋轉晶圓（766)，線性注入器 可（例如）遞送前體氨氣（NH3)、氫氣（h2)及氮氣（n2)之氣體 混合物（例如，注入器760)。另一線性注入器遞送前體有機 金屬（MO)氣體、A及Ha (例如，注入器756广在該兩個供 應前體之線性注入器之間係另一線性注入器該另一線性 163410.doc •48· 201246297 注入器僅流動N2吹掃氣體以防止在MO與NH3之間形成加合 物（例如’注入器758)。位於兩個供應前體之線性注入器間 之此線性注入器亦用於在沈積過程之間遞送氣化氫（HC1) 氣體以清潔反應器。 頂部板或反應器頂板752經定位與反應器内之晶圓766相 對。第四線性注入器754緊密毗鄰反應器之頂部板或頂 板’其提供A氣體之流以在下部反應性氣體之流與反應器 頂板之間形成保護性勒流。此保護性流用於減小在反應器 頂板上寄生沈積物之形成。 另外，可藉由整合至提供經加熱N2氣體流之結構中之注 入器陣列來防止頂板發生寄生沈積。此氣體流與來自線性 陣列之A流（在二者皆使用時）合併’從而提供對於頂板或 頂部板.關.於寄.生沈積之額外保護。 一 在本發明之一替代實施例中，將晶圓倒轉並向下面向反 應器。此實施例之優點在於，晶圓不再位於諸如頂板等可 積累寄生沈積物（如所述第一實施例中）之表面下方。可容 許反應器之底板積累在製程之間藉由HC1流週期性地清潔 掉之寄生沈積物。在製程期間反應器底板上之寄生沈積物 之任一微粒化（亦即；剝裂或剝落）物質可藉由製程氣體之 線性層式流自反應器吹掃掉，且並不與上述晶圓接觸。此 實施例使得可藉由消除在與晶圓相對之表面（亦即；底板） 及沿該表面進行經加熱Ns吹掃之需求來簡化反應器。可藉 由（例如）以下方式來加熱晶圓：將加熱元件或熱燈放置於 反應器頂板與下側晶圓之間（晶圓表面面向反應器頂板）， 163410.doc •49· 201246297 或將加熱元件或熱燈放置於反應器底板與在上面生長結構 之晶圓表面之間。 圖14A圖解說明減小晶圓700上之寄生沈積之未反轉反應 器之態樣。沿頂板A2及底板B2使用吹掃流及電漿清潔。 另外，注入器經設計以避免沿底板B2沈積並防止再循環以 避免在注入器位點C2處沈積。 圖14B圖解說明在倒轉組態中在注入器位點C3中使用非 再循環注入器設計且沿頂板B3使用電漿清潔及吹掃流來避 免晶圓700上之寄生沈積》 在任一實施例中’可進一步藉由分段來增強供應前體之 線性注入器。舉例而言，遞送MO、A及H2之線性注入器 可包括三個或更多個區段，其中每一區段遞送不同比率之 二種氣體。可調整經由每一區段遞送之氣體比率以優化晶 圓上之生長均勻性及/或最小化其他區中寄生沈積物之生 長。 板上PL映射及基於模型之製程控制 在生產時’需要MOVPE反應器連續處理。在長時間使 用之後，反應器之製程可能開始漂移。製程漂移可引起生 長層之晶圓内及晶圓至晶圓不均勻性及後續之良率損失。 用於檢測用於LED之MOVPE期間之製程漂移之一種有用工 具係光致發光（PL)。可在多量子井生長之後映射晶圓之pL 反應以檢測引起銦納入及厚度變化之製程漂移。 在本發明中’將PL映射納入M〇VpE系統中，且所檢測 之任一漂移皆與已知因素及反應有關。舉例而言，在整個 163410.doc -50- 201246297 晶圓載體中所有晶圓上之PL之均勻變化可指示朝向較高或 較低處理溫度之漂移。若已充分模擬製程，則漂移之起因 可精確地歸於一或兩個因素。自動「向前饋送」可疑因素 之較小調卽以檢測校正反應，如在擬處理之下一晶圓上所 量測。因此，MOVPE系統可繼續在製程說明内處理晶 圓’並延長週期性維護循環之間之平均時間。此可對於成 本/所產生晶粒具有顯著影響。類似地，可包含可用於製 程控制迴路内以用於過程至過程控制或用於偏移及故障檢 測之其他原位或板上計量方法。實例包含用以量測膜厚 度、電阻率/摻雜、晶圓層面上之電特性及表面缺陷（例如 顆粒、破裂、滑動、外延生長缺陷）之感測器。許多該等 貫例最佳係在基板處於充分界定溫度之情形下於受控環境 中實施且_由此.最適於板上實施，其中感測器位於生長室外 側但位於總系統内部》

