TWI594351B - 半導體基板處理系統 - Google Patents

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Description

半導體基板處理系統
本發明之實施例大體而言係關於一種基板處理系統。
因為互補金屬氧化物半導體(CMOS)裝置之關鍵尺寸持續收縮，所以需要將新穎材料併入到CMOS架構中，(例如)以改良能效及/或速度。一個此類材料之群組為III-V族材料，該等材料可在(例如)電晶體裝置之通道中使用。不幸地是，目前處理設備及方法未能生產出具有合適材料品質(諸如低缺陷密度、組分控制、高純度、形態、晶圓內均勻度及連續執行再現性)之III-V族薄膜。另外，由於相容性問題，目前用於III-V族材料的處理設備並未(例如)在叢集工具中與其他CMOS裝置處理設備(例如處理腔室)整合以促進預清洗、退火及/或具有高介電係數的介電性材料之沈積。舉例而言，該等相容性問題可為小基板尺寸、低III-V族薄膜純度或品質及/或低腔室耐用性。
因此，發明者已提供用於在基板上沈積材料(例如，III-V族材料)之改良的方法及設備。
本文提供用於處理基板之設備。在一些實施例中，該發明性設備可有利地用於使用III-V族材料的處理基 板。在一些實施例中，處理系統可包括：第一移送室，該第一移送室能夠將基板移送至耦接至第一移送室的一或多個處理腔室，或接收來自該一或多個處理腔室之基板；及沈積一或多個III-V族材料的第一處理腔室，該第一處理腔室耦接至移送室，處理腔室進一步包含：基板支座，該基板支座配置於該處理腔室中以支撐位於處理腔室中理想位置的基板之處理表面；噴射器，該噴射器安置至該基板支座之第一側且具有提供第一製程氣體的第一流徑及提供獨立於第一製程氣體之第二製程氣體的第二流徑，其中噴射器經放置以遍及基板之處理表面提供第一製程氣體及第二製程氣體；噴淋頭，該噴淋頭安置於基板支座上方以提供第一製程氣體至基板之處理表面；及排氣口，該排氣口安置於基板支座之第二側，與噴射器相對，以排出來自處理腔室之第一製程氣體及第二製程氣體。
在一些實施例中，處理系統可包括：第一移送室，該第一移送室能夠將基板移送至耦接至第一移送室的一或多個處理腔室，或從該一或多個處理腔室接收基板；及沈積一或多個III-V族材料的第一處理腔室，該第一處理腔室耦接至移送室，處理腔室進一步包含：基板支座，該基板支座安置於該處理腔室中以支撐位於處理腔室中理想位置的基板之處理表面；噴射器，該噴射器安置至基板支座之第一側且具有提供第一製程氣體的第一流徑及提供獨立於第一製程氣體之第二製程氣體的第二流 徑，其中噴射器經放置以遍及基板之處理表面提供第一製程氣體及第二製程氣體；第一氣源，該第一氣源耦接至噴射器以提供第一製程氣體，其中第一製程氣體包含第三族元素；第二氣源，該第二氣源耦接至噴射器以提供第二製程氣體，其中該第二製程氣體包含第五族元素；及排氣口，該排氣口安置至基板支座之第二側，與噴射器相對，以排出來自處理腔室之第一製程氣體及第二製程氣體。
在一些實施例中，用於沈積III-V族材料的處理系統可包括：第一移送室，該第一移送室具有第一機器人，該第一機器人經配置以在耦接至第一移送室的各處理腔室之間移送基板；第二移送室，該第二移送室具有第二機器人，該第二機器人經配置以在耦接至第二移送室的各處理腔室之間移送基板；一或多個中間裝載閘，該一或多個中間裝載閘安置於第一移送室與第二移送室之間且將第一移送室耦接至第二移送室以使得在第一移送室及第二移送室內的腔室參數得到獨立控制；沈積III-V族材料的第一處理腔室，該第一處理腔室耦接至第一移送室；耦接至第二移送室的第二處理腔室或第三處理腔室中之一或多者，該第二處理腔室或第三處理腔室中之一或多者分別地經配置以電漿清洗基板或在基板上沈積具有高介電係數的介電質；耦接至第一移送室的第四處理腔室或第五處理腔室中之一或多者，該第四處理腔室或第五處理腔室中之一或多者分別地經配置以使基板退 火或沈積III-V族材料；及耦接至第二移送室之一或多個第二裝載閘腔室，該一或多個第二裝載閘腔室耦接至該第二移送室且經配置以促進基板進入叢集工具或從叢集工具中退出。
本發明之其他及進一步實施例描述如下。
