TW201309841A - 多腔室ｃｖｄ處理系統 - Google Patents

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Abstract

本發明係關於多腔室CVD系統，其包括複數個基板載體，其中每一基板載體適於支撐至少一個基板。複數個殼體各自經組態以形成封閉該複數個基板載體中一者之沈積腔室，從而維持用於實施處理步驟之獨立化學氣相沈積製程化學。輸送機構在離散步驟中將該複數個基板載體中之每一者輸送至該複數個殼體中之每一者，從而允許在該複數個殼體中實施處理步驟預定時間。在一些實施例中，該基板載體可旋轉。

Description

多腔室CVD處理系統
本文所用各部分標題僅出於組織目的，且不應理解為以任何方式限制本申請案中所述標的物。
本申請案係2009年6月7日提出申請之標題為「Continuous Feed Chemical Vapor Deposition System」之美國專利申請案第12/479,834號的部分接續案。美國專利申請案第12/479,834號之全部說明書以引用方式併入本文中。
化學氣相沈積(CVD)涉及將一或多種含有化學物質之氣體引導至基板表面上，從而使反應性物質在基板表面上反應並形成膜。例如，CVD可用於在結晶半導體基板上生長化合物半導體材料。通常藉由使用III族金屬源及V族元素源在基板上生長不同半導體材料層來形成化合物半導體，例如III-V半導體。在一種CVD製程(有時稱為氯化物製程)中，以揮發性金屬鹵化物形式提供III族金屬，其最通常為氯化物，例如GaCl2，且以V族元素之氫化物形式提供V族元素。
另一類型之CVD係金屬有機化學氣相沈積(MOCVD)。MOCVD使用包括一或多種金屬有機化合物在內之化學物質，例如III族金屬(例如鎵、銦及鋁)之烷基化物。MOCVD亦使用包括一或多個V族元素之氫化物在內之化學物質，例如NH3、AsH3、PH3及銻之氫化物。在該等製程 中，使氣體在基板(例如以下之基板：藍寶石、Si、SiC、SiGe、AlSiC、GaAs、InP、InAs或GaP)表面上彼此反應，以形成通式InXGaYAlZNAAsBPCSbD之III-V化合物，其中X+Y+Z約等於1，且A+B+C+D約等於1，且X、Y、Z、A、B及C中之每一者可介於0與1之間。在一些情形下，可使用鉍代替其他III族金屬之一些或全部。已藉由MOCVD生長許多化合物半導體，例如GaAs、GaN、GaAlAs、InGaAsSb、InP、AsP、ZnSe、ZnTe、HgCdTe、InAsSbP、InGaN、AlGaN、SiGe、SiC、ZnO及InGaAlP。
另一類型之CVD稱為鹵化物氣相磊晶(HVPE)。在一種HVPE製程中，藉由使熱氣體金屬氯化物(例如，GaCl或AlCl)與氨氣(NH3)反應來形成III族氮化物(例如，GaN、AlN)。藉由使熱HCl氣體在熱III族金屬上經過來產生金屬氯化物。在溫度控制石英爐中進行所有反應。對於一些最新製程而言，HVPE之一個特徵係其可具有高達100 μm/小時之極高生長速率。HVPE之另一特徵係其可用於沈積相對較高品質之膜，此乃因在無碳環境中生長膜且因熱HCl氣體提供自清潔效應。
本發明係關於多腔室CVD處理系統，其包含複數個基板載體，每一基板載體適於支撐至少一個基板；複數個殼體，該複數個殼體中之每一者經組態以形成封閉該複數個基板載體中一者之沈積腔室，從而維持用於實施處理步驟之獨立環境；及輸送機構，其在離散步驟中將該複數個基 板載體中之每一者輸送至該複數個殼體中之每一者，從而允許在該複數個殼體中實施處理步驟預定時間。多腔室CVD系統另外可包含複數個加熱器，該複數個加熱器中之每一者對應於該複數個殼體中之每一者。多腔室CVD系統另外可包含置於該複數個殼體中至少一者中之原位量測器件。輸送機構另外可包含複數個加熱器，該複數個加熱器中之每一者靠近該複數個基板載體中之每一者。輸送機構可使用(例如)軌條、軌道或輸送機系統沿線性或非線性路徑輸送複數個基板載體中之每一者，該系統亦可包括帶、推桿及磁力耦合驅動器，例如磁力線性馬達。在一些實施例中，多腔室CVD系統中複數個基板載體中之至少一者可旋轉。
本發明亦係關於多腔室CVD處理系統，其包含複數個基板載體，其中每一基板載體適於支撐至少一個基板；複數個殼體，該複數個殼體中之每一者經組態以形成封閉該複數個基板載體中一者之沈積腔室，從而維持用於實施處理步驟之獨立環境；複數個加熱器，其各自將該複數個基板中之對應一者加熱至用於實施該等處理步驟之期望製程溫度；及輸送機構，其在離散步驟中將該複數個基板載體中之每一者輸送至該複數個殼體中之每一者，從而允許在該複數個殼體中實施處理步驟預定時間。輸送機構另外可包含複數個靠近每一基座之加熱器。加熱器可定位於沈積腔室內部或與基板載體一起對應平移。在一些實施例中，多腔室CVD系統中複數個基板載體中之至少一者可旋轉。
本發明亦係關於使用多腔室化學氣相沈積系統在基板上形成多個磊晶層之方法，其中該方法包含在第一位置處封閉包含至少一個基板之第一基板載體以形成維持第一獨立環境之第一沈積腔室；在第一位置處具有第一獨立環境之第一沈積腔室中之至少一個基板上生長第一磊晶層；在第一磊晶層生長後將第一基板載體輸送至第二位置並封閉第一基板載體以形成維持第二獨立環境之第二沈積腔室；及在第二位置處具有第二獨立環境之第二沈積腔室中之第一磊晶層的頂部上生長第二磊晶層。該方法可進一步包含在第一位置處封閉包含至少一個基板之第二基板載體以形成維持第一獨立環境之第一沈積腔室；及在第一位置處具有第一獨立環境之第一沈積腔室中之第二基板載體上的至少一個基板上生長第一磊晶層。
本發明亦係關於多腔室化學氣相沈積系統，其包含在複數個固定位置處封閉複數個支撐至少一個基板之基板載體以形成複數個各自維持獨立環境之沈積腔室的構件；在複數個各自維持獨立環境之沈積腔室中由複數個基板載體支撐之至少一個基板上生長磊晶層的構件；及在離散步驟中在複數個沈積腔室之間輸送複數個基板載體之構件。在一些實施例中，多腔室化學氣相沈積系統中複數個基板載體中之至少一者可旋轉。
在本文所述CVD處理系統中，基板載體可包含(例如)基座及基板載體總成、無基座載體或行星式載體。
在以下詳細說明中，根據較佳及實例性實施例，結合附圖更具體地闡述本發明以及其其他優點。熟習此項技術者應理解，下文所述圖式僅係用於圖解說明目的。該等圖式未必按比例繪製，而通常著重圖解說明本發明之原理。該等圖式並不欲以任何方式限制申請者之教示內容之範圍。
在本說明書中提及「一個實施例」或「實施例」時意指在本發明之至少一個實施例中包括結合該實施例所述之特定特徵、結構或特性。說明書中各處出現之片語「在一個實施例中」未必均指同一實施例。
應理解，本發明方法之個別步驟可以任何順序及/或同時實施，只要本發明保持可操作即可。此外，應理解，本發明之裝置及方法可包括任何數目或全部所述實施例，只要本發明保持可操作即可。
現將參考實例性實施例來更詳細地闡述本發明，如附圖中所示。儘管結合各實施例及實例闡述本發明，但並不意欲將本發明限定於此等實施例。相反，本發明涵蓋各種替代形式、修改形式及等效替代形式，如彼等熟習此項技術者將瞭解。獲取本文教示內容之彼等熟習此項技術者將認識到屬於本文所述本發明範圍內之其他實施方案、修改形式及實施例，以及其他應用領域。
本發明係關於用於反應性氣相處理之方法及裝置，例如CVD、MOCVD及HVPE。在半導體材料之反應性氣相處理中，將半導體基板或基板安裝於反應腔室內部之基板載體中。面朝基板載體安裝氣體分配噴射器或噴射器頭。噴射 器或噴射器頭通常包括複數個接收氣體組合之進氣口。噴射器或噴射器頭將氣體組合提供至用於化學氣相沈積之反應腔室。許多氣體分配噴射器在頭上具有以圖案間隔之噴頭器件。氣體分配噴射器在基板載體處引導前驅氣體以使前驅氣體盡可能接近基板反應，由此使基板表面處之反應過程及磊晶生長最大化。
一些氣體分配噴射器提供在化學氣相沈積製程期間輔助提供層式氣流之護罩。亦可使用一或或多種載體氣體在化學氣相沈積製程期間輔助提供層式氣流。載體氣體通常不與任何製程氣體反應且不會以其他方式影響化學氣相沈積製程。氣體分配噴射器通常將來自噴射器之氣體入口之前驅氣體引導至反應腔室之某些目標區域，其中處理基板。
