TW201639005A - 用於沉積製程之方法及設備 - Google Patents

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Abstract

本發明係提供用於沉積製程的方法及設備。在部 分實施例中，一設備可包括一基板支撐件，該基板支撐件包括：一基座板，該基座板具有一凹穴以及一突唇，該凹穴係設置在基座板的一上表面中，該突唇係形成在上表面中，且該突唇係外接該凹穴，而該突唇係配置以將一基板支撐在突唇上；以及複數個通氣孔，該些通氣孔係由凹穴延伸至基座板的上表面，以將基板設置在突唇上時，在基板之背側與凹穴之間所捕捉(trapped)的氣體排出。亦揭露使用本發明之設備而在基板上沉積一層的方法。

Description

用於沉積製程之方法及設備
本發明之實施例一般係涉及製程設備及使用該製程設備的方法。
在製程中，可使用基座板(susceptor plate)以支撐一基板，而該製程例如為磊晶沉積、蝕刻、熱氧化或類似者。在部分製程中，基座板可配置有中央凹槽(或凹穴〈pocket〉)以及支撐突出部(ledge)，而該支撐突出部係用以在接近該基板之外邊緣處支撐正在進行製程的該基板。該凹穴藉由將輻射自基板背側的一能量反射而往回朝向該基板，以協助基板溫度的控制。該凹穴亦可在製程中作為升舉銷處於縮回位置時的支撐表面。
此種設備所使用的一種製程為選擇性磊晶沉積，該選擇性磊晶沉積利用交替的沉積及蝕刻製程。選擇性磊晶沉積之交替的沉積及蝕刻製程必須在實質不同的壓力下進行。舉例來說，沉積製 程可以在約10托(Torr)的壓力下進行，蝕刻製程可以在約300托的壓力下進行。此壓力差需要重複地改變腔室壓力，因而不期望地使製程生產量減退。此外，本發明人亦發現必須緩慢地改變壓力，以避免基板的前側與背側之間的壓力差所導致基板在基座板上的移動。不幸地，沉積與蝕刻製程之間的緩慢壓力改變會進一步使製程生產量減退。
本發明人亦已發現升舉銷可能會不期望地影響來自基板背側之輻射能量的反射。嚴格來說，在基座凹穴中的升舉銷之現存配置，會造成基板上之不期望的非均一溫度分佈。
因此，本發明人已發明了新穎的基座設計、製程設備以及沉積製程，以克服上述的限制。
本發明係提供用於沉積製程的方法及設備。在部分實施例中，一設備可包括一基板支撐件，該基板支撐件包括：一基座板(susceptor plate)，具有一凹穴(pocket)以及一突唇，該凹穴係設置在基座板的一上表面中，該突唇係形成在上表面中，且該突唇係外接(circumscribe)該凹穴，而該突唇係配置以將一基板支撐在突唇上；以及複數個通氣孔(vent)，該些通氣孔係由凹穴延伸至基座板的 上表面，以將基板設置在突唇上時，在基板之背側與凹穴之間所捕捉(trapped)的氣體排出。
在部分實施例中，一設備可包括：一基座環，具有一內邊緣，以將一基板支撐在內邊緣上；一中央支撐件，具有一支撐構件，該支撐構件係由中央支撐件而徑向延伸，以將基座環支撐在支撐構件上，該支撐構件具有複數個升舉銷支撐表面，該些升舉銷支撐表面係位於支撐構件的一面向基座環側(susceptor ring facing side)，各個升舉銷支撐表面具有一孔洞，該孔洞係穿設各個升舉銷支撐表面，且該孔洞係位於該面向基座環側與支撐構件的一背側之間；以及複數個升舉銷，各個升舉銷係可移動地穿設各個升舉銷支撐表面中的該孔洞，且當升舉銷處於一縮回位置時，各個升舉銷係由升舉銷支撐表面所支撐。
在部分實施例中，一基板支撐件可包括：一基座板，具有一凹穴以及一突唇，該凹穴係設置在基座板的一上表面中，該突唇係形成在上表面中，且該突唇係外接該凹穴，而該突唇係配置以將一基板支撐在突唇上；以及複數個通氣孔，該些通氣孔係由凹穴延伸至基座板的一背側，以將存在有一基板時，在基板之背側與凹穴之間所捕捉的氣體排出，其中該些通氣孔係經配置而使得在平行於 基座板之一中心軸的一方向上，由凹穴至基座板的背側並無視線(line of sight)存在。
在部分實施例中，一設備包括：一製程腔室，具有此處所述之任何實施例的基板支撐件，該基板支撐件係設置在製程腔室中，其中製程腔室具有一內部容積，該內部容積包括一第一容積與一第二容積，該第一容積係設置於基板支撐件上方，該第二容積係設置於基板支撐件的下方；一第一氣體入口，係設置在基板支撐件上方，該第一氣體入口係用於將一製程氣體提供至第一容積，以針對設置在基板支撐件上的一基板進行製程；以及一第二氣體入口，係設置在基板支撐件的表面下方，該第二氣體入口係用於將一加壓氣體提供至第二容積，以利於採用一期望的壓力斜升率(ramping rate)而使腔室壓力升高至一期望的腔室壓力。
