TW201737320A - 用於光激發製程之設備 - Google Patents

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Abstract

本發明之實施例提供用於在基板上沉積層之方法及設備。在一個實施例中，該方法包括將安置在處理腔室內之基板表面曝露於流體前驅物；將產生自輻射源之電磁輻射引導至光掃描單元以使得電磁輻射在基板表面上經偏轉及掃描，材料層將形成在該基板表面上；及用電磁輻射啟動沉積製程，該電磁輻射之波長經選擇以用於流體前驅物之光解解離以將材料層沉積至基板表面上。輻射源可包括雷射源、高亮度發光二極體(light emitting diode; LED)源，或熱源。在一個實例中，輻射源係光纖雷射，該光纖雷射產生紫外線(ultraviolet; UV)波長範圍內之輸出。

Description

用於光激發製程之設備
本發明之實施例大體係關於熱處理基板之方法，及更特定而言係關於在基板上沉積層之方法。
半導體製造依賴化學製程以沉積、移除、清洗，及以其他方式轉換在基板上形成之材料。該等製程通常發生在施加熱能或電能以加速化學製程之反應器中。在一些情況下，低能光子用以增添熱能。在其他情況下，較高能光子用以在分子進入反應器之前解離分子。在其他情況下，較高能光子用以轉換基板上之材料。
對於進階積體電路所必需之極淺電路特徵而言，非常需要在達到所需熱處理時減小總熱預算。熱預算可被視作在高溫下完成裝置製造所必需之總時間。基板經受高溫之總時間越長，越多諸如植入接面之特徵結構可能由於原子擴散或遷移而放寬其界定。然而，活化用於半導體應用之化學製程之習用方法通常消耗大量能，及因此不適合用於大多數裝置製造。例如，用於互補金氧半導體(complementary metal oxide semiconductor; CMOS)裝置之基板通常具有約400℃之溫度臨限值。此外，即使在更高溫度下，目前之化學氣相沉積(chemical vapor deposition; CVD)、原子層沉積(atomic layer deposition; ALD)，或磊晶製程仍需要較長沉積時間，從而不當地減少產量。
因此，需要改良的設備及方法以用於以更快的處理時間促進低溫沉積之基板製程。
本文揭示用於諸如磊晶、CVD，及ALD之光激發製程反應中的基於光子的設備及方法。本發明之概念可有益於可能需要至少一個「LASE」應用之製程，該應用例如使用諸如雷射（「L」）之電磁輻射之應用、使用電磁輻射以活化或協助活化（「A」）之應用、使用電磁輻射以執行物件之表面或選擇性處理（「S」）之製程的應用、使用電磁輻射以執行磊晶或蝕刻製程（「E」）之應用。
在一個實施例中，揭示一種用於在基板上沉積層之方法。該方法包括將安置在處理腔室內之基板表面曝露於流體前驅物；將產生自輻射源之電磁輻射引導至光掃描單元以使得電磁輻射在基板表面上經偏轉及掃描，材料層將在該基板表面上形成；及用電磁輻射啟動沉積製程，電磁輻射之波長經選擇以用於流體前驅物之光解解離以將材料層沉積至基板表面上。輻射源可包括雷射源、高亮度發光二極體(light emitting diode; LED)源，或熱源。在一個實例中，輻射源係光纖雷射，該雷射產生之輸出處於紫外線(ultraviolet; UV)波長範圍內。
在另一實施例中，該方法包括將流體前驅物以層狀方式徑向流過安置在處理腔室內之基板表面，以便將基板表面浸沒在流體前驅物中；將產生自輻射源之電磁輻射引導至光掃描單元，以使得電磁輻射在基板中之表面處或表面鄰近處以預定照明形狀經偏轉及掃描，材料層將在該基板表面上形成；及用電磁輻射啟動沉積製程，電磁輻射之波長經選擇以用於流體前驅物之光解解離以將材料層沉積至基板表面上。
在又一實施例中，提供基板處理腔室。處理腔室包括用於在處理腔室內支撐基板之基板支撐件、將流體前驅物提供至處理腔室內之氣源，及將電磁輻射發射至位於基板表面上或基板表面鄰近處之流體前驅物之輻射源，該電磁輻射之波長及功率位準經選擇以用於流體前驅物之光解解離以在基板表面上沉積材料層。處理腔室可進一步包括光掃描單元，該光掃描單元經配置以引導來自輻射源之電磁輻射以掃描基板表面。下文中相對於第1A圖至第1B圖、第2圖，及第3圖論述本發明之細節。