經加熱FlowFlange及快速GaN 本發明涵蓋經加熱入口，其中在引入室中時氣體處於高 於約75°C及（例如）高於約l〇〇°c及約i〇〇°C至約25〇〇c之入口 溫度下。較佳地’將室壁維持於約5〇°C入口溫度内之溫度 下。 本發明此態樣可顯著改良操作範圍。特定而言，本發明 此態樣之較佳方法可在較低旋轉速度、較低氣體流動速率 及較高壓力（較使用較低氣體入口溫度之類似製程）下操 作。增加氣體入口溫度會增加浮力並增加穩定製程窗口， 由此允許較高壓力或較低旋轉速率，並增加氫化物利用效 163410.doc 201246297 率。另外，較熱入口氣體提供較小表面冷卻，從而產生較 大溫度穩定性並減小加合物形成。已發現，在入口凸緣溫 度自50C改變至200°C時，烷基效率增加35%以上。亦已 發現，藉由入口凸緣溫度之相同變化可使]^113、乂及仏之 使用顯著（大於8 5 %)減小。該等特徵、以及其他特徵更全 面地闡述於以下中：共同待決之美國專利公開申請案 20100112216(該專利之内容以引用方式併入本文中）及2〇11 年6月17日提出申請之共同待決之美國專利申請案第 13/128,163號（該專利之内容以引用方式併入本文中，且其 與美國專利公開申請案201001122 16有關）》 本發明之另一態樣提供化學氣相沈積反應器。本發明此 態樣之反應器合意地係旋轉碟式反應器，且合意地包含流 入口溫度控制機構，該流入口溫度控制機構經配置以將反 應器之流入口元件維持於上文結合該方法所述之入口溫度 下。最佳地，反應器亦包含經配置以將室壁維持於上述壁 溫度下之室溫度控制機構。 通常設定晶圓溫度以優化期望沈積反應；該晶圓溫度通 常高於400°C且最通常為約700_1100〇c。其通常期望在可 提供可接受條件之最高室壓力、最低旋轉速度及最低氣體 流動速率下來操作此類設備。通常使用約1〇托至1〇〇〇托且 最通常約100托至約750托之壓力。期望流速較低以最小化 昂貴高純反應物之廢物且亦最小化廢氣處理之需要。較低 旋轉速度將晶圓上之諸如離心力及振動等效應最小化。另 外’旋轉速度與流動速率通常直接相關；在給定壓力及晶 163410.doc -52- 201246297 圓溫度條件下，維持穩定有序流及均勻反應條件所需之流 速會隨旋轉速率而增加。 然而，在本發明之前，可使用之操作條件顯著有限。期 望允許較低旋轉速度及氣體流、較高操作M力或允許此二 者，同時仍保持穩定流動模式。 快速GaN M0VPE處理係本發明之製程實施例。在約 50°C之溫度下經由注人系統引人用於先前技術令之㈣生 長之前體氣體。在快速㈣製料，在約2〇〇£)(：之溫度下 注入氣體。 前體乳體之較高溫度&良了表面遷移率及反應動力學， 從而得到約8-15 μπι/小時之較高生長速率，與之相比，在 先則技術處理中為2·5 μιη/小時。 因氣體較熱且由此自基板吸收較少熱，故晶圓溫度均勻 性及隨後㈣厚度及姻納入均勻性在本發明實施例中得以 改良。 藉由在200 C下引入前體來增加表面遷移率及反應動力 學谷許使用較低氣體流動速率，從而得到較佳材料利用率 並減小成本。其亦使得晶圓載體之旋轉速度自典型之12〇〇 r.p.m.減小至小於600 r.p.m. ’由此延長軸承之有用壽命並 減小熱損失及功率需求。