本文提供用於在基板上沈積材料的方法及設備。在一些實施例中，發明性方法及設備可有利地用於在基板上沈積III-V族材料。發明性方法及設備有利地提供適合於互補金屬氧化物半導體(CMOS)應用之III-V族薄膜之沈積。在一些實施例中，發明性設備可有利地提供諸如砷化鎵(GaAs)、砷化銦鎵(InGaAs)、砷化銦鋁(InAlAs)、磷化銦(InP)及類似材料之III-V族材料至主流矽基CMOS裝置製造中的併入。
第1圖為根據本發明之一些實施例的示例性多腔室處理系統100之示意性俯視圖。合適的多腔室處理系統之實例包括ENDURA®處理系統、CENTURA®處理系統及PRODUCER®處理系統，該等處理系統可自應用材料公司(Applied Materials,Inc)購得。可經調適以受益於本發明之另一相似之多腔室處理系統揭示於標題名稱為「Stage Vacuum Wafer Processing System and Method」且授權公告於1993年2月16日的美國專利第5,186,718號中。
系統100大體包括第一移送室102及第二移送室104。第一移送室102及第二移送室104可為真空腔室且可由將第二移送室104耦接至第一移送室102的一或多個中間裝載閘腔室106、108分離。第一移送室102及第二移送室104能夠將基板移送至耦接至第一移送室102或第二移送室104的一或多個處理腔室或從該一或多個處理腔室接收基板。如下論述且如第2圖至第5圖所圖示的，處理腔室中之至少一者(例如，第一處理腔室)可經配置以沈積一或多個III-V族材料。
系統100可進一步包括裝載閘腔室110、112以傳送基板進入及退出系統100。舉例而言，如第1圖所圖示的，裝載閘腔室110、112可耦接至第二移送室104。裝載閘腔室110、112為真空腔室，該等裝載閘腔室可將移送室選擇性地「排空」至真空壓力或至接近真空壓力，或將移送室之壓力改變至環境室壓力或接近環境室壓力，以促進基板進入及退出系統100。
複數個處理腔室可耦接至第二移送室104。舉例而言，如第1圖中所示，處理腔室114、116、118及120圖示為耦接至第二移送室104(然而亦可提供更多或更少的處理腔室)。每一處理腔室114、116、118及120可經配置以執行特定基板處理操作，諸如(但不限於)，包括原子層沈積(ALD)、化學氣相沈積(CVD)、物理氣相沈積(PVD)、蝕刻、預清洗、脫氣、退火、定向或其他基板製程的週期層沈積。
舉例而言，在一些實施例中，處理腔室114(例如，第二處理腔室)可經配置以電漿清洗基板。舉例而言，電漿清洗可在基板經由裝載閘110、112中之一者進入系統100後立即發生及/或在對系統100中之基板執行的任何一或多個製程之間立即發生。示例性電漿清洗腔室可為SICONITM腔室，可自加州聖大克勞拉市的應用材料公司(Applied Materials,Inc.of Santa Clara,California)購得。
在一些實施例中，處理腔室116(例如，第三處理腔室)可經配置以沈積具有高介電係數的介電質材料。舉例而言，此類具有高介電係數的介電質材料可藉由任何合適的製程(諸如原子層沈積(ALD)、化學氣相沈積(CVD)、物理氣相沈積(PVD)或類似製程)沈積。可沈積之示例性具有高介電係數的介電質材料可包括二氧化鉿(HfO2)、氧化鋁(Al2O3)、鋁酸鑭(LaAlO3)或類似材料中之一或多者。舉例而言，具有高介電係數的介電質材料在電晶體裝置或類似裝置中可用作閘極介電層。
第二移送室104可包括第二機器人105，該第二機器人105在裝載閘腔室110、112與一或多個處理腔室114、116之間、一或多個中間裝載閘腔室106、108與其他腔室118、120之間移送基板(例如，下文論述之基板225)。類似地，第一移送室102可包括第一機器人103，該第一機器人103在耦接至第一移送室102的各處理腔室與一或多個中間裝載閘腔室106、108之間移送基板(例如，基板225)。
複數個處理腔室可耦接至第一移送室102。舉例而言，如第1圖中所示，處理腔室122、124、126及128圖示為耦接至第一移送室102(然而亦可提供更多或更少之處理腔室)。類似於處理腔室114、116、118及120，處理腔室122、124、126及128可經配置以執行特定基板處理操作，諸如(但不限於)，包括原子層沈積(ALD)、化學氣相沈積(CVD)、物理氣相沈積(PVD)、蝕刻、預清洗、脫氣、退火、定向或類似處理操作的週期層沈積。
