TW201829856A - 在化學氣相沈積系統中對於磊晶成長結構的厚度均勻性控制 - Google Patents

在化學氣相沈積系統中對於磊晶成長結構的厚度均勻性控制 Download PDF

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Abstract

本文中闡述用於改良晶圓上之磊晶成長膜或層之總體厚度控制及徑向厚度輪廓之系統及方法。在若干實施例中，使用對徑向內部區域及徑向外部區域處之厚度之連續原位 量測來控制對應前體及/或稀釋氣體流率。可使用白光反射測量術透過反應器外殼中之視埠來進行此等量測。

Description

在化學氣相沈積系統中對於磊晶成長結構的厚度均勻性控制
實施例係關於分解氣態化合物而不將表面材料之反應產物留在塗層中的化學氣相沈積(CVD)系統。更特定而言，實施例係關於經調適以用於製造或處理半導體或固態裝置或其部分之程序及設備。
化學氣相沈積(CVD)係可用於使所要物件磊晶成長之程序。可在CVD程序中使用之製造裝備之當前生產線之實例包含由紐約普萊恩維尤之維易科精密儀器公司製造之MOCVD系統之TurboDisc®、MaxBright®、EPIK®及PROPEL®家族。 控制若干個程序參數，諸如溫度、壓力及氣體流率，以達成所要晶體成長。使用變化之材料及程序參數來使不同層成長。舉例而言，由諸如III-V族半導體之化合物半導體形成之裝置通常藉由使用金屬有機化學氣相沈積(MOCVD)使化合物半導體之連續層成長而形成。在此程序中，將晶圓曝露至氣體組合，該氣體組合通常包含作為III族金屬之源之金屬有機化合物且亦包含V族元素(舉例而言，砷或磷)之源，當使晶圓維持在升高溫度時該氣體組合在晶圓之表面上方流動。一般而言，金屬有機化合物及V族源與不作為(舉例而言)氮或氫明顯地參與反應之載體氣體組合。III-V族半導體之一項實例係：氮化鎵(GaN)，其可藉由鎵與氮之反應而形成；氮化鋁(AlN)，其可藉由鋁與氮之反應而形成；或氮化鋁鎵 (AlGa1-x Nx ，其中0 ≤ x ≤ 1)，其可藉由鋁、鎵及氮之反應而形成。此等材料在由適合基板製成之晶圓上形成半導體層。含有鎵、鋁及氮(舉例而言)之前體與載體氣體可由經組態以跨越基板之成長表面儘可能均勻地分佈氣體之氣體注入器(亦稱作蓮蓬頭)引入。可在當前系統及方法內形成且分析由II族、IV族、V族及VI族元素形成之其他半導體層(諸如SiN、TiN、InGaN、GaAs及諸如此類)。由前述各項形成之半導體層可係未經摻雜、經p摻雜(舉例而言，具有硼、鋁、氮、鎵、鎂及銦)或經n摻雜(舉例而言，具有磷、砷及碳)。 在沈積前體氣體及相關化合物期間通常使晶圓維持在大約500℃至1200℃之溫度。然而，在低得多之溫度(通常係200℃或更低)下將該等前體氣體引入至室。因此，當前體氣體接近晶圓時，其溫度實質上增加。取決於在正在構造中之特定晶圓之沈積中使用之前體氣體，可以介於輸入氣體之溫度與晶圓之溫度之間的中間溫度發生前體氣體之熱解。此熱解促進前體氣體之相互作用及晶體結構之成長。此晶體結構磊晶成長，直至達到所要厚度為止。 在MOCVD程序室中，半導體晶圓可成長為基座(亦稱作晶圓載體)上之單個晶圓。另一選擇係，在所謂的「批式」程序室中，使薄膜層在放置在晶圓載體之袋形區中之多個晶圓上成長，以提供其表面至反應器室內之大氣之均勻曝露以用於沈積半導體材料。旋轉速度通常係大約1,000 RPM。基座通常由諸如石墨之高度導熱材料機械加工出，且通常塗佈有諸如碳化矽之材料之保護層。 在使各種磊晶或半導體層在晶圓上成長時，前體與載體氣流沿著增加之溫度梯度大體向下(亦即，垂直)到達晶圓載體之表面直至其達到熱解溫度為止，然後衝擊正在成長之晶圓表面。為最大化裝置良率，磊晶層之厚度必須跨越晶圓之整個區係儘可能均勻的。另外，厚度必須跨越若干運行及系統係可重複的。習用地，此藉由檢查先前運行之結果且使用先前實驗資料(敏感度曲線)來調整氣體流量而達成。依據此資料，操作者可嘗試在下一運行中改良均勻性或達成目標厚度。重複此程序直至判斷均勻性及目標厚度係「足夠良好」或儘可能地良好，此時處方係「鎖定的」且未來均勻性變化取決於系統之可重複性。在其他類型之MOCVD系統中，前體與載體氣流亦可平行於晶圓載體之表面，而且使一或多種前體與載體氣體向下(垂直)流動至晶圓載體之表面同時使其他前體與載體氣體水平流動至晶圓載體之表面。 為了控制在晶圓上成長之磊晶層之絕對厚度，可控制表面處之前體氣體之濃度以及表面處之溫度。