TW201518563A - 用於雜質分層磊晶法的設備 - Google Patents

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Abstract

本揭示案之實施例係關於用於處理半導體基板之設備。該設備包括處理腔室，該處理腔室具有用於支撐基板之基板支撐件、下圓頂及與該下圓頂對立之上圓頂、安置於該處理腔室之側壁內的複數個氣體注射器。該設備包括氣體輸送系統，該氣體輸送系統經由該複數個氣體注射器耦接至處理腔室，該氣體輸送系統包括：氣體導管，該氣體導管經由第一流體線路將一或更多種化學物質提供至該複數個氣體注射器；摻雜劑源，該摻雜劑源經由第二流體線路將一或更多種摻雜劑提供至該複數個氣體注射器；以及快速切換閥，該快速切換閥安置於第二流體線路與處理腔室之間，其中該快速切換閥在處理腔室與排氣裝置之間切換該一或更多種摻雜劑的流動。

Description

用於雜質分層磊晶法的設備
本揭示案之實施例大體係關於在基板處理腔室中使用之快速切換閥。
高品質含矽薄膜之磊晶生長在磊晶層之間及不同沉積製程期間經常需要可重複配料之雜質，該等含矽薄膜諸如用單層或亞單層雜質摻雜之矽鍺(SiGe)、矽鍺碳(SiGeC)、碳化矽(SiC)或碳化鍺(GeC)薄膜。該沉積製程經常涉及在沉積各磊晶層及使用各雜質劑量之後的長時間淨化，使得沉積製程緩慢且不適合生產。
因為腔室設計直接影響磊晶生長中的薄膜品質，故需要一種沉積設備，該設備提供雜質亞單層之快速配料能力及磊晶沉積與雜質配料之間的快速淨化。
本文描述之揭示案的實施例大體係關於在基板處理腔室中使用之快速切換閥。在一實施例中，提供用於處理半導體基板之設備。該設備包括處理腔室，該處理腔室包括：基板支撐件，該基板支撐件安置於處理腔室之內部用於支撐 基板；下圓頂及與下圓頂對立之上圓頂；複數個氣體注射器，該複數個氣體注射器安置於處理腔室之側壁內，該複數個氣體注射器經設置對應於基板之直徑實質上呈直線排列。該設備亦包括氣體輸送系統，該氣體輸送系統經由複數個氣體注射器耦接至處理腔室，該氣體輸送系統包括：氣體導管，該氣體導管經設置以經由第一流體線路將一或更多種化學物質提供至該複數個氣體注射器；摻雜劑源，該摻雜劑源經設置以經由第二流體線路將一或更多種摻雜劑提供至該複數個氣體注射器；以及快速切換閥，該快速切換閥安置於第二流體線路與處理腔室之間，其中該快速切換閥經設置以在處理腔室與排氣裝置之間切換該一或更多種摻雜劑的流動。
在另一實施例中，提供用於處理基板之處理腔室。該處理腔室包括：可旋轉基板支撐件，該可旋轉基板支撐件安置於處理腔室內，用於支撐基板；下圓頂，該下圓頂相對地安置於該基板支撐件之下方；上圓頂，該上圓頂相對地安置於該基板支撐件的上方，上圓頂對立於下圓頂；環形主體，該環形主體安置於上圓頂與下圓頂之間，其中該上圓頂、該環形主體及該下圓頂大體界定該基板處理腔室之內部體積，該環形主體具有複數個氣體注射器，該複數個氣體注射器佈置於至少一個直線群中，該直線群具有大體對應於該基板之直徑之寬度；氣體輸送系統，該氣體輸送系統經由複數個氣體注射器耦接至處理腔室，該氣體輸送系統包含：第一氣體導管，該第一氣體導管經設置以經由第一流體線路將第一組化學物質提供至該複數個氣體注射器；第二摻雜劑源，該第 一摻雜劑源經設置以經由第二流體線路將第一摻雜劑提供至該複數個氣體注射器；以及快速切換閥，該快速切換閥安置於該第二流體線路與該處理腔室之間，其中，該快速切換閥經設置以在該處理腔室與排氣裝置之間切換第一摻雜劑之流動。
在又一實施例中，該設備包括處理腔室，該處理腔室包括：基板支撐件，該基板支撐件具有用於支撐基板之基板接收表面；下圓頂，該下圓頂相對地安置於該基板支撐件的下方，該下圓頂包含桿部分、周邊凸緣及徑向延伸以連接該桿部分及該周邊凸緣之底部，其中該底部相對於該基板支撐件之基板接收表面成約8°至約16°之角度；上圓頂，該上圓頂相對地安置於該基板支撐件的上方，上圓頂對立於下圓頂，上圓頂包含中央窗部分及用於支撐該中央窗部分之周邊凸緣，周邊凸緣圍繞中央窗部分之圓周嚙合該中央窗部分，其中該中央窗部分相對於該基板支撐件之基板接收表面形成約8°至約16°之角度；以及一陣列燈，該等燈經安置鄰近於下圓頂且位於下圓頂之下。該設備亦包括氣體輸送系統，該氣體輸送系統經由複數個氣體注射器耦接至處理腔室，該氣體輸送系統包含：氣體導管，該氣體導管經設置以經由第一流體線路將一或更多種化學物質提供至該複數個氣體注射器；摻雜劑源，該摻雜劑源經設置以經由第二流體線路將一或更多種摻雜劑提供至該複數個氣體注射器；以及快速切換閥，該快速切換閥安置於第二流體線路與處理腔室之間，其中該快速切換閥經設置以在處理腔室與排氣裝置之間切換該一或 更多種摻雜劑的流動。
100‧‧‧處理腔室
102‧‧‧輻射加熱燈
104‧‧‧基板支撐件背面
105‧‧‧升舉銷
106‧‧‧基板支撐件
108‧‧‧基板
109‧‧‧氣體通道
110‧‧‧基板支撐件正面
114‧‧‧下圓頂
116‧‧‧基板之裝置側
118‧‧‧光學高溫計
122‧‧‧反射體
126‧‧‧通道
128‧‧‧上圓頂
129‧‧‧氣體通道
130‧‧‧夾持環
132‧‧‧中心軸
134‧‧‧上下方向
136‧‧‧基座環
141‧‧‧燈泡
145‧‧‧燈頭
149‧‧‧通道
156‧‧‧處理氣體區域
158‧‧‧淨化氣體區域
162‧‧‧淨化氣體源