舉例而言，在一些實施例中，處理腔室124(例如，如上所述之第一處理腔室)可經配置以沈積一或多個III-V族材料。下文參照第2圖至第5圖論述第一處理腔室之實施例。處理腔室124(例如，第一處理腔室)可包括第一外殼130，該第一外殼130環繞處理腔室124且給設備(未圖示)之排氣系統通風。第一外殼130可包括出入口132，當處理腔室124閒置或處於類似情況時，該出入口132用於使用者進入處理腔室124。處理腔室124可包括鄰接於第一外殼130安置的第二外殼134。舉例而言，第一外殼130可經由第一外殼130與第二外殼134之間的出入口132有選擇地對第二外殼134開放。第二外殼134可允許使用者、維修人員或類似者在不損害系統100之其他腔室之操作的情況下對處理腔室124執行維修。
處理腔室124可包括化學遞送系統136，諸如鄰接於處理腔室安置的氣體櫃或類似物，例如安置在第一外殼 130內或鄰接第一外殼130。示例性化學遞送系統136之詳細描述揭示於由David K.Carlson等人於2012年4月6日提出申請的標題名稱為「CHEMICAL DELIVERY SYSTEM」的美國專利申請案第13/441,371號中。在一些實施例中，化學遞送系統136可包括第一氣源138及第二氣源140，該第一氣源138耦接至處理腔室124之噴射器214(下文參照第2圖至第4圖論述)，以提供包含第三族元素的第一製程氣體；該第二氣源140耦接至噴射器214，以提供包含第五族元素的第二製程氣體。類似於處理腔室124，例如，如所圖示地經由第二出入口137可從第二外殼134進入化學遞送系統136，或者若無第二出入口137，則經由出入口132進入化學遞送系統136。
舉例而言，在一些實施例中，處理腔室，諸如處理腔室126或處理腔室128，(例如，第四處理腔室)可經配置以使基板退火。舉例而言，在系統100之另一個腔室中的處理操作之前及/或之後，第四處理腔室可經配置以使基板退火。舉例而言，第四處理腔室可為快速熱處理製程(RTP)腔室或類似腔室，該第四處理腔室能夠加熱基板(例如)至大約200攝氏度至大約800攝氏度的溫度範圍內。
在一些實施例中，處理腔室126(例如，第五處理腔室)可經配置以沈積一或多個III-V族材料。第五處理腔室可實質上等效於上下文中參照第2圖至第6圖所論 述之第一處理腔室之實施例。另外，處理腔室126當經配置以沈積III-V族材料時可包括如上所論述之第一外殼、第二外殼、化學遞送系統及類似物。在一些實施例中，第一處理腔室(例如，處理腔室124)可經配置以沈積n型III-V族材料且第二處理腔室(例如，處理腔室126)可經配置以沈積p型III-V族材料。
一或多個中間裝載閘腔室106、108可用來維持超高真空狀態，同時允許基板在系統100內移送。一或多個中間裝載閘腔室106、108可允許第一移送室102與第二移送室104之間獨立的及/或隔離的環境控制。舉例而言，一或多個中間裝載閘106、108可允許第一移送室102及第二移送室104可具有一或多個獨立受控的腔室參數。舉例而言，一或多個獨立受控的腔室參數可包括移送室壓力、經過移送室的淨化氣流、移送室水分含量或在各別移送室內的殘留氣體含量中之一或多者。
在一些實施例中，當基板安置於一或多個中間裝載閘腔室106、108內時，一或多個中間裝載閘腔室106、108可包括耦接至一或多個中間裝載閘腔室106、108的氣源142，以將基板曝露於氣體。舉例而言，在各製程之間，當基板穿過一或多個中間裝載閘腔室106、108時，氣源可提供鈍化氣體或類似物。合適氣體之實例包括硫化氫(H2S)、硫化銨(NH4S)、氫氣(H2)或類似物。另外，一或多個中間裝載閘腔室106、108可用作冷卻腔室或加熱腔室或類似腔室。或者，耦接至第一移送室102或第二移 送室104的處理腔室中之任何一者可用作冷卻腔室。