可藉由獨立地調變反應器之徑向內部部分或徑向外部部分處之前體與稀釋流量(諸如藉由以不同速率或前體氣體組合物操作各種注入器)而控制跨越晶圓載體之半徑之沈積之徑向均勻性。在此實施例中，此獨立控制可使用出自氣體注入器中之在直徑上設置之流入口(通常與系統之視埠對準且此後稱作「視埠流量」)之前體或稀釋流量控制來達成。調變來自旋轉系統中之直徑流入口之流量可在中心產生比外半徑大之回應。舉例而言，藉由在單晶圓系統中使用此流量控制技術，在晶圓上成長之層之徑向內部部分可具有不同於晶圓上之層之徑向外部部分之層厚度。同樣地，在批式系統中，袋形區之徑向內部環可使具有不同於在外部袋形區中成長之彼等層之層厚度的層成長。 基於對流率或組合物之改變而得出的晶圓上之層厚度均勻性改良之程度在具有多個晶圓之批式反應器中受限制。為了進行任何校正，有必要收集關於已成長之每一層之厚度之有用資料。習用地，此藉由以下操作來實現：將晶圓自反應器室移除且藉由使用諸如光譜反射測量術及橢圓偏振術之膜厚度量測技術而量測層厚度。然而，解析個別薄層厚度由於技術限制而係極其困難的。時常地，所有層之總厚度係非原位 量測可提供之唯一可靠資訊。使用白色光源之原位 光譜反射測量術提供個別層厚度，此乃因其即時量測厚度變化。而且，諸如原位 離散波長反射測量術或橢圓偏振術之其他技術亦可用於判定厚度。 調諧可藉由手動調整系統(諸如雙旋鈕流量控制)來實現。在第4,980,204號美國專利中闡述一個此類控制系統。如本文中所闡述，操作者可調整源材料氣體以形成具有所要厚度及組合物之半導體層。控制可修改穿過一系列可調整或可控制通氣管中之每一者之氣體流率。 基於跨越磊晶成長層之個別量測而進行之手動調整可用於控制總磊晶層厚度。然而，無法藉由此手動調整校正磊晶成長層中之非均勻性。若使用諸如第4,980,204號美國專利中所闡述之彼等調整之調整來校正非均勻性，則此可導致徑向厚度輪廓之伴隨著的非所要改變。若厚度不同於預定目標，則流率可針對下一晶圓或批次運行在反應器室之內部部分及外部部分處變化。由於成長非均勻性以及調諧旋鈕使用兩者之軸對稱性質，單晶圓反應器習用地提供調諧每一晶圓上之層厚度的更好能力。習用地使用之調諧旋鈕之實例係可單獨改變穿過中心注入器之流量之差動流注入或可單獨改變至徑向外部噴嘴之流量之差動流注入器。當獨立地改變時此等改變亦必然導致沿著晶圓之徑向輪廓厚度之改變，如上文所闡述。 另外，可增強特定物質之流率或層持續時間以改變總體厚度或成長速率。與流率之改變一樣，改變濃度可改變總體成長速率及因此層厚度。 因此，此等工具已習用地用於在數個校準運行內調諧厚度直至產生可接受厚度輪廓以及絕對厚度為止。 因此提供能夠消除在習用系統中調諧厚度均勻性所需要之手動反覆之系統係合意的。消除此調諧之定性性質且在運行內自動調整均勻性以減少或消除具有不可接受厚度變化之「零星運行」亦係合意的。改良運行間及系統間可重複性進一步係合意的。
可藉由連續地調整反應器中之流分佈之系統來控制晶圓上之磊晶成長層之厚度輪廓。 根據實施例，一種方法控制磊晶成長層之厚度輪廓。該方法包含提供反應器，該反應器包括控制器、徑向內部氣體注入器及徑向外部氣體注入器。該方法亦包含在該控制器處判定至少兩個前體及/或稀釋氣體流率，其中第一前體及/或稀釋氣體流率與該徑向內部氣體注入器相關聯，且第二前體及/或稀釋氣體流率與該徑向外部氣體注入器相關聯。基於該等所判定至少兩個前體及/或稀釋氣體流率而在該徑向內部氣體注入器及該徑向外部氣體注入器中之每一者處供應前體及/或稀釋氣體以使該層成長。該方法包含經由配置在該反應器中之光學透明視埠用白色光源照射該層之徑向內部軌道且照射該層之徑向外部軌道。該方法包含偵測反射離開該層之該徑向內部軌道及該層之該徑向外部部分中之每一者的來自該白色光源之照射，及基於該所偵測照射而修改該至少兩個前體及/或稀釋氣體流率中之至少一者之該等氣體流率。 根據另一實施例，一種用於化學氣相沈積之系統包含反應器。該反應器具有：密封外殼，其具有光學透明視埠；徑向內部氣體注入器，其經組態以遞送第一前體及/或稀釋氣體；及徑向外部氣體注入器，其經組態以遞送第二前體及/或稀釋氣體。與該光學透明視埠通信之光學系統包含：白色光源，其經配置以將光引導穿過該視埠且朝向晶圓及/或層堆疊之徑向內部部分及該晶圓及/或層堆疊之徑向外部部分兩者。偵測器系統經組態以接收自該晶圓之該徑向內部部分反射之該光及自該晶圓之該徑向外部部分反射之該光。