在部分實施例中，該設備更包括一壓力控制閥，該壓力控制閥係耦接在一氣體面板(gas panel)與該第一及第二氣體入口之間，該氣體面板係用於供應製程氣體與加壓氣體，其中該壓力控制閥係調節製程氣體與加壓氣體的流動，而使得在採用該期望的壓力斜升率而使壓力斜升的過程中，腔室壓力不會實質超過期望的腔室壓力。
在部分實施例中，係揭露一種在一基板上選擇性沉積一磊晶層的方法，該方法包括：提供一製程腔室，該製程腔室具有一內部容積，而基板支撐件係設置在內部容積中，且基板設置在基板支撐件上，其中，該內部容積包括一第一內部容積與一第二內部容積，第一內部容積位於基板支撐件上方，且第二內部容積位於基板支撐件的上表面下方，其中基板具有一第一表面與一第二表面，在第一表面上沉積一磊晶層；流入一沉積氣體，以在一第一腔室壓力下，而在基板的第一表面上沉積磊晶層；將一蝕刻氣體流入第一內部容積中，以對於沉積在第二表面上的一第二層進行選擇性蝕刻；以及在將蝕刻氣體流入第一內部容積中的同時，將一加壓氣體流入第二內部容積中，使腔室壓力以一期望的壓力斜升率而升高至一第二腔室壓力，該第二腔室壓力大於該第一腔室壓力。
本發明之其他及進一步的實施例係揭露於下。
100‧‧‧製程腔室
102‧‧‧上方部分
103‧‧‧第一內部容積
104‧‧‧下方部分
105‧‧‧第二內部容積
106‧‧‧蓋
108‧‧‧夾環
110‧‧‧腔室主體
112‧‧‧基底板
113‧‧‧氣體面板
114‧‧‧第一氣體入口
115‧‧‧第二氣體入口
116‧‧‧襯墊
117‧‧‧壓力控制閥
118‧‧‧排氣口
120‧‧‧外殼
121‧‧‧基底板組件
122‧‧‧預熱環
123‧‧‧基座環
124A-C‧‧‧基板支撐件
125‧‧‧基板
126‧‧‧基板升舉軸桿
127‧‧‧墊
128‧‧‧升舉銷
129‧‧‧底座
130‧‧‧支援系統
132‧‧‧圓頂
134A-B‧‧‧支撐臂
136‧‧‧上部燈
138‧‧‧下部燈
140‧‧‧控制器
142‧‧‧中央處理單元
144‧‧‧記憶體
146‧‧‧支援電路
152‧‧‧上部燈
154‧‧‧下部燈
156‧‧‧高溫計
158‧‧‧高溫計
160‧‧‧基板升舉組件
161‧‧‧升舉銷模組
163A-B‧‧‧支撐構件
164A-B‧‧‧基板支撐組件
165‧‧‧中央支撐件
166‧‧‧支撐銷
167A-B‧‧‧升舉銷支撐表面
168‧‧‧面向基座環側
169A-B‧‧‧升舉銷孔洞
170‧‧‧背側
402‧‧‧內邊緣
404‧‧‧基座板
406‧‧‧凹穴
407‧‧‧表面
408‧‧‧上表面
409‧‧‧虛線
410‧‧‧突唇
412‧‧‧通氣孔
414‧‧‧溝槽
416‧‧‧內部部分
418‧‧‧背側
420‧‧‧面向凹穴側
422‧‧‧圓錐表面
424‧‧‧安裝表面
426‧‧‧基座板
428‧‧‧上表面
430‧‧‧通氣孔
432‧‧‧背側
433‧‧‧狹縫
434‧‧‧中心軸
500‧‧‧方法
502‧‧‧步驟
504‧‧‧步驟
506‧‧‧步驟
508‧‧‧步驟
510‧‧‧步驟
602‧‧‧第一表面
604‧‧‧第二表面
606‧‧‧磊晶層
608‧‧‧第二層
為讓本發明之上述特徵更明顯易懂，可配合參考實施例說明，其部分乃繪示如附圖式。須注意的是，雖然所附圖式揭露本發明特定實施例，但其並非用以限定本發明之精神與範圍，任何 熟習此技藝者，當可作各種之更動與潤飾而得等效實施例。
第1圖，繪示根據本發明之部分實施例的製程腔室之概要側視圖。
第2圖，繪示根據本發明之部分實施例的製程腔室之概要側視圖。
第3圖，繪示根據本發明之部分實施例的製程腔室之概要側視圖。
第4A~4C圖，繪示根據本發明之部分實施例的基板支撐件之多個實施例的概要側視圖。
第5圖，繪示根據本發明之部分實施例而在基板上選擇性沉積一磊晶層的方法之流程圖。
第6A~6D圖，繪示根據第5圖之方法而在基板上選擇性沉積一磊晶層的多個階段。
為便於了解，圖式中相同的元件符號表示相同的元件。圖式未照比例描繪且為達明瞭易懂而簡化。某一實施例採用的元件及特徵不需特別詳述而可應用到其他實施例。
在此係揭露用於沉積製程的方法及設備。本發明的設備包括在此揭露的基座設計及/或額外設備，以在製程過程中有利地提供基板的前側 與背側之間快速的壓力平衡，該製程係例如在選擇性磊晶沉積製程過程中，於沉積與蝕刻製程之間切換之時。本發明的設備可進一步有利地提供跨越基板之改良的溫度均一性。本發明之方法亦揭露可使用本發明之設備，以快速地使壓力斜升(ramp)，藉以有利地增進製程生產量。本發明的方法可進一步在沉積過程中維持選擇性、生長速率及層品質。