163‧‧‧襯墊組件
164‧‧‧淨化氣體入口
165‧‧‧流動路徑
166‧‧‧流動路徑
167‧‧‧屏蔽
172‧‧‧處理氣體供應源
173‧‧‧流動路徑
174‧‧‧處理氣體入口
175‧‧‧流動路徑
178‧‧‧氣體出口
179‧‧‧周邊凸緣
180‧‧‧排氣系統
181‧‧‧周邊凸緣
184‧‧‧O型環
191‧‧‧排氣開口
192‧‧‧底部
194‧‧‧支撐介面
195‧‧‧桿部分
196‧‧‧氣體注射器
199‧‧‧中央窗部分
200‧‧‧氣體輸送系統
202‧‧‧外殼
204‧‧‧處理腔室
206‧‧‧第一隔室
208‧‧‧第一導管
210‧‧‧第一流體線路
212‧‧‧源裝置
214‧‧‧第二隔室
216‧‧‧第二導管
218‧‧‧第二流體線路
220‧‧‧第三隔室
222‧‧‧第三導管
224‧‧‧接頭
226‧‧‧第一排氣口
228‧‧‧第一抽吸開口
230‧‧‧第二抽吸開口
232‧‧‧第二排氣口
234‧‧‧第三抽吸開口
236‧‧‧第三排氣口
238‧‧‧導管
240‧‧‧導管
244‧‧‧第一切換閥
246‧‧‧第二切換閥
248‧‧‧第一摻雜劑源
250‧‧‧第二摻雜劑源
254‧‧‧淨化氣體源
260‧‧‧第三流體線路
262‧‧‧第三切換閥
264‧‧‧第四流體線路
266‧‧‧第四切換閥
以上簡短總結的本揭示案之更詳細的描述可參閱實施例描述，其中一部分實施例在附加圖式中圖示，以便可詳細瞭解上文所述之本揭示案之特徵。然而，應注意，附加圖式僅圖示本揭示案之典型實施例，且因為本揭示案承認其他同等有效之實施例，所以該等圖式並不欲視為本揭示案之範疇的限制。
第1A圖為根據本揭示案之一實施例之背側加熱處理腔室之示意剖面圖。
第1B圖為第1A圖之處理腔室的示意截面俯視圖。
第2圖圖示根據本揭示案之一實施例之示例性氣體輸送系統。
為便於瞭解，相同元件符號儘可能用於指定諸圖共有之相同元件。可設想，一實施例中的元件及特徵可有利地併入其它實施例中，而無需贅述。
為達說明之目的，在以下描述中闡述了許多特定細節，以便提供對本揭示案之完全瞭解。在一些情況下，以方塊圖形式圖示熟知的結構及裝置，而不進行詳細地描述，以免模糊本揭示案。本文充分詳細地描述了此等實施例，以使得熟習此項技術者能夠實施本揭示案，且應瞭解，可利用其它實施例，且在不脫離本揭示案之範疇的情況下，可做出邏輯改變、機械改變、電性改變及其他改變。
示例性處理腔室
第1A圖圖示根據一實施例之示例性背側加熱處理腔室100的示意剖面圖。處理腔室100大體用於處理一或更多個基板，包括材料在基板108之上表面上的磊晶沉積。處理腔室100可包括一陣列輻射加熱燈102，輻射加熱燈102用於加熱安置於處理腔室100內之基板支撐件106的背面104以及其他元件。在一些實施例中，該陣列之輻射加熱燈可替代地或另外安置於上圓頂128之上。如圖所示，基板支撐件106可為碟狀基板支撐件106，或可為無中央開口之環狀基板支撐件107，環狀基板支撐件107從基板之邊緣支撐基板，以促進將基板曝露於燈102之熱輻射。
基板支撐件106定位於處理腔室100內上圓頂128與下圓頂114之間。上圓頂128、下圓頂114及基座環136(安置於上圓頂128與下圓頂114之間)大體界定處理腔室100之內部區域。可將基板108(未按比例描繪)引入處理腔室100，且經由加載埠(未圖示)將基板108定位於基板支撐件106之上，該加載埠由第1A圖中之基板支撐件106遮蔽。圖示基板支撐件106在上升處理位置中，但藉由致動器(未圖示)，基板支撐件可垂直地移動至處理位置下之加載位置處，以允許升舉銷105接觸下圓頂114，穿過基板支撐件106及中心軸132中的孔，及將基板108從基板支撐件106舉起。機器人(未圖示)可隨後進入處理腔室100，以嚙合基板108且經由加載埠從處理腔室100移除基板108。基板支撐件106隨後可經致動上升至處理位置以將基板108置放至基板支撐 件106的正面110上，其中基板108之裝置側116向上。
基板支撐件106定位於處理位置中時將處理腔室100之內部體積分為位於基板之上的處理氣體區域156及位於基板支撐件106之下的淨化氣體區域158。基板支撐件106在處理期間藉由中心軸132旋轉，以最小化處理腔室100內熱氣流及處理氣流空間異常的影響，且因此促進基板108之均勻處理。基板支撐件106由中心軸132支撐，中心軸132在加載及卸載及某些情況下基板108之處理期間在上下方向134上移動基板108。基板支撐件106可由碳化矽或塗覆有碳化矽之石墨製成，以吸收來自燈102之輻射能及將該輻射能傳導至基板108。
上圓頂128大體包括傳遞熱輻射之中央窗部分199，及用於支撐中央窗部分199之周邊凸緣179。中央窗部分199可具有大體圓形邊緣。周邊凸緣179沿支撐介面194圍繞中央窗部分199之圓周嚙合中央窗部分199。在一實施例中，藉由安置在周邊凸緣179與側壁之間的O型環184將周邊凸緣179密封在處理腔室側壁內，以提供密封，防止處理腔室內之處理氣體排放至周圍環境中。