例如，在MOCVD製程中，噴射器經由噴射器將前驅氣體之組合(包括金屬有機物及氫化物，例如氨或胂)引入反應腔室中。通常經由噴射器將載體氣體(例如氫、氮或惰性氣體，例如氬或氦)引入反應器中以幫助維持基板載體處之層流。前驅氣體在反應腔室中混合並反應以在基板上形成膜。已藉由MOCVD生長許多化合物半導體，例如GaAs、GaN、GaAlAs、InGaAsSb、InP、ZnSe、ZnTe、HgCdTe、InAsSbP、InGaN、AlGaN、SiGe、SiC、ZnO及InGaAlP。
在MOCVD製程與HVPE製程二者中，使基板在反應腔室內維持在升溫下。當將製程氣體引入反應腔室中時，其通常維持在約50-60℃或以下之相對較低溫度下。當氣體到 達熱基板時，其溫度及因此其可用反應能量會有所增加。
最常見類型之CVD反應器係轉盤式反應器。此一反應器通常使用盤樣基板載體。基板載體具有經佈置以固持一或多個欲處理基板之穴或其他特徵。將上面定位有基板之載體置於反應腔室中且保持載體之帶基板表面面向下游方向。載體通常以數百轉/分鐘之旋轉速度繞在上游至下游方向上延伸之軸旋轉。基板載體之旋轉改良經沈積半導體材料之均勻性。使基板載體維持在期望升溫下，在此製程期間，該溫度可在約350℃至約1600℃範圍內。
當載體繞軸旋轉時，自載體上方之流動入口元件將反應氣體引入腔室中。流動氣體朝載體及基板(較佳在層式栓塞流中)向下經過。當氣體接近旋轉載體時，黏性曳力驅使其繞軸旋轉，以使得在靠近載體表面之邊界區域中，氣體繞軸且朝載體周緣向外流動。當氣體流出載體外邊緣時，其朝定位於載體下方之排氣埠向下流動。最通常地，利用一連串不同氣體組成及(在一些情形下)不同基板溫度實施MOCVD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。
其他類型之CVD或MOCVD反應器包括不會在沈積及/或磊晶層生長期間在反應器中旋轉之盤樣基板載體。
本發明之裝置及方法係關於線性及串列CVD處理系統。本文所用術語「串列」結合基板之輸送係指基板在自多腔室CVD系統之一個腔室至多腔室CVD系統之另一腔室之平面內輸送。串列輸送不一定沿直線輸送。輸送可係線性或 可沿曲線。例如，市售串列系統已佈置於若干平行線中、環中、U形佈置中或垂直堆疊於線性或U形佈置中。此外，輸送可沿具有相同起點及終點之閉合軌條或軌道進行或可僅沿僅一個方向進行。術語「串列」在參照本發明輸送機構時，可包括輸送機型輸送機構，例如包括兩個或更多個輥之輸送機帶，該等輥具有繞其旋轉之連續帶。用於本發明中之其他類型之系統處理架構包括彼等在2009年8月26日提出申請之標題為「System for Fabricating a Pattern on Magnetic Recording Media」之美國臨時專利申請案第61/237,141號中發現者，該案件之內容以引用方式併入本文中。
用於CVD(例如MOCVD及HVPE)之已知裝置及方法並不適於線性及串列處理系統。本發明之裝置及方法可實施任何類型之CVD，例如MOCVD及HVPE。在本發明之一個態樣中，本發明之裝置及方法使用串列不連續輸送機構。本文所提及術語「不連續輸送機構」係在不連續步驟中輸送基板及/或基板載體之輸送機構。亦即，，將基板及/或基板載體自多腔室CVD處理系統中之一個CVD處理腔室輸送至多腔室CVD處理系統中之另一CVD處理腔室且隨後將基板及/或基板載體定位於其各別CVD製程腔室中之固定位置處預定時間，同時實施CVD製程步驟。
圖1圖解說明本發明之多腔室CVD系統100之一個實施例的側視圖。CVD系統100包括基板裝載站102，例如由Veeco Instruments公司(Plainview,NY)製造之自動機械搬 運系統。基板裝載站102通常連通大氣壓，其中插入基板用於CVD處理。閘閥界面連接基板裝載站102與位於含有複數個殼體108之外殼106中之基板輸送機構104的輸入口，該等殼體在多腔室CVD系統100中形成沈積腔室110及152。氣流凸緣300位於沈積腔室110及152之頂部。氣流凸緣300係通常在MOCVD或CVD製程腔室中發現之流動入口元件。此等氣流凸緣通常具有至少一個反應性氣體源及(在一些情形下)載體氣體以及歧管及擋板及氣體分配腔室，以確保朝向基板方向之適當氣流。適宜氣流凸緣之實例可參見美國專利公開案第2010/0143588號。端視製程條件，或若欲清洗沈積腔室110及152中之反應性氣體，以使得殼體108可移動至凹部170中且使得心軸140A及140B可平移至其在系統100內之下一止擋處，則在沈積腔室110及152之底部存在孔口160，其可配備有合適幫浦、氣體源及排氣歧管，以將沈積腔室110及152增壓或抽空。心軸140A及140B可藉由彼等熟習此項技術者已知之多種連接器連接至基板輸送系統104，該等連接器係(例如且不限於)機械連接器(例如，螺帽及螺栓)、機電器件(例如，螺線管銷)及磁力耦合器。本文所述其他基板輸送系統及心軸可以類似方式連接。
利用定位於含有複數個殼體108之外殼106末端的基板卸載站112自多腔室CVD系統100移除經處理基板。基板卸載站112亦可係由Veeco Instruments公司(Plainview,NY)製造之自動機械搬運系統。基板卸載站112通常連通大氣壓， 其中在CVD處理後移除基板。閘閥界面連接基板卸載站112與位於含有複數個殼體108之外殼106中之基板輸送機構104的輸出口，該等殼體在多腔室CVD系統100中形成沈積腔室110及152。基板裝載站102與基板卸載站112二者亦可獨立於系統之其餘部分進行幫浦清洗。
存在複數個可沿輸送機構104移動之基板載體114A及114B。圖1中所示多腔室CVD系統僅圖解說明兩個基板載體以簡化該圖。實際上，本發明多腔室CVD系統將包括諸多封閉於殼體108中之基板載體114A及114B以形成諸多沈積腔室110及152。一些CVD系統經組態以對於基板上生長之每一層具有一個沈積腔室。
複數個基板載體114A及114B與基板裝載站102界面連接，以使得基板可自基板裝載站102轉移至毗鄰基板載體114A及114B。複數個基板載體114A及114B中之每一者分別包括基座116A及116B以及分別基板載體總成118A及118B。基座116A及116B包括由在高溫下具有高導熱性之材料製成之基本結構，以使得容易將熱能自加熱器122A及122B轉移至基板。基板載體總成118A及118B包括平臺，其用於在利用CVD生長磊晶層期間固持至少一個基板，例如半導體晶圓；及心軸140A及140B，其支撐基座116A及116B；以及在如本文所揭示之一些情形下，加熱器122A及122B，其使用加熱器支撐件142A及142B，該等支撐件可係(例如)單一支撐桿或可係繞心軸140A及140B之套筒。在其他實施例中，可使用無基座晶圓載體代替基座116A及 116B及平臺，其中將熱自加熱器122A及122B直接轉移至晶圓載體之底部，該晶圓載體係在高溫下具有高導熱性之材料製成，以使得容易將熱能自加熱器122A及122B轉移至基板。一類無基座晶圓載體闡述於美國專利第6,685,774號中。在許多實施例中，複數個基板載體114A及114B中之每一者包含支撐複數個同時處理之基板之平臺。
本發明之多腔室CVD系統包括複數個加熱器122A及122B，其用於控制定位於複數個沈積腔室110及152中每一者中之基板之生長表面處的溫度以維持期望生長溫度。複數個加熱器122A及122B中之一者與複數個基板載體114A及114B中之每一者呈熱接觸定位。可用於控制複數個沈積腔室110及152中每一者之生長表面處之溫度的加熱器有許多可能類型。加熱器122A及122B可定位於殼體108之內部及/或外部。
例如，複數個加熱器122A及122B可係電阻型加熱器，例如石墨加熱器。通常將此等加熱器置於沈積腔室110及152之內部靠近複數個基板載體114A及114B中之每一者且與其熱接觸。在一個具體實施例中，3排線性電阻加熱器呈兩半佈置，其中在兩半之間有一間隙用於使支撐複數個基板載體114A及114B之心軸經過。另外，複數個加熱器122A及122B可係RF加熱器，其將RF能量轉移至複數個沈積腔室110及152中每一基板之生長表面。此等加熱器具有定位於殼體108內部或外部之RF感應線圈。亦可使用來自燈(例如，石英燈)之輻射能來加熱或細調溫度曲線。