與習用生長條件相比，對於生長 界定GaN厚度而f，Ν2、Η2ΛΝΗ3之氣體消耗降至先前之 1/8-1/5 ’此皆轉變為顯著減小磊晶生長成本。 慣性驅動行星旋轉機構 為在基板中提供均勻製程，從業者過去依賴於各種基板 163410.doc -53- 201246297 運動。最通常而言，使用線性掃描及旋轉。在沈積及蝕刻 處理之情形下’將涉及圍繞基板中心之個別旋轉之複合運 動與通常在多晶圓載體中心處圍繞二級軸之角旋轉相組 合。在此情形下’個別晶圓固持器稱為「行星齒輪」’其 可在晶圓載體中之其位置内旋轉。 為驅動容許在晶圓載體中之其位置内旋轉之個別行星齒 輪内之旋轉，在個別晶圓固持器及固定中心輪轂或固定周 邊環之間提供齒輪齒或其他直接耦合。在驅動多晶圓載體 旋轉時’行星齒輪圍繞固定輪轂或環滾動且由此引起個別 旋轉》 行星齒輪相對於輪轂或環之周長獨特地決定了晶圓載體 内行星齒輪之相對運動。對於藉由固定輪轂驅動之行星齒 輪而言，旋轉係在與晶圓載體旋轉相同之方向上進行，亦 即，在晶圓載體順時針旋轉時行星齒輪亦順時針旋轉。行 星齒輪之精確相對固持器係由固定環驅動。 在處理期間，可在任一製程中有利地改變行星運動之相 對速度或旋轉方向。在先前技術並不存在容許此行為之機 構，且由此本發明提供潛在之有價值能力。此外，即使載 體在600 rpm或更高速度下旋轉，亦期望將行星旋轉速度 控制於相對較低值（例如低於3〇 rpm)，以避免由高速載體 旋轉產生之流動不穩定性，此將壓製由晶圓載體旋轉所生 成之主要流動模式。 本發明獨特地使得能夠在河〇¥叩或任—其他類型晶圓 製程（包含CVD、PVD或離子束製程）期間獲#寬範圍之複 163410.doc -54· 201246297 合基板運動。 如圖15A及圖15B之透視圖中所看到，在本發明之晶圓 載體上定位有一或多個偏心定位之行星齒輪，該等行星齒 輪係自碳化矽（SiC)或經SiC塗覆之石墨製得，每一行星齒 輪支撐於晶圓載體上其自身之個別凹進嵌套内之sic或氮 化石夕（SiN)軸承± m圓持n周圍具有齒輪齒或 其他耦合部件。 在圖15A中，行星運動系統60展示安裝於轉轴以上之行 星晶圓载體64。轉軸62含有氣流系統62A，氣體流系統 62A將惰性氧體（例如，氦）遞送至氣體凹槽中，氣體凹 槽7〇然後將惰性氣體遞送至發現於晶圓固持器“底部側之 各個渦輪葉片76 (如圖15B中所展示）中。晶圓固持器66位 於軸承(例如，-陶究軸承）.68上之晶圓載體64内。在晶圓固 持益66之底部（圖15B中之底部74)及晶圓載體“之内部底 °P(未展不）之間可具有較小間隙。在惰性氣體（例如氦）衝 擊'尚輪葉片76時，晶圓固持器66則將在軸承68上旋轉。可 藉由改變進人系統62A中之氣體之溫度及氣體流動速率來 控制旋轉速度及晶圓固持器66之溫度。 呈圓盤形式之晶U載體在中心、支撐於可旋轉轉轴及輪較 〜成上。經由SiC或SiN軸承之支撐環來使晶圓載體與輪轂 直接接觸，從而晶圓載體能夠獨立於輪轂進行旋轉。輪轂 在其周邊周圍具有&出至晶圓載體上之開口（其中保留個 别行星齒輪）中之齒輪齒，從而該等個別行星齒輪在每一 仃星齒輪之周邊與齒輪齒嚙合。 163410.doc -55- 201246297 在本發明中，中心輪轂係驅動總成之一部分，且由此並 不固定，但可驅動而以任一速度及任一方向（順時針或逆 時針）進行旋轉。在輪轂旋轉時，齒輪與行星齒輪之嚙合 耗合使得行星齒輪在其位置内在相同旋轉方向上且以最初 與輪轂及行星齒輪之周長比率成正比之速度個別地進行旋 轉。 經由在軸承中轉移之滾動摩擦來使輪轂與晶圓載體耦 合。因此’晶圓載體之旋轉加速度低於輪轂。