本發明之實施例大體使用輻射源，該輻射源將具有所需相干性之光束投射至掃描單元上，該掃描單元使光或電磁輻射偏轉為所需影像形狀，該影像形狀例如足以在縱向或橫向上覆蓋基板表面之一部分或全部的正方形或矩形。光或電磁輻射之波長及功率經選擇以光解離位於基板表面或基板表面鄰近處之氣態或液態前驅物，以用於材料層在基板表面上之有效沉積。在一個實例中，經由實質為光解而非熱解離製程，在低於400℃之較低溫度下執行沉積，該製程使用紫外線(ultraviolet; UV)波長範圍內之光纖雷射。示例性硬體
第1A圖圖示可用以實踐本發明之實施例之示例性熱處理腔室100的剖面示意圖。第1B圖圖示沿第1A圖中之線1B-1B截取之製程腔室100的側面示意圖。熱處理腔室100可用以執行磊晶沉積製程，例如磊晶矽沉積製程。然而，本發明之方法及概念亦可用於其他處理腔室中以執行其他製程，例如化學氣相沉積(chemical vapor deposition; CVD)製程、原子層沉積(atomic layer deposition; ALD)製程，或原子層磊晶(atomic layer epitaxy; ALE)製程。
製程腔室100可用以處理一或更多個基板，包括在基板108之上表面上之材料沉積。製程腔室100大體包括輻射加熱燈102陣列以用於加熱安置在製程腔室100內之基板支撐件106之背側104以及其他組件。基板支撐件106可為如圖所示之碟狀基板支撐件106，或可為如第1B圖中所圖示之沒有中心開孔之環狀基板支撐件107，該環狀基板支撐件自基板邊緣支撐基板以促進基板曝露於燈102之熱輻射。
基板支撐件106位於製程腔室100內之上圓頂128與下圓頂114之間。上圓頂128及下圓頂114及安置在上圓頂128與下圓頂114之間的底環136大體界定製程腔室100之內部區域。可將基板108（未按比例繪製）置入製程腔室100內及經由裝料埠103將基板定位在基板支撐件106上，該裝料埠在第1A圖中因基板支撐件106而模糊，但在第1B圖中可見。基板支撐件106經圖示處於高處理位置，但可藉由致動器（未圖示）垂直移動至處理位置下方之裝料位置以容許升舉銷105穿過基板支撐件106中之孔及中心軸132接觸下圓頂114，及將基板108自基板支撐件106上升舉。然後，機械臂（未圖示）可進入製程腔室100以經由裝料埠103接合基板108及將基板自製程腔室中移除。然後，可將基板支撐件106向上升舉至處理位置以將基板108放置在基板支撐件106之前側110上，使基板之裝置側116正面向上。
在基板支撐件106定位於處理位置中時，基板支撐件106將製程腔室100之內部容積分隔為處於基板上方之製程氣體區域156，及處於基板支撐件106下方之淨化氣體區域158。在處理期間，基板支撐件106由中心軸132旋轉以將製程腔室100內之熱與製程氣流空間異常之效應降至最低。基板支撐件106由中心軸132支撐，該基板支撐件在基板108之裝料、卸載，及處理期間將基板108在上下方向134移動。基板支撐件106可由碳化矽或塗覆有碳化矽之石墨形成，以吸收來自燈102之輻射能及將輻射能傳導至基板108。
一般而言，上圓頂128及下圓頂114通常由諸如石英之透光材料形成。上圓頂128及下圓頂114較薄以將熱記憶降至最低，該兩者之厚度通常在約3 mm與約10 mm之間，例如約為4 mm。上圓頂128之厚度及彎曲程度可經配置以提供更扁平的幾何形狀以達到製程腔室中之一致的流動均勻性。或者，上圓頂128或下圓頂114可不一定為圓頂形狀，而是可被製造為扁平形狀。可藉由經由入口部分126將諸如冷卻氣體之熱控制流體引入熱控制空間及經由出口抽取熱控制流體而對上圓頂128進行熱控制。在一些實施例中，經由熱控制空間136循環之冷卻流體可減少上圓頂128之內表面上的沉積。
諸如燈102陣列之一或更多個燈可以規定之最佳所需方式安置在下圓頂114之鄰近處及下方、中心軸132周圍，以在製程氣體穿過時加熱基板108，由此促進材料在基板108上表面上之沉積。在多個實例中，沉積在基板108上之材料可為第III族、第IV族，及/或第V族之材料，或可為包括第III族、第IV族，及/或第V族之摻雜劑之材料。例如，沉積材料可包括砷化鎵、氮化鎵，或氮化鋁鎵。在一些實例中，沉積在基板108上之材料可包括金屬或介電質。