下圓頂114大體包括桿部分195、周邊凸緣181及底部192，底部192徑向延伸以連接桿部分195及周邊凸緣181。周邊凸緣181經設置以環繞底部192之圓周。周邊凸緣181及底部192在與上圓頂128及基座環136組合時大體界定處理腔室100之內部體積。大體上，上圓頂128之中央窗部分199及下圓頂114之底部192由諸如石英之光學透明材料 製成。上圓頂128及下圓頂114之厚度及彎曲度可經設置以提供更平坦之幾何形狀，以獲得處理腔室中的均勻流均勻性。例如，相對於界定基板支撐件106之基板接收表面的水平面，上圓頂128之中央窗部分199可形成約8°至約16°之角度。同樣地，相對於界定基板支撐件106之基板接收表面的水平面，下圓頂114之底部192可處於約8°至約16°之角度。
可能以指定的、最佳的所要方式圍繞中心軸132安置一或更多個燈(諸如一陣列燈102)，該等燈鄰近於下圓頂114及在下圓頂114之下，以在處理氣體通過時獨立地控制基板108之多個區域的溫度，促進材料在基板108之上表面上的沉積。燈102可經設置包括燈泡141，且經設置將基板108加熱至約200攝氏度至約1600攝氏度範圍內之一溫度。各燈102耦接至配電板(未圖示)，經由該配電板將功率供給至各燈102。燈102定位於燈頭145內，在處理期間或之後，藉由例如引入至位於燈102之間之通道149中的冷卻液可冷卻燈頭145。燈頭145以傳導及輻射方式冷卻下圓頂104，部分由於燈頭145非常接近下圓頂104。燈頭145亦可冷卻燈周圍之燈壁及反射體(未圖示)之壁。替代地，可藉由工業中已知的對流方法冷卻下圓頂104。根據應用，燈頭145可與下圓頂114接觸或可不接觸。
可視需要將圓形屏蔽167安置於基板支撐件106之周圍且由襯墊組件163環繞圓形屏蔽167。屏蔽167在為處理氣體提供預加熱區域時防止或最小化熱/光雜訊從燈102洩漏至基板108之裝置側116。屏蔽167可由CVD SiC、塗覆有 SiC之燒結的石墨、生長SiC、不透明的石英、經塗覆之石英或耐受處理氣體及淨化氣體之化學分解的任何類似、適當的材料製成。
基座環136可具有環形主體，該環形主體大小經調適以接收在處理腔室100之內圓周內。環形主體可具有大體長橢圓之形狀，其中長邊位於基板加載埠(被基板支撐件106遮蔽)上，且短邊分別位於處理氣體入口174及氣體出口178上。基板加載埠、處理氣體入口174及氣體出口178可相對於彼此以約90°有角度偏移。基座環136之內圓周經設置以接收襯墊組件163。亦即，襯墊組件163大小經調適以嵌套於基座環136之內圓周內或由基座環136之內圓周環繞。襯墊組件163屏蔽處理體積(亦即，處理氣體區域156及淨化氣體區域158)免受處理腔室100之金屬壁的影響。金屬壁可與前驅物反應，且引起處理體積中的污染。
儘管圖示襯墊組件163為單一主體，但襯墊組件163可包括一或更多個襯墊。襯墊組件163可包括與處理氣體入口174及處理氣體供應源172形成流體流通之複數個氣體通道109，用於將一或更多種處理氣體注射至處理氣體區域156。襯墊組件163亦可包括用於將一或更多種氣體注射至淨化氣體區域158之複數個氣體通道129。
由於來自基板支撐件106對基板108之背側加熱，可將光學高溫計118用於對基板支撐件之溫度量測/控制。亦可在具有未知發射率之基板裝置側116上完成光學高溫計118之溫度量測，因為以此方式加熱基板正面110係獨立於發 射率的。結果，光學高溫計118僅可感測由基板支撐件106傳導來自熱基板108之輻射，僅有最小的背景輻射從燈102直接到達光學高溫計118。
可視需要將反射體122置放在上圓頂128之外部，以將自基板108輻射出之紅外光反射回基板108上。使用夾持環130可將反射體122固定於上圓頂128。反射體122可由金屬(諸如鋁或不銹鋼)製成。藉由使用高反射塗層(諸如使用黃金)塗覆反射體區域，可改良反射效率。反射體122可具有連接至冷卻源(未圖示)之一或更多個加工通道126。通道126連接至在反射體122側面上形成之通道(未圖示)。通道經設置以載運流體流(諸如水)，且可沿反射體122之側面以覆蓋反射體122之部分或全部表面之任何所要的圖案水平流動，用於冷卻反射體122。
將從氣體輸送系統(例如第2圖之氣體輸送系統200)供應之處理氣體經引入處理氣體供應源172，及經由安置在基座環136之側壁中的處理氣體入口174進入處理氣體區域156中。處理氣體入口174可包括用於輸送一或更多種個別氣流之一或更多個氣體注射器196(第1B圖)。處理氣體入口174可經設置以提供具有變化之參數(諸如速度、密度或組份)的個別氣流。在一實施例中，處理氣體供應源172經設置，以使得第一組氣體注射器196提供之處理氣體與第二組氣體注射器196提供之處理氣體不同。處理氣體入口174之一或更多個氣體注射器196中之每一者連接至經形成穿過襯墊組件163之複數個氣體通道109之一者。如在第1B圖中 較佳可見，氣體注射器196沿襯墊組件163(及因此基座環136)之一部分分佈，從而提供足夠寬以實質上覆蓋基板之直徑的氣流。例如，氣體注射器196可經佈置儘可能在至少一個直線群中，該直線群大體對應於基板108之直徑。該複數個氣體通道109經設置以大體徑向向內之方向導向處理氣體。該複數個氣體通道109之每一者可用於調整來自處理氣體入口174之處理氣體的一或更多個參數，諸如速度、密度、方向及位置。該複數個氣體通道109調整來自處理氣體入口174之一或更多種處理氣體，然後導向該一或更多種處理氣體至氣體處理區域156用於處理。