第1圖繪示根據本發明的部分實施例之製程腔室100的概要側視圖。製程腔室100可以修改自市售之製程腔室，例如購自加州聖大克勞市的應用材料公司之RP EPI®反應器，或是適於執行磊晶沉積製程的任何適合之半導體製程腔室。或者，製程腔室100可適於執行下列至少其中一者：沉積製程、蝕刻製程、電漿增強沉積及/或蝕刻製程、熱製程以及在積體半導體元件及電路製造中所執行的其他製程。特定的說，此種製程可包括(但不限於為)在製程過程中使用快速壓力改變的製程。
在部分實施例中，製程腔室100可適於執行如上所述之磊晶沉積製程，且該製程腔室100係說明性地包括一腔室主體110、一支援系統130以及一控制器140。腔室主體110一般包括一上方部分102、一下方部分104及一外殼120，該 上方部分102具有一第一內部容積103，該下方部分104具有一第二內部容積105。
上方部分102係設置在下方部分104上，且該上方部分102包括一蓋106、一夾環108、一襯墊116、一基底板112、一或多個上部燈136與一或多個下部燈138，以及一上方高溫計156。在一實施例中，蓋106具有圓頂狀之形狀因子(form factor)，然而，亦可預期該蓋具有其他形狀因子(例如：平坦狀或反曲線蓋)。下方部分104係耦接至一第一氣體入口114以及一排氣口118，且該下方部分104包括一基底板組件121、一下方圓頂132、一基板支撐件124A、一預熱環122、一或多個上部燈152與一或多個下部燈154，以及一下方高溫計158。雖然「環」一詞係用於描述製程腔室之某些部件，例如預熱環122或基座環123(討論於下)，然，可預期這些部件的形狀不需要為環形，且可包括任何形狀，該形狀包括(但不限於為)矩形、多邊形、橢圓形及類似形狀。
在部分實施例中，基板支撐件124A一般包括支撐住的基座環123、基板支撐組件164A以及基板升舉組件160，而該基板支撐組件164A係用於將基座環123支撐在該基板支撐組件164A上。基座環123的概要側視圖係繪示於第1 圖，而側視及頂視圖係繪示於第4A圖。基座環123具有一內邊緣402，該內邊緣402係用於將基板125支撐於該內邊緣402上。基座環123可包括下列至少其中之一者：塗覆有碳化矽之石墨、固體的碳化矽、固體燒結的碳化矽、或是無金屬之固體燒結碳化矽。
本發明人已發現使用基座環設計可有利地限制升舉銷圖案之效應，此效應是源自在製程過程中，升舉銷支撐抵靠在習知基座的凹穴之故。再者，基座環設計可提供基板加熱之改善的均一性，因為基板的背側直接面向(例如)製程腔室100的下部燈154，而在下部燈154與基板的背側之間不存在有基座板。再者，基座環設計係消除了當快速降低腔室壓力時的基板滑動、移動或類似現象，而該些現象係導因於習知的基座之支撐表面與基板背側之間所捕捉的(trapped)氣體之間的壓力差所致。
基板支撐組件164A一般包括中央支撐件165，該中央支撐件165具有一支撐構件163A，該支撐構件163A由該中央支撐件165而徑向延伸，以將該基座環123支撐在該支撐構件163A上。支撐構件163A包括複數個升舉銷支撐表面167A，該些升舉銷支撐表面167A位於該支撐構件163A之面向基座環側168。各個升舉銷支撐表 面167A具有升舉銷孔洞169A，而該升舉銷孔洞169A係穿設於升舉銷支撐表面167A而位於支撐構件163A之面向基座環側168以及背側170之間。各個升舉銷孔洞169A可經配置而使升舉銷128可移動地穿設於升舉銷孔洞169A中。各個升舉銷支撐表面167A可經配置以當升舉銷處於縮回位置時，用於支撐升舉銷128。
在部分實施例中，支撐構件163A更包括複數個支撐臂134A。各個支撐臂134A可具有一升舉銷支撐表面167A以及一升舉銷孔洞169A，而該升舉銷支撐表面167A係設置在支撐臂134A上，該升舉銷孔洞169A則穿設該支撐臂134A。在部分實施例中，各個支撐臂134A可更包括一支撐銷166，該支撐銷166係用以將支撐臂耦接至基座環123。在部分實施例中，支撐臂134A的數量為三個，且升舉銷128的數量為三個。
或者，支撐構件為單部件(single-piece)圓錐構件(圖中未示)。圓錐構件可更包括穿設於該圓錐構件的複數個通氣孔，該些通氣孔係用於將基板125的背側與製程腔室100的第二內部容積105流體耦接。在此實施例中，該圓錐構件對於製程過程中所提供的輻射能量具有吸收性或是穿透性，以如期望地控制基板的溫度。