圓形遮罩167可視情況安置在基板支撐件106周圍，及耦接至腔室主體101之側壁。除了為製程氣體提供預熱區以外，遮罩167亦防止來自燈102之熱/光噪聲洩漏至基板108之裝置側116或將此洩漏降至最低。遮罩167可由CVD SiC、塗覆有SiC之燒結石墨、生長SiC、不透明石英、塗層石英，或可抵抗由製程氣體及淨化氣體導致之化學分解的任何類似之適合材料。
反射體122可視情況放置在上圓頂128外側以將自基板108輻射出之光反射返回至基板108上。可使用夾環130將反射體122緊固至上圓頂128。由於反射光，將藉由包含原本可能逸出製程腔室100之熱而提高加熱效率。反射體122可由諸如鋁或不鏽鋼之金屬製成。反射體122可具有機加工通道（未圖示）以承載諸如水之流體流動以用於冷卻反射體122。
經由製程氣體入口174將自製程氣體供應源172供應之製程氣體引入製程氣體區域156內，該入口形成於底環136之側壁中。製程氣體入口174經配置以在大體徑向向內之方向上引導製程氣體。在薄膜形成製程期間，基板支撐件106定位於處理位置中，該位置鄰近於製程氣體入口174及與該入口位於大約相同高度，從而容許製程氣體向上流動及沿橫穿基板108上表面之流動路徑173循環流動。製程氣體經由氣體出口178離開製程氣體區域156（沿流動路徑175），該氣體出口位於與製程氣體入口174相對之製程腔室100側壁上。可藉由耦接至氣體出口178之真空泵180來促進經由氣體出口178移除製程氣體。由於製程氣體入口174及氣體出口178彼此對準及大約安置在相同高度，因此咸信在結合更扁平之上圓頂128之情況下，該種平行佈置將在基板108上賦能大體平面、均勻之氣流。
經由淨化氣體入口164將自淨化氣源162供應之淨化氣體引入至淨化氣體區域158，該淨化氣體入口形成於底環136之側壁中。淨化氣體入口164安置在低於製程氣體入口174之高度處。如若使用圓形遮罩167，則圓形遮罩167可安置在製程氣體入口174與淨化氣體入口164之間。在任一種情況下，淨化氣體入口164經配置以在大體徑向向內的方向上引導淨化氣體。在薄膜形成製程期間，基板支撐件106定位在一位置，使得淨化氣體向下流動及沿橫穿基板支撐件106背側104之流動路徑165循環流動。淨化氣體之流動旨在防止或實質上避免製程氣流進入淨化氣體區域158，或減少進入淨化氣體區域158（亦即基板支撐件106下方之區域）之製程氣體之擴散。淨化氣體離開淨化氣體區域158（沿流動路徑166）及被經由氣體出口178抽出製程腔室，該氣體出口位於與淨化氣體入口164相對之製程腔室100側壁上。
處理腔室100配備有發射光或電磁輻射之輻射源186，該光或電磁輻射之波長及功率經選擇以光解離被引入處理腔室之流體、氣態或液態前驅物以用於在基板表面上沉積材料層，如下文中將相對於第3圖之論述。輻射源186可定位在處理腔室100內之任何適合位置。例如，輻射源186可安置在上圓頂128外側，例如在上圓頂128與反射體122之間。輻射源186可為雷射源、高亮度發光二極體(light emitting diode; LED)源、熱源，或上述各者之組合，上述任何者皆可以脈衝模式或連續波模式傳送。亦可設想其他類型之輻射源，例如電子束源、離子束源，或微波能源。
在一個實施例中，輻射源186使用雷射源。輻射源186可包括複數個雷射。雷射源可包括光纖雷射、氣體雷射、固態雷射、準分子雷射、半導體雷射等，該等雷射可以陣列方式配置以發射單個波長的光，或同時發射兩個或兩個以上不同波長的光。可使用脈衝雷射。或者，輻射源186可經配置以按高功率輸出連續波(continuous wave; CW)雷射光束或準CW雷射光束。雷射能之範圍可自基本單模態能(M2 ≈1)至具有數百個或數千個空間模式之高模態能(M2 ＞30)。脈衝雷射之脈衝歷時範圍可自毫微微秒至微秒。在一個實施例中，可使用四個具有Q開關之倍頻摻釹釔鋁石榴石(Nd:YAG)雷射，該等雷射在每次脈衝自約5毫微秒至約30毫微秒之範圍內脈衝發射30 MW與50 MW之間之532 nm雷射能，其中，M2 為約500與約1000之間。
在另一實施例中，輻射源186發射紫外線(ultraviolet; UV)範圍內之光或電磁輻射，該光或電磁輻射之波長在約10 nm與約500 nm之間，例如在約190 nm與365 nm之間，例如193 nm、例如248 nm、例如266 nm、例如355 nm、例如365 nm，或例如420 nm。在一個實例中，輻射源186可使用紫外線光纖雷射束，該光纖雷射束產生多模輸出，該等輸出在所產生之整個照明光束中而具有空間上的變化，以協助減少目標表面（例如，光掃描單元188，如下文中將論述）上與相干性相關之斑點。