本發明之一些多腔室CVD系統包括靜止電阻加熱器元件，其經成形以界定用於複數個欲輸送至及輸送出複數個殼體108之基板載體114A及114B的間隙或通道。例如，在一個具體實施例中，靜止電阻加熱器經形成以界定兩個半環形加熱器元件，該等元件界定用於複數個欲進入及離開複數個沈積腔室110及152之殼體108的通道。該通道之寬度足以使得當利用輸送機構104輸送複數個基板載體時，支撐複數個基板載體114A及114B之心軸自由地經過兩個半環形加熱器元件之間之通道。
本發明之其他多腔室CVD系統包括第一加熱器，其包括靜止電阻加熱器元件，該等元件經成形以界定用於複數個欲輸送至及輸送出複數個殼體108之基板載體114A及114B的間隙或通道；及第二加熱器，其附接至基板載體114A及114B。該等加熱器可獨立地進行控制。當將基板輸送至下一沈積腔室時，可使用附接至基板載體114A及114B之加熱器來加熱基板或維持基板之期望溫度。使用兩個加熱器可藉由縮短基板達成期望製程溫度所消耗之時間來增加通量。
圖3A顯示加熱器122之實例(俯視圖)，該加熱器在兩半之間具有心軸可經過之間隙。加熱器元件130A及加熱器元件130B分別藉由支架160A及162A以及160B及162B連接至腔室110及152內之任一非移動表面。合適佈線及其他加熱器控制器件亦經過合適支架。間隙170足夠寬以使心軸140A及140B在平移經過系統內之不同腔室時可移動穿 過。
圖3B及圖3C顯示加熱器122之實例，可使用加熱器支撐件142(未顯示)將該加熱器連接至心軸140。在圖3B中，支撐件147及148將加熱器122連接至另一支撐件(未顯示)。合適佈線及其他控制器件亦可流經支撐件147及148。在圖3C中，支架146將加熱器122連接至加熱器支撐件(未顯示)，其中合適佈線及其他控制器件經過加熱器支撐件142(未顯示)到達支架146。
圖3D顯示加熱器190之另一實例(俯視圖)，該加熱器在兩半之間具有心軸可經過之間隙。加熱器元件196A及加熱器元件196B分別藉由支架192A及194A以及192B及194B連接至腔室110及152內之任一非移動表面。合適佈線及其他加熱器控制器件亦經過對應支架。間隙170足夠寬以使心軸140A及140B在平移經過系統內之不同腔室時可移動穿過。
在另一實施例中，使用基板本身作為電阻加熱器。在此實施例中，基板係由材料構築而成且其厚度可產生適於電阻加熱之電阻率。電源與基板電連接。藉由電源產生之電流經調節以將基板加熱至期望處理溫度。熟習此項技術者應瞭解，可使用其他類型之加熱器來加熱基板104。另外，本發明之多腔室CVD系統可包括多種類型之加熱器，該等加熱器可定位於沈積腔室110及152內部及/或外部以將基板之生長表面加熱至期望處理溫度。
在本發明之一些實施例中，在處理期間，複數個基板載 體114A及114B中之至少一者使至少一個基板繞軸旋轉。旋轉速率取決於具體製程。對於一些製程而言，旋轉速率高達1,500 rpm。在其他實施例中，在處理期間，複數個基板載體114A及114B中之至少一者平移至少一個基板。在另一實施例中，在處理期間，複數個基板載體114A及114B中之至少一者旋轉及平行至少一個基板。基板載體亦可保持靜止或線性平移，同時在繞軸旋轉之行星式托架上裝載一或多個基板。基板載體可係圓形，其中基板或行星式托架以各種組態佈置在載體上，或在載體不旋轉之情形下可係矩形或正方形。載體組態經最佳化用於處理基板大小。以此方式，通常可藉由使用合適大小且經組態載體來處理圓形、正方形或矩形且大小在2"至12"範圍內之基板。
複數個殼體108各自經組態以形成複數個沈積腔室110及152中之一者，該等沈積腔室封閉複數個基板載體114A及114B中之一者以維持獨立環境。在獨立環境中，可作為CVD處理步驟實施化學氣相沈積製程化學。在其他情形下，在獨立環境中，可實施退火或其他非化學氣相沈積製程化學步驟。在根據本發明教示之一些系統中，複數個沈積腔室110及152中之每一者經設計並操作以在一系列CVD處理步驟中實施複數個處理步驟中之一者。在根據本發明教示之其他系統中，複數個沈積腔室110及152中之每一者實施一或多個處理步驟，該等步驟可或可不為相關化學氣相沈積製程化學。
在許多實施例中，複數個殼體108中之一或多者包含實體殼體，例如不銹鋼殼體或玻璃鐘罩。熟習此項技術者將瞭解，可使用諸多類型之材料來形成實體殼體。在許多實施例中，將複數個殼體108中之每一者流體冷卻以移除在沈積期間產生之熱。可在複數個殼體108中或周圍形成用於水或其他類型之流體冷卻之導管。
在其他實施例中，複數個殼體108中之至少一者包含氣幕(或清洗)，該氣幕形成對應殼體中之至少一個邊界。在該等實施例中，毗鄰氣幕可藉由處於真空之區域隔開。處於真空中之區域移除毗鄰沈積腔室110與152間之製程氣體，以在複數個沈積腔室110及152中之每一者中維持單獨製程化學。氣幕(清洗)可係用於物理GaN型反應器之H2、N2、NH3及/或其任一組合。對於其他III/V族型反應器而言，可使用諸如氫化物(例如，AsH3或PH3)等氣體。為減少殼體間之製程串擾，使殼體內之壓力平衡至總體腔室之壓力，然後打開殼體。氣體亦可繼續流經位於每一噴射器內之所選噴射器以維持必需氣體環境，從而防止在將載體自一站轉移另一站時基板之不利降格。
在其他實施例中，在複數個殼體108中之至少兩者之間使用一或多個氣幕。可使用此等氣幕來防止用於一個沈積腔室中之製程氣體進入另一沈積腔室，以在複數個沈積腔室110及152中之每一者中維持單獨製程化學。在其他實施例中，可在複數個沈積腔室110及152之至少兩者間之區域中使用氣體清洗。當基板穿過氣體清洗至下一沈積腔室 時，可使用氣體清洗來移除來自基板之殘餘製程氣體。
殼體可端視操作模式以同步或異步方式操作。在級聯模式中，在移除來自最後一站之載體且製程波行經過各站後，載體可移動至最後一站。在另一模式中，所有載體自一站同步移動至下一站。在另一模式中，卸載最後一站，且隨後其餘載體同步指向下一站。亦可使用其他操作模式，其中載體在腔室之間雙向移動，以使用一組鄰接腔室來完成一部分生長，同時使用另一組來完成另一部分生長。最佳操作模式具有製程及通量依賴性。
複數個殼體中之每一者包括至少一個氣體輸入埠，其耦合至至少一個CVD製程氣體源，以使得至少一個氣體輸入埠將至少一種製程氣體噴射至各別沈積腔室110及152中。氣流凸緣300(圖2A及2B)可包括多個氣體輸入埠，包括升溫氣體輸入埠，該等氣體輸入埠與可用於在高於75℃之溫度下噴射CVD製程氣體，且可與本發明之多腔室CVD系統一起使用。可將沈積腔室110及152之壁加熱至氣體輸入埠溫度或高於其之溫度。使用升高氣體輸入埠溫度允許使用相對較低基板載體旋轉速率、相對較高操作壓力、相對較低流動速率或合意基板載體旋轉速率、操作壓力及氣體流動速率之某一組合。可在每一殼體內使用流動凸緣之不同組態。例如，該等流動凸緣可包括經組態用於以下之流動凸緣：旋轉盤反應器、閉合耦合噴頭反應器、交叉流動行星式反應器、空間或時間調節原子層磊晶反應器、電漿或熱線CVD反應器。一般而言，可使用與串列實施方案相容 之任何反應器類型。此允許使用最適宜反應器組態進行特定生長步驟的混合及匹配策略。用於本發明中之其他類型之反應器設計及基板載體設計包括彼等在以下案件中發現者：2011年4月7日提出申請之標題為「Metal-Organic Vapor Phase Epitaxy System and Process」之美國臨時專利申請案第61/472,925號，其內容以引用方式併入本文中。
CVD製程氣體可位於多腔室CVD系統100附近或可位於遠程位置。在許多實施例中，複數個CVD氣體源(例如MOCVD氣體源)可經由氣體分配歧管連接至複數個沈積腔室110及152中之每一者之氣體輸入埠。多腔室沈積系統100可容易地經組態以藉由組態氣體分配歧管來改變所沈積材料結構。氣體分配歧管可於歧管處經手動組態或可在遠程藉由活化電操作閥及螺線管來組態。此一裝置非常適於研究及靈活產生環境，此乃因其可容易地經重新組態以改變沈積材料結構。向所有沈積腔室提供源氣體之共享總成減少組件計數及成本，同時改良至所有腔室之源氣體遞送之一致性。此一總成亦允許昂貴組件，例如欲共享之串列淨化器及過濾器。系統亦可包括完全經組態具有氣體源之多餘站，該站可在該等站中之一者失效時用作備用站。多餘站將允許完成當前裝載至系統中之基板上之所有製程步驟。在清除在製品(work in process)(WIP)後，可維修受影響站。輸送系統可包括繞開失效站之構件。可對此系統執行在該等站中之一者失效時用於回收WIP之許多其他已知系統架構特徵。
