TWI503442B - And means and means for simultaneously depositing a plurality of semiconductor layers in a plurality of processing chambers - Google Patents

And means and means for simultaneously depositing a plurality of semiconductor layers in a plurality of processing chambers Download PDF

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Description

用以在多個處理室內同時沉積多個半導體層的裝置與方法
本發明係有關於一種將至少一層，特別是半導體層沉積於多個基板上之方法，其中，在一鍍覆裝置內由一共用供氣裝置為多個特定言之結構相同的處理室提供處理氣體，此等處理氣體分別由一進氣機構送入各處理室，該處理室之基座上放置有一或多個待鍍覆基板，其中，處理室頂部與處理室底部之間距所形成的處理室高度可變且可對該層之生長率產生影響。
本發明亦有關於一種用於將至少一層，特別是半導體層沉積於多個基板上之裝置，包括一反應器殼體，該反應器殼體具有多個結構大致相同之處理室，其中，每個處理室皆具有一用於將處理氣體送入該處理室之進氣機構及一用於容置至少一基板之基座，處理室頂部與處理室底部之間距所形成的處理室高度可由一調節元件調節，該裝置另包括一用於為該等處理室提供處理氣體之共用供氣裝置。
DE 10 2005 056 323 A1描述一種裝置，其具有反應器殼體，此反應器殼體內設有多個處理室。此裝置另具有一用於提供多種運載氣體及處理氣體之供氣單元。該等處理氣體分別由進氣機構定量送入各處理室。為了進行卸料或加料，基座可原位下降以加大處理室高度。在該等處理室內進行MOCVD處理。
DE 102 17 806 A1描述一種用於進行MOCVD處理的裝置，與前述處理室相同，此處亦由蓮蓬頭狀進氣機構將處理氣體送入處理室。可藉由影響處理室之高度以對沉積於該處理室內的層之生長參數施加影響。此點透過多個調節元件而實現，此等調節元件可使基座及固定於該基座上之加熱裝置上下移動。
DE 10 2004 007 984 A1描述一種可在層生長過程中以光學方式測定某些層參數之CVD反應器。為此，在一進氣機構的後壁中有多個感測器成排佈置，其中，自基板至感測器之光程穿過進氣機構之排氣口。
在一同類型裝置中，多個處理室同步實施相同的生長過程。
本發明之目的在於提供相應措施，使得沉積於所有基板上之層的層厚大致相同。
上述類型之多處理室反應器的處理室存在一定差別，會導致不同的層生長，因此，每個處理室皆須單獨採取措施以修正其層生長。實驗表明，生長率除與處理氣體之成分及濃度相關外亦與處理室高度有關。有鑒於此，本發明用以達成上述目的之解決方案為，在層生長過程中連續或以極短間隔對每個處理室中至少一基板上的層厚進行量測。在生長過程中用調節器及調節元件調節處理室。該調節之目的係在該等處理室內沉積相同層厚的層。生長率隨處理室高度增加而降低。舉例而言，若層厚量測裝置在沉積處理過程中發現某個處理室內已沉積之層的厚度大於其餘處理室內的層，則由該調節器在生長過程中為用於調節處理室高度之調節元件提供相應修改值，以便(例如)使基座下降一定程度以增加處理室高度。作為替代方案，該調節器亦可向其餘處理室之調節元件發出降低處理室高度之指令以提高其生長率。根據即時處理室高度選擇何種實施方案。該即時處理室高度不得低於規定最小值或高於規定最大值。
根據本發明一種較佳改良方案，在該處理室內不同位置上，特別是在與該大致旋轉對稱之處理室的中心相隔不同徑向距離的位置上測定該層厚。此點較佳藉由一種如DE 10 2004 007 984 A1所揭示之光學量測裝置而實現，該光學量測裝置為一光電二極體陣列，設在一進氣機構之腔室後壁上，使得光程穿過該進氣機構底面上的排氣口。該層厚量測裝置亦可佈置於反應器殼體外部。該量測裝置可透過一光導體與該處理室連接。亦可使用於測定層厚的光線穿過一管件後到達感測器表面。
本發明之裝置具有一可為每個處理室提供處理氣體的供氣裝置。可設置多個各為一個進氣機構提供處理氣體的定量單元。該進氣機構係一蓮蓬頭狀部件，其底面設有多個排氣口，較佳為III族有機金屬成分及V族氫化物之處理氣體經該等排氣口進入處理室。該進氣機構之底面構成該處理室之頂部，該基座之頂面構成該處理室之底部。該基座上平放有一或多個待鍍覆基板。一排氣環圍繞該大致呈圓形的處理室延伸，該排氣環透過一排氣管與一壓力調節器連接。所有處理室皆連接在一共用真空泵上。該石墨質基座下方設有一用於將該基座加熱至處理溫度之加熱裝置。可用一調節元件調節該基座及該處理室之高度。前述層厚量測裝置佈置在該進氣機構背面，並在處理過程中穿過該排氣口以光學方式量測該層厚。但該層厚量測裝置亦可佈置於反應器殼體外部。此時，該層厚量測裝置例如可藉由一光導體與該處理室連接。但亦可利用一管件來建立與處理室的光學連接。該管件亦可經惰性氣體沖洗。設有一調節器。該調節器自該層厚量測裝置接收輸入量測值。該調節器對即時測得層厚進行比較並為該等調節元件提供調節值，以便將處理室高度調節至使得所沉積之層具有相同層厚之程度。
下文將藉由附圖對本發明之實施例進行說明。