控制器經組態以基於自該晶圓之該徑向內部部分反射之該所偵測光及自該晶圓之該徑向外部部分反射之該所偵測光而調整第一前體及/或稀釋氣體流率及第二前體及/或稀釋氣體流率中之至少一者。 根據另一實施例，藉由一程序製成晶圓。該程序包含提供反應器，該反應器包括控制器、界定徑向內部區帶之徑向內部氣體注入器及界定徑向外部區帶之徑向外部氣體注入器。該方法進一步包含在該控制器處判定至少兩個前體及/或稀釋氣體流率，其中第一前體及/或稀釋氣體流率與該徑向內部區帶相關聯且第二前體及/或稀釋氣體流率與該徑向外部區帶相關聯。該方法進一步包含在該徑向內部注入器及該徑向外部注入器處供應該前體及/或稀釋氣體，及使層在該晶圓上磊晶成長，其中該層具有在該徑向內部區帶處之徑向內部部分及在該徑向外部區帶處之徑向外部部分。該方法進一步包含經由該反應器中之光學透明視埠用白色光源照射該層之該徑向內部部分及該層之該徑向外部部分。該方法進一步包含偵測反射離開該徑向內部部分及該徑向外部部分中之每一者的來自該白色光源之照射，及基於該所偵測照射而修改該至少兩個前體及/或稀釋氣體流率。該方法進一步包含判定該層何時具有預定厚度及徑向均勻性，及重複以上步驟直至已產生包含具有預定厚度及徑向均勻性之層之該晶圓為止。 以上內容並不意欲闡述本發明之每一所圖解說明實施例及每個實施方案。以下詳細闡述及申請專利範圍更特定地例示此等實施例。
在若干實施例中，可在沈積期間原位 監測且控制化學氣相沈積(CVD)系統之厚度及均勻性以消除浪費校準運行，且改良總體厚度及徑向厚度輪廓均勻性。 在單晶圓實施例中，兩個光學偵測器經定位以量測基座上之磊晶成長厚度。該等光學偵測器針對該基座之兩個不同徑向位置。基於此兩個徑向位置處之所偵測厚度，修改引入至CVD反應器室之前體氣體之濃度及/或流率。此等修改增強跨越晶圓之厚度均勻性，且增加晶圓及在其上成長之層之總厚度之精確度。此外，可增加在此等晶圓上成長之層之運行間均勻性。根據實施例，偵測器可經配置以使用在諸多習用反應室上構造之視埠且使用光學計量裝置來原位 量測已成長及正在成長膜之厚度。 在使磊晶膜成長時可在單晶圓旋轉系統中之晶圓上之兩個半徑中之每一者處進行原位厚度量測。基於此兩個量測，將調整在晶圓之中心處之「中心」氣流量以調諧均勻性。此調整可應用於下一運行或可連續地應用於進行中之運行。另一選擇係，可相對地調整其他流量以產生「徑向調諧效應」。在磊晶成長期間可以規律間隔或甚至連續地進行此等量測，以阻止非均勻之成長或錯誤絕對厚度。 對於AlGaN層，舉例而言，改變流量會改變厚度均勻性以及組合物之均勻性(亦即，所成長材料中之鋁與鎵比率)兩者。流量如何影響組合物之以分析方式或以實驗方式判定之模型可經開發且經納入為了達成厚度均勻性而進行之流量調整中。可針對任一層之均勻性而開發類似回應模型。 圖1A圖解說明根據本發明之一項實施例之化學氣相沈積設備。反應室10界定程序環境空間。氣體注入器12配置在室之一端處。具有氣體注入器12之該端在本文中稱為反應室10之「頂部」端。在正常重力參考系中，室之此端通常但未必安置在室之頂部處。因此，如本文中所使用之向下方向係指遠離氣體注入器12之方向；然而向上方向係指在室內朝向氣體注入器12之方向，而不管此等方向是否與重力向上及向下方向對準。類似地，在本文中參考反應室10及氣體注入器12之參考系闡述元件之「頂部」及「底部」表面。 氣體注入器12連接至前體氣體源14以用於供應將在晶圓處理程序中使用之程序氣體，諸如載體氣體及反應性氣體，諸如金屬有機化合物及V族金屬之源。氣體注入器12經配置以接收各種氣體且大體在向下方向上引導程序氣體流。氣體注入器12合意地亦連接至冷卻劑系統16，冷卻劑系統16經配置以使液體接近於氣體注入器12循環以便在操作期間使氣體注入器12維持在所要溫度。可提供用於冷卻反應室10之壁之類似冷卻劑配置(未展示)。反應室10亦配備有排氣系統18，排氣系統18經配置以將廢氣自室10之內部移除以便准許氣體自氣體注入器12在向下方向上連續流動。 主軸20配置在室10內使得主軸20之中央軸線在向上及向下方向上延伸，如圖1A中所展示。主軸20藉由併入軸承及密封件之習用旋轉貫穿裝置22安裝至室10，使得主軸20可旋轉同時在主軸20與反應室10之壁之間維持密封。在替代實施例中，代替主軸，可使用圓柱形缸驅動件。 主軸/缸驅動件20在其頂部端處(亦即，在主軸20之最接近於氣體注入器12之端處)耦合至基座24。在若干實施例中，基座24可係經調適以可釋放地嚙合晶圓載體之晶圓載體保持機構。