控制器150可耦接至處理系統100以控制處理系統100之操作及/或系統100之個別元件的操作。控制器150可為能夠在工業設定中用於控制各種腔室及子處理器的任何形式之通用電腦處理器之一者。CPU 152之記憶體或電腦可讀取媒體154可為隨時可用記憶體(諸如隨機存取記憶體(RAM)、唯讀記憶體(ROM)、軟碟、硬碟或任何其他形式之本端或遠端數位儲存器)中之一或多者。支撐電路156耦接至CPU 152，用於以習知方式支撐處理器。該等電路包括快取記憶體、電源、時脈電路、輸入/輸出電路及子系統及類似物。
第2圖描述根據本發明之一些實施例之處理腔室200之示意性側視圖。在一些實施例中，處理腔室200可根據可購得的處理腔室修改而得到，該等可購得的處理腔室為(諸如)可自加州聖大克勞拉市的應用材料公司(Applied Materials,Inc.of Santa Clara,California)購得的RP EPI®反應器或適合執行磊晶矽沈積製程的任何合適的半導體處理腔室。處理腔室200可適合於執行磊晶沈積製程且說明性地包含腔室主體210、溫度控制反應容積201、噴射器214、選擇性噴淋頭270及加熱排氣歧管218。處理腔室200可進一步包括如下文更詳細論述之支撐系統230及控制器240。
當基板安置於基板支座224上時，噴射器214可安置於基板支座224之第一側221上以提供複數個製程氣 體，諸如遍及基板225之處理表面223的第一製程氣體及第二製程氣體，其中該基板支座224安置在腔室主體210內部。可(例如)自氣體控制板208提供複數個製程氣體。噴射器214可具有提供第一製程氣體的第一流徑及提供獨立於第一製程氣體的第二製程氣體的第二流徑。下文參照第4A圖至第4C圖論述第一流徑及第二流徑之實施例。
加熱排氣歧管218可安置於基板支座224之第二側229上，與噴射器214相對，以排出來自處理腔室200之第一製程氣體及第二製程氣體。加熱排氣歧管218可包括寬度與基板225之直徑大致相同或寬度更大的開口。加熱排氣歧管可包括降黏襯墊217。舉例而言，降黏襯墊217可包含石英、鎳浸漬氟聚合物、二氧化鎳或類似物中之一或多者。
腔室主體210大體包括上部202、下部204及外殼220。上部202安置於下部204上且包括腔室蓋206及上部腔室襯墊216。在一些實施例中，可提供上部高溫計256以在處理期間提供關於基板之處理表面溫度的資料。雖然額外元件(諸如安置於腔室蓋206頂部之夾環及/或可供上部腔室襯墊停置的底板)已經從第2圖中刪除，但是該等額外元件可選擇性地包含於處理腔室200中。腔室蓋206可具有任何合適的幾何形狀，諸如平坦(如圖所示)，或具有似圓頂形狀(未圖示)或其他形狀，諸如反向曲線蓋亦為預期可行的。在一些實施例中，腔 室蓋206可包含諸如石英或類似材料之材料。因此，腔室蓋206可至少部分地反射從基板225及/或從安置於基板支座224下方之燈輻射出的能量。在提供噴淋頭270且該噴淋頭270為安置於蓋(未圖示)下方之獨立元件的實施例中，噴淋頭270可包含諸如石英或類似材料之材料，(例如)以至少部分地反射如上所論述之能量。上部腔室襯墊216可如所描述地安置於噴射器214及加熱排氣歧管218上方且安置於腔室蓋206下方。在一些實施例中，上部腔室襯墊216可包含諸如石英或類似材料之材料，(例如)以至少部分地反射如上所論述之能量。在一些實施例中，上部腔室襯墊216、腔室蓋206及下部腔室襯墊231(如下文所論述)可為石英，從而有利地提供環繞基板225之石英套。
下部204大體包含底板組件219、下部腔室襯墊231、下圓頂232、基板支座224、預熱環222、基板升舉組件260、基板支撐組件264、加熱系統251及下部高溫計258。加熱系統251可安置於基板支座224下方以提供熱能至基板支座224。加熱系統251可包含一或多個外燈252及一或多個內燈254。雖然術語「環」用於描述處理腔室之某些元件，諸如預熱環222，但是應瞭解該等元件之形狀未必為圓形且可包括任何形狀，包括(但不限於)矩形、多邊形、橢圓形及類似形狀。下部腔室襯墊231可(例如)安置於噴射器214及加熱排氣歧管218下方，且安置於底板組件219上方。噴射器214及加熱 排氣歧管218大體安置於上部202與下部204之間，且可耦接至上部202及下部204之一者或兩者。