處理期間，可將基板支撐件106定位於處理位置中，該處理位置接近處理氣體入口174且約與處理氣體入口174在同一高度，以允許處理氣體向上流動，且沿流動路徑173以層流之方式繞行流經基板108之上表面。經由氣體出口178將處理氣體排出處理氣體區域156(沿流動路徑175)，氣體出口178位於處理腔室100與處理氣體入口174相對之側面。可藉由耦接至氣體出口178之排氣系統180促進經由氣體出口178移除處理氣體。由於處理氣體入口174及氣體出口178彼此對準且約安置在同一高度處，咸信，在與更平坦之上圓頂128結合時，該並行排列將致能大體平坦、均勻之氣體流經基板108。經由基板支撐件106旋轉基板108可提供其他徑向的均勻性。
同樣地，淨化氣體可從氣體輸送系統(例如第2圖之氣體輸送系統200)供應至淨化氣源162，經由可選淨化氣 體入口164或經由安置於基座環136之側壁中的處理氣體入口174，穿過在襯墊組件163中形成之該複數個氣體通道129進入淨化氣體區域158。淨化氣體入口164安置於低於處理氣體入口174之高度處。在另一實施例中，淨化氣體可經由處理氣體入口174流動。若使用圓形屏蔽167或預加熱環(未圖示)，則可將圓形屏蔽或預加熱環安置於處理氣體入口174與淨化氣體入口164之間。在任何情況下，淨化氣體入口164經設置以大體徑向向內之方向導向該淨化氣體。在薄膜形成製程期間，基板支撐件106可位於一位置處，以使得淨化氣體向下流動，且沿流動路徑165以層流之方式繞行流經基板支撐件106之背面104。在不受任何特定理論之約束的情況下，咸信，淨化氣體之流動防止或實質上避免處理氣體流入淨化氣體區域158，或減少處理氣體擴散進入淨化氣體區域158(亦即基板支撐件106下方之區域)。淨化氣體排出淨化氣體區域158(沿流動路徑166)，且經由氣體出口178將淨化氣體排出處理腔室之外，氣體出口178位於與淨化氣體入口164對立之處理腔室100的側面。
同樣地，在淨化製程期間，基板支撐件106可位於上升之位置，以允許淨化氣體橫向流經基板支撐件106之背面104。
第1B圖為處理腔室100之示意截面俯視圖，該圖圖示從處理氣體入口174至氣體出口178之流動路徑。複數個氣體通道109與處理氣體供應源172形成流體流通，且經設置以將一或更多種處理氣體注射至處理氣體區域156。複數個 氣體通道109可圍繞處理腔室100之內圓周分佈，以實質層流之方式導向流動路徑173穿過基板108之上。在一實例中，該複數個氣體通道109沿襯墊組件163之一部分分佈，以提供實質上覆蓋基板108之直徑的足夠寬的氣流。可根據要達成之目標流動圖案佈置氣體通道109之每一者的數目、尺寸及位置。排氣開口191可為經形成穿過襯墊組件163之寬開口，該開口位於該複數個氣體通道109之對立側。
一般技藝者應瞭解，圖示複數個氣體通道109、129僅為達說明之目的，因為可調整氣體入口或出口等的位置、大小或數目，以進一步促進基板108上材料的均勻沉積。
示例性氣體輸送系統
第2圖圖示根據揭示案之實施例的示例性氣體輸送系統200，該氣體輸送系統200可經設置以分別耦接至處理氣體供應源及淨化氣體供應源，諸如第1A圖之處理氣體供應源172及淨化氣體源162。氣體輸送系統可包括外殼202。外殼202可用於容納及/或導引化學物質。例如，經由外殼202可將化學物質從外部源(諸如中央設施源或任何適當的氣源)導引至第1A圖之處理腔室100。替代地或另外，外殼202可容納化學物質(諸如液態及/或固態化學物質)，該等化學物質可經汽化及/或昇華且經導引至第1A圖之處理腔室100。
外殼202可由與該等化學物質相容之任何適當的材料製成。該等材料可包括不銹鋼、塗瓷漆鋼或類似材料。外殼202可經部分地封閉，例如外殼202可具有開口或將外殼202之內部之至少部分曝露於周圍環境的類似設置。諸如氣體 導管或類似物之元件可經由該等開口進入及離開外殼202。在一些實施例中，如下討論，該等開口可用於經由外殼202從周圍環境中抽吸大氣作為淨化氣體。
外殼202可包括安置於外殼202內之第一隔室206。在一些實施例中，第一隔室206可包括複數個第一導管208，以載運第一組化學物質。該複數個第一導管208可發源於外殼202中之其他地方(諸如在第三隔室220中)，且將該第一組化學物質之至少一些載運至第一隔室206。在第一隔室206中，第一導管208之每一者可經由一或更多個源裝置212耦接至第一流體線路210。源裝置212可包括計量裝置(諸如質量流量控制器或類似裝置)、液態氣注射設備或安瓿(該安瓿包括來自第一組之一或更多種液態或固態化學物質)之一或更多者。
第一組化學物質可經由該複數個第一導管208輸送至第一隔室206，及/或該第一組化學物質可發源於第一隔室206。例如，在一些實施例中，第一組化學物質之一者可以液態或固態安置於一或更多個源裝置212(諸如安瓿)中，且藉由該複數個第一導管208提供之第一組化學物質之另一者(諸如載氣)可穿過安瓿，將昇華或汽化之化學物質從安瓿中抽取至第一導管208且流向第一流體線路210。第一組化學物質可包括固態、液態或氣態之化學物質。在一些實施例中，該第一組化學物質可包括載氣，諸如氫氣(H2)、氮氣(N2)、氬氣(Ar)、氦氣(He)或類似氣體。在一些實施例中，第一組化學物質可包括一或更多種第III族元素，該等化學物質 可包括三甲基銦((CH3)3In)(TMI)、三甲基鋁((CH3)3Al)(TMA)、三甲基鎵((CH3)3Ga)(TMG)、三乙基鎵((CH3CH2)3Ga)或類似物質。在一些實施例中，第一組化學物質可實質上為無毒的。因此，如下所述，第一隔室206可包括比穿過第二及/或第三隔室214、220之淨化氣體之抽取速度更低的穿過第一隔室206之淨化氣體的抽取速度。