主軸20可連接至諸如電動馬達驅動之旋轉驅動機構，該旋轉驅動機構經配置以使主軸20以所要速度旋轉從而亦致使基座24旋轉。 基座24具有圍繞中央軸線25配置之大體圓形剖面。在圖1A中所展示之實施例中，反應器室10、氣體注入器12、冷卻劑系統16、主軸20、基座24及加熱元件26各自經配置使得其關於中央軸線25對稱。基座24係層可在其上磊晶成長於晶圓上之裝置。 加熱元件26安裝在室10內且在基座24下面環繞主軸20。在習用MOCVD程序中，致動加熱元件26，且旋轉驅動機構操作以使主軸20及因此基座24以所要速度轉動。通常，使主軸20以自大約50轉/分鐘至1500轉/分鐘之旋轉速度旋轉。可致動前體氣體源14以透過氣體注入器12供應氣體。該等氣體向下朝向基座24通過、在基座24之頂部表面28上方且圍繞放置在頂部表面28上之晶圓之周邊，然後經載運至排氣系統18。因此，安裝於基座24上之晶圓之頂部表面曝露至包含由程序氣體供應系統14供應之各種前體氣體之混合物之程序氣體。最通常地，頂部表面處之程序氣體主要由載體氣體組成。在典型化學氣相沈積程序中，載體氣體可係氮，且因此晶圓載體之頂部表面處之程序氣體主要由氮以及某些量之反應氣體分量組成。 加熱元件26主要藉由輻射熱傳遞而將熱傳遞至基座24。在替代實施例中，藉由某一其他機制(諸如感應熱傳遞)加熱基座24可係可能的。施加至基座24之熱穿過基座24之主體向上流動至其頂部表面28。熱自頂部表面28輻射至室10之冷卻器元件，諸如(舉例而言)輻射至程序室之壁且輻射至氣體注入器12。熱亦自晶圓載體24之頂部表面28及晶圓之頂部表面傳遞至在此等表面上方通過之程序氣體。 圖1B圖解說明根據本發明之另一實施例之化學氣相沈積設備100之替代實施例。然而圖1A繪示多晶圓反應器系統，圖1B繪示單晶圓反應器系統。 反應器室140界定與為上文在圖1A中所論述之反應器室10提供之程序環境空間類似之程序環境空間。氣體注入器104經構造且定位在圖1B之室140中之方式與氣體注入器12配置在圖1A中之室10中者類似。與先前關於圖1A所闡述之氣體注入器12一樣，氣體注入器104連接至前體氣體源(未展示)以用於供應將在晶圓處理程序中使用之程序氣體，諸如載體氣體及反應性氣體，諸如金屬有機化合物及V族金屬之源。類似於圖1A之氣體注入器12，氣體注入器104合意地連接至冷卻劑系統(未展示)以使液體接近於氣體注入器104循環以便使氣體注入器104維持在所要溫度。可提供用於冷卻反應室140之壁之類似冷卻劑配置(未展示)。反應室140亦配備有配置在室140之底部處之排氣系統(未展示)，該排氣系統用以將廢氣自室140之內部移除以便准許氣體自氣體注入器104在向下方向上連續流動。 缸驅動總成120配置在室140內，使得安裝至缸驅動總成120之基座110之中央軸線在向上及向下方向上延伸。缸驅動總成120藉由習用貫穿裝置(未展示)安裝至室140，使得在缸驅動總成120與室140之壁之間維持密封。藉由缸驅動馬達122使缸驅動總成120旋轉。 基座110耦合至缸驅動總成120之頂部端，使得基座110之頂部表面最接近於氣體注入器104。基座110可係固持單個晶圓106之單晶圓載體保持系統或可支撐多個晶圓。 基座110具有圍繞中央軸線配置之大體圓形剖面，且室140、加熱器130及氣體注入器104亦經配置使得其關於同一中央軸線對稱。 加熱器130安裝在室140內且在基座110下面。在習用MOCVD程序中，致動加熱器130且缸驅動馬達122操作以使缸總成120以所要速度旋轉。在若干實施例中，使缸驅動總成以自大約50轉/分鐘至大約1500轉/分鐘之旋轉速度旋轉。可致動前體氣體源以透過氣體注入器104供應氣體。該等氣體向下朝向基座110通過且跨越晶圓106之表面流動且然後經載運至排氣系統。因此，晶圓106之頂部表面曝露至包含由程序氣體供應系統供應之各種前體氣體之混合物之程序氣體。在若干實施例中，頂部表面處之程序氣體主要由載體氣體組成。在化學氣相沈積程序之一項實施例中，載體氣體可係氮，且因此晶圓載體之頂部表面處之程序氣體主要由氮以及某些量之反應氣體分量組成。 加熱器130經組態以主要藉由輻射熱傳遞而將熱傳遞至基座110。在替代實施例中，藉由某一其他機制(諸如感應熱傳遞)加熱基座110可係可能的。施加至基座110之熱穿過基座110之主體向上流動至其頂部表面。熱自基座110之頂部表面輻射至室140之冷卻器元件，諸如(舉例而言)輻射至室140之壁且輻射至氣體注入器104。熱亦自基座110之頂部表面及晶圓106之頂部表面傳遞至在此等表面上方通過之程序氣體。 