在多個實例中，可以至少1毫瓦(milliWatt; mW)之功率位準傳送光或電磁輻射，例如約10 mW至約100千瓦(kiloWatt; kW)，例如約10 kW至約80 kW。可以約0.1 J/cm2 與約1.0 J/cm2 之間的能密度傳送光或電磁輻射，例如約0.2 J/cm2 至約0.5 J/cm2 。可在自約50微秒(microsecond; μsec)至約1秒之短歷時內傳送光或電磁輻射。雷射可經放大以發出所需之功率位準。然而，應選擇能密度以不超過沿光路徑放置之光學元件及/或沉積在光學元件上之光學塗層之損害臨限值。應用於電磁輻射中之能場之空間強度標準差不應高於平均強度之約4%，例如小於約3.5%，例如小於約3.0%。在任何情況下，傳送光或電磁輻射之功率位準及脈衝重複率充分足以光解離基板表面處或基板表面鄰近處之前驅物流體，同時阻止所解離前驅物之光碎片在任何給定壓力下重新結合。設想可使用固態雷射，例如摻釹釔鋁石榴石(Nd:YAG)、摻釹玻璃(Nd:glass)、鈦藍寶石，或摻雜其他稀土之晶體雷射。在該種情況下，雷射可例如依據製程方案而藉由Q開關（被動或主動）、增益開關，或模式鎖定而進行切換。
處理腔室100配備有光掃描單元188，該光掃描單元可定位在上圓頂128外側。輻射源186將實質相干或不相干之光束或電磁輻射以所需影像形狀投射至光掃描單元188上，該影像形狀例如足以在縱向或橫向（x方向或y方向）上覆蓋基板之主要部分之正方形或矩形，或例如具有足以在經光掃描單元188偏轉之情況下覆蓋整個基板之所需形狀之影像。在光纖雷射用作輻射源之一個實施例中，可將光纖雷射聚集在線性定向之頭部中，及來自光纖雷射之光可穿過諸如該項技術中已知之微透鏡陣列及/或聚焦光學元件之光學元件，以將光均質化為光掃描單元188上之均勻影像。該影像之寬度及長度例如為約1-5 mm及約320，該寬度及長度可依據光掃描單元188之尺寸而改變。然後，光掃描單元188將影像偏轉向基板108之裝置側116。
光掃描單元188可為由馬達（未圖示）驅動之旋轉多邊形鏡。旋轉多邊形鏡具有能夠以所需速度（例如約100 rpm與10000 rpm之間之速度）旋轉之複數個反射面以在表面處或表面鄰近處掃描基板108上之直形光束。旋轉速度應快至足以賦能在前驅物上之快速刷新輻射，以便解離前驅物之光碎片在寬鬆時間歷時內在任何特定位置得到實際照明。因此，避免解離前驅物之重新結合。多邊形鏡之每一面大體具有相對於另一面之角度，及可具有扁平或彎曲之表面。在一個實例中，光掃描單元188係長圓柱形旋轉多邊形鏡，該鏡具有約10個至約50個扁平反射面。儘管圖示為六方形鏡，但亦可設想具有更多或更少側面之多邊形鏡。光掃描單元188之長度可為約250 mm至約450 mm，例如長度為約320 mm，該長度可依據基板尺寸而改變。
在某些實施例中，諸如透鏡（例如光束放大器/聚焦器或圓柱形凹透鏡）、濾光片、鏡，及類似物之一或更多個光學元件190可視情況沿光學路徑定位在光掃描單元188與基板108之間以增大或增強照明覆蓋度或調整直線光束之方向，該等光學元件經配置以對電磁能進行成形及以所需形狀投射出直線光束，該形狀足以覆蓋安置在基板支撐件上之基板之一部分或整個基板。為清晰起見，第1B圖中已省略可選光學元件190。
在操作中，多邊形鏡之旋轉導致來自輻射源186之準直光束或電磁輻射由鏡面中之一面偏轉，及由此導致影像以足以在基板之縱向或橫向上覆蓋基板表面之所需照明形狀自基板108之一側至另一側掃描整個基板。隨著多邊形鏡進一步旋轉，光束線將入射至不同反射面上，及沿基板之縱向或橫向開始新掃描，直至整個基板或所需基板區域得以照明。以此方式，處理腔室內之氣態前驅物，尤其是處於基板108表面或表面鄰近處之彼等氣態前驅物將吸收來自入射光束線之選定波長及功率位準之光子能，以用於氣態前驅物之組分之有效光分解或光解，從而在基板表面上沉積材料層。