外殼202可包括安置於外殼202內之第二隔室214。在一些實施例中，第二隔室214可與第一隔室206隔開。然而，此僅為示例性說明，且其他實施例為可能的。例如，第一及第二隔室206、214可彼此打開(未圖示)。在一些實施例中，第二隔室214可包括複數個第二導管216以載運第二組化學物質。該複數個第二導管216可發源於外殼202中之其他地方(諸如在第三隔室220中)，且將該第二組化學物質之至少一些載運至第二隔室214。在第二隔室214中，第二導管216之每一者可經由一或更多個源裝置212耦接至第二流體線路218。
第二組化學物質可經由該複數個導管216輸入至第二隔室214，及/或第二組化學物質可以實質上與以上關於第一組化學物質討論之實施例類似的方式發源於第二隔室216。第二組化學物質可包括固態、液態或氣態之化學物質。在一些實施例中，該第二組化學物質可包括載氣，諸如氫氣(H2)、氮氣(N2)、氬氣(Ar)、氦氣(He)或類似氣體。在一些實施例中，第二組化學物質可包括一或更多種第V族元素。例如，包含第V族元素之化學物質可包括膦(PH3)、 胂(AsH3)、第三丁基膦((CH3)3C)PH2)、第三丁基胂((CH3)3C)AsH2)、三甲基銻((CH3)3Sb)或類似化學物質。在一些實施例中，第二組化學物質可不同於第一組化學物質。
外殼202可包括第三隔室220。第三隔室220可從外殼202之外的位置接收來自第一或第二組化學物質之至少一些化學物質。例如，藉由一或更多個氣源可將該至少一些化學物質(例如從中央設施源或從特別為與處理腔室100一起使用而提供之氣源)提供至第三隔室。例如，藉由複數個第三導管222可將至少一些化學物質提供至第三隔室220。各第三導管可從外部位置進入外殼202，且載運來自該第一或第二組之化學物質。第一導管208及第二導管216之至少一些在第三隔室220中耦接至主要安置於外殼之外部之其他導管，以將至少一些化學物質分別載運至第一及第二隔室206、214。與第一及第二隔室206、214類似，第三隔室220可為隔離隔室，或對第一及第二隔室206、214部分打開之幾乎隔離隔室。
第三隔室220可包括安置於第三隔室220內之複數個接頭224。各接頭224可將複數個第三導管222之一者耦接至複數個第一及第二導管208、216之相應的一者。各接頭224可為閥、連接器或類似裝置之一或更多者。
可在處理腔室操作期間或始終將第一、第二及第三隔室206、214、220維持在連續淨化氣體流之下。淨化氣體可為惰性氣體，諸如氬氣、氦氣或類似氣體，且可將淨化氣體送至第一、第二及第三隔室206、214、220之每一者中。 替代地或另外，淨化氣體可為周圍大氣，藉由耦接至隔室206、214、220之排氣系統或類似裝置將該淨化氣體抽吸至外殼202中且穿過隔室206、214、220。
第一、第二及第三隔室之每一者可具有作為穿過該等隔室之每一者的淨化氣體之入口及出口的獨立的排氣開口及抽吸開口。替代地，隔室之間可共用排氣開口及/或抽吸開口中之一或更多者。例如，在一些實施例中，第一隔室206可包括第一排氣口226，以排出流經第一隔室206之淨化氣體。在一些實施例中，第一隔室206可包括第一抽吸開口228，以將淨化氣體抽吸至第一隔室206中。在一些實施例中，第二隔室214可包括第二排氣口232，以排出流經第二隔室214之淨化氣體。在一些實施例中，第二隔室214可包括第二抽吸開口230，以將淨化氣體抽吸至第二隔室214中。在一些實施例中，第三隔室220可包括第三排氣口236，以排出流經第三隔室220之淨化氣體。在一些實施例中，第三隔室220可包括第三抽吸開口234，以將淨化氣體抽吸至第三隔室220中。
對於第一、第二及第三隔室206、214、220，用作淨化氣體入口及出口之開口的替代實施例係有可能的。例如，第一、第二及第三抽吸開口228、230及234可由單一抽吸開口替代，例如諸如第一抽吸開口228具有將第一抽吸開口228耦接至第二及第三隔室214、220之導管238。替代地，外殼202及第一、第二及第三隔室206、214、220之每一者的底部部分(未圖示)可為敞開的，及/或具有安置在底部部 分附近(例如，諸如外殼202之側面部分或類似位置中)之開口，以用於抽吸淨化氣體。可設想，該等隔室之任何一或更多者可具有多個抽吸開口及/或排氣開口。
同樣地，在一些實施例中，第二及第三氣體隔室214、220可具有實質上類似的淨化氣體抽吸要求。因此，第二及第三排氣口232、236可為單一的排氣開口，例如，圖示為將第三隔室220耦接至第二排氣口232之導管240。然而，此僅為說明性實例，且第二及第三隔室214、220之單一排氣開口的其他變型係有可能的。
第一、第二及第三隔室206、214、220之每一者可具有不同的淨化氣體抽吸要求，例如，以通過氣體追蹤劑測試或類似測試。例如，導引第一組化學物質之第一隔室206可能比第二或第三隔室214、220具有更低的淨化氣體抽吸要求。在一些實施例中，當第一組化學物質實質上為無毒材料(諸如包括第III族元素之材料)時，第一隔室206可能具有較低的淨化氣體抽吸要求。