隨著晶圓載 體開始旋轉’行星齒輪與輪轂之旋轉速度比率發生改變且 晶圓固持器必定相對於輪轂更緩慢地進行旋轉。在輪轂停 止其旋轉加速度並轉向恆定旋轉速度時，晶圓載體繼續加 速直至其達到其上之所有力皆得以平衡之旋轉速度為止， 亦即，在軸承中之摩擦由來自所存在氣體之良力平衡時。 在輪轂達到恆定速度之後，晶圓載體旋轉加速度之繼續 導致行星齒輪之相對旋轉速度有所降低。在晶圓載體達到 輪轂之旋轉速度後，行星齒輪停止個別地旋轉。 藉由在恆定平均速度附近週期性地將輪轂加速及減速， 誘導行星齒輪週期性地反轉其旋轉方向，而晶圓載體繼續 以相同平均速度（在相同方向上）旋轉。此複雜運動顯然不 同於在先前技術中達成之運動，且提供平均化及均勻化個 別晶圓中之製程性能之獨特方法。此特徵更全面地闡述於 共同待決之美國專利申請案第US20110300297號中，該專 利之内容以引用方式併入本文中。 组合 163410.doc • 56- 201246297 本文所闡述各種發明之組合可能有利且形成所揭示發明 之其他實施例。舉例而言，圖16圖解說明組合以下各項之 室：經加熱中心排氣裝置、具有三個區之周邊注入器、提 供反應物之受控預混合、預加熱及徑向向内流動、多區加 熱、多區蓮蓬頭（其用於空間分佈之反應物注入且經圖案 化以減小邊界層厚度並最小化頂板沈積）、具有慣性變化 之行星運動' 多點高溫測定（包含反射計及撓度計）及自動 裝載、原位清潔及4個配置於群集工具中之室》 在圖16中’系統720具有經加熱中心排氣裝置722，製程 氣體經由經加熱中心排氣裝置722自多區蓮蓬頭724及三區 周邊注入器726進入反應器740中。多區蓮蓬頭724提供空 間分佈之反應物注入。三區周邊注入器726使得可控制反 應物之預混合_及_氫化物（例如，Nh3)及惰性氣體之預加 熱。多區蓮蓬頭724與三區注入器726之組合減小了經塗覆 晶圓上之邊界層厚度並最小化反應器74〇之頂板上之沈 積。晶圓載體734可為傳統晶圓載體或行星運動型載體並 位於轉軸732上之反應器740内。藉由多區加熱器728及燈 730將載體及位於上面之晶圓保持於操作溫度下。計量單 元738(例如，多點高溫計、反射計及/或撓度計）不僅可用 於監測晶圓溫度且亦可用於向其他反應器（可連接至群集 或其他工具配置中之系統720)提供反饋。 本發明者意欲包含與本文所揭示任一其他實施例之任一 實踐組合中之每一實施例，不論彼等熟習此項技術者是否 熟知。舉例而f ’在本發明之一實施例中，將經加熱流凸 163410.doc •57· 201246297 緣蓮蓮頭與成型排氣流組合以實質上減小在膜生長期間整 個多基板平臺上之邊界層厚度變化，由此減小通常由邊界 層厚度變化引起之製程變化。 儘管已藉由各種實施例闡釋本發明且儘管非常詳細地闡 述該等實施例，但申請者並不意欲加以限制或以任一方式 將隨附申請專利範圍之範圍限於該細節。彼等熟習此項技 術者易於明瞭其他優點及修改。在更廣泛態樣中，本發明 由此並不限於所展示及闡述之具體細節、代表性裝置及方 法及說明性實例。因此’可相對於該等細節作出偏離，此 並不背離申請者之一般發明性概念之精神或範圍。 【圖式簡單說明】 圖1展示光致發光（PL)波長隨溫度及qw井厚度之變化。 圖2係典型晶圓載體溫度分佈及載體上晶圓之「熄滅」 效應。 圖3係藍寶石晶圓之黑體輻射之圖。 圖4係圖解說明根據本發明應用於良率及生產力增益及 成本減小之方法之圖。 圖5A係根據本發明原理納入適應性熱模型之基於模型之 溫度控制器之方塊圖。 圖5B係圖5A之方塊圖之構造模型。 圖6A係堆疊於MOVPE反應器内之基板載體之平面圖。 圖6B係圖6A中之反應器之俯視圖（其中去除頂部）。 