第2圖圖示可用以實踐本發明之輻射源之替代性實施例的平面圖。在此實施例中，如第1A圖及第1B圖中所示之光掃描單元188並非必需。輻射源204定位在熱處理設備200內及耦接至電源202。輻射源204包括諸如光源之能產生器206及光學元件208。能產生器206經配置以產生電磁能及將該電磁能引導至光學元件208內。光學元件208可包括透鏡、濾光片、鏡，及類似物，該等光學元件經配置以對電磁能進行成形及以所需形狀投射出光束213，該形狀例如足以覆蓋安置在基板支撐件211上之整個基板210之正方形或矩形，該基板支撐件211定位在熱處理腔室230內。熱處理腔室230可為如第1A圖及第1B圖中所示之熱處理腔室100，或適合用於處理基板之任何沉積室。儘管熱處理設備200圖示為位於熱處理腔室230頂部，但設想熱處理設備200可定位在任何所需位置以實現基板210之照明。例如，熱處理設備200可定位在熱處理腔室230側壁之鄰近處。諸如透鏡或鏡之適合的光學元件可用以協助向基板210導引及投射影像。
能產生器206可以脈衝模式或連續波模式傳送電磁能。在一個實施例中，能產生器206含有脈衝雷射源，該脈衝雷射源可經配置以發射單個波長之光或同時發射兩個或兩個以上波長之光。能產生器206可為摻釹釔鋁石榴石(Nd:YAG)雷射，及具有一或更多個內部變頻器。然而，可設想及可使用其他類型之雷射。能產生器206可經配置以同時發射三個或三個以上之波長，或進一步經配置以提供可調諧波長之輸出。有用波長可包括約10 nm與約500 nm之間之波長，例如為約190 nm與420 nm之間，例如193 nm、例如248 nm、例如266 nm、例如355 nm、例如365 nm。在一個實例中，用於能產生器206中之雷射頭係Q開關之摻釹釔鋁石榴石(Nd:YAG)雷射，該雷射發射355 nm之短強脈衝光，脈衝歷時範圍例如自0.01微秒至約100毫微秒，例如為約10毫微秒。在一個實例中，雷射頭以30毫微秒脈衝歷時發射10 kHz雷射脈衝。
爲了傳送脈衝式雷射輸出，熱處理設備200可含有開關212。開關212可為可在1微秒或更短時間內開啟或關閉之快速快門。或者，開關212可為諸如不透明晶體之光學開關，當具有臨限強度之光撞擊在該不透明晶體上時，該不透明晶體在少於1微秒之時間（例如少於1毫微秒）內變得透明。開關212藉由中斷被引導向基板210之連續電磁能束來產生脈衝。開關212由控制器214操作，及可定位在能產生器206內部或外部。控制器214大體經設計以促進本文中所述之處理技術之控制及自動化，及通常可包括中央處理單元、記憶體，及支援電路。可由控制器214讀取之程式（或電腦指令）決定在基板上可執行何種任務。例如，程式可儲存在控制器214上以執行本文中所述之方法。
在替代性實施例中，能產生器206可藉由電氣手段得以開關。例如，控制器214可經配置以按需要開啟及關閉電源202。或者，可提供電容器以使得電容器由電源202充電，及憑藉由控制器214通電之電路系統而放電至能產生器206。在開關212為電氣開關之實施例中，電氣開關可經配置以在少於約1毫微秒之時間內開啟或關閉電源。
輻射源204大體經調適以傳送電磁能以按下文中相對於第3圖論述之方式光解離基板210表面處或表面鄰近處之流體前驅物，以用於在基板表面上沉積材料層。典型之電磁能源包括但不限定於光學輻射源（例如，雷射或閃光燈）、電子束源、離子束源，及/或微波能源。當利用雷射時，輻射源204可經調適以傳送紫外線(ultraviolet; UV)波長內之約10 nm與約420 nm之間的電磁輻射，例如在約190 nm與365 nm之間，例如，355 nm。能源204之波長可經調諧以使得所發射之電磁輻射中之大部分由熱處理腔室230內之前驅物流體吸收。在此實施例之多個實例中，電磁輻射可以約0.2 J/cm2 與約1.0 J/cm2 之間之平均強度、歷時為約0.01微秒(μsec)與約100奈秒(nsec)之間之較短脈衝得以傳送，該歷時例如在約5微秒與約100毫秒(msec)之間，例如為約10微秒至約3毫秒。能脈衝之重複率可在約1 kHz與約1 MHz之間，例如在約10 kHz與約200 kHz之間，例如約30 kHz至約60 kHz。在任何情況下，電磁輻射之重複率、功率位準及曝露應能夠光解離基板表面處或基板表面鄰近處之前驅物流體，同時阻止解離前驅物之光碎片重新結合。示例性製程