基板升舉組件160可設置在中央支撐件165的周圍，且該基板升舉組件160可沿著中央支撐件165而軸向移動。基板升舉組件160包括一基板升舉軸桿126以及複數個升舉銷模組161，而該些升舉銷模組161係選擇性地支撐在基板升舉軸桿126的各個墊127上。在部分實施例中，升舉銷模組161包括一可選擇的底座129，而升舉銷128係耦接至該底座129。或者，升舉銷128的底部部分可直接地支撐在墊127上。另外，可使用其他用於使升舉銷128升高及降低的機構。
各個升舉銷128可動地穿設各個支撐臂134A中的升舉銷孔洞169A，且當升舉銷128處於縮回位置時，例如，當基板125已降低至基座環123上時，升舉銷128可停在升舉銷支撐表面167A上。運轉時，移動基板升舉軸桿126以與升舉銷128接合。接合時，升舉銷128可提升基板125高於基板支撐件124或降低基版125至基座環123上。
基板支撐件124A為此處所揭露之本發明的基板支撐件之一實施例。然而，基板支撐件的額外實施例可以與製程腔室100一同使用，例如：原位(in-situ)繪示於第2圖之製程腔室100中，且於第4B圖之概要側視及頂視圖中的基板支撐件124B；或者是原位繪示於第3圖之製程腔室 100中，且於第4C圖之概要側視及頂視圖中的基板支撐件124C。
第2及4B圖中所描述的基板支撐件124B可包括一基座板404、一基板支撐組件164B、以及如上所討論之一基板升舉組件160。該基座板404具有設置在該基座板404之上表面408內的一凹穴406，而該基板支撐組件164B係用於將基座板404支撐在該基板支撐組件164B上。
基座板404可包括如上所討論之基座環123的類似材料。基座板404更包括一突唇410，該突唇410係形成在上表面408中，且外接(circumscribe)該凹穴406。該突唇410可配置以在該突唇410上擱置或支撐基板125，如圖所示般。凹穴406的表面407可以為凹形(如圖所示)，或是用於吸收與反射輻射能量，藉以可控且均一地加熱基板125的任何適合形狀。
基板支撐件124B包括複數個通氣孔412，該些通氣孔412由凹穴406延伸至基座板404的上表面408，以將捕捉在凹穴406中的氣體排放至製程腔室之上方部分102的第一內部容積103。如上所討論者，例如在製程過程中(或類似情況下)，當基板最初放置在基板支撐件124B上時，若不存在有通氣孔，則氣體會被捕捉住。若例 如在腔室壓力的快速壓力降低過程中，氣體仍然為被捕捉狀態，則被捕捉的氣體會膨脹以抵抗降低的腔室壓力，而造成基板125跳動、移位，或者是從該基板125在基板支撐件124B上的位置移動。
在部分實施例中，一或多個通氣孔412可以為溝槽414(如第4B圖所示)。各個溝槽414可以由凹穴406的內部部分416徑向延伸至越過基座板404之突唇410的一點，以利於將來自凹穴406的氣體排至基座板404的上表面408。在部分實施例中，一或多個通氣孔412可以為一溝槽，該溝槽係由凹穴的內部部分416徑向延伸至基座板404的突唇410之一部分，而該溝槽係徑向地越過當基板125設置在突唇410上時之該基板125的邊緣位置(如第4B圖之虛線409所示)。各個溝槽可以被切割至適合的深度及/或長度，且溝槽的數量及/或溝槽之間的間距可經選擇，而使能從凹穴406快速地排氣。舉例來說，溝槽可完全地延伸穿過基座板404(如第2圖所示)，或者溝槽可僅部分延伸穿過基座板404(如第4B圖所示)。
在部分實施例中，一或多個通氣孔412可以為設置而鄰近突唇410的孔洞，且該孔洞具有一直徑，而使得孔洞徑向延伸越過突唇410而進入基座板404的上表面408，並進入凹穴406。 各個孔洞可以經過機械加工至任何適合深度及/或直徑，且孔洞的數量及/或孔洞之間的間距可經選擇，而使能從凹穴406快速地排氣。
基板支撐組件164B一般包括一中央支撐件165，而該中央支撐件165具有由該中央支撐件165徑向延伸的一支撐構件163B，而該支撐構件163B係用以將基座板404支撐在該支撐構件163B上。支撐構件163B一般係與支撐構件163A不同，而不同之處在於支撐構件163B並不包括升舉銷支撐表面(用於當升舉銷128處於縮回位置時，支撐各升舉銷128之用)。在部分實施例中，支撐構件163B更包括複數個支撐臂134B。在部分實施例中，各個支撐臂134B可更包括支撐銷166，該支撐銷166用於將支撐臂耦接至基座板404。在部分實施例中，係提供有三個支撐臂134B，然亦可使用更多數量的支撐臂134B。