第3圖描述處理腔室200之示意性俯視圖，圖示噴射器214及加熱排氣歧管218之配置。如所圖示，噴射器214及加熱排氣歧管218安置於基板支座224之相對側上。噴射器214可包括複數個噴射埠302以提供製程氣體至處理腔室200之內容積。複數個噴射埠302可週期性地沿著面向噴射器214之邊緣的基板以適當的圖案安置，以實質上遍及基板225之處理表面223提供第一製程氣體流及第二製程氣體流。舉例而言，複數個噴射埠302可週期性地沿著面向噴射器214之邊緣的基板，自鄰近基板225之第一側的噴射器214之第一側向鄰近基板225之第二側的噴射器214之相對第二側安置。
在一些實施例中，複數個噴射埠302可經配置以提供獨立於彼此的第一製程氣體及第二製程氣體。舉例而言，複數個第一噴射埠可提供第一製程氣體且複數個第二噴射埠可提供第二製程氣體。複數個第一噴射埠之尺寸、數目及配置可經控制以遍及基板之處理表面提供第一製程氣體之理想流。複數個第二噴射埠之尺寸、數目及配置可經獨立地控制以遍及基板之處理表面提供第二製程氣體之理想流。另外，與複數個第二噴射埠相比，複數個第一噴射埠之相對尺寸、數目及配置可經控制以遍及基板之處理表面提供相對於第二製程氣體之第一製程氣體的理想濃度或流動模式。
在一些實施例中，如第4A圖中示意性側視圖所圖示的，噴射器214可包括噴射第一製程氣體的複數個第一噴射埠402(例如，第一流徑)及噴射第二製程氣體的複數個第二噴射埠404(例如，第二流徑)。如第4A圖中所圖示的，複數個第一噴射埠402和複數個第二噴射埠404可以相對於彼此的非平面地排列。在一些實施例中，複數個第一噴射埠402中之每一者可安置於複數個第二噴射埠404中之每一者上方(或反之亦然)。複數個第一噴射埠402中之每一者可按任何理想排列方式安置於複數個第二噴射埠404中之每一者上方(諸如按平行平面的方式排列，如第4B圖所圖示)。舉例而言，在平行平面排列中，複數個第一噴射埠402和第二噴射埠404安置於獨立平面中，其中各平面平行於基板225之處理表面223。舉例而言，如第4B圖中所圖示的，複數個第一噴射埠402中之每一者以第一高度412沿著第一平面408安置於基板225上方，且複數個第二噴射埠404中之每一者以不同於第一高度412之第二高度414沿著第二平面410安置於基板225上方。在一些實施例中，複數個第一噴射埠402中之各別者可直接安置於(例如，與第二噴射埠404垂直對齊)複數個第二噴射埠404中之相應者上方。在一些實施例中，第一噴射埠402及第二噴射埠404中之一或多個個別噴射埠可按非垂直對齊的方式排列，諸如由虛線噴射埠406所圖示的(如所圖示的，可額外提供該虛線噴射埠406，或提供該虛線噴 射埠406以替代第二噴射埠404，及/或額外提供該虛線噴射埠406，或提供該虛線噴射埠406以替代第一噴射埠402)。
在一些實施例中，例如如第4C圖中所圖示的，當基板225放置於基板支座224上時，複數個第一噴射埠402可安置為距基板225之邊緣第一距離416，且當基板225放置於基板支座224上時，複數個第二噴射埠404可安置為距基板225之邊緣第二距離418。舉例而言，用語「當放置於基板支座224上時」意謂理解為基板225預期假定用於在處理腔室200中的處理之理想位置。舉例而言，基板支座224可包括唇口(未圖示)或用於對齊及/或維持基板225於理想處理位置之其他合適的定位機構。因此，當基板225處於理想處理位置時，第一距離416及第二距離418可自基板225之邊緣開始量測。舉例而言，如第4B圖中所圖示的，第一距離416與第二距離418可能不同。在一些實施例中，與複數個第二噴射埠404相比，複數個第一噴射埠402可延伸更超過(或進一步超過)基板225之邊緣。舉例而言，複數個第一噴射埠402可延伸遠於複數個第二噴射埠404，以使得將第一製程氣體噴射入溫度控制的反應容積201中的距離與該複數個第二噴射埠404噴射第二製程氣體的距離相比更遠，此是因為第一製程氣體與第二製程氣體相比，在溫度條件下更易分解。舉例而言，為了在分解之前最大化第一製程氣體之反應，在曝露第一製程氣體 至溫度控制反應容積201之前，複數個第一噴射器可經放置以將第一製程氣體噴射入溫度控制反應容積201中。