例如，導引第二組化學物質之第二隔室214及/或導引第一組及第二組化學物質兩者之第三隔室220可能比第一隔室206具有更高的淨化氣體抽吸要求。在一些實施例中，當第二組化學物質包括有毒材料(諸如包括第V族元素之材料)時，第二及/或第三隔室214、220可能具有較高的淨化氣體抽吸要求。在一些實施例中，穿過第二隔室214之淨化氣體的抽吸速度比穿過第一隔室206之淨化氣體的抽吸速度更快。在一些實施例中，穿過第三隔室220之淨化氣體的抽吸 速度比穿過第一隔室206之淨化氣體的抽吸速度更快。
藉由本揭示案之一或更多個實施例可達成各隔室中淨化氣體之抽吸速度的變化。例如，各隔室可具有不同的體積。此外，各排氣口226、232、236可耦接至不同的排氣系統(未圖示)，其中各排氣系統具有不同的排氣速率。替代地，各排氣口226、232、236可耦接至同一排氣系統180。在一些實施例中，藉由控制各排氣口226、232、236之直徑可控制各隔室206、214、220中淨化氣體之抽吸速度的變化。例如，在一些實施例中，為在第二隔室214中達成較高的抽吸速度，第二排氣口232可能小於第一隔室206之第一排氣口226。同樣地，在一些實施例中，為在第三隔室220中達成較高的抽吸速度，第三排氣口236可能小於第一隔室206之第一排氣口226。隔室體積、排氣開口直徑及上游壓力控制之任何適當組合可用於控制第一、第二及/或第三隔室206、214、220之抽吸速度及/或體積要求。
氣體輸送系統200可包括安置於第一流體線路210與處理腔室100之間的第一切換閥244。第一切換閥244可在使一或更多種化學物質從源裝置212流動至處理腔室100與流動至排氣系統180之間切換。氣體輸送系統200亦可包括安置於第二流體線路218與處理腔室100之間的第二切換閥246。第二切換閥246可在使來自第二組之一或更多種化學物質流動至處理腔室100與流動至排氣系統180之間切換。過程控制器(未圖示)可耦接至第一及第二流體線路210、218，以促進受閉合迴路控制之背壓，例如，以限制經由切換閥 244、246在流動至處理腔室100之沉積線路與流動至排氣系統180之排氣線路之間的切換所導致的壓力擾動。在一些實施例中，沉積線路、排氣線路及/或流體線路210、218可經連續清掃(例如可具有不反應氣體之連續流)，以限制及/或防止特定線路中化學物質的返流。例如，可使用不反應氣體(諸如載氣、惰性氣體或類似氣體(諸如H2))或其他該等氣體執行各線路之清掃。可使用以上討論之設備之任一者提供用於清掃各線路之氣體，諸如經由該複數個第一、第二及/或第三導管208、216、222之一者，或替代地經由耦接至待經清掃之各線路的一或更多個指定導管(未圖示)。
第一及第二切換閥244、246之每一者可經設置以提供快速切換能力，以允許在將不同的處理氣體供給至處理腔室100之間快速切換，而不引起(或同時最小化任何)將氣體供給至處理腔室100中的壓力擾動，該等壓力擾動可能負面地影響處理(諸如沉積均勻性)。第一及第二切換閥244、246可經設置以將化學物質從源裝置212提供至處理氣體供應源172，且隨後經由第1B圖圖示之處理氣體入口174之一或更多個氣體注射器196進入處理腔室100中。
氣體輸送系統200可包括耦接至第三流體線路260之第一摻雜劑源248。第一摻雜劑源248可安置於第一隔室206中，或替代地，可經由一或更多個導管(未圖示)(諸如藉由如以上討論之用於從外部供給源導引來自第一及第二組之化學物質的類似設備)將第一摻雜劑源248從外部供給源導引穿過第一隔室。第一摻雜劑源248可將液體或氣體形式 之一或更多種第一摻雜劑提供至第三流體線路260。第三流體線路260耦接至第三切換閥262，第三切換閥262在將第一摻雜劑從第一摻雜劑源248流動至處理腔室100與流動至排氣系統180之間切換。該一或更多種第一摻雜劑可能適合摻雜由第III族元素與第V族元素反應所形成的材料。示例性第一摻雜劑可包括矽烷(SiH4)、鍺烷(GeH4)、N型摻雜劑或任何其他所要的摻雜劑。
氣體輸送系統200可視需要包括耦接至第四流體線路264之第二摻雜劑源250。第二摻雜劑源250可安置於第一隔室206中，或替代地，可經由一或更多個導管(未圖示)(諸如藉由如以上討論之用於從外部供給源導引來自第一及第二組之化學物質的類似設備)將第二摻雜劑源250從外部供給源導引穿過第一隔室。第二摻雜劑源250可將液體或氣體形式之一或更多種第二摻雜劑提供至第四流體線路264。第四流體線路264耦接至第四切換閥266，第四切換閥266在將第二摻雜劑從第二摻雜劑源250流動至處理腔室100與流動至排氣系統180之間切換。該一或更多種第二摻雜劑可能適合摻雜由第III族元素與第V族元素反應所形成的材料。示例性第二摻雜劑可包括溴三氯甲烷(CCl3Br)、P型摻雜劑或任何所要的摻雜劑。
第一及/或第二摻雜劑源248、250可額外地提供稀釋氣體以與摻雜劑一起流動。稀釋氣體可為易於電離、相對大量及化學惰性氣體，諸如氬氣、氪氣或氙氣。替代地或另外，氫氣可用於一些情況中。稀釋氣體之體積流動速率與摻 雜劑之體積流動速率的比率可為約1：1至約20：1，例如約2：1至約4：1、約4：1至約6：1、約6：1至約8：1、約8：1至約10：1、約10：1至約12：1、約12：1至約14：1、約14：1至約16：1、約16：1至約18：1、約18：1至約20：1。