窗口或視埠(圖1A中之物項30；圖1B中之物項300)配置在反應器外殼10或反應器140之頂部表面中，該窗口或視埠維持密封以阻止前體氣體進入同時允許至反應器室中之光學量測。如下文更詳細地闡述，與視埠30或300通信之本文中所闡述之系統可用於在兩個或兩個以上徑向位置處進行對在晶圓上成長之半導體層之厚度之量測。此等資料可用於對半導體層之厚度及徑向輪廓進行即時校正。 當使磊晶膜成長時可在單晶圓旋轉系統(舉例而言，圖1B中所展示之系統)中之晶圓上之兩個半徑處進行原位 厚度量測。基於此兩個量測，可調整晶圓之中心處之「中心」或「視埠」氣流量以調諧均勻性。此調整可應用於下一運行或可連續地應用於進行中之運行。另一選擇係，可相對地調整其他流量以產生徑向調諧效應。 對於AlGaN層，舉例而言，改變徑向內部及外部前體氣體輸入之流率獨立地改變厚度均勻性。另外，當內部及外部流量變化時組合物之均勻性(亦即，所成長材料中之鋁與鎵比率)亦改變。在若干實施例中，可開發流量如何影響組合物之以分析方式或以實驗方式判定之模型，且彼模型可用於計算對彼等流率之恰當調整以維持組合物同時達成厚度均勻性。可針對具有不同組合物或厚度之其他層之均勻性開發類似回應模型。 圖2係晶圓之頂部表面228之平面圖。頂部表面228關於中央軸線225徑向地定中心。頂部表面228與先前關於圖1所闡述之頂部表面28相似，且中央軸線225與中央軸線25相似。頂部表面228經組態以在反應器室中圍繞中央軸線225旋轉，曝露至前體氣體以促進其上之磊晶成長。 目標區域(內部目標222I及外部目標222O)自中央軸線225徑向向外配置。在圖2中所展示之實施例中，內部目標222I及外部目標222O在自中央軸線225徑向向外延伸之線上彼此對準。在替代實施例中，目標222I及222O可配置在各種位置中之任一者處，只要其在彼此不同之徑向位置處即可。在進一步實施例中，兩個以上目標可配置在頂部表面228上。 內部目標222I與內部軌道224I相關聯。同樣地，外部目標222O與外部軌道224O相關聯。此等軌道224I及224O係在頂部表面228圍繞中央軸線225之旋轉期間分別通過目標222I及222O的頂部表面228之部分。內部目標222I及外部目標222O係朝經引導向頂部表面228之光之目標。舉例而言，在一項實施例中，光源可配置在圖1之反應器室10外側，其中光經引導穿過窗口30朝向內部目標222I及外部目標222O。在一項實施例中，光可係「白光」或全光譜。基於所反射光之光譜，可確定內部目標222I及外部目標222O中之每一者處之厚度。 基於原位厚度量測，量測之某一組合(舉例而言，平均化或平滑化)可用於判定是否達成目標厚度。目標可藉由以下方式來達成：調整反應劑之流量以改變成長速率或在達到目標厚度之後旋即完全結束成長(亦即，移動至下一處方步驟)。 另外，基於兩個半徑厚度量測，可相對於總流量獨立地控制中心注入器或視埠流量以達成在徑向方向上之厚度輪廓均勻性。在另一實施例中，可存在兩個以上半徑之厚度量測。在其他實施例中，可基於應用而控制中心流量以產生所要非均勻輪廓。 在若干實施例中，可使用用以量測厚層(諸如C-GaN或AlGaN緩衝層)之成長之習用反射計實施用於產生所要厚度之均勻層之此方法。在若干實施例中，白光光譜反射計可量測薄層，諸如傳統高電子遷移率電晶體(HEMT)裝置(舉例而言)中之AlGaN障壁。 此外，在開環系統中，可判定新前體流率以更新用於前體或稀釋氣體流量之處方。舉例而言，在若干實施例中，可添加特定次要化學物質以計及由於系統所採取之厚度控制措施而導致之任何組合物轉變。此外，在若干實施例中，多個層可積累，彼此上下地磊晶成長，且各種層可具有不同化學組合物。在某些系統中，厚度控制機制(諸如本文中所闡述之彼等厚度控制機制)可用於判定應何時變更處方以便開始使隨後層在已達到其預定所要最終厚度之較早層之頂部上成長。 在若干實施例中，可實施閉環控制系統，該閉環控制系統增加中心稀釋流量以便稀釋前體以用於減小中心厚度或者減少中心稀釋流量以用於增加中心厚度。在若干實施例中，可執行一系列實驗以量測對中心流量之調整之效應。可觀察流率或濃度之此等改變以及對均勻性及厚度之所得影響並將其存儲於資料庫中以預測需要何種調整來達成均勻性之所要改變。在若干實施例中，實驗結果可用於驗證可在不運行更多實驗之情況下進一步增強資料庫的厚度均勻性之模型化。 圖3A展示使用習用磊晶成長程序進行之層之厚度分佈。