在由優質鋼構成的反應器殼體1內共設有四個處理室2.1、2.2、2.3、2.4。每個處理室2.1、2.2、2.3、2.4皆由一進氣管13單獨提供處理氣體。在附圖中，每個處理室僅示出單獨一個進氣管13。亦可設置多個進氣管13，但所有進氣管皆與一共用供氣裝置11相連。供氣裝置11具有多個閥及質量流量量測器，以便對處理氣體進行單獨定量。
反應器1每個處理室內皆設有一蓮蓬頭狀進氣機構3。該進氣機構具有一後板及一與之相隔一定距離之前板，該後板上安裝有光學感測器17及層厚量測裝置10，該前板上設有多個排氣口18。光學感測器17之光程穿過部分排氣口18。處理氣體被送入進氣機構3的後板與前板間之腔室並經由排氣口18進入處理室2。
在由進氣機構3的底面所構成之處理室頂部8下方設有一基座4，其頂面構成一平行於處理室頂部8延伸的處理室底部9。基座4上放有一待鍍覆基板5。然而亦可在基座表面放置多個同時接受鍍覆處理之基板。基座4亦可圍繞一中心軸受到旋轉驅動。
該基座下方設有用於將基座加熱至處理溫度的加熱裝置16。
設有一用於承載加熱裝置16及基座4之支架7。藉由調節元件6可使支架7在其直方向上位移，從而使得基座4連同加熱裝置16一起自圖1中用實線表示的位置上升至虛線所示位置。藉此，該處理室之高度H，即處理室頂部8與處理室底部9之間距得以降低。
處理室2之側壁由排氣環21構成，該排氣環透過排氣管與壓力調節器19連接。該壓力調節器19可為節流閥。處理室2的所有節流閥皆與一共用真空泵20相連。
設有一電子調節器12。該調節器透過資料線14自每個層厚量測裝置10接收一輸入值，該輸入值為即時測得層厚。若量測裝置10具有多個光學感測器17，則調節器12將獲得相應數量之資料。調節器12藉此為每個處理室測定一平均層厚。
調節器12對層厚進行比較並得出偏差。若調節器12發現某個處理室內的平均層厚小於其他處理室或某個處理室內的平均層厚大於其他處理室，該調節器將採取升高或降低一或多個處理室內之基座4與加熱裝置16的相應措施。透過資料線15將相關調節值傳輸給高度調節元件6。
在通常的MOCVD處理過程中，一III族有機金屬成分連同運載氣體氫氣及一V族氫化物在低壓範圍內經進氣機構3進入處理室，在此情況下，III-V層之生長率隨處理室高度H增加而降低。因此，藉由將基座4上升或下降可改變生長率。整體而言，此點透過在每個處理室2.1至2.4內沉積層厚大致相同的層而實現。採用某種方式進行調節，使得各處理室2.1至2.4內所發生之生長過程具有大致相同的平均生長率。若沉積過程中各處理室2.1至2.4內之實際生長率有所差異，便需改變處理室高度。其中，可有意識地進行過度補償以平衡層厚差異。
與圖1所示實施例不同，在圖3所示實施例中，光學感測器17佈置於反應器殼體1外部。該實施例中，光學感測器17安裝在反應器殼體蓋上且與一貫穿進氣機構3之管件連接。層厚量測裝置10具有一與基板光學連接之感測器表面。圖3中，每個處理室2.1、2.2僅示出一個層厚量測裝置10。本實施例亦可設置多個層厚量測裝置以便對基板不同位置上的生長率進行量測。
根據另一未圖示方案，用光導體代替上述管件為光學感測器17與處理室建立光學連接。
根據另一未圖示方案，反應器壁部僅設有一光學窗口，光學感測器17佈置在該光學窗口背面。
透過本發明之方法可在本發明之裝置內沉積由GaN、AlGaN、InGaN、GaAs、InP、AlGaAs、InGaAs等材料構成的層。在採用TMGa及NH3 GaN進行沉積的沉積處理過程中，對生長率r與處理室高度間之相關性進行了測定。圖4係總壓為6.6 kPa、26.6 kPa及40 kPa時相應的測得值。可以看出，相比較低生長率，總壓較高時生長率(μm/h)與處理室高度H之相關性更大。
所有已揭示特徵(自身即)為發明本質所在。故本申請之揭示內容亦包含相關/所附優先權檔案(在先申請副本)所揭示之全部內容，該等檔案所述特徵亦一併納入本申請之申請專利範圍。附屬項採用可選並列措辭對本發明針對先前技術之改良方案的特徵予以說明，其目的主要在於在該等請求項基礎上進行分案申請。
1．．．反應器殼體/反應器/鍍覆裝置
2．．．處理室
2.1．．．處理室
2.2．．．處理室
2.3．．．處理室
2.4．．．處理室
3．．．進氣機構
4．．．基座
5．．．基板
6．．．(高度)調節元件
7．．．支架
8．．．處理室頂部
9．．．處理室底部
10．．．層厚量測裝置
11．．．供氣裝置
12．．．調節器
13．．．進氣管
14．．．資料線
15．．．資料線
16．．．加熱裝置
17．．．光學感測器/光學感測器裝置
18．．．排氣口/開口
19．．．壓力調節器/壓力調節裝置
20．．．真空泵
21．．．排氣環
H．．．處理室高度
R．．．生長率
I-I．．．切割線
II-II．．．切割線
圖1為一多處理室反應器沿圖2中I-I切割線所截取的截面圖；
圖2為沿圖1中II-II切割線所截取的剖面圖；
圖3與圖1類似，為另一實施例；及
圖4為在不同總壓下測得的生長率與處理室高度H之關聯圖。
1．．．反應器殼體/反應器/鍍覆裝置
2.1．．．處理室
2.2．．．處理室
3．．．進氣機構
4．．．基座
5．．．基板
6．．．(高度)調節元件
7．．．支架
8．．．處理室頂部
9．．．處理室底部
10．．．層厚量測裝置
11．．．供氣裝置
12．．．調節器
13．．．進氣管
14．．．資料線
15．．．資料線
16．．．加熱裝置
17．．．光學感測器/光學感測器裝置
18．．．排氣口/開口
19．．．壓力調節器/壓力調節裝置
20．．．真空泵
21．．．排氣環
H．．．處理室高度
II-II．．．切割線