基板支撐件124B更包括複數個升舉銷孔洞169B，該些升舉銷孔洞169B設置在基座板404中，並位於凹穴406與基座板404的背側418之間。基板支撐件124B更包括複數個升舉銷128，各個升舉銷128係配置以可移動地穿設於各個升舉銷孔洞169B。基板支撐件124B更包括複數個升舉銷支撐表面167B，而各個升舉銷支撐表面167B係設置在各個升舉銷孔洞的面向凹穴側420 上，且各個升舉銷支撐表面167B係配置以當升舉銷處於縮回位置時，用於支撐升舉銷128。
各個升舉銷支撐表面167B可配置以符合各個升舉銷128的輪廓，舉例來說，用以預防升舉銷128掉落通過升舉銷孔洞169B，及/或使得各個升舉銷128的上方部分(例如：頭)係實質與凹穴406的表面407齊平，以例如使得來自凹穴406之表面407的輻射能量之吸收與反射的干擾最小化。舉例來說，在部分實施例中(繪示於第4B圖中)，各個升舉銷支撐表面167B可包括圓錐表面422，該圓錐表面422係符合升舉銷128之安裝表面(seating surface)424的輪廓。
基板支撐件124B更包括基板升舉組件160，該基板升舉組件160係設置在中央支撐件165的周圍，並且該基板升舉組件160可沿著中央支撐件165而軸向移動，用以接合該升舉銷128而相對於基板支撐件124B使基板125升高及降低。基板升舉組件160的實施力已於上方詳細討論之。
根據本發明之部分實施例的基板支撐件124C係原位繪示於第3圖之製程腔室100中，且於第4C圖之概要側視及頂視圖中。基板支撐件124C包括一基座板426、基板支撐組件164B以及如上所討論之基板升舉組件160，該基座板426具有一凹穴406，該凹穴406係設置在該基座板426 的一上表面428中，而基板支撐組件164B係用以將基座板426支撐在該基板支撐組件164B上。除了基座板426以外，基板支撐件124C可實質類似於如上所討論之基板支撐件124B。
基座板426可包括與如上所討論之基座板123及基座板404之類似材料。基座板426更包括一突唇410，該突唇410係形成在上表面428中，且外接該凹穴406。該突唇410可配置以在該突唇410上擱置或支撐基板125，如圖所示般。凹穴406的表面407可以為凹形(如圖所示)，或是用於吸收與反射輻射能量，藉以可控且均一地加熱基板125的任何適合形狀。
基板支撐件124C包括複數個通氣孔430，該些通氣孔430係穿設該基座板426。該些通氣孔430由凹穴406延伸至基座板426的背側432，以當基板存在時，利於將捕捉在凹穴406中的氣體排出。通氣孔430係經配置而使得在平行於基座板426之中心軸434的方向上，由凹穴406至基座板426的背側432並無垂直視線。本發明人已發現到，在不存在有通往基座板426的背側432之直接視線的情況下，係有利地限制由凹穴406所洩漏出的(而非反射的)輻射能量。在部分實施例中，各個通氣孔430為一狹縫433，該狹縫433係設置 而鄰近該凹穴的周圍邊緣，並沿著凹穴的外邊緣而環繞設置。
基板支撐件124C的其他部件(例如，基板支撐件124B、基板升舉組件160、升舉銷128以及類似者)係實質近似於上方針對基板支撐件124B所描述者。
回到製程腔室100，在製程過程中，基板125係設置在基板支撐件124上。燈136、138、152、154為紅外線(IR)輻射(即，熱)來源，並且在操作中，產生跨越基板125的預定溫度分佈。在部分實施例中，蓋106、夾環108及下方圓頂132係由石英形成，然而，亦可使用其他紅外線透性(IR-transparent)及製程相容材料來形成這些部件。
製程腔室100更包括一氣體面板113，該氣體面板113係用於供應製程氣體至製程腔室100的第一及第二內部容積103、105。舉例來說，氣體面板113可提供製程氣體(例如沉積氣體、蝕刻劑或類似者)，及/或其他氣體(例如載氣、用於稀釋的氣體、用於腔室加壓的氣體或類似者)。氣體面板113提供氣體至第一氣體入口114及第二氣體入口115，該第二氣體入口115係在下方圓頂132處耦接至製程腔室100。第二氣體入口115的耦接點(例如在下方圓頂132處)僅為示例 性，可使用任何允許第二氣體入口115提供氣體至第二內部容積105的任何適合耦接點。