在此實施例中，層厚度在中心顯著較高，且隨著距晶圓之中心之半徑距離增加而減小。通常，在習用系統中，可量測如此之非均勻層厚度且可修改諸如中心流率及/或濃度或徑向外部流率及/或濃度之程序條件以增加均勻性。做出此等改變可採取多個程序運行，且亦可影響總厚度。因此，其可進行多次嘗試以產生既係所要厚度亦跨越整個徑向輪廓係均勻地厚之層或層堆疊。 圖3B及圖3C係根據實施例之兩個磊晶成長層之厚度圖式。不僅厚度彼此一致，而且厚度之標準偏差係相當低的。因此，在圖3A及圖3B之實施例中，既存在層內厚度均勻性，且亦存在圖3B及圖3C中所展示之兩個層之厚度之運行間均勻性。在圖5處展示一個磊晶成長層之厚度輪廓之一個剖面之圖形繪示。 圖4A係用於偵測如上文所闡述之所反射光以根據預定層厚度及材料分佈設定處方或流率之系統400A之示意圖。 系統400A包含將處方載入至經組態以修改各種前體之流量之控制器407中。如上文所闡述，在若干實施例中，控制器407可修改徑向內部流動路徑、徑向外部流動路徑或兩者之流率或氣體組合物。 光源401穿過視埠403將白光引導至反應器室404中。以此方式經引導之光照射在晶圓406上成長之磊晶層405。經照射晶圓使光穿過視埠403往回反射從而進入偵測器402。基於對所反射光之量測，控制器407調整至反應器室404之一或多個流量。 應理解，雖然圖4A之系統400A係簡化示意圖，但可做出各種其他替代方案或變化。舉例而言，光源401及偵測器402可裝納在如所展示之單個總成中，或可係分開的。此外，在若干實施例中，可使用各種視埠形狀及位置以及任何數目個額外光源或偵測器來在其他位置處偵測層405之特性。 在若干實施例中，控制器407可基於在偵測器402處所感測到之所反射光及所要厚度及/或徑向厚度均勻性之初始輸入而以自動化方式調整至反應器室404之流量。在替代實施例中，控制器407亦可考量在磊晶成長程序之開始提供之使用者輸入，諸如所要最終厚度、均勻性或材料組合物輪廓。在更進一步實施例中，系統400A可採用在磊晶成長期間提供之同時使用者控制。在更進一步實施例(包含其中多個層成長於具有一或多個室之共同系統中之彼等實施例)中，來自各種層之所偵測反射可彼此組合使用以修改每一個別晶圓處之流率。舉例而言，在其中某些層比其他層成長得快之批式反應器中，可減少前體氣體流量或可改變前體氣體之組合物以阻止該批次具有非均勻厚度。 圖4B及圖4C係展示根據實施例之用於控制磊晶成長層之厚度及均勻性之反覆連續程序400B及400C之流程圖。 圖4B繪示程序400B，程序400B係用於操作諸如圖4A之系統400A之系統的一種方法。根據程序400B，基於自反應器412中之層之反射率而進行徑向內部厚度量測410及徑向外部厚度量測411，如先前關於圖3及圖4A所闡述。彼兩個量測之間的差經判定以發送至控制器413，控制器413修改由使用者經由處方414提供之氣體流量。至反應器412之新氣體流量可導致層之成長速率之改變，以改變總體厚度或改變層之徑向厚度輪廓。 圖4C繪示程序400C，其中進行在反應器421中成長之層之平均厚度量測420。與將使層成長之預定總時間(如處方423中所規定)組合使用厚度之量測及彼等量測之增加速率來預測最終厚度422。控制器424修改在處方423處提供之氣體流量，且彼等經修改氣體流量改變層在反應器421中成長之速率。藉由反覆地調整此等流量，控制器424達成由處方423設定之最終厚度，即使總成長時間不同於原始估計/輸入。 圖5繪示根據實施例之來自四個不同晶圓之層厚度。在每一線中，操作者嘗試製成具有徑向均勻厚度之3.8 µm層厚度。 前兩個晶圓與層厚度線500A及500B相關聯，且使用習用技術來製成。亦即，與層厚度線500A相關聯之晶圓首先經製成，且在徑向內部部分處具有極高厚度。由於此位準之膜厚度變化，晶圓不適合使用。因此，操作者增加稀釋氣體之徑向內部流率以使前體稀釋且減小徑向內部厚度。 儘管徑向內部部分在此調整之後經製成為較薄，如線500B中所展示，但層之總體厚度亦由於調整而在兩次運行之間減小。此外，調整將徑向內部厚度稍微過校正，從而導致晶圓之徑向內部部分處之低壓槽而非峰值。再次，晶圓上之此層可能並非足夠平滑的，或其可能並非足夠厚的，而不能使用或出售。 使用來自白色光源之連續回饋及反射率量測進行經展示為502A及502B之兩次運行。由於可連續地監測以此方式成長之層之厚度，因此顯著改良總體厚度之準確度，且在每一情形中接近於3.8 µm。此外，由於可在運行期間量測且校正徑向厚度之變化，因此厚度之徑向均勻性與習用地產生之層相比較顯著改良。