氣體輸入埠可包括氣體分配噴嘴，該噴嘴實質上防止CVD氣體反應直至CVD氣體到達複數個基板之表面。此等氣體分配噴嘴經組態以實質上防止製程氣體在遠離沈積腔室110及152中複數個基板之表面處發生反應，藉此防止反應副產物嵌入沈積於所處理基板表面上之材料中。
複數個殼體108中之每一者亦包括至少一個排氣埠以移除製程氣體及反應副產物氣體。在一個實施例中，使用環形排氣埠120來移除製程氣體及反應副產物氣體。將至少一個排氣埠120耦合至排氣歧管。將真空幫浦耦合至排氣歧管。真空幫浦抽空排氣歧管，藉此產生移除來自複數個沈積腔室110及152之製程氣體及反應副產物氣體之壓力差。排氣埠亦經組態以實質上防止製程氣體在遠離沈積腔室110及152中之基板之表面處發生反應，藉此防止污染沈積膜。端視每一腔室之氣體載量而定，排氣幫浦亦可在多個腔室之間共享，前提為無串擾且所排出氣體彼此相容。
輸送機構104在離散步驟中將複數個基板載體114A及114B中之每一者輸送至該複數個殼體108中之每一者，從而允許在複數個殼體108中之每一者中實施一或多個處理步驟預定時間。存在諸多用於在離散步驟中在複數個沈積腔室110與152之間輸送複數個基板載體114A及114B之構件及諸多類型之本發明輸送機構。例如，本發明之一類輸送機構沿軌條上將複數個基板載體114A及114B中之每一者輸送至複數個殼體108中之每一者。本發明之另一類型輸送機構在軌道上將複數個基板載體114A及114B中之每一 者輸送至複數個殼體108中之每一者。本發明之另一類型輸送機構利用使用(例如)輸送機帶之輸送機型輸送機構將複數個基板載體114A及114B中之每一者輸送至複數個殼體108中之每一者。在此等輸送系統中，軌條、軌道或輸送機系統(其亦可包括帶、推桿及磁力耦合驅動器，例如磁力線性馬達)可經設計以將電功率提供至複數個加熱器122A及122B。另外，在此等輸送系統中，可自軌條、軌道或輸送機系統提供用於氣動操作組件(例如用於基板載體114A及114B之旋轉及/或平移總成)之氣體。
圖1中所示輸送機構104在自第一殼體至第二殼體之路徑中移動基板載體114A及114B。實際上，通常將存在兩個以上基板載體114A及114B及殼體108，以形成兩個以上沈積腔室110及152。在各實施例中，輸送機構104可在直線方向上或在曲線方向上輸送基板載體。輸送機構輸送複數個基板載體114A及114B之路徑可係開放路徑，其中開始及結束係位於不同物理位置處，且直線或曲線路徑在起始位置與結束位置之間。或者，輸送機構104輸送複數個基板載體114A及114B之路徑可係閉合路徑，其中路徑之結束返回至路徑於單一位置處之開始處。在各實施例中，閉合路徑可係非線性路徑，例如且不限於環形、橢圓形或連續軌道(例如，坦克履帶)形。
在許多實施例中，輸送機構104在一個方向上輸送基板載體114A及114B經過多腔室CVD沈積系統。然而，在其他實施例中，輸送機構在第一方向上輸送基板載體114A及 114B經過多腔室CVD沈積系統且隨後在與第一方向相反之第二方向上將其輸送返回經過多腔室CVD沈積系統100。
在圖1中所示實施例中，存在一個基板裝載/卸載站102，其用於將基板插入多腔室CVD系統100中用於處理；及另一基板裝載/卸載站112，其用於在處理後自多腔室CVD系統100移除經處理基板。在包括閉合路徑之本發明多腔室CVD系統100中，可存在單一基板裝載/卸載站，其將基板插入多腔室CVD系統100中用於處理且在處理後自多腔室CVD系統100移除經處理基板。在許多實施例中，來自基板裝載/卸載站102、112之基板搬運係藉由機械輸送機構自動進行。裝載及卸載站亦可用於移除/添加來自用於維修或清潔之系統載體，此端視製程要求而定。例如，對於基於As/P之材料之MOCVD生長而言，載體可在需要清潔前再利用多次，而對於基於GaN之材料之生長而言，在每一沈積循環後必需進行清潔。另外，可存在一或多個存取站或埠，以使得使用者可存取平臺或晶圓載體，以用於移除/替代及/或任何其他種類之調節。
本發明之一些多腔室CVD系統包括包含加熱器之輸送機構，該等加熱器緊密靠近基板載體114A及114B定位且與其整合在一起，以使其與基板之生長表面熱連通。在此等系統中，加熱器122A及122B與基板載體114A及114B一起移動。可藉由輸送機構或可提供藉由可移動電力電纜提供用於與基板載體114A及114B整合在一起之電阻加熱器之功率。
在本發明之一些系統中，複數個殼體中之至少一者包含至少一個原位量測器件124。在一些系統中，複數個殼體中之至少一者可包括高溫計，其在沈積期間量測定位於複數個基板載體114A及114B上之基板之生長表面處的溫度。所得溫度量測可用於向加熱器控制迴路提供反饋以維持基板表面處之期望生長溫度。在一些系統中，複數個殼體110及152中之至少一者包括量測沈積膜之厚度及/或生長速率之反射計。反射計可提供控制各沈積參數之(例如基板生長表面處之溫度、製程氣體流動速率及沈積腔室110及152中之壓力)反饋信號。其他原位量測器件124包括通常用於半導體工業中之其他計量工具，包括(例如)撓度計(其可用於在沈積期間量測晶圓之曲率)、橢圓偏振計、光致發光分光計、反射計、組合高溫計/反射計、組合撓度計/反射計/溫度工具及電致發光分光計及諸如此類。組合高溫計/反射計可係如(例如)美國專利第6,349,270中所揭示者。組合撓度計、反射計及溫度工具可以DRT-210原位製程監視器自Veeco Instruments購得。
圖2A圖解說明本發明沈積腔室200之一個實施例的側視圖，其中沈積腔室200係藉由使殼體202在基板載體204上方移動來形成。在此實施例中，將基板載體204固定在垂直方向上。例如，可將基板載體204附接至軌道、軌條或輸送機型輸送系統，該系統亦可包括帶、推桿及磁力耦合驅動器，例如磁力線性馬達，該系統在水平方向上輸送基板載體204(藉由心軸240支撐)經過多腔室沈積系統100(圖 1)。致動器206在基板載體204上方在垂直方向上平移殼體202以形成沈積腔室208。殼體202與輸送系統210界面連接以形成在沈積腔室208中含有製程化學之密封件。在一些系統中，輸送系統210包括在輸送系統104之頂部上形成或在輸送系統104之頂部表面中形成之氣體密封件。在一個具體實施例中，輸送系統210係輸送機型輸送系統，其包括在頂部表面中形成之o形環型凹槽，其中殼體202之底部邊緣直接接觸o形環型凹槽以壓縮o形環、凸緣或墊片，藉此形成在沈積腔室208中實質上含有製程氣體之氣體密封件。
圖2B圖解說明本發明沈積腔室250之一個實施例之側視圖，其中沈積腔室250係藉由使基板載體252移動至殼體254中來形成。在此實施例中，殼體254係自不可移動前壁、後壁及側壁以及藉由氣流凸緣300界定之頂板形成。諸如殼體254等殼體可定位於總成區域內之不同位置處且其在垂直方向與水平方向二者上固定以成為垂直及水平。致動器262在水平方向上平移基板載體252直至基板載體252在殼體254下合適地對準。然後，致動器256在垂直方向上使基板載體252移動至殼體254中以形成沈積腔室258。在一些系統中，使支撐基板載體252之心軸260在垂直方向上移動至殼體254中以形成沈積腔室258。在該等系統中，輸送系統262可係固定位置。同樣，在一些系統中，支撐基板載體252之輸送系統262在垂直方向上移動，以使得基板載體252定位至殼體254中，從而形成沈積腔室 258。殼體254與輸送系統260界面連接以形成在沈積腔室258中含有製程化學之密封件。輸送系統260包括在輸送系統260之頂部上形成或在頂部表面中形成之氣體密封件，例如o形環、凸緣或墊片密封件，該密封件實質上含有製程氣體。