第3圖係根據本發明之一個實施例之鍺在基板表面上磊晶生長之示例性方法的流程圖300。設想本發明可同等適用於不同沉積製程所沉積之其他類型材料或化合物，該沉積製程例如化學氣相沉積(chemical vapor deposition; CVD)製程、原子層沉積(atomic layer deposition; ALD)製程，或原子層磊晶(atomic layer epitaxy; ALE)製程。本文所述之流程圖300可結合上文中相對於第1A圖至第1B圖及第2圖所論述之各個實施例得以執行。應注意，第3圖中圖示之操作數目及次序並非旨在對本文所述之本發明範疇進行限制，因為在不偏離本發明之基本範疇之前提下可增添、刪除，及/或重新排序一或更多個操作。
一般而言，本文中所使用之術語「基板」係指可由具有一些天然導電能力之任何材料或可經修正以提供導電能力之材料形成之物件。典型基板材料包括但不限定於半導體，例如矽(Si)及鍺(Ge)及該兩者之混合物，及呈現半導性質之其他化合物。該種半導體化合物大體包括第III-V族及第II-VI族化合物。代表性之第III-V族半導體化合物包括但不限定於鎵、鋁，及銦之砷化物、磷化物(GaP)，及氮化物，及上述各者之混合物。一般而言，術語「半導體基板」包括整半導體基板塊，及上方形成有層之基板。本文中所使用之「基板表面」係指任一基板表面，可在該基板表面上執行材料或能量製程。設想基板表面可含有諸如電晶體接面、通孔、觸點、接線，或任何其他互連接面（例如，垂直或水平互連接件）之特徵結構。
流程圖300自操作302開始，該操作在安置在處理腔室內之基板支撐件上提供基板，該處理腔室例如第1A圖至第1B圖中之處理腔室100或第2圖中之處理腔室230。
在操作304中，將流體前驅物引入處理腔室中。流體前驅物可為氣態前驅物或液態前驅物。與使用固態前驅物相比，使用氣態或液態前驅物在相對容易運輸、快速反應、化學成分之裁製方面更具有優勢，及氣態或液態前驅物可大量應用。在任一情況下，可使諸如氬、氦、氫，或氮等之適合的載體氣體可選地與氣態或液態前驅物一起流動。在使用氣態前驅物之情況下，氣態前驅物可以層狀方式徑向流過基板表面，例如自製程氣體入口174沿流動路徑173流過基板108之上表面，如上文中針對第1A圖之論述。設想可以任何適合之方式引入流體前驅物，只要使基板表面浸沒至流體前驅物中即可。
在此實施例中，將含鍺前驅物引入處理腔室以使鍺材料在基板表面上磊晶生長。含鍺前驅物可為諸如鍺烷(GeH4 )、二鍺烷(Ge2 H6 )，或更高鍺數之鍺烷或鍺烷寡聚物之化合物，可將該化合物與載體氣體或稀釋氣體在鍺前驅物混合物中一起提供。載體氣體或稀釋氣體通常為惰性氣體，例如氬、氦、氮、氫，或上述各者之組合。可在鍺前驅物混合物中提供任何濃度之含鍺前驅物，及比率通常經選擇以提供通過處理腔室之所需氣體流動速率。對於300 mm基板而言，鍺前驅物混合物之流動速率可在約0.1 sLm與2.0 sLm之間，該混合物中之含鍺前驅物體積百分比佔20%至90%，例如70%。
視情況，可在沉積期間向處理腔室提供諸如HCl、HF，或HBr之選擇性控制試劑。選擇性控制試劑促進基板表面上之選擇性薄膜沉積，例如具有由諸如氧化物或氮化物之介電材料覆蓋之特徵結構之單晶矽表面。選擇性控制試劑通常以一體積流動速率提供，及選擇性控制試劑之體積流動速率與含鍺前驅物之體積流動速率之比率在約0.0與0.5之間，例如在約0.02與約0.06之間，例如為約0.04。可經由不同於含鍺前驅物之路徑將選擇性控制試劑提供至處理腔室以防止發生任何過早反應或副反應。選擇性控制試劑亦可與稀釋氣體或載體氣體一起提供。
如若需要，則亦可將摻雜劑前驅物包括在含鍺前驅物中，該摻雜劑前驅物之量經選擇以在形成於基板表面上之薄膜中提供所需之摻雜劑濃度。可提供諸如硼烷、膦，或胂之摻雜劑，及/或二聚物、寡聚物及衍生物（諸如鹵化物）。
在操作306中，將自輻射源發射之光束能量引導至光掃描單元，以便該光束能量以所需照明形狀得以掃描，該照明形狀足以在縱向或橫向（x方向或y方向）上覆蓋整個基板中位於需要進行沉積之表面處或表面鄰近處之基板主要部分，如上文中針對第1A圖及第1B圖所論述。或者，光束能量可以具有所需形狀之直線光束被投射出，該所需形狀例如足以覆蓋安置在基板支撐件上之整個基板的正方形或矩形，如上文中針對第2圖之論述。在任一情況下，光束能量可經選擇以提供如上文所論述之彼等光之光特性，以用於進行鍺前驅物混合物之有效光分解或光解。