圖6C係與圖6A中所展示類似之系統之平面圖。 圖6D係圖6C中之反應器之俯視圖（其中去除頂部卜 163410.doc •58- 201246297 圖7A圖解說明具有分離氣體注入區之環狀氣體注入器系 統。 圖7B展示氣體流之一種定向之一實例。 圖7C展示氣體流之一種定向之另一實例。 圖8 A係反應器之部分橫截面圖。 圖8Β係展示角向或軸向分段氣體注入器之堆叠之一般定 向之示意性俯視圖。 圖9係本發明一態樣之晶圓載體之剖視圖。 圖10圖解說明基於不同氦流之晶圓至晶圓溫度變化。 圖11圖解說明混合注入器之氣體流均勻性。 圖12係單一晶圓反應器之剖視圖。 圖13係用於圖12之單一晶圓反應器之注入器系統之示意 性剖視圖。 圖14Α及14Β圖解說明減小單一晶圓反應器中所使用寄 生塗層之方式。 圖1 5 Α係實施慣性驅動行星運動之晶圓載體之平面圖。 圖15B係圖15A之晶圓支撐件中之一者之透視圖。 圖1 6圖解說明納入本文所述之本發明各種態樣之組合實 施例之一實例。 【主要元件符號說明】 40 42 44 46 氣體注入器系統 氣體入口 壁 區 1634IO.doc •59· 201246297 48 氫化物區 50 院基區 52 中心吹掃裝置 60 行星運動系統 62 轉轴 62A 氣體流系統 64 行星晶圓載體 66 晶圓固持器 68 軸承 70 氣體凹槽 74 底部 76 渦輪葉片 100 PL映射器 110 虛擬晶圓溫度感測Is 120 基於模型之溫度控制器 130 功率區3 140 功率區2 150 功率區1 200 反應器 201 室 202 感應加熱器 203 感應加熱器 204 頂部基座 206 底部基座 -60- 163410.doc 201246297 208 閘極閥門 210 經加熱注入器/感應加熱器 212 基板載體 214 蓮蓬頭 216 中心加熱排氣管道 218 機構 220 下部室 222 外部室本體 224 氣體軸承溝道 226 基板 228 室襯裏 230 障壁或擋板 232 多孔襯裏 .. -- 234 行星晶圓載體 240 頂部多區加熱器 242 底部多區加熱器 244 固定頂部及底部抽空石英基座 246 反應性氣體注入器區 248 埠 250 多孔石英室襯裏 252 多孔SiC塗覆之石墨室襯裏 256 多區加熱器 300 晶圓載體 310 凹坑 163410.doc -61 - 201246297 320 330 400A 400B 400C 400D 410 420 500 501 502 504 508 510 512 514 520 524 530 540 600 604 606 608 163410.doc 晶圓 加熱元件 溫度感測器 溫度感測器 溫度感測器 溫度感測器 反射率感測器 曲率感測器 氣體注入器系統 蓮蓬頭 注入器 注入器 加熱板/絲 氣體注入器 氣體注入器 氣體注入器 流 晶圓載體 中心氣體供給管道 中心注入系統 晶圓載體 晶圓 隔膜 晶圓載體 -62- 201246297 610 隔膜 612 凹坑 614 開口 615 空腔 616 晶圓支撐件 618 界面 620 石英或藍寶石帽 622 底板表面 624 底部邊緣 700 晶圓 720 系統 722 經加熱中心排氣裝置 724 多區蓮蓬頭 . 726 三區周邊注入器 728 多區加熱器 730 燈 732 轉軸 734 晶圓載體 738 計量單元 740 反應器 750 系統 752 頂部板或反應器頂板 754 線性注入器 756 線性注入器 163410.doc -63- 201246297 758 線性注入器 760 線性注入器 762 氣體埠 764 晶圓載體 766 旋轉晶圓 770 系統 772 原位高溫計/反射計 774 經加熱垂直吹掃裝置 776 晶圓 778 晶圓載體 780 加熱器 782 載體旋轉機構 802 中心氣體注入器 804 其他流 806 注入器埠 A2 頂板 B2 底板 B3 頂板 C2 注入器位點 C3 注入器位點 -64- 163410.doc