在不使用與流率之生產後量測及調整(如基於由線500A及500B繪示之使用習用系統進行之第一運行所需要)相關聯之時間及資源之情況下，以此方式處理之兩個層對於使用或出售係可接受的。 在若干實施例中，總體厚度均勻性可經改良為比藉由習用方法可獲得之總體厚度均勻性更佳。舉例而言，習用方法可具有範圍為高達HEMT堆疊之1%變異係數(CV)的厚度之批次均勻性。使用本文中所闡述之方法及系統，厚度均勻性可在特定晶圓上且在總體批次內在不具有手動干預之情況下經改良為小於0.6% CV偏差。在進一步實施例中，跨越批次之總體厚度均勻性可在不具有手動干預之情況下經改良為小於0.3% CV。 此外，在包含AlGaN層之HEMT堆疊中，典型厚度要求介於20 nm與40 nm之間，其中變化為1 nm或更小。習用系統在不具有高位準之手動干預及/或超出此規格之零星運行之情況下無法達成此厚度。 在替代實施例中，可產生各種其他厚度、材料或層。在某些實施例中，可產生彼此上下地堆疊之多個層，且可控制每一層之總體厚度及徑向輪廓。 已在本文中闡述系統、裝置及方法之各種實施例。此等實施例僅以實例方式給出且不意欲限制本發明之範疇。此外應瞭解，已經闡述之實施例之各種特徵可以各種方式組合以產生眾多額外實施例。此外，雖然已闡述供與所揭示實施例一起使用之各種材料、尺寸、形狀、組態及位置等，但可在不超出本發明之範疇之情況下利用除所揭示之彼等材料、尺寸、形狀、組態及位置以外之其他材料、尺寸、形狀、組態及位置。 熟習此項技術者將認識到，實施例可包括比上文所闡述之任何一個個別實施例中所圖解說明少之特徵。本文中所闡述之實施例不意欲為可組合本發明之各種特徵之方式之詳盡呈現。因此，實施例並非特徵之互相排斥組合；而是，替代實施例可包括選自不同個別實施例之不同個別特徵之組合，如熟習此項技術者所理解。此外，除非另有所述，否則可在其他實施例中實施關於一項實施例所闡述之元件，即使當未在此等實施例中闡述該等元件時。儘管獨立請求項可在申請專利範圍中係指與一或多個其他請求項之特定組合，但其他實施例亦可包含獨立請求項與每一其他獨立請求項之標的物之組合或者一或多個特徵與(一或若干)其他獨立請求項之組合。除非陳述特定組合並非既定的，否則本文中提出此等組合。此外，亦意欲在任何其他獨立請求項中包含一請求項之特徵，即使此請求項不直接依附於該獨立請求項。
10‧‧‧反應室/反應器室/室/反應器外殼
12‧‧‧氣體注入器
14‧‧‧前體氣體源/程序氣體供應系統
16‧‧‧冷卻劑系統
18‧‧‧排氣系統
20‧‧‧主軸/缸驅動件
22‧‧‧習用旋轉貫穿裝置
24‧‧‧基座/晶圓載體
25‧‧‧中央軸線
26‧‧‧加熱元件
28‧‧‧頂部表面
30‧‧‧物項/視埠/窗口
100‧‧‧化學氣相沈積設備
104‧‧‧氣體注入器
106‧‧‧晶圓
110‧‧‧基座
120‧‧‧缸驅動總成/缸總成
122‧‧‧缸驅動馬達
130‧‧‧加熱器
140‧‧‧反應器室/反應室/室
222I‧‧‧內部目標/目標
222O‧‧‧外部目標/目標
224I‧‧‧內部軌道/軌道
224O‧‧‧外部軌道/軌道
225‧‧‧中央軸線
228‧‧‧頂部表面
300‧‧‧物項/視埠
400A‧‧‧系統
400B‧‧‧程序
400C‧‧‧程序
401‧‧‧光源
402‧‧‧偵測器
403‧‧‧視埠
404‧‧‧反應器室
405‧‧‧磊晶層/層
406‧‧‧晶圓
407‧‧‧控制器
410‧‧‧徑向內部厚度量測
411‧‧‧徑向外部厚度量測
412‧‧‧反應器
413‧‧‧控制器
414‧‧‧處方
420‧‧‧平均厚度量測
421‧‧‧反應器
422‧‧‧最終厚度
423‧‧‧處方
424‧‧‧控制器
500A‧‧‧層厚度線/線
500B‧‧‧層厚度線/線
502A‧‧‧運行
502B‧‧‧運行
可考量以下詳細闡述而更全面地理解實施例，其中： 圖1A係根據實施例之化學氣相沈積反應器室之剖面透視圖。 圖1B係根據實施例之化學氣相沈積反應器室之剖面圖。 圖2係根據實施例之基座之平面圖，其繪示量測區帶。 圖3A係使用先前技術量測及校正技術製成之晶圓及其上之若干層之等高線圖。 圖3B係根據實施例製成之晶圓及其上之若干層之等高線圖。 圖3C係根據實施例製成之晶圓及其上之若干層之等高線圖。 圖4A至圖4C繪示根據實施例之用於在晶圓上形成若干層之方法。 圖5係繪示晶圓上之層(包含根據實施例製成之彼等)之厚度輪廓之圖表。 雖然實施例易做出各種修改及替代形式，但已在圖式中以實例方式展示且將詳細地闡述其特定細節。然而，應理解，不意欲將本發明限制於所闡述之特定實施例。相反地，意欲涵蓋歸屬於如由隨附申請專利範圍界定之本發明精神及範圍內之所有修改、等效內容及替代方案。