第一噴射埠402及第二噴射埠404之數目、尺寸及配置可按許多組合進行控制以提供各種利益。舉例而言，在一些實施例中，複數個第一噴射埠402中之一些或所有者之直徑可不同於複數個第二噴射埠404之一些或所有者之直徑。控制噴射埠之直徑促進對製程氣體經由噴射埠進入處理腔室之速度的控制。在給定之上游壓力下，較小直徑埠與的較大直徑埠相比，將提供具有更大速度的製程氣體。舉例而言，在一些實施例中，複數個第二噴射埠404之每一者與複數個第一噴射埠402之每一者相比可具有更大直徑，如第5A圖至第5B圖中所示。舉例而言，每一第二噴射埠402可具有較大直徑以噴射出與第一製程氣體相比具有更小速度之第二製程氣體。
在一些實施例中，交替地或以組合之方式，安置為較接近噴射器之中心的複數個第一噴射埠402中之一者的第一直徑504可能與安置為較接近噴射器214之邊緣的複數個第一噴射埠中之另一者的第二直徑502不同，如第5A圖中所示。類似地，在一些實施例中，安置為較接近噴射器214之中心的複數個第二噴射埠404中之一者的第一直徑508可能與安置為較接近噴射器214之邊緣的複數個第二噴射埠中之另一者的第二直徑506不 同。舉例而言，如第5A圖中所圖示的，第一噴射埠402或第二噴射埠404之直徑可自噴射器214之邊緣至中心逐漸縮小，例如，以線性減少的縮小方案或非線性的或類似的任何合適的縮小方案。或者，第一噴射埠402或第二噴射埠404之直徑可自噴射器214之邊緣至中心的過程中可較粗糙地減小，例如，逐步縮小方案或類似方案。
交替地或以組合之方式，在一些實施例中，複數個第一噴射埠402及第二噴射埠404中之每一者可按共面排列之方式安置，如第5B圖中所圖示。舉例而言，複數個第一噴射埠402及第二噴射埠404中之每一者可按大約相同高度安置於基板225上方，或安置於平行於基板225之處理表面223的平面內。在一些實施例中，當按共面排列之方式安置時，複數個第一噴射埠402及第二噴射埠404中之個別者可交替安置，如第5B圖中所示。或者，第一噴射埠402及/或第二噴射埠404中之兩個或兩個以上者可一起集中至第一噴射埠402及/或第二噴射埠404之子集中，該子集插入另一個複數個噴射埠之鄰接噴射埠之間。
回到第2圖，在一些實施例中，噴淋頭270可安置於基板支座224上方(例如，與基板支座224相對)以提供第三製程氣體至基板225之處理表面223。第三製程氣體可與第一製程氣體及第二製程氣體相同，或與由噴射器214提供的第一製程氣體及第二製程氣體不同。在 一些實施例中，第三製程氣體與第一製程氣體相同。第三製程氣體亦可由(例如)氣體控制板208提供。
在一些實施例中，例如如第2圖中所圖示的，噴淋頭270可包括用於將第三製程氣體提供至基板225之處理表面223的單個出口271。在一些實施例中，如第2圖中所圖示的，單個出口271安置於與處理表面223之中心或基板支座224之中心實質上對齊的位置。
在一些實施例中，噴淋頭270可包括複數個出口602，如第6圖中所圖示。在一些實施例中，複數個出口602可集中在一起(例如，安置於具有不大於約4吋之直徑的圈內)。複數個出口可安置在與處理表面之理想區域實質上對齊的位置中(例如該處理表面之中心)以傳遞該第一製程氣體(例如自氣源604)至基板225之處理表面223。雖然已圖示出噴淋頭270具有三個出口602，噴淋頭270能具有適合於提供第三製程氣體之任何所需數目之出口。另外，雖然已顯示出與處理表面之中心對齊，單個出口或複數個出口可與該處理表面之任何理想區域對齊，以在處理期間提供該製程氣體至該基板之理想區域。
噴淋頭270可與腔室蓋206整合(如第2圖中所示)，或可為獨立元件(如第6圖中所示)。舉例而言，出口271可為鑽入腔室蓋206之孔且可選擇性地包括安置穿過鑽入腔室蓋206之孔的插入物。或者，噴淋頭270可為安置於腔室蓋206之下的獨立元件。在一些實施例 中，噴淋頭270及腔室蓋206可均包含石英，(例如)來限制噴淋頭270或腔室蓋206自燈252、254或自基板225吸收能量。
如上所述之噴射器214及，選擇性地，噴淋頭270之實施例可經使用以促進最佳沈積均勻度及具有最小殘餘構成的組分控制。舉例而言，如上所述，諸如第一氣體及第二氣體之特定反應物可經導引穿過噴射器214之獨立可控制的噴射埠及/或噴淋頭270之出口。由噴射器214及，選擇性地，噴淋頭270之實施例所促進的噴射方案可允許按各反應物相對於流入處理腔室200中的其他反應物的反應性來匹配各反應物之流速及/或流量剖面。舉例而言，如下所述，第一製程氣體與第二製程氣體相比可以更大流速流動，因為第一製程氣體與第二製程氣體相比可更具反應性且可更快分離。因此，為了匹配第一製程氣體及第二製程氣體之反應性以限制殘餘構成、最佳化均勻度及/或組分，第一製程氣體與第二製程氣體相比可以更高速度流動。上述噴射方案僅為示例性的，且其他噴射方案為可行的。