Claims (1)

1. 201246297 七、申請專利範圍： 1 · 一種用於氣相磊晶之反應器，其包括： a. 室，其具有壁； b. —或多個基板載體，其經安裝用於在該室内移動， 每一載體皆適於固持一或多個基板； c. 氣流生成器’其包·括氣流注入器，該等氣流注入器 經配置而以實質上均勻之速度在該室内遞送一或多 個經引導朝向該基板載體之氣流，該等注入器係配 置於該等室壁上；及 d·排氣管道，其位於該反應器室内之中心以在氣流暴 露於該基板之後排出該等氣流。 2.如請求項1之室，其中每一該晶圓載體係經配置用於圍 繞軸旋轉移動。 3.如請求項2之室， 其中每一該載體固持一或多個基板，

   步包括納入該排氣管道中之加 5.如請求項1之室，其進一 熱元件。 6. 一種基板之氣相蠢晶處理方法，其包括. a.將基板定位於室中以圍繞軸旋轉移動；及

   b.在徑向圍繞該軸之位置處注 體徑向向内流過該基板並實質 出， 163410.doc 201246297 藉此處理氣體流之壓力及/或速率在徑向向内流動期間增 加’且抵抗該處理氣體中之處理前體因流過該基板所^ 之空乏。 7. —種用於基板之氣相磊晶之處理反應器，該反應器包 括： a. 室； b. 基板支撲件’其位於該室内且包括用於固持晶圆之 晶圓凹坑，該晶圓凹坑包括具有暴露於該晶圓及室 之前側及後側之撓性隔膜；及 c. 氣體供應源，其耦合至毗鄰該隔膜之該後側之空 腔’該氣體供應源經組態以將氣體供應至該隔膜之 該後側以使該隔膜成型。 8. 如請求項7之反應器，其進一步包括氣體供應控制件， 該氣體供應控制件調控該氣體供應源以使該隔膜成型從 而匹配該晶圓凹坑中之該晶圓之形狀。 9. 如請求項8之反應器’其中該氣體供應控制件調控該氣 體供應源，以使該隔膜成型從而適於在該氣相磊晶製程 之步驟期間改變晶圓之形狀。 10. 如請求項8之反應器，其進一步包括光學偏轉監測系 統，該光學偏轉監測系統在該氣相磊晶製程期間監測該 隔膜及/或晶圓之偏轉。 11. 一種實施氣相磊晶之方法，其包括： a·將擬處理晶圓放置於室中之載體之晶圓凹坑中，該 晶圓凹坑包括具有暴露於該晶圓及室之前面及後面 163410.doc 201246297 之撓性隔膜； b · 在該晶圓凹坑中之马曰面^ — I这日日圓上貫施氣相磊晶製程之步 驟；及 C.在該氣相遙晶製程期間，在受控壓力下將氣體供應 至毗鄰該隔膜之該後面之空腔中，從而以適於在該 氣相磊晶製程之步驟期間改變該晶圓形狀之方式使 該隔膜成型。 12·如4求項1 i之方法，其進—步包括以光學方式監測該等 隔膜及/或晶圓之偏轉’以鑑別提供至該隔膜之該受控壓 力。 13.如凊求項11之方法，其中使用預特徵描述函數化… characterized function)來測定施加至該隔膜之該受控壓 力，該預特徵描述函數係基於以下中之一或多者：該室 之操作條件、該室與毗鄰該隔膜之該後面之空腔間之壓 力差 '該等晶圓及/或隔膜之所量測偏轉及/或預測之製 程誘導之晶圓偏轉。 14·如請求項丨丨之方法，其中供應至毗鄰該隔膜之背面之該 空腔之該氣體係為導熱性。 15. —種實施氣相磊晶之方法，其包括： a·將兩個或更多個擬處理晶圓放置於室中之載體中， 每一晶圓具有暴露於該室之前面及後面； b. 