再次參照圖1，熟習此項技術者應瞭解，根據本發明存在用於封閉複數個基板載體114A及114B之各種其他構件及組態，其中複數個殼體108與複數個基板載體114A及114B界面連接以形成複數個沈積腔室110及152。例如，在一種組態中，複數個殼體108中之至少一者與複數個基板載體114A及114B中之對應一者均可相對於彼此移動以形成複數個沈積腔室110及152中之至少一者。
圖4顯示圖1中所示實施例之側視圖，其中使殼體108上升至凹部170中。在此情形下，腔室110及152中之反應氣體已經清洗且外殼106內之壓力已經平衡以使得基板載體114A及114B以及其各別基座116A及116B、基板載體總成118A及118B、心軸140A及140B及(在一些情形下)加熱器122A及122B以及加熱器支撐件142A及142B可藉由外殼106中之輸送機構104移動至期望製程中之下一步驟。
圖5以另一特定模式圖解說明圖1中之多腔室CVD系統之實施例的側視圖。側視圖顯示，基板載體114B以及各別基座116B、基板載體總成118B、心軸140B及(在一些情形下)加熱器122B以及加熱器支撐件142B已自沈積腔室152移動至基板卸載站112中，且基板載體114A以及各別基座 116A、基板載體總成118A、心軸140A及(在一些情形下)加熱器122A以及加熱器支撐件142A已自沈積腔室110移動至沈積腔室152中用於進一步處理。
圖6顯示本發明實施例之側視圖，其中沈積腔室i、i+1、i+2及i+3中之製程氣體已經清洗且該等區域內之壓力已經平衡。若需要，若必須維持某些製程條件，則即使正在自一個腔室移出載體，亦可在沈積腔室i與i+1之間、i+1與i+2之間及i+2與i+3之間使用氣幕。在製程中，藉由基板輸送機構104將複數個基板載體114i、114i+1及114i+2以及其各別基座116i、116i+1及116i+2、基板載體總成118i、118i+1及118i+2、心軸140i、140i+1及140i+2及(在一些情形下)加熱器122i、122i+1及122i+2以及加熱器支撐件142i、142i+1及142i+2分別自沈積腔室i、i+1及i+2移出。在此情形下，已使殼體108i、108i+1、108i+2及108i+3上升至其各別凹部170i、170i+1、170i+2及170i+3中。在使基板載體114在其下一沈積腔室內適當地對準(例如，基板載體114i以及基座116i、基板載體總成118i、心軸140i及(在一些情形下)加熱器122i以及加熱器支撐件142i在腔室i+1中對準；基板載體114i+1以及基座116i+1、基板載體總成118i+1、心軸140i+1及(在一些情形下)加熱器122i+1以及加熱器支撐件142i+1在腔室i+2中對準；且基板載體114i+2以及基座116i+2、基板載體總成118i+2、心軸140i+2及(在一些情形下)加熱器122i+2以及加熱器支撐142i+2在腔室i+3中對準後，可將殼體108i、108i+1、 108i+2及108i+3自凹部170i、170i+1、170i+2及170i+3下降，以密封腔室i、i+1、i+2及i+3，從而使得可實施期望製程中之下一沈積步驟。
可相對於基板載體以任何角度將本發明CVD處理系統中所用製程氣體噴射至沈積腔室中。本發明之一些CVD處理系統在實質上垂直於基板載體表面之垂直方向上噴射製程氣體。在該等系統中，可經由氣流凸緣300噴射噴射製程氣體，如本文所述。在本發明之其他CVD處理系統中，在水平方向上噴射製程氣體，其中氣體在實質上平行於基板載體表面之方向上流動。例如，本發明CVD處理系統之一個特定實施例使用水平或平行氣體噴射系統，如圖7A及7B中所繪示。
圖7A圖解說明本發明沈積腔室400之一個實施例的側視圖，其中沈積腔室400係藉由使殼體402在基板載體304上方移動來形成。在此實施例中，將基板載體304固定在垂直方向上。例如，可將基板載體304附接至軌道、軌條或輸送機型輸送系統，該系統亦可包括帶、推桿及磁力耦合驅動器，例如磁力線性馬達，該系統在水平方向上輸送基板載體304(藉由心軸340支撐)經過多腔室沈積系統100(圖1)。致動器406在基板載體304上方在垂直方向上平移殼體402以形成沈積腔室308。殼體402與輸送系統310界面連接以形成在沈積腔室308中含有製程化學之密封件。在一些系統中，輸送系統310包括在輸送系統310之頂部上形成或在輸送系統104之頂部表面中形成的氣體密封件。在一個 具體實施例中，輸送系統310係輸送機型輸送系統，其包括在頂部表面中形成之o形環型凹槽，其中殼體402之底部邊緣直接接觸o形環型凹槽以壓縮o形環、凸緣或墊片，藉此形成在沈積腔室308中實質上含有製程氣體之氣體密封件。
板420含有足夠數目之水平安裝管，例如管412、414及416(未鑑別所有管)，可將該等管置於與基板載體304之頂部保持合適距離。端視腔室308內之佈置而定，管412、414及416可各自帶有前驅氣體或載體氣體，此端視腔室308中實施之MOCVD製程而定。在許多情形下，將帶有惰性氣體之管置於帶有載體氣體之管與帶有反應性氣體之管之間。置於管底部處之孔洞或狹縫(其面向基板載體304之頂部表面)允許氣體朝向載體304流動。
圖7B圖解說明圖7A中所示沈積腔室(已移除許多腔室部分)之俯視圖(在如圖7A中所示之A方向上)。沈積腔室之俯視圖顯示具有管412、414及416之板420之一個實施例。管412、414及416中之箭頭顯示其中之一般氣流方向。彼等熟習此項技術者應瞭解，可端視預形成特定CVD製程而改變氣體之方向性流動。當基板載體304旋轉時，以合適流動速率排放氣體，以使得在晶圓上生長期望磊晶結構。為增加水平模式之磊晶結構生長之均勻性，晶圓通常必須在行星式移動中繞其軸旋轉，其中上面固定有晶圓之晶圓載體以第一速率旋轉，同時使晶圓繞自身(在其晶圓座內)以第二速率旋轉，藉此在晶圓載體中產生晶圓之行星式移 動。已表明，此等系統使用行星式齒輪系統、旋轉晶圓載體之馬達驅動器及置於其上之晶圓。彼等熟習此項技術者應瞭解，在某些情況下，基板載體304不必旋轉。
圖8圖解說明本發明之水平流動氣體噴射器CVD系統500之另一變化形式的透視俯視圖。可使用水平流動氣體噴射器500代替或補充藉由板420及管412、414及416提供之氣流。CVD系統500包括環形氣體噴射器504、506及508，該等噴射器在平臺510之平面中噴射前驅氣體及惰性氣體(即水平流入製程腔室中)。第一環形氣體噴射器504係耦合至第一前驅氣體源512。第二環形氣體噴射器506係耦合至惰性氣體源514。第三環形氣體噴射器508係耦合至第二前驅氣體源516。在一些情形下，第一及第三環形氣體噴射器504、508亦耦合至載體氣體源。第一環形氣體噴射器504在第一水平區域518中注射第一前驅氣體。第三環形氣體噴射器508在第二水平區域520中噴射第二前驅氣體。環形電極522係定位於第一水平區域518中，以使第一前驅氣體分子接觸或靠近環形電極522流動。物理或化學障壁可位於第一及第二水平區域518、520之間以隔離環形電極522與第二前驅氣體分子之流動。
在一些情形下，擋板係位於環形電極522上方以在第一前驅氣體分子向平臺510流動時，實質上防止電極522熱活化該等分子。在一些情形下，使用氣幕來分離第一及第二水平區域518及520。在該等系統中，第二環形氣體噴射器506在第一及第二水平區域518、520之間以實質上防止第 二前驅氣體分子活化環形電極522之模式噴射惰性氣體。
操作CVD系統500之方法包括利用第一環形氣體噴射器504噴射第一前驅氣體及利用第三環形氣體噴射器508噴射第二前驅氣體。利用第二環形氣體噴射器506在第一及第二水平區域518、520之間噴射惰性氣體以形成防止環形電極522活化第二前驅氣體分子之化學障壁。當電源220向環形電極522供電時，環形電極522熱活化藉由第一環形氣體噴射器504噴射之第一前驅氣體分子，該等分子接觸或緊密靠近環形電極522流動。經活化第一前驅氣體分子及第二前驅氣體分子隨後在基板524之表面上流動，藉此反應以形成磊晶層。亦可視需要(例如毗鄰殼體或在載體下方)添加清洗氣體以保持該等區域不含寄生沈積。寄生沈積可導致記憶效應、微粒污染、流動阻塞及有害堆積，所有該等效應均係CVD之不合意副效應。