回到第2圖，基板支座224可為任何合適的基板支座，諸如板材(如第2圖中所圖示)或環(如第2圖中由點線所圖示)以將基板225支撐於基板支座224上。基板支撐組件264大體包括具有耦接至基板支座224之複數個支撐銷266的支撐托架234。基板升舉組件260包含基板升舉軸226及有選擇地停置在基板升舉軸226之各 別襯墊227上的複數個升舉銷模組261。在一個實施例中，升舉銷模組261包含可移動地安置穿過基板支座224中的第一開口262之升舉銷228之選擇性上部。在操作中，基板升舉軸226經移動以嚙合升舉銷228。當嚙合時，升舉銷228可使基板225上升高於基板支座224或使基板225下降至基板支座224上。
基板支座224可進一步包括升舉機構272及耦接至基板支撐組件264之旋轉機構274。升舉機構272可經使用以在垂直於基板225之處理表面223的方向上移動基板支座224。舉例而言，升舉機構272可用於相對於噴淋頭270及噴射器214放置基板支座224。旋轉機構274可用於圍繞中心軸旋轉基板支座224。在操作中，升舉機構可促進相對於由噴射器214及/或噴淋頭270產生的流場，對基板225之位置的動態控制。基板225位置之動態控制與藉由旋轉機構274引起的基板225之持續旋轉的組合可經使用以最佳化將基板225之處理表面223曝露至流場，以最佳化沈積均勻度及/或組分且最小化在處理表面223上的殘餘構成。
在處理期間，基板225安置於基板支座224上。燈252及254為紅外輻射(IR)源(亦即，加熱)，且在操作中，遍及基板225產生預定之溫度分佈。腔室蓋206、上部腔室襯墊216及下圓頂232可由如上所述之石英形成；然而，其他紅外輻射透明的及製程適合的材料亦可用於形成該等元件。燈252、254可為多區域燈加熱設備之部 分，以提供熱均勻度至基板支座224之背部。舉例而言，加熱系統251可包括複數個加熱區域，在該複數個加熱區域中各加熱區域包括複數個燈。舉例而言，一或多個燈252可為第一加熱區域且一或多個燈254可為第二加熱區域。燈252、254可提供大約200攝氏度至大約900攝氏度的廣泛熱範圍。燈252、254可提供每秒大約5攝氏度至大約20攝氏度之快速回應控制。舉例而言，燈252、254之熱範圍及快速回應控制可在基板225上提供沈積均勻度。另外，下圓頂132可(例如)藉由主動冷卻、窗設計或類似方式受溫度控制，以進一步輔助在基板支座224之背部上及/或在基板225之處理表面223上的熱均勻度之控制。
溫度控制反應容積201可由包括腔室蓋206的複數個腔室元件形成。舉例而言，此類腔室元件可包括腔室蓋206、上部腔室襯墊216、下部腔室襯墊231及基板支座224中之一或多者。溫度控制處理容積201可包括包含石英的內表面，諸如形成溫度控制反應容積201的腔室元件中之任何一或多者的表面。溫度控制反應容積201可為大約20公升至大約40公升。容積201可容納任何合適尺寸之基板，例如200毫米、300毫米或類似尺寸。舉例而言，在一些實施例中，若基板225為大約300毫米，則(例如)上部腔室襯墊216及下部腔室襯墊231之內表面距離基板225之邊緣的距離可高達約50毫米。舉例而言，在一些實施例中，諸如上部腔室襯墊216、 下部腔室襯墊231之內表面距離基板225之邊緣的距離可高達基板225之直徑的約18%。舉例而言，在一些實施例中，基板225之處理表面223距離腔室蓋206的距離可高達約100毫米，或為約0.8吋至約1吋的範圍。
溫度控制反應容積201可具有變化容積，例如，當升舉機構272將基板支座224上升較接近至腔室蓋206時，容積201之尺吋可收縮；且當升舉機構272將基板支座224下降遠離腔室蓋206時，容積201之尺寸可擴展。溫度控制反應容積201可藉由一或多個主動的或被動的冷卻元件得到冷卻。舉例而言，容積201可被動地藉由處理腔室200之壁得到冷卻，處理腔室200之壁可為(例如)不銹鋼或類似物。舉例而言，無論獨立地或以與被動冷卻組合之方式，容積201可有效地冷卻，例如，藉由在腔室200周圍流動之冷卻劑。舉例而言，冷卻劑可為氣體。