在該載體中之該等晶圓上實施氣相磊晶製程之步 驟； c. 在該氣相磊晶製程期間，將導熱性氣體供應至毗鄰 163410.doc 201246297 每一晶圓之背面之空腔中，該氣體係在每一晶圓後 面以不同壓力供應；及 d.基於來自或到達每一晶圓之期望熱轉移，可控制地 選擇施加至在每一晶圓後面供應之該氣體之壓力。 16. 如請求項15之方法，其中該導熱性氣體係氦。 17. 如請求項15之方法，其中該控制調節在每一晶圓後面流 動之導熱性氣體之流速及/或壓力。 18. 如請求項15之方法，其中誘導供應至至少一個晶圓背側 之該氣體旋轉。 19. 如請求項18之方法，其中誘導該氣體旋轉，從而使該晶 圓之該背側與該前侧間之切向氣體速度差對導熱性氣體 誘導伯努利效應（Bernoulli Effect)，用於將該晶圓保持 於該凹坑内。 20. 如請求項18之方法，其中該氣體誘導該晶圓在該載體内 旋轉。 21. 如請求項20之方法，其中該載體經誘導以在該載體内之 晶圓旋轉期間旋轉。 22. —種氣相磊晶反應器，其包括： a.室，其具有壁； b·晶圓載體’其位於該室内；及 c. 複數個氣體流注入器，其位於複數個分別經組態以 產生用於該蟲晶製程之製程氣體流之注入位點處；及 d. 組合氣體流’其適於在該室内之晶圓表面上之氣體 流之輪廓。 163410.doc 201246297 23. 如請求項22之反應器，其中第一氣體流注入器自中心氣 體注入器軸向跨越該晶圓表面朝向該室之該等壁注入處 理氣體，且第二氣體流注入器注入經加熱氣體以與該處 理氣體混合’該第二氣體注入器以與距該中心氣體注入 器之距離有關之速度向下朝向該晶圓表面注入氣體。 24. 如請求項23之反應器’其中該第二氣體流注入器以與距 該中心氣體注入器之距離成正比之速度注入經加熱氣 體。 25. 如請求項22之反應器，其進一步包括中心加熱排氣槔， 其中第一氣體流注入器注入處理氣體且第二氣體流注入 器注入經加熱氣體以與該處理氣體混合，該第二氣體流 注入器經定位以與該晶圓成外側周邊關係且經組態以生 成徑向向内朝向該排氣埠引導之氣體流。 26. 如請求項25之反應器，其中第三氣體流注入器自上向下 引導其他氣體流。 27. 如請求項22之反應器，其中第一氣體流注入器注入處理 氣體且第一氣體流注入器注入經加熱氣體以與該處理氣 體混合，該第二氣體注入器沿該反應器内之内部側壁注 入氣體。 28. —種在基板上實施結晶層之磊晶生長之方法，其係以改 善該等層及基板内之應力之方式進行，其包括： a.在該磊晶生長製程期間經受應力之區中蝕刻該基板 以具有定位於該基板之表面上之溝槽；及 從而藉由在該 b.使該層在該溝槽化基板上磊晶生長 163410.doc 201246297 等溝槽處集聚來週期性地釋放應變。 29. 30. 31. 32. 33. 如明求項28之方法’其中該蝕刻步驟係藉由酸性蝕刻劑 實施之紫外光蝕刻。 如请求項29之方法’其中該紫外光蝕刻包括藉由雷射照 明活化酸性蝕刻劑。 如清求項29之方法’其中該酸性蝕刻劑係氯氣之混合 物0 如請求項30之方法’其中該雷射照明係藉由激發之複合 雷射來生成》 種用於基板之氣相磊晶之處理反應器，該反應器包 括： 室，其包括複數個毗鄰之分離氣體注入區； b· —或多個基板載體，其經安裝以在該室内移動，每 -載體適於固持一或多個基板並在該等氣體注入區 之間轉移該等基板；及 C. 氣流生成器，其包括氣流注入器，該等氣流注入器 與該等氣體注人區中之至少兩者相關聯，且經組態 、將不同㉛流在其間之2間及/或時間分離下遞送至 該等氣體注入區。 34. -種用於基板之氣相磊晶之處理反應器 括： ，該反應器包 a.