圖9圖解說明本發明水平流動氣體噴射器CVD系統之另一變化形式之側視圖。基板載體182包括基座186及基板載體總成184。基板載體182(包括基座186及基板載體總成184)係如上文所述行星型載體且通常係由在高溫度下具有高導熱性之材料製成，以容易將熱能自加熱器192轉移至基板。心軸140支撐基座186且心軸140連接至輸送機構104，如上文所述。腔室198係藉由使基板載體184移動至殼體190中來形成，該殼體係自不可移動前壁、後壁及側壁以及藉由多區蓮蓬頭188界定之頂板形成。諸如殼體190等殼體可位於總成區域內不同位置處且其固定在垂直方向 與水平方向二者上以成為垂直及水平。
殼體190顯示於所形成位置中。與圖2B中揭示之實施例類似，致動器104在水平方向上平移基板載體182直至基板載體182在殼體190下合適地對準。然後，致動器(未顯示)在垂直方向上使基板載體182移動至殼體190中，從而形成沈積腔室198。此系統亦可以其他方式移動，如上文針對圖2B所述。使合適密封件就位以防止製程氣體洩漏。
作為此系統之一部分，顯示製程氣體之兩種不同佈置且彼等熟習此項技術者應瞭解，存在許多其他佈置用於以水平方式將製程氣體引入腔室198中。製程氣體可於噴射器222處自含有3種氣體A、B及C之佈置194進入腔室。排氣裝置180係位於腔室198上方中央且經加熱以防止或減少氣相成核且有助於避免氣流淤積於腔室內。製程氣體亦可於噴射器224處自含有3種氣體D、E及F之佈置196進入腔室。噴射器222或224係三區周邊型噴射器，其可提供受控預混合之製程氣體、預加熱之氨及其他惰性氣體且提供自腔室壁至腔室中心之徑向氣流。
在一些系統中，可有利地具有一種在實質上垂直於載體表面方向上噴射之前驅氣體或載體氣體及在實質上平行於載體表面方向上噴射之另一前驅氣體或載體氣體。
本發明多腔室沈積系統之一個特徵在於其可具有極高通量且因此，其尤其適於大量產生應用。可獲得高通量，此乃因複數個沈積腔室中之每一者可經最佳化以使特定層結構生長至特定厚度。在沈積腔室110及152內部或靠近其固 定加熱器122A及122B之實施例中，可在將基板之生長表面加熱至其期望溫度之窄溫度範圍內操作加熱器122A及122B。在此等系統中，生長表面達到其期望生長溫度所需時間可經最小化。
本發明教示之多腔室沈積系統之另一特徵在於其可容易地經重新組態以沈積不同材料層結構且因此其亦極適於研究及測試環境。本發明教示之多腔室沈積系統之另一特徵在於系統高度可重複，此乃因基板之每一者均暴露於實質上相同之製程條件。改良每一腔室之固有製程穩定性，此乃因將每一腔室分配給製程步驟子集。可在本發明教示之串列架構中基本上避免串擾及記憶效應，該等串擾及記憶效應可在相同腔室中實施對來自先前步驟之殘餘氣體污染敏感之全異製程步驟時產生。
本發明教示之多腔室沈積系統之另一特徵在於系統可容易地經組態以對沈積於複數個沈積腔室110及152中之基板上之層實施原位表徵。熟習此項技術者應瞭解，可使用諸多類型之原位量測器件來表徵複數個沈積腔室110中或介於複數個沈積腔室110及152之間之沈積膜。亦可在基板經過多個腔室時藉由包括含有原位量測器件之短區段來實施量測。
一般而言，使用本發明教示之多腔室化學氣相沈積系統在基板上形成多個磊晶層之方法包括在第一位置處封閉包含至少一個基板之第一可旋轉基板載體，以形成維持第一獨立環境之第一沈積腔室，其可係化學氣相沈積製程化學 環境。封閉第一基板載體以形成第一沈積腔室可包括使殼體在第一基板載體上方移動以在第一沈積腔室內部隔離第一化學氣相沈積製程化學。封閉第一基板載體以形成第一沈積腔室亦可包括使第一基板載體移動至殼體或腔室中以在第一沈積腔室內部隔離第一化學氣相沈積製程化學。或者，封閉第一基板載體以形成第一沈積腔室可包括形成氣幕以隔離第一化學氣相沈積製程化學。
在第一位置處具有第一獨立化學氣相沈積製程化學之第一沈積腔室中之至少一個基板上生長第一磊晶層。可使用用於在至少一個基板上生長第一磊晶層之任何構件。使用定位於第一沈積腔室內部或外部之加熱器來加熱至少一個基板之生長表面。以可藉由化學氣相沈積沈積期望膜之流動速率將至少一種CVD製程氣體提供至第一沈積腔室。至少一種CVD製程氣體可係至少一種MOCVD氣體。
在第一磊晶層生長後將第一基板載體輸送至第二位置。在一些方法中，連同第一基板載體輸送與第一基板載體相關之加熱器。第一基板載體可藉由諸多構件輸送，例如藉由沿軌道、軌條或輸送機型機構輸送，該機構亦可包括帶、推桿及磁力耦合驅動器，例如磁力線性馬達。然後，封閉第一基板載體以形成維持第二獨立化學氣相沈積製程化學之第二沈積腔室。
在第二位置處具有第二獨立化學氣相沈積製程化學之第二沈積腔室中的第一磊晶層頂部上生長第二磊晶層。可使用用於在至少一個基板上生長第二磊晶層之任何構件。使 用定位於第二沈積腔室內部或外部之加熱器來加熱至少一個基板之生長表面及CVD製程氣體。
亦可在每一輸送序列內(亦即，在每一腔室內)沈積多個磊晶層或層堆疊，隨後使基板載體(用基板裝載)自一個腔室移動至另一腔室。
以可藉由化學氣相沈積沈積期望膜之流動速率將至少一種CVD製程氣體提供至第二沈積腔室。至少一種CVD製程氣體可係至少一種MOCVD氣體。該方法可包括組態氣體分配歧管以將期望CVD氣體提供至第一及第二沈積腔室中之每一者。
利用第二可旋轉基板載體繼續使用多腔室化學氣相沈積系統在基板上形成多個磊晶層之方法。在第一位置處封閉包含至少一個基板之第二可旋轉基板載體以形成維持第一獨立化學氣相沈積製程化學之第一沈積腔室。然後在定位於第一位置處具有第一獨立化學氣相沈積製程化學之第一沈積腔室中之第二基板載體上的基板上生長第一磊晶層。通常同時處理第一及第二基板載體上之至少一個基板。
繼續該方法且在第二磊晶層生長後將第一基板載體輸送至第三位置。然後在第三位置處封閉包含至少一個基板之第一可旋轉基板載體以形成維持第三獨立化學氣相沈積製程化學之第三沈積腔室。在一些方法中，輸送與第三基板載體相關之加熱器與第三基板載體。將第二可旋轉基板載體輸送至第二位置，其中封閉該基板以形成維持第二獨立化學氣相沈積製程化學之第二沈積腔室。將第三可旋轉基 板載體輸送至第一位置，其中封閉該基板以形成維持第一獨立化學氣相沈積製程化學之第一沈積腔室。可同時輸送第一、第二及第三基板載體。另外，可同時在第一、第二及第三沈積腔室中實施沈積。對第四基板載體及其他基板載體繼續實施此方法。如上文所述，並非所有腔室可對於CVD製程類似或用於該製程。一些腔室可專用於載體之烘烤/加熱、製程步驟之前或之後之退火、製程序列結束時之冷卻或製程步驟之前或之後之表面修飾步驟。
在本發明之其他方法及系統中，基板載體並非可旋轉載體。彼等熟習此項技術者應瞭解在此等系統中或藉由此等上文所述本發明方法沈積及生長磊晶層之方式。
在本發明之一些方法中，在沈積期間原位量測沈積材料層性質。例如，可在生長第一及第二磊晶層中之至少一者的同時實施原位高溫測定，以監測基板表面處之生長溫度。另外，原位反射計可經預形成以量測沈積膜之膜厚度及/或生長速率。
等效形式
儘管已結合各實施例闡述申請者之教示內容，但並不意欲將申請者之教示內容限定於此等實施例。相反，申請者之教示內容涵蓋可在其中作出之各種替代形式、修改形式及等效形式，如彼等熟習此項技術者應瞭解，此並不背離本發明之精神及範圍。
100‧‧‧多腔室化學氣相沈積系統
102‧‧‧基板裝載/卸載站
104‧‧‧基板輸送機構/致動器/基板輸送系統
106‧‧‧外殼
108‧‧‧殼體
108i‧‧‧殼體
108i+1‧‧‧殼體
108i+2‧‧‧殼體
108i+3‧‧‧殼體
110‧‧‧沈積腔室/殼體
112‧‧‧基板裝載/卸載站
114A‧‧‧基板載體
114B‧‧‧基板載體
114i‧‧‧基板載體
114i+1‧‧‧基板載體
114i+2‧‧‧基板載體
116A‧‧‧基座
116B‧‧‧基座
116i‧‧‧基座
116i+1‧‧‧基座
116i+2‧‧‧基座
118A‧‧‧基板載體總成
118B‧‧‧基板載體總成
118i‧‧‧基板載體總成
118i+1‧‧‧基板載體總成
118i+2‧‧‧基板載體總成
120‧‧‧排氣埠
122‧‧‧加熱器
122A‧‧‧加熱器
122B‧‧‧加熱器
122i‧‧‧加熱器
122i+1‧‧‧加熱器
122i+2‧‧‧加熱器
124‧‧‧原位量測器件
130A‧‧‧加熱器元件