一般來說，第一氣體入口114提供製程氣體至第一內部容積103，以對基板125進行製程，而該基板125係設置在上方所討論之基板支撐件124的任一實施例上。第二氣體入口115提供加壓氣體至第二內部容積105，以協助將腔室壓力以期望的斜升率(ramping rate)上升至期望的腔室壓力。在部分實施例中，期望的腔室壓力係介於約30~約600托。在部分實施例中，期望的壓力斜升率係介於約30~約150托/秒。
在部分實施例中，當在選擇性磊晶沉積製程的蝕刻部分之過程中，增加腔室壓力，則包括蝕刻劑氣體的製程氣體可以透過第一氣體入口114而流入第一內部容積103。同時，加壓氣體可透過第二氣體入口115而流入第二內部容積105，以協助將腔室壓力升高至針對選擇性沉積製程的蝕刻部分之期望壓力。本發明人已發現，藉由透過第二氣體入口115而流入加壓氣體，沉積膜的品質及選擇性可以維持，並同時改善了製程生產量。
在部分實施例中，製程腔室100包括一壓力控制閥117，該壓力控制閥117係耦接於氣體面板113與第一及第二氣體入口114、115之 間，該氣體面板113係用於供應製程氣體與加壓氣體。壓力控制閥117可調節製程氣體與加壓氣體的流動，藉此，在以期望壓力斜升率而升高壓力之過程中，腔室壓力不會實質超過期望的腔室壓力(例如，腔室壓力不會超過期望的腔室壓力大於約10%或是約3%~約5%)。
支援系統130包括用於在製程腔室100內執行及監控預定製程(例如，生長磊晶矽膜)的部件。此種部件一般包括製程腔室100的多種子系統(例如：氣體面板、氣體分配導管、真空及排氣子系統，及類似者)以及裝置(例如：電源供應器、製程控制工具及類似者)。這些部件對於熟悉該技術領域之人士為已知的，並為了清楚之目的而由圖式中省略之。
控制器140一般包括一中央處理單元(CPU)142、一記憶體144以及支援電路146，且控制器140係直接耦接至製程腔室100及支援系統130，並控制製程腔室100及支援系統130(如第1圖所示)，或者，控制器140係透過與製程腔室及/或支援系統相關聯的電腦(或控制器)而耦接至製程腔室100及支援系統130，並控制製程腔室100及支援系統130。
第5圖繪示根據本發明之部分實施例，而在基板上選擇性地沉積一磊晶層的方法500 之流程圖。本發明的方法可偕同上方所討論之製程腔室100與基板支撐件124之任何實施例使用。然而，本發明的方法將根據第1及4A圖的基板支撐件124A之實施例而討論如下。再者，第6A~6D圖繪示根據第5圖的方法，而在基板上選擇性沉積一磊晶層的多個階段。
方法500開始於步驟502，提供製程腔室100，該製程腔室100具有一內部容積，而基板支撐件124A係設置在內部容積中，且基板125設置在基板支撐件124A上，其中，該內部容積包括位於基板支撐件124A上方的第一內部容積103，以及位於基座環123與基板125背側下方的第二內部容積105。對於製程腔室100與基板支撐件124A的簡略概要示圖係描繪於第6A圖中。
在步驟504，所提供之基板125具有一第一表面602以及相對的第二表面604(繪示於第6B圖中)，磊晶層係沉積在該第一表面602上。基板125可包括適合的材料，例如結晶矽(例如：矽<100>或矽<111>)、氧化矽、應變矽(strained silicon)、矽鍺、摻雜或未摻雜的多晶矽、摻雜或未摻雜的矽晶圓、圖案化或未圖案化的晶圓、絕緣層上矽(silicon on insulator；SOI)、摻雜碳之氧化矽、氮化矽、摻雜矽、鍺、砷化鎵、玻璃、藍寶石、或類似者。 再者，基板125可包括多層，或是例如包括部分製造元件(例如電晶體、快閃記憶體元件及類似者)。
在步驟506，流入沉積氣體，以在第一腔室壓力下，而於基板125的第一表面602上沉積一磊晶層606(繪示於第6C圖中)。在部分實施例中，第一腔室壓力係介於約0.1~約100托。在部分實施例中，沉積氣體包括下列至少其中之一者：矽烷(SiH4)、二矽烷(Si2H6)、甲基矽烷(H3CSiH3)或類似者。在部分實施例中，磊晶層包括矽與碳。
在步驟506的沉積製程中，第二層608可形成在第二表面604上。第二層608可以與磊晶層606的化學組成類似，但是化學結構不同。舉例來說，第二層608可以為非結晶、多晶、非晶、或是與磊晶層606不同的任何適合之結晶或非結晶結構，且該結構對於選擇性蝕刻製程更為敏感，下方將討論之。