Claims (8)

  1. 一種將至少一層，特別是一半導體層沉積於多個基板(5)上之方法，其中，在一鍍覆裝置(1)內由一共用供氣裝置(11)為多個特定言之結構相同的處理室(2)提供處理氣體，此等處理氣體分別由一進氣機構(3)送入該處理室(2)，在該處理室中，在一基座(4)上放置有一或多個待鍍覆基板(5)，其中，由一處理室頂部(8)與一處理室底部(9)之間距所界定的處理室高度(H)可變且可對該層之生長率產生影響，其特徵在於，在層生長過程中連續或以極短間隔對每個處理室(2)中至少一基板(5)上的層厚進行量測並用一調節器(12)及一調節元件(6)調節該處理室高度(H)，以在該等處理室內沉積相同層厚的層。
  2. 如申請專利範圍第1項之方法，其中，用一光學感測器裝置(17)量測該層厚，該光學感測器裝置佈置在一形成一腔室之進氣機構(3)的後壁上且其光程穿過該進氣機構(3)一構成該處理室頂部(8)之開口(18)。
  3. 如申請專利範圍第1項之方法，其中，設有一共用抽氣裝置(20)，每個處理室(2)皆單獨分配有一壓力調節裝置(19)。
  4. 如申請專利範圍第1項之方法，其中，在該等處理室(2)內實施一MOCVD處理。
  5. 一種用於將至少一層，特別是一半導體層沉積於多個基 板(5)上之裝置，包括一反應器殼體(1)，該反應器殼體具有多個結構大致相同之處理室(2)，其中，每個處理室(2)皆具有一用於將處理氣體送入該處理室(2)之進氣機構(3)及一用於容置至少一基板(5)之基座(4)，由一處理室頂部(8)與一處理室底部(9)之間距所形成的處理室高度(H)可由一調節元件(6)調節，該裝置另包括一用於為該等處理室(2)提供該處理氣體之共用供氣裝置(11)，其特徵在於，每個處理室(2)皆具有一用於在層生長過程中在至少一基板上連續或以極短間隔測定該層之層厚的層厚量測裝置(10)，設有一調節器(12)，其輸入值為該等層厚量測裝置(10)所測定之層厚，其輸出值為提供給該等調節元件(6)之調節值。
  6. 如申請專利範圍第5項之裝置，其中，該基座(4)下方設有一特定言之可隨該基座(4)進行豎向位移之加熱裝置(16)。
  7. 如申請專利範圍第5項之裝置，其中，由該調節器(12)傳輸給該等調節元件(6)之調節值與該層厚量測裝置(17)所測得之層厚相關。
  8. 如申請專利範圍第7項之裝置，其中，該調節器(12)採用可藉由改變該處理室高度(H)而沉積相同層厚的層的設計。
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