130B‧‧‧加熱器元件
140‧‧‧心軸
140A‧‧‧心軸
140B‧‧‧心軸
140i‧‧‧心軸
140i+1‧‧‧心軸
140i+2‧‧‧心軸
142A‧‧‧加熱器支撐件
142B‧‧‧加熱器支撐件
142i‧‧‧加熱器支撐件
142i+1‧‧‧加熱器支撐件
142i+2‧‧‧加熱器支撐件
146‧‧‧支架
147‧‧‧支撐件
148‧‧‧支撐件
152‧‧‧沈積腔室/殼體
160A‧‧‧支架
160B‧‧‧支架
162A‧‧‧支架
162B‧‧‧支架
170‧‧‧凹部/間隙
170i‧‧‧凹部
170i+1‧‧‧凹部
170i+2‧‧‧凹部
170i+3‧‧‧凹部
180‧‧‧排氣裝置
182‧‧‧基板載體
184‧‧‧基板載體總成
186‧‧‧基座
188‧‧‧多區蓮蓬頭
190‧‧‧加熱器/殼體
192‧‧‧加熱器
192A‧‧‧支架
192B‧‧‧支架
194‧‧‧佈置
194A‧‧‧支架
194B‧‧‧支架
196‧‧‧佈置
196A‧‧‧加熱器元件
196B‧‧‧加熱器元件
198‧‧‧沈積腔室
200‧‧‧沈積腔室
202‧‧‧殼體
204‧‧‧基板載體
206‧‧‧致動器
208‧‧‧沈積腔室
210‧‧‧輸送系統
240‧‧‧心軸
250‧‧‧沈積腔室
252‧‧‧基板載體
254‧‧‧殼體
256‧‧‧致動器
258‧‧‧沈積腔室
260‧‧‧輸送系統/心軸
262‧‧‧致動器/輸送系統
300‧‧‧氣流凸緣
304‧‧‧基板載體
308‧‧‧沈積腔室
310‧‧‧輸送系統
340‧‧‧心軸
400‧‧‧沈積腔室
402‧‧‧殼體
406‧‧‧致動器
412‧‧‧管
414‧‧‧管
416‧‧‧管
420‧‧‧板
500‧‧‧水平流動氣體噴射器化學氣相沈積系統
504‧‧‧第一環形氣體噴射器
506‧‧‧第二環形氣體噴射器
508‧‧‧第三環形氣體噴射器
510‧‧‧平臺
512‧‧‧第一前驅氣體源
514‧‧‧惰性氣體源
516‧‧‧第二前驅氣體源
518‧‧‧第一水平區域
520‧‧‧第二水平區域
522‧‧‧環形電極
524‧‧‧基板
i‧‧‧沈積腔室
i+1‧‧‧沈積腔室
i+2‧‧‧沈積腔室
i+3‧‧‧沈積腔室
圖1圖解說明本發明多腔室CVD系統之一個實施例的側 視圖。
圖2A圖解說明本發明沈積腔室之一個實施例之側視圖，其中沈積腔室係藉由使殼體在基板載體上方移動來形成。
圖2B圖解說明本發明沈積腔室之一個實施例之側視圖，其中沈積腔室係藉由使基板載體移動至殼體中來形成。
圖3A、圖3B、圖3C及圖3D顯示用於本發明系統中之加熱器之不同實施例的實例。
圖4以一特定模式圖解說明圖1中之多腔室CVD系統之實施例的側視圖。
圖5以另一特定模式圖解說明圖1中之多腔室CVD系統之實施例的側視圖。
圖6以另一特定模式圖解說明本發明多腔室CVD系統之實施例的側視圖。
圖7A圖解說明本發明沈積腔室之一個實施例之側視圖，其中將製程氣體水平噴射至沈積腔室中。
圖7B圖解說明圖7A中所示沈積腔室之俯視圖(在A方向上)。
圖8圖解說明本發明水平流動氣體噴射器CVD系統之另一變化形式的透視俯視圖。
圖9圖解說明本發明水平流動氣體噴射器CVD系統之另一變化形式的側視圖。
100‧‧‧多腔室化學氣相沈積系統
102‧‧‧基板裝載/卸載站
104‧‧‧基板輸送機構/致動器/基板輸送系統
106‧‧‧外殼
108‧‧‧殼體
110‧‧‧沈積腔室/殼體
112‧‧‧基板裝載/卸載站
114A‧‧‧基板載體
114B‧‧‧基板載體
116A‧‧‧基座
116B‧‧‧基座
118A‧‧‧基板載體總成
118B‧‧‧基板載體總成
120‧‧‧排氣埠
122A‧‧‧加熱器
122B‧‧‧加熱器
124‧‧‧原位量測器件
140A‧‧‧心軸
140B‧‧‧心軸
142A‧‧‧加熱器支撐件
142B‧‧‧加熱器支撐件
152‧‧‧沈積腔室/殼體
170‧‧‧凹部/間隙
300‧‧‧氣流凸緣

Claims (70)

  1. 一種多腔室CVD處理系統，其包含：a.複數個基板載體，每一基板載體適於支撐至少一個基板；b.複數個殼體，該複數個殼體中之每一者經組態以形成封閉該複數個基板載體中一者之沈積腔室，從而維持用於實施處理步驟之獨立環境；及c.輸送機構，其在離散步驟中將該複數個基板載體中之每一者輸送至該複數個殼體中之每一者，從而允許在該複數個殼體中實施處理步驟預定時間。
  2. 如請求項1之多腔室CVD系統，其進一步包含複數個加熱器，該複數個加熱器中之每一者對應於該複數個殼體中之每一者。
  3. 如請求項2之多腔室CVD系統，其中當藉由該複數個殼體封閉該複數個基板載體中之每一者時，該複數個加熱器中之每一者靠近該複數個基板載體中之每一者。
  4. 如請求項1之多腔室CVD系統，其中該複數個殼體中之至少一者包含實體殼體。
  5. 如請求項1之多腔室CVD系統，其中該複數個殼體中之至少一者可相對於該複數個基板載體中之至少一者移動以形成該複數個沈積腔室中之至少一者。
  6. 如請求項1之多腔室CVD系統，其中該複數個基板載體中之至少一者可相對於該複數個殼體中之至少一者移動以形成該複數個沈積腔室中之至少一者。
  7. 如請求項1之多腔室CVD系統，其中該複數個殼體中之至少一者及該複數個基板載體中之對應一者均可移動以形成該複數個沈積腔室中之至少一者。
  8. 如請求項1之多腔室CVD系統，其中該複數個殼體中之至少一者包含氣幕，該氣幕形成該對應殼體中之至少一個邊界。
  9. 如請求項1之多腔室CVD系統，其中該複數個殼體中之至少一者包含原位量測器件。
  10. 如請求項9之多腔室CVD系統，其中該原位量測器件係選自高溫計、反射計、撓度計、橢圓偏振計、光致發光分光計、組合高溫計/反射計、組合撓度計/反射計/溫度工具及電致發光分光計。
  11. 如請求項1之多腔室CVD系統，其中該輸送機構進一步包含複數個加熱器，該複數個加熱器中之每一者靠近該複數個基板載體中之每一者。
  12. 如請求項1之多腔室CVD系統，其中該輸送機構沿軌條上將該複數個基板載體中之每一者輸送至該複數個殼體中之每一者。
  13. 如請求項1之多腔室CVD系統，其中該輸送機構沿軌道將該複數個基板載體中之每一者輸送至該複數個殼體中之每一者。
  14. 如請求項1之多腔室CVD系統，其中該輸送機構使用輸送機將該複數個基板載體中之每一者輸送至該複數個殼體中之每一者。
  15. 如請求項1之多腔室CVD系統，其中該輸送機構沿線性路徑將該複數個基板載體中之每一者輸送至該複數個殼體中之每一者。
  16. 如請求項1之多腔室CVD系統，其中該輸送機構沿非線性路徑將該複數個基板載體中之每一者輸送至該複數個殼體中之每一者。
  17. 如請求項1之多腔室CVD系統，其中該輸送機構沿環形路徑將該複數個基板載體中之每一者輸送至該複數個殼體中之每一者。
  18. 如請求項1之多腔室CVD系統，其中該輸送機構沿橢圓形路徑將該複數個基板載體中之每一者輸送至該複數個殼體中之每一者。
  19. 如請求項1之多腔室CVD系統，其中該輸送機構係耦合至自動基板搬運機構，該自動基板搬運機構實施以下操作中之至少一者：將基板裝載至該複數個基板載體及自該複數個基板載體卸載基板。
  20. 如請求項1之多腔室CVD系統，其中該複數個基板載體中之至少一者係可旋轉基板載體。
  21. 如請求項1之多腔室CVD系統，其中該複數個基板載體中之至少一者包含基座及基板載體。
  22. 如請求項1之多腔室CVD系統，其中該複數個基板載體中之至少一者係無基座基板載體。
  23. 如請求項1之多腔室CVD系統，其中該複數個基板載體中之至少一者係行星式移動載體。
  24. 如請求項1之多腔室CVD系統，其進一步包含噴射至少一種前驅氣體之氣體分配噴射器，其中至少一種前驅氣體在實質上垂直於該基板載體之方向上流經該噴射器。
  25. 如請求項1之多腔室CVD系統，其進一步包含噴射至少一種前驅氣體之氣體分配噴射器，其中該至少一種前驅氣體在實質上平行於該基板載體之方向上流經該噴射器。
  26. 如請求項1之多腔室CVD系統，其進一步包含噴射至少一種前驅氣體之氣體分配噴射器，其中至少一種前驅氣體在實質上垂直於該基板載體之方向上流經該噴射器且其中至少一種前驅氣體在實質上平行於該基板載體之方向上流經該噴射器。