在步驟508，蝕刻氣體係流入第一內部容積103，以選擇性蝕刻沉積在第二表面604上的第二層608。舉例來說，蝕刻氣體可透過如上所討論之第一氣體入口114而流入第一內部容積103。在部分實施例中，蝕刻氣體包括下列至少其中之一者：氯化氫(HCl)、氯(Cl2)、鍺烷 (GeH4)、氯化鍺(GeCl4)、四氯化矽(SiCl4)、四氯化碳(CCl4)或類似者。
在步驟510，在將蝕刻氣體流入第一內部容積103的同時，將加壓氣體流入第二內部容積105，以採期望的壓力斜升率使腔室壓力升高至第二腔室壓力，且該第二腔室壓力大於第一腔室壓力。舉例來說，加壓氣體可透過如上所討論之第二氣體入口115而流入第二內部容積。在部分實施例中，加壓氣體包括下列至少其中之一者：氮氣(N2)、氫氣(H2)、氬氣(Ar)、氦氣(He)或類似者。在部分實施例中，第二腔室壓力係介於約30~約600托。在部分實施例中，期望的壓力斜升率係介於約30~約150托/秒。
蝕刻製程一般發生在第二壓力下。在部分實施例中，在將蝕刻氣體流入第一內部容積103的同時(例如：步驟508與510同時發生或是重疊)，藉由將加壓氣體流入第二內部容積105，則壓力可以斜升(例如由第一壓力至第二壓力)。此方法可有利地改善製程生產量。然而，由於蝕刻僅發生在當壓力高於某個臨界壓力(例如：約80托，或是介於約30~約600托)，故在部分實施例中，可首先利用加壓氣體而斜升該第二壓力(例如在步驟510)，接著將蝕刻氣體流入第一內部容積103中以進行蝕刻(例如在步驟508)。如上所討 論而在步驟508之前進行步驟510，可提供較佳的製程控制，然，此亦耗費了數秒鐘的斜升時間(例如：高達7秒)，而並未進行蝕刻。藉由同時流入蝕刻氣體，則在斜升的過程中，會發生部分的蝕刻現象，因而縮短了在穩定的第二腔室壓力下所需的蝕刻時間。然而，大多數的蝕刻仍然會在到達第二腔室壓力之後進行。就其本身而論，步驟508及510可以採任一順序進行，或是部分或完全重疊。
結合蝕刻氣體而使用加壓氣體，則腔室壓力可以升高至一適合的腔室壓力，以選擇性蝕刻第二層608，如第6D圖所繪示者。沉積與蝕刻製程可以重複數次，或是直到期望厚度之磊晶層沉積在基板上為止。舉例來說，在選擇性蝕刻製程完成之後，腔室壓力可快速地降低以進行接續的沉積步驟。如上所討論者，藉由缺少凹穴(例如基板支撐件124A)或是使用通氣的凹穴(例如基板支撐件124B、124C)，則在針對沉積製程的腔室壓力快速降低過程中，基板125在基板支撐件上仍維持穩定。
因此，沉積製程之方法與設備已在此揭露。本發明的設備可包括如上所揭露之基座設計及/或額外設備，以有利地在製程過程中(例如在使用不同壓力的沉積與蝕刻製程之間切換時)，於基板的前側與背側之間提供快速地壓力平衡。本發 明之設備可進一步有利地提供跨越基板之改善的溫度均一性。本發明之方法亦已揭露以快速地使壓力斜升，並同時在沉積過程中維持選擇性、生長速率及層品質，且該方法可以與本發明的設備一同使用。
惟本發明雖以較佳實施例說明如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技術人員，在不脫離本發明的精神和範圍內所作的更動與潤飾，仍應屬本發明的技術範疇。
100‧‧‧製程腔室
102‧‧‧上方部分
103‧‧‧第一內部容積
104‧‧‧下方部分
104‧‧‧第二內部容積
106‧‧‧蓋
108‧‧‧夾環
110‧‧‧腔室主體
112‧‧‧基底板
113‧‧‧氣體面板
113‧‧‧第一氣體入口
115‧‧‧第二氣體入口
116‧‧‧襯墊
117‧‧‧壓力控制閥
117‧‧‧排氣口
120‧‧‧外殼
121‧‧‧基底板組件
122‧‧‧預熱環
124B‧‧‧基板支撐件
125‧‧‧基板
126‧‧‧基板升舉軸桿
127‧‧‧墊
127‧‧‧升舉銷
129‧‧‧底座
130‧‧‧支援系統
132‧‧‧圓頂
134B‧‧‧支撐臂
136‧‧‧上部燈
138‧‧‧下部燈
140‧‧‧控制器
142‧‧‧中央處理單元
144‧‧‧記憶體
146‧‧‧支援電路
152‧‧‧上部燈
154‧‧‧下部燈
156‧‧‧高溫計
158‧‧‧高溫計
160‧‧‧基板升舉組件
161‧‧‧升舉銷模組
164B‧‧‧基板支撐組件
165‧‧‧中央支撐件
166‧‧‧支撐銷
404‧‧‧基座板

Claims (19)