在一個實施例中，能源係光纖雷射束，該光纖雷射束發射處於紫外線波長範圍內之雷射光，例如在190 nm與420 nm之間，例如，355 nm。可傳送功率位準至少為0.1 mW之光束能量，該功率位準例如為約10 mW至約100 kW，例如為約20 W至約80 W。在一個實例中，傳送能密度在約0.1 J/cm2 與約1.0 J/cm2 之間及較短歷時為自約0.01微秒(μsec)至約1秒之功率位準，該能密度例如約0.2 J/cm2 至約0.5 J/cm2 。在調適脈衝式雷射能之另一實施例中，光束能量可為摻釹釔鋁石榴石(Nd:YAG)雷射，該雷射以約0.2 J/cm2 與約1.0 J/cm2 之間之能密度，在約0.01微秒(μsec)與約100奈秒(nsec)之間之較短脈衝歷時內得以傳送，該脈衝歷時例如在約5微秒與約100毫秒(msec)之間，例如約10微秒至約3毫秒。能脈衝之重複率可在約1 kHz與約1 MHz之間，例如在約10 kHz與約200 kHz之間，例如約50 kHz至約100 kHz。或者，可依據待解離之前驅物氣體而定，在約20 W至約80 W（例如50 W）之功率位準下以連續模式傳送如本文所述之相同摻釹釔鋁石榴石(Nd:YAG)雷射或紫外線光纖雷射。
在操作308中，光激發沉積開始於含鍺前驅物中至少一個組分被具有選定波長之光束能量（藉由光掃描單元而偏轉）光解解離。在鍺材料將在基板上生長之情況下，可使用鍺烷(GeH4 )作為含鍺前驅物。歸因於如下所示之兩個主要解離機制，在GeH4 之光解期間產生之初始光碎片可包括GeH2 、Ge，及H2 ：
GeH4 → GeH2 + H2 ------ (1)
GeH2 → Ge + H2 ------ (2)
反應(1)及反應(2)之鍵解離能已經測定分別為約52 kcal/mol（對應於2.25 eV）及約35 kcal/mol（對應於1.52 eV）。因此，在波長為355 nm時之3.5 eV之光子能，或諸如波長為365 nm時之彼等光子之能更低(3.4 eV)之光子可具有優勢，因為該等光子之能足以破壞含鍺前驅物中之Ge-H鍵。在一個實例中，GeH4 之光解解離可由處於190 nm與365 nm之間之紫外線波長範圍內之脈衝或CW雷射光激發。在另一實例中，可使用發射波長為355 nm之CW或脈衝雷射光之光纖雷射或光纖雷射束。光束能量之波長可依據前驅物介質中待解離之鍵而改變。GeH4 之光解解離可在較高Ge源分壓及低於約400℃之較低溫度下執行，該溫度例如低於約200℃或更低。
儘管本文中將光解解離製程描述為原位製程，但設想在解離前驅物之光碎片具有長度充足之生命週期及不在引入發生沉積之沉積室之前過快地重新結合之條件下，前驅物之光解解離可在沉積室遠端處執行。
利用紫外線光纖雷射照射基板表面處或基板表面鄰近處之含鍺前驅物容許單層晶態鍺以較高沉積速率在基板表面上磊晶（同質磊晶或異質磊晶）生長。由於可使用紫外線光纖雷射經由大體上為光解而非熱解離製程有效地實現沉積，因此可在低於400℃之較低溫度（例如低於200℃，或甚至室溫）下執行沉積製程以進行磊晶製程，此舉與習用之磊晶腔室設計相反，習用之磊晶腔室設計需要更高處理溫度（例如，高於500℃）才能執行磊晶製程。藉由使用紫外線光纖雷射以光解離流體前驅物，可能由於低處理溫度之實現而消除當前磊晶腔室中用以增強基板熱處理之反射體及/或燈，同時仍提供經濟可行之薄膜生長速率。
設想本發明之概念可同等適用於其他材料或半導體化合物之沉積，該等材料或半導體化合物例如矽、介電質、第III-V族化合物半導體或第II-VI族化合物半導體（包括該等化合物半導體之二元、三元，及四元合金），或包括有機半導體及磁性半導體之其他半導體。光束能量之波長、功率位準、曝露時間，或脈衝特性可經調整以便以光解方式解離製程前驅物中之組分。
儘管前述內容係針對本發明之實施例，但可在不脫離本發明之基本範疇之情況下設計本發明之其他及更多實施例，及本發明之範疇由下文中之申請專利範圍決定。
1B‧‧‧線
100‧‧‧熱處理腔室
101‧‧‧腔室主體
102‧‧‧燈
103‧‧‧裝料埠
104‧‧‧背側
105‧‧‧升舉銷
106‧‧‧碟狀基板支撐件
107‧‧‧環狀基板支撐件
108‧‧‧基板
110‧‧‧前側
114‧‧‧下圓頂
116‧‧‧裝置側