在某些實施例中，第一、第二、第三及第四切換閥244、246、262、266可定位於非常接近或正好位於鄰近處理腔室100之側面的注射位置處。例如，切換閥244、246、262、266可經定位臨近於處理氣體供應源172。第一及第二摻雜劑源248、250之第三及/或第四切換閥262、266可為快速切換閥，該快速切換閥可經獨立地操作以有選擇地打開以將摻雜劑轉移至處理腔室100或排氣系統180。第三及/或第四切換閥262、266可經設置以將短脈衝配料之第一摻雜劑及第二摻雜劑提供至處理氣體供應源172，例如提供至第1B圖圖示之處理氣體入口174之一或更多個氣體注射器196。本文描述之術語「快速切換閥」代表相對短時間內在兩個極限控制位置之間可調整之閥。該快速作用閥位於最大打開流截面之控制位置與最小打開或關閉截面之控制位置之間，且切換時間小於50ms、或小於20ms、或小於10ms、或小於5ms。第三及第四切換閥262、266可各自經設置以在約0.05秒至約20秒(諸如約0.1秒至約3.5秒，例如約0.5秒至約1秒)之脈衝重複率下按劑量提供第一及第二摻雜劑。在一實例中，第三及第四切換閥262、266可在磊晶製程之前及或期間設置為約0.1秒至約2秒之短脈衝配料的摻雜劑。在多種實例中，短脈衝配料之時間段應足夠將單層或亞單層摻雜劑提供至基板 表面上。可設想，短脈衝配料之時間段或脈衝重複率可取決於應用而變化。若需要，第三及第四切換閥262、266之短脈衝配料之時間段及/或脈衝重複率可實質上彼此相同或彼此不同。將第三及第四切換閥262、266設置為快速切換閥致能快速及可重複配料摻雜劑，且因此確保高品質薄膜之磊晶生長。
氣體輸送系統200可包括耦接至第一、第二、第三及第四流體線路210、218、260、264之淨化氣體源254。在一些實施例中，第一、第二、第三及第四流體線路210、218、260、264之每一者可耦接至各別淨化氣體源。淨化氣體源254可安置於第一隔室206中，或替代地，可經由一或更多個導管(未圖示)(諸如藉由如以上討論之用於從外部供給源導引來自第一及第二組之化學物質的類似設備)將淨化氣體源254從外部供給源導引穿過第一隔室。例如，淨化氣體源254可提供淨化氣體，該淨化氣體可用於清洗流體線路210、218、260、264、處理腔室204或氣體輸送系統200之其他元件。示例性清洗氣體可包括氫氣(H2)、氯氣(Cl2)、氯化氫(HCl)或三氟化氮(NF3)或三氟化氯(ClF3)。在一實例中，淨化氣體可以約30slm至約50slm之流動速率流動。
本揭示案之利益將快速壓力控制閥提供至減壓EPI腔室，該EPI腔室除其他元件外還可包括安置於腔室側面之注氣閥及用於快速溫度控制之燈加熱元件。EPI腔室可具有與磊晶沉積氣體/前驅物歧管分離之用於雜質源注射的專用歧管。EPI腔室允許沉積與雜質配料之間的快速源氣體輪換。用於雜質及EPI沉積歧管兩者之最後的閥門可接近或正好位於 鄰近基板側面之注射位置處。特定言之，雜質歧管之最終閥為用於覆蓋在基板表面上之短脈衝配料之亞單層的高速閥。在多個實施例中，EPI腔室可提供高載體淨化流(例如30slm-50slm)，用於EPI沉積與雜質配料之間的快速淨化。快速溫度控制及原位腔室清洗提供雜質配料期間的可重複配料及溫度分佈能力，該可重複配料及溫度分佈可不同於EPI沉積溫度。在一些實施例中，可能以雙倍稀釋提供雜質源。在雜質源與沉積源可反應的情況下，可提供氣體互斥聯鎖。
儘管以上針對本揭示案之實施例，在不脫離本揭示案之基本範疇的情況下，可設計本揭示案之其他及另外的實施例，且本揭示案之範疇由以下申請專利範圍決定。
100‧‧‧處理腔室
172‧‧‧處理氣體供應源
180‧‧‧排氣系統
200‧‧‧氣體輸送系統
202‧‧‧外殼
204‧‧‧處理腔室
206‧‧‧第一隔室
208‧‧‧第一導管
210‧‧‧第一流體線路
212‧‧‧源裝置
214‧‧‧第二隔室
216‧‧‧第二導管
218‧‧‧第二流體線路
220‧‧‧第三隔室
222‧‧‧第三導管
224‧‧‧接頭
226‧‧‧第一排氣口
228‧‧‧第一抽吸開口
230‧‧‧第二抽吸開口
232‧‧‧第二排氣口
234‧‧‧第三抽吸開口
236‧‧‧第三排氣口
238‧‧‧導管
240‧‧‧導管
244‧‧‧第一切換閥
246‧‧‧第二切換閥
248‧‧‧第一摻雜劑源
250‧‧‧第二摻雜劑源
254‧‧‧淨化氣體源
260‧‧‧第三流體線路
262‧‧‧第三切換閥
264‧‧‧第四流體線路
266‧‧‧第四切換閥

Claims (20)

  1. 一種用於處理一半導體基板之設備，該設備包含：一處理腔室，該處理腔室包含：一基板支撐件，該基板支撐件安置於該處理腔室內部，用於支撐一基板；一下圓頂，該下圓頂相對地安置於該基板支撐件之下；一上圓頂，該上圓頂相對地安置於該基板支撐件之上，該上圓頂對立於該下圓頂；以及複數個氣體注射器，該複數個氣體注射器安置於該處理腔室之一側壁內，該複數個氣體注射器對應於該基板之一直徑實質上成直線排列；以及一氣體輸送系統，該氣體輸送系統經由該複數個氣體注射器耦接至該處理腔室，該氣體輸送系統包含：一氣體導管，該氣體導管將一或更多種化學物質經由一第一流體線路提供至該複數個氣體注射器；一摻雜劑源，該摻雜劑源將一或更多種摻雜劑經由一第二流體線路提供至該複數個氣體注射器；以及一快速切換閥，該快速切換閥安置於該第二流體線路與該處理腔室之間，其中該快速切換閥在該處理腔室與一排氣裝置之間切換該一或更多種摻雜劑之流動。