  1. 一種在一基板上選擇性沉積一磊晶層之方法，包括：將一沉積氣體流入一處理腔室的一內部容積中，以在一第一腔室壓力下將該磊晶層沉積於該基板的一第一表面上，其中該基板設置在一基板支撐件上，該基板支撐件設置在該內部容積中，其中將該沉積氣體流遍該基板的該第一表面使得一第二層形成在該基板的一第二表面上，以及其中該內部容積包括一第一內部容積與一第二內部容積，該第一內部容積位於該基板支撐件上方，該第二內部容積位於該基板支撐件的一上表面下方；將一蝕刻氣體流入該第一內部容積中，以對沉積在該第二表面上的該第二層進行選擇性蝕刻；以及在將該蝕刻氣體流入該第一內部容積中的同時，將一加壓氣體流入該第二內部容積中，以使腔室壓力以一期望的壓力斜升率升高至大於該第一腔室壓力的一第二腔室壓力。
  2. 如請求項1所述之方法，其中該第二層在化學組成上與該磊晶層類似，但化學結構不同。
  3. 如請求項2所述之方法，其中該第二 層為非結晶、多晶、非晶、或是與磊晶層不同且對於選擇性蝕刻製程更為敏感的任何適合之結晶或非結晶結構。
  4. 如請求項1所述之方法，其中該腔室壓力升高至一適合的腔室壓力以選擇性蝕刻該第二層。
  5. 如請求項1所述之方法，其中該蝕刻氣體包括下列至少一者：氯化氫(HCl)、氯(Cl2)、鍺烷(GeH4)、氯化鍺(GeCl4)、四氯化矽(SiCl4)、四氯化碳(CCl4)，以及其中該加壓氣體包括下列至少一者：氮氣(N2)、氫氣(H2)、氬氣(Ar)或氦氣(He)。
  6. 如請求項1所述之方法，其中該沉積氣體包括下列至少一者：矽烷(SiH4)、二矽烷(Si2H6)、甲基矽烷(H3CSiH3)。
  7. 如請求項1所述之方法，其中該第一腔室壓力係介於約0.1~約100托(Torr)，以及其中該第二腔室壓力係介於約30~約600托。
  8. 如請求項1所述之方法，其中該期望的壓力斜升率為介於約30~約150托/秒。
  9. 如請求項1所述之方法，其中該加壓氣體包括下列至少一者：氮氣(N2)、氫氣(H2)、氬氣(Ar)或氦氣(He)。
  10. 一種基板支撐件，包括：一基座板，具有一凹穴(pocket)以及一突唇，該凹穴係設置在該基座板的一上表面中，該突唇係形成在該上表面中，且該突唇係外接(circumscribe)該凹穴，而該突唇係配置以將一基板支撐在該突唇上；複數個升舉銷孔洞，係穿設該基座板；以及複數個通氣孔(vent)，該些通氣孔係由該凹穴延伸至該基座板的一背側，以在存在有一基板時，將該基板之該背側與該凹穴之間所捕捉的氣體排出，其中該些通氣孔為弧形並設置在該複數個升舉銷孔洞之間。
  11. 如請求項10所述之基板支撐件，其中該些通氣孔係經配置而使得在平行於該基座板之一中心軸的一方向上，由該凹穴至該基座板的該背側並無視線(line of sight)存在。
  12. 如請求項10所述之基板支撐件，其中各通氣孔為一狹縫，該狹縫係設置而鄰近該凹穴的一周圍邊緣並且沿著該周圍邊緣而環繞設置。
  13. 如請求項10所述之基板支撐件，其中該凹穴的表面為凹形的。
  14. 如請求項10所述之基板支撐件，更 包括：一中央支撐件，具有一支撐構件，該支撐構件係由該中央支撐件徑向延伸，以將該基座板支撐在該支撐構件上。
  15. 如請求項10所述之基板支撐件，更包括：複數個升舉銷支撐表面，各升舉銷支撐表面係設置在各個升舉銷孔洞的面向凹穴側(pocket facing side)，且當該升舉銷處於一縮回位置時，各個升舉銷支撐表面係配置以支撐一升舉銷。
  16. 一種基板支撐件，包括：一基座板，具有一凹穴(pocket)以及一突唇，該凹穴係設置在該基座板的一上表面中，該突唇係形成在該上表面中，且該突唇係外接(circumscribe)該凹穴，而該突唇係配置以將一基板支撐在該突唇上；以及複數個通氣孔(vent)，該些通氣孔係由該凹穴延伸至該基座板的該上表面，以在該基板設置在該突唇上時，將該基板之一背側與該凹穴之間所捕捉的氣體排出，其中各個通氣孔為一溝槽，該溝槽完全地延伸穿過該基座板，以及其中該複數個通氣孔為弧形並設置在複數個升舉銷孔洞之間。
  17. 如請求項16所述之基板支撐件，其中各個通氣孔為一溝槽，該溝槽係由該凹穴的一內部部分而徑向延伸至越過該基座板的該突唇。
  18. 如請求項16所述之基板支撐件，其中各個通氣孔為一溝槽，該溝槽係由該凹穴的一內部部分而徑向延伸至該基座板的該突唇之一部分，而該溝槽係徑向地越過當該基板設置在該突唇上時之該基板的一邊緣位置。
  19. 如請求項16所述之基板支撐件，其中各個通氣孔為一孔洞，該孔洞係設置而鄰近該突唇，且該孔洞具有一位置及一直徑，而使得該孔洞係部分地形成在該基座板的該上表面中，並且部分地位於該凹穴中。
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