室，其包括基板支撐件； 至該基板 b*氣體流注入器，装田从μ # ^ 具用於將處理氣體流提供 之表面上；及 163410.doc 201246297 c.氣體排氣裝置，其相對於該基板支撐件在周邊定位 以在處理氣體暴露於該基板之後將其排出， v、中該至之輪廓係使得與距該基板之中心區之距離相 比，距毗鄰該基板支撐件周邊之該基板支撐件之距離降 低。 3 5. —種實施氣相磊晶之方法，其包括： a. 將擬處理晶圓放置於室中之載體中，每一晶圓具有 暴露於該室之前面及後面； b. 在該等晶圓上實施氣相磊晶製程之步驟；及 c. 在遠氣相磊晶製程期間，使至少一個晶圓之前面暴 露於燈輻射以向其提供受控熱轉移。 36. 如請求項35之方法’其中該燈輻射係藉由閃光燈來提 -供。 37. 如請求項35之方法，其中該燈輻射係藉由led輻射來提 供。 3 8·如請求項35之方法’其中將燈輻射不均勻地施加至晶圓 之該前面上以調節溫度不均勻性。 39. 如请求項35之方法，其進一步包括在該氣相磊晶製程期 間’將導熱性氣體供應至毗鄰每一晶圓背面之空腔中， 該氣體係在每一晶圓後面以不同壓力供應，且基於來自 或到達每一晶圓之期望熱轉移可控制地選擇施加至在每 一晶圓後面供應之該氣體之壓力。 40. —種氣相磊晶反應器，其包括： a. 室； 163410.doc 201246297 b·晶圓載體，其位於該室内；及 。·加熱器，其包括經組態以容許將熱輸入至在不同徑 向位置變化之晶圓的獨立輻射及電阻性加熱元件。 41. 如請求項40之反應器，其中該電阻性加熱元件包括一或 多個電阻性加熱器之環形環，該等環形環位於該晶圓載 體下方對應於晶圓中心點之半徑處。 42. 如4求項41之反應器’其中在定位於該載體中時將加熱 兀件之該等環放置於晶圓之内部及/或外部邊緣處。 43. 種氣相蟲晶之方法，其包括： a.絰由氣相磊晶製程之步驟處理晶圓以生長多量子井 結構； b·映射該晶圓之光致發光反應； c.鐘別引起該晶圓之光致發光反應變化之製程漂移；及 d·回應光致發光反應中所鑑別之變化，調節處理氣體 流、處理氣體暴露時間、處理溫度、製程均勻性校 準及製程持續時間校準中之一或多者。 44. 一種氣相磊晶之方法，其包括： a. 將擬處理晶圓放置於室争之晶圓載體中； b. 經由氣相磊晶製程之步驟處理該晶圓； c. 在該氣相磊晶製程期間感測該晶圓、室及/或晶圓載 體之溫度； d. 將動態熱模型應用於該晶圓及晶圓載體以預測該晶 圓上之熱輸入效應；及 e. 在該氣相磊晶製程之步驟之間之熱轉變期間，調節 163410.doc 201246297 到達該晶圓載體之熱輸入。 45. —種氣相磊晶反應器，其包括： a. 室； b. 複數個晶圓固持器’其位於該室内，每一晶圓固持 器用於固持擬處理基板且相對於轉袖之中心轴以行 星位置安裝於中心轉轴上； C·該等固持器之該等行星位置係相對於該轉軸之該轴 偏心定位；及 d.每一晶圓固持器之圓周包括耦合部件，以允許該晶 圓固持器在該轉軸内進行旋轉行星運動且與該轉軸 及/或輪轂接觸，從而使該晶圓載體能夠獨立於該輪 轂旋轉。 46. 如請求項45之反應器，其中該輪轂圍繞其周邊包括接觸 每一晶圓載體之耦合部件，以在該轉軸上之該輪轂旋轉 時使該晶圓載體旋轉。 47·如請求項46之反應器，其中該輪轂及每一晶圓固持器之 圓周包括嘴合的齒輪齒，從而將該輪毅之旋轉轉移至該 輪轂上之载體旋轉。 48.如請求項46之反應器，其中該輪轂與該晶圓固持器之間 之柄合係滾動摩擦耦合，從而該載體之旋轉係回應於摩 擦平衡經誘導，且不與該等輪轂及載體之周長比率成正 比。 163410.doc -9·