Claims (10)

  1. 一種用於控制磊晶成長層之厚度輪廓之方法，該方法包括： 提供反應器，該反應器包括控制器、徑向內部氣體注入器及徑向外部氣體注入器； 在該控制器處判定至少兩個前體及/或稀釋氣體流率，其中， 第一前體及/或稀釋氣體流率與該徑向內部氣體注入器相關聯；且 第二前體及/或稀釋氣體流率與該徑向外部氣體注入器相關聯； 基於該等所判定至少兩個前體及/或稀釋氣體流率，在該徑向內部氣體注入器及該徑向外部氣體注入器中之每一者處供應前體及/或稀釋氣體以使該層成長； 經由配置在該反應器中之光學透明視埠用白色光源照射該層之徑向內部軌道且照射該層之徑向外部軌道； 偵測經反射離開該層之該徑向內部軌道及該層之該徑向外部軌道中之每一者的來自該白色光源之照射；及 基於該所偵測照射，修改該至少兩個前體及/或稀釋氣體流率中之至少一者之該等氣體流率。
  2. 如請求項1之方法，其中該所偵測照射指示該層之厚度，且其中該方法進一步包括基於該所偵測照射更新由該控制器用來判定該至少兩個前體及/或稀釋氣體流率之處方。
  3. 如請求項2之方法，其進一步包括判定該層在該徑向內部軌道處及在該徑向外部軌道處之該等厚度，且然後 獨立地修改該第一前體及/或稀釋氣體流率及該第二前體及/或稀釋氣體流率，以增強該層之徑向厚度均勻性； 調整該至少兩個前體及/或稀釋氣體流率以達成該層之預定最終厚度或所要成長速率；及 當該層具有預定最終厚度時停止該層之該成長。
  4. 如請求項2之方法，其中該經更新處方對應於具有不同於該層之材料組合物之第二層，且該第二層係在該層上磊晶成長。
  5. 一種用於化學氣相沈積之系統，該系統包括： 反應器，其具有： 密封外殼，其具有光學透明視埠； 徑向內部氣體注入器，其經組態以遞送第一前體及/或稀釋氣體；及 徑向外部氣體注入器，其經組態以遞送第二前體及/或稀釋氣體； 光學系統，其與該光學透明視埠通信，該光學系統包括： 白色光源，其經配置以將光引導穿過該視埠且朝向晶圓之徑向內部部分及該晶圓之徑向外部部分兩者； 偵測器系統，其經組態以接收自該晶圓之該徑向內部部分反射之該光及自該晶圓之該徑向外部部分反射之該光；及 控制器，其經組態以基於自該晶圓之該徑向內部部分反射之該所偵測光及自該晶圓之該徑向外部部分反射之該所偵測光來調整該第一前體及/或稀釋氣體流率及該第二前體及/或稀釋氣體流率中之至少一者。
  6. 如請求項5之系統，其中該偵測器系統包括經配置以接收自該晶圓之該徑向內部部分及該晶圓之該徑向外部部分兩者反射之光的單個偵測器。
  7. 如請求項5之系統，其中該偵測器系統包括經配置以接收自該晶圓之該徑向內部部分反射之光之第一偵測器及經配置以接收自該晶圓之該徑向外部部分反射之光之第二偵測器。
  8. 一種晶圓，其藉由如下程序製成： 提供反應器，該反應器包括控制器、界定徑向內部區帶之徑向內部氣體注入器及界定徑向外部區帶之徑向外部氣體注入器； 在該控制器處判定至少兩個前體及/或稀釋氣體流率，其中 第一前體及/或稀釋氣體流率與該徑向內部區帶相關聯；且 第二前體及/或稀釋氣體流率與該徑向外部區帶相關聯； 在該徑向內部注入器及該徑向外部注入器處供應前體及/或稀釋氣體； 使層在該晶圓上磊晶成長，其中該層具有在該徑向內部區帶處之徑向內部部分及在該徑向外部區帶處之徑向外部部分； 經由該反應器中之光學透明視埠用白色光源照射該層之該徑向內部部分及該層之該徑向外部部分； 偵測經反射離開該徑向內部部分及該徑向外部部分中之每一者的來自該白色光源之照射； 基於該所偵測照射，修改該至少兩個前體及/或稀釋氣體流率； 判定該層何時具有預定厚度及徑向均勻性；及 重複以上步驟直至已產生包含具有預定厚度及徑向均勻性之層之該晶圓為止。
  9. 如請求項8之晶圓，其中該層具有選自由以下各項組成之群組之組合物： AlGa1-x Nx ，其中0 ≤ x ≤ 1， GaN， AlN，及 前述各項之未經摻雜層、經p摻雜層及經n摻雜層，以及其混合物。
  10. 如請求項8之晶圓，其中該等磊晶成長層包括複數個層，且其中該複數個層內之至少兩個層包含彼此不同之材料組合物。
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