122‧‧‧反射體
126‧‧‧入口部分
128‧‧‧上圓頂
130‧‧‧夾環
131‧‧‧出口
132‧‧‧中心軸
134‧‧‧上下方向
136‧‧‧熱控制空間
156‧‧‧製程氣體區域
158‧‧‧淨化氣體區域
162‧‧‧淨化氣源
164‧‧‧淨化氣體入口
165‧‧‧流動路徑
166‧‧‧流動路徑
167‧‧‧圓形遮罩
172‧‧‧製程氣體供應源
173‧‧‧流動路徑
174‧‧‧製程氣體入口
175‧‧‧流動路徑
178‧‧‧氣體出口
180‧‧‧真空泵
186‧‧‧輻射源
188‧‧‧光掃描單元
190‧‧‧光學元件
200‧‧‧熱處理設備
202‧‧‧電源
204‧‧‧輻射源
206‧‧‧能產生器
208‧‧‧光學元件
210‧‧‧基板
211‧‧‧基板支撐件
212‧‧‧開關
213‧‧‧光束
214‧‧‧控制器
216‧‧‧電容器
230‧‧‧熱處理腔室
300‧‧‧流程圖
302‧‧‧操作
304‧‧‧操作
306‧‧‧操作
308‧‧‧操作
為使本發明之上述列舉特徵可被詳細理解，可藉由參考實施例對上文簡要彙總之本發明進行更為具體之描述，該等實施例中之一些實施例在附圖中進行圖示。然而，將注意，附圖僅圖示本發明之典型實施例，及因此將不被視作限制本發明之範疇，因為本發明可允許其他同等有效之實施例。
第1A圖圖示可用以實踐本發明之實施例之示例性熱處理腔室的剖面示意圖。
第1B圖圖示沿第1A圖中之線1B-1B截取之製程腔室的側面示意圖。
第2圖圖示可用以實踐本發明之輻射源之替代性實施例的平面圖。
第3圖係根據本發明之一個實施例之材料層在基板表面上磊晶生長之示例性方法的流程圖。
國內寄存資訊 (請依寄存機構、日期、號碼順序註記) 無
國外寄存資訊 (請依寄存國家、機構、日期、號碼順序註記) 無
300‧‧‧流程圖
302‧‧‧操作
304‧‧‧操作
306‧‧‧操作
308‧‧‧操作

Claims (12)

  1. 一種基板處理腔室，包含： 一上圓頂、與該上圓頂相對之一下圓頂、及安置在該上圓頂與該下圓頂之間的一底環，其中該上圓頂、該下圓頂與該底環界定在其中的一製程區域；一基板支撐件，該基板支撐件安置在該製程區域內並具有一基板支撐表面；一前驅物供應源，該前驅物供應源流體地耦接至該底環的一側壁；一輻射源，該輻射源定位在該基板處理腔室中且在該上圓頂之外，該輻射源可操作以發射一電磁輻射；以及一旋轉掃描單元，該旋轉掃描單元定位在該基板處理腔室中且在該上圓頂之外，該旋轉掃描單元具有複數個反射面。
  2. 如請求項1所述之基板處理腔室，其中該輻射源包含一雷射源、一高亮發光二極體(LED)源或一熱源。
  3. 如請求項1所述之基板處理腔室，進一步包含： 一光學元件，該光學元件沿該輻射源與該基板支撐表面之間之一光學路徑安置。
  4. 如請求項1所述之基板處理腔室，其中該旋轉掃描單元引導來自該輻射源之該電磁輻射以掃描該基板支撐表面。
  5. 如請求項1所述之基板處理腔室，其中該前驅物供應源供應一流體前驅物進入該製程區域，而該輻射源可操作以發射該電磁輻射至在一基板的一表面處或接近該基板的該表面處的該流體前驅物，該電磁輻射具有選定用於該流體前驅物的光解解離的一波長與一功率位準，以沉積一材料層至該基板的該表面上。
  6. 如請求項1所述之基板處理腔室，其中該基板支撐件是可旋轉的。
  7. 如請求項6所述之基板處理腔室，其中該基板支撐件可在一上下方向移動。
  8. 如請求項1所述之基板處理腔室，其中該輻射源可操作以一脈衝模式或一連續模式發射該電磁輻射。
  9. 如請求項1所述之基板處理腔室，其中該輻射源可操作以發射在約10 nm與約500 nm之間的紫外線(UV)波長範圍中的該電磁輻射。
  10. 如請求項1所述之基板處理腔室，其中該輻射源可操作以發射在約0.01微秒(μsec)與約100奈秒(nsec)之間之多個短脈衝歷時內的該電磁輻射。
  11. 如請求項10所述之基板處理腔室，其中該電磁輻射的各脈衝具有在約1 kHz與約1 MHz之間的一重複率。
  12. 如請求項1所述之基板處理腔室，其中該輻射源可操作以發射在約0.1 J/cm2 與約1.0 J/cm2 之間的一能密度的電磁輻射。
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