  2. 如請求項1所述之設備，其中該快速切換閥在約0.05秒至約20秒之一脈衝重複率下提供該一或更多種摻雜劑之一短 脈衝配料。
  3. 如請求項1所述之設備，其中該快速切換閥以小於50ms之時間在該處理腔室與該排氣裝置之間切換該一或更多種摻雜劑之流動。
  4. 如請求項1所述之設備，該設備進一步包含：一切換閥，該切換閥安置於該第一流體線路與該處理腔室之間，該切換閥在該處理腔室與該排氣裝置之間切換該一或更多種化學物質之流動。
  5. 如請求項1所述之設備，該設備進一步包含：一淨化氣體源，該淨化氣體源耦接至該第一流體線路及該第二流體線路。
  6. 如請求項1所述之設備，該設備進一步包含：一第一淨化氣體源，該第一淨化氣體源耦接至該第一流體線路；以及一第二淨化氣體源，該第二淨化氣體源耦接至該第二流體線路。
  7. 如請求項1所述之設備，其中該摻雜劑源將一稀釋氣體經由該第二流體線路提供至該複數個氣體注射器。
  8. 如請求項7所述之設備，其中該稀釋氣體之一體積流動速率與該摻雜劑之體積流動速率之比率為約1：1至約20：1。
  9. 如請求項1所述之設備，其中該基板支撐件可旋轉。
  10. 如請求項1所述之設備，其中該複數個氣體注射器使一或更多種化學物質以一層流方式流經該基板之一上表面。
  11. 一種用於處理一基板之處理腔室，該處理腔室包含：一可旋轉基板支撐件，該可旋轉基板支撐件安置於該處理腔室內部，用於支撐一基板；一下圓頂，該下圓頂相對地安置於該基板支撐件之下；一上圓頂，該上圓頂相對地安置於該基板支撐件之上，該上圓頂對立於該下圓頂；一環形主體，該環形主體安置於該上圓頂與該下圓頂之間，其中該上圓頂、該環形主體及該下圓頂大體界定該基板處理腔室之一內部體積，該環形主體具有複數個氣體注射器，該複數個氣體注射器經佈置位於至少一個直線群中，該至少一個直線群具有大體對應於該基板之一直徑之一寬度；以及一氣體輸送系統，該氣體輸送系統經由該複數個氣體注射器耦接至該處理腔室，該氣體輸送系統包含：一第一氣體導管，該第一氣體導管將一第一組化學物質經由一第一流體線路提供至該複數個氣體注射器； 一第一摻雜劑源，該第一摻雜劑源將第一摻雜劑經由一第二流體線路提供至該複數個氣體注射器；以及一快速切換閥，該快速切換閥安置於該第二流體線路與該處理腔室之間，其中該快速切換閥在該處理腔室與一排氣裝置之間切換該等第一摻雜劑之流動。
  12. 如請求項11所述之處理腔室，其中該快速切換閥在約0.05秒至約20秒之一脈衝重複率下提供該等第一摻雜劑之一短脈衝配料。
  13. 如請求項11所述之處理腔室，其中該快速切換閥以小於50ms之時間在該處理腔室與該排氣裝置之間切換該等第一摻雜劑之流動。
  14. 如請求項11所述之處理腔室，該處理腔室進一步包含：一第二氣體導管，該第二氣體導管將一第二組化學物質經由一第三流體線路提供至該複數個氣體注射器；以及一第二摻雜劑源，該第二摻雜劑源將第二摻雜劑經由一第四流體線路提供至該複數個氣體注射器。
  15. 如請求項11所述之處理腔室，該處理腔室進一步包含：一第一淨化氣體源，該第一淨化氣體源耦接至該第一流體線路；以及一第二淨化氣體源，該第二淨化氣體源耦接至該第二流 體線路。
  16. 如請求項11所述之處理腔室，其中該第一摻雜劑源將一稀釋氣體經由該第二流體線路提供至該複數個氣體注射器。
  17. 如請求項16所述之處理腔室，其中該稀釋氣體之一體積流動速率與該第一摻雜劑之體積流動速率之比率為約1：1至約20：1。
  18. 如請求項11所述之處理腔室，其中該複數個氣體注射器使一或更多種化學物質以一層流方式流經該基板之一上表面。
  19. 一種用於處理一半導體基板之設備，該設備包含：一處理腔室，該處理腔室包含：一基板支撐件，該基板支撐件具有用於支撐一基板之一基板接收表面；一下圓頂，該下圓頂相對地安置於該基板支撐件之下，該下圓頂包含：一桿部分；一周邊凸緣；以及一底部，該底部徑向延伸以連接該桿部分及該周邊凸緣，其中該底部相對於該基板支撐件之該基板接收表面成約8°至約16°之一角度； 一上圓頂，該上圓頂相對地安置於該基板支撐件之上，該上圓頂對立於該下圓頂，該上圓頂包含：一中央窗部分；以及一周邊凸緣，該周邊凸緣用於支撐該中央窗部分，該周邊凸緣圍繞該中央窗部分之一周邊嚙合該中央窗部分，其中該中央窗部分相對於該基板支撐件之該基板接收表面形成約8°至約16°之一角度；以及一陣列燈，該陣列燈經安置鄰近於該下圓頂及位於該下圓頂之下；以及一氣體輸送系統，該氣體輸送系統經由該複數個氣體注射器耦接至該處理腔室，該氣體輸送系統包含：一氣體導管，該氣體導管經由一第一流體線路將一或更多種化學物質提供至該複數個氣體注射器；一摻雜劑源，該摻雜劑源經由一第二流體線路將一或更多種摻雜劑提供至該複數個氣體注射器；以及一快速切換閥，該快速切換閥安置於該第二流體線路與該處理腔室之間，其中該快速切換閥在該處理腔室與一排氣裝置之間切換該一或更多種摻雜劑之流動。
  20. 如請求項19所述之設備，其中該快速切換閥在約0.05秒至約20秒之一脈衝重複率下提供該一或更多種摻雜劑之一短脈衝配料。
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