  27. 一種多腔室CVD處理系統，其包含：a.複數個基板載體，每一基板載體適於支撐至少一個基板；b.複數個殼體，該複數個殼體中之每一者經組態以形成封閉該複數個基板載體中一者之沈積腔室，從而維持用於實施處理步驟之獨立環境；c.複數個加熱器，其各自將該複數個基板中之對應一者加熱至用於實施該等處理步驟之期望製程溫度；及d.輸送機構，其在離散步驟中將該複數個基板載體中之每一者輸送至該複數個殼體中之每一者，從而允許在該複數個殼體中實施處理步驟預定時間。
  28. 如請求項27之多腔室CVD系統，其中該輸送機構進一步 包含複數個加熱器，該複數個加熱器中之每一者靠近每一基板載體。
  29. 如請求項27之多腔室CVD系統，其中該複數個加熱器中之至少一者定位於該複數個沈積腔室中之對應一者內部靠近該基板載體處。
  30. 如請求項27之多腔室CVD系統，其中該複數個加熱器中之至少一者具有定位於該複數個沈積腔室中之對應一者內部靠近該基板載體處之第一部分及定位於該複數個沈積腔室中之該對應一者外部之第二部分。
  31. 如請求項27之多腔室CVD系統，其中該輸送機構輸送該複數個加熱器中之至少一者與該複數個基板載體中之對應一者。
  32. 如請求項27之多腔室CVD系統，其中該複數個加熱器中之每一者包含界定用於該複數個基板載體經過之間隙的第一及第二區段。
  33. 如請求項27之多腔室CVD系統，其中該複數個加熱器中之至少一者包含電阻加熱器。
  34. 如請求項27之多腔室CVD系統，其中該複數個加熱器中之至少一者包含射頻(RF)加熱器。
  35. 如請求項27之多腔室CVD系統，其中該複數個基板載體中之至少一者係可旋轉基板載體。
  36. 如請求項27之多腔室CVD系統，其中該複數個基板載體中之至少一者包含基座及基板載體。
  37. 如請求項27之多腔室CVD系統，其中該複數個基板載體 中之至少一者係無基座基板載體。
  38. 如請求項27之多腔室CVD系統，其中該複數個基板載體中之至少一者係行星式移動載體。
  39. 如請求項27之多腔室CVD系統，其中該複數個殼體中之至少一者包含原位量測器件。
  40. 如請求項39之多腔室CVD系統，其中該原位量測器件係選自高溫計、反射計、撓度計、橢圓偏振計、光致發光分光計、組合高溫計/反射計、組合撓度計/反射計/溫度工具及電致發光分光計。
  41. 如請求項27之多腔室CVD系統，其中該輸送機構使用軌道、輸送機、軌條、坦克履帶或其任一組合中之一者將該複數個基板載體中之每一者輸送至該複數個殼體中之每一者。
  42. 如請求項27之多腔室CVD系統，其中該輸送機構沿線性路徑將該複數個基板載體中之每一者輸送至該複數個殼體中之每一者。
  43. 如請求項27之多腔室CVD系統，其中該輸送機構沿非線性路徑將該複數個基板載體中之每一者輸送至該複數個殼體中之每一者。
  44. 如請求項27之多腔室CVD系統，其中該輸送機構係耦合至自動基板搬運機構，該自動基板搬運機構實施以下操作中之至少一者：將基板裝載至該複數個基板載體及自該複數個基板載體卸載基板。
  45. 如請求項27之多腔室CVD系統，其進一步包含噴射至少 一種前驅氣體之氣體分配噴射器，其中該至少一種前驅氣體在實質上垂直於該基板載體之方向上流經該噴射器。
  46. 如請求項27之多腔室CVD系統，其進一步包含噴射至少一種前驅氣體之氣體分配噴射器，其中該至少一種前驅氣體在實質上平行於該基板載體之方向上流經該噴射器。
  47. 如請求項27之多腔室CVD系統，其進一步包含噴射至少一種前驅氣體之氣體分配噴射器，其中至少一種前驅氣體在實質上垂直於該基板載體之方向上流經該噴射器且其中至少一種前驅氣體在實質上平行於該基板載體之方向上流經該噴射器。
  48. 一種使用多腔室化學氣相沈積系統在基板上形成多個磊晶層之方法，該方法包含：a.在第一位置處封閉包含至少一個基板之第一基板載體以形成維持第一獨立環境之第一沈積腔室；b.在該第一位置處具有該第一獨立環境之該第一沈積腔室中的該至少一個基板上生長第一磊晶層；c.在該第一磊晶層生長後將該第一基板載體輸送至第二位置且封閉該第一基板載體以形成維持第二獨立環境之第二沈積腔室；及d，在該第二位置處具有該第二獨立環境之該第二沈積腔室中的該第一磊晶層頂部上生長第二磊晶層。
  49. 如請求項48之方法，其進一步包含： a.在該第一位置處封閉包含至少一個基板之第二基板載體以形成維持該第一獨立環境之該第一沈積腔室；及b.在該第一位置處具有該第一獨立環境之該第一沈積腔室中之該第二基板載體上的該至少一個基板上生長該第一磊晶層。
  50. 如請求項49之方法，其中同時處理該第一及該第二基板載體上之該至少一個基板。
  51. 如請求項48之方法，其中該封閉該第一基板載體以形成該第一及該第二沈積腔室包含使腔室在該第一基板載體上方移動以在該第一及該第二沈積腔室內部分別隔離該第一及第二化學氣相沈積製程化學中之一者。
  52. 如請求項48之方法，其中該封閉該第一基板載體以形成該第一及該第二沈積腔室包含使該第一基板載體移動至腔室中以在該第一及該第二沈積腔室內部分別隔離該第一及第二環境中之一者。
  53. 如請求項48之方法，其中該封閉該第一基板載體以形成該第一及該第二沈積腔室包含形成氣幕以分別隔離該第一及第二環境中之一者。
  54. 如請求項48之方法，其中使用固定在該等第一及第二製程腔室中之對應一者內部之加熱器來建立該第一及該第二獨立化學氣相沈積製程化學中之至少一者。
  55. 如請求項48之方法，其中使用固定至該第一及第二基板載體中之對應一者以使得可與該第一及第二基板載體中之該對應一者一起移動之加熱器來建立該第一及該第二 環境中之至少一者。
  56. 如請求項48之方法，其中該將該第一基板載體輸送至第二位置包含沿軌道、軌條或輸送機或其任一組合中之至少一者輸送該第一基板載體。
  57. 如請求項48之方法，其中該將該第一基板載體輸送至第二位置包含沿線性路徑輸送該第一基板載體。
  58. 如請求項48之方法，其中該將該第一基板載體輸送至第二位置包含沿非線性路徑輸送該第一基板載體。
  59. 如請求項48之方法，其進一步包含平移該第一基板載體。
  60. 如請求項48之方法，其進一步包含在生長該等第一及第二磊晶層中之至少一者的同時實施原位量測。
  61. 如請求項60之方法，其中使用選自以下之器件來實施該原位量測：高溫計、反射計、撓度計、橢圓偏振計、光致發光分光計、組合高溫計/反射計、組合撓度計/反射計/溫度工具及電致發光分光計。
  62. 如請求項48之方法，其中該複數個基板載體中之至少一者係可旋轉基板載體。
  63. 如請求項48之方法，其中該複數個基板載體中之至少一者包含基座及基板載體。
  64. 如請求項48之方法，其中該複數個基板載體中之至少一者係無基座基板載體。
  65. 如請求項48之方法，其中該複數個基板載體中之至少一者係行星式移動載體。
  66. 如請求項48之方法，其進一步包含至少一種前驅氣體之氣體分配噴射，其中在實質上垂直於該基板載體之方向上噴射該至少一種前驅氣體。
  67. 如請求項48之方法，其進一步包含至少一種前驅氣體之氣體分配噴射，其中在實質上平行於該基板載體之方向上噴射該至少一種前驅氣體。
  68. 如請求項48之方法，其進一步包含至少一種前驅氣體之氣體分配噴射，其中在實質上垂直於該基板載體之方向上噴射至少一種前驅氣體且其中在實質上平行於該基板載體之方向上噴射至少一種前驅氣體。
  69. 一種多腔室化學氣相沈積系統，其包含：a.一構件，其在複數個固定位置處封閉複數個支撐至少一個基板之基板載體以形成複數個各自維持獨立環境之沈積腔室；b.一構件，其在該複數個各自維持該獨立環境之沈積腔室中由該複數個基板載體支撐之該至少一個基板上生長磊晶層；及c.一構件，其在離散步驟中在該複數個沈積腔室之間輸送該複數個基板載體。
  70. 如請求項69之多腔室化學氣相沈積系統，其進一步包含旋轉該複數個基板載體中之至少一者之構件。
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