支撐系統230包括在處理腔室200中用於執行及監視預定製程(例如，生長磊晶矽薄膜)之元件。此類元件大體包括各種子系統(例如，氣體控制板、氣體分佈管道、真空子系統及排氣子系統及類似子系統)及處理腔室200之裝置(例如，電源、製程控制器及類似裝置)。示例性支撐系統230可包括如上所論述且如第1圖中所圖示之化學遞送系統186。
控制器240可直接地(如第2圖所示)或，以替代之方式經由與處理腔室及/或支撐系統相關聯的電腦(或控 制器)耦接至處理腔室200及支撐系統230。控制器240可為可用於在工業設定中控制各種腔室及子處理器的任何形式之通用電腦處理器中之一者。CPU 242之記憶體或電腦可讀取媒體244可為隨時可用記憶體(諸如隨機存取記憶體(RAM)、唯讀記憶體(ROM)、軟碟、硬碟或任何其他形式之本端或遠端數位儲存器)中之一或多者。支撐電路246耦接至CPU 242，用於以習知方式支撐處理器。該等電路包括快取記憶體、電源、時脈電路、輸入/輸出電路及子系統及類似物。
因此，本文已提供用於沈積III-V族材料的設備及方法。發明性方法及設備之實施例可有利地提供適用於其他應用中之CMOS應用的III-V族薄膜之沈積。
儘管前述內容針對本發明之實施例，但是可在不偏離本發明之基本範疇的情況下設計本發明之其他及進一步實施例。
100‧‧‧系統
102‧‧‧第一移送室
103‧‧‧第一機器人
104‧‧‧第二移送室
105‧‧‧第二機器人
106‧‧‧中間裝載閘腔室
108‧‧‧中間裝載閘腔室
110‧‧‧裝載閘腔室
112‧‧‧裝載閘腔室
114‧‧‧處理腔室
116‧‧‧處理腔室
118‧‧‧處理腔室
120‧‧‧處理腔室
122‧‧‧處理腔室
124‧‧‧處理腔室
126‧‧‧處理腔室
128‧‧‧處理腔室
132‧‧‧出入口
130‧‧‧第一外殼
134‧‧‧第二外殼
136‧‧‧化學遞送系統
137‧‧‧第二出入口
138‧‧‧第一氣源
140‧‧‧第二氣源
142‧‧‧氣源
150‧‧‧控制器
152‧‧‧中央處理單元
154‧‧‧記憶體
156‧‧‧支撐電路
200‧‧‧處理腔室
202‧‧‧上部
204‧‧‧下部
206‧‧‧蓋
210‧‧‧腔室主體
214‧‧‧噴射器
216‧‧‧上部腔室襯墊
217‧‧‧襯墊
218‧‧‧加熱排氣歧管
219‧‧‧底板組件
220‧‧‧外殼
221‧‧‧第一側
222‧‧‧預熱環
223‧‧‧處理表面
224‧‧‧基板支座
225‧‧‧基板
226‧‧‧基板升舉軸
227‧‧‧襯墊
228‧‧‧升舉銷
229‧‧‧第二側
230‧‧‧支撐系統
231‧‧‧下部腔室襯墊
232‧‧‧下圓頂
234‧‧‧支撐托架
240‧‧‧控制器
242‧‧‧中央處理單元
244‧‧‧記憶體
246‧‧‧支撐電路
252‧‧‧外燈
254‧‧‧內燈
256‧‧‧上部高溫計
258‧‧‧下部高溫計
260‧‧‧基板升舉組件
261‧‧‧升舉銷模組
264‧‧‧基板支撐組件
266‧‧‧支撐銷
270‧‧‧噴淋頭
271‧‧‧出口
272‧‧‧升舉機構
274‧‧‧旋轉機構
302‧‧‧噴射埠
402‧‧‧第一噴射埠
404‧‧‧第二噴射埠
406‧‧‧噴射埠
408‧‧‧第一平面
410‧‧‧第二平面
412‧‧‧第一高度
414‧‧‧第二高度
416‧‧‧第一距離
418‧‧‧第二距離
502‧‧‧第二直徑
504‧‧‧第一直徑
506‧‧‧第二直徑
508‧‧‧第一直徑
602‧‧‧出口
604‧‧‧氣源
上文簡要概述且下文更詳細論述的本發明之實施例可藉由參考在附圖中描述的本發明之說明性的實施例來理解。然而應注意，該等附圖僅圖示本發明之典型實施例，且因此該等附圖不應視為限制本發明之範疇，因為本發明可允許其他等效之實施例。
第1圖描述多腔室處理系統之一個實例的示意性俯視圖，該多腔室處理系統可經調適以執行本文揭示的製程。
第2圖描述根據本發明之一些實施例之處理腔室之示意性側視圖。
第3圖描述根據本發明之一些實施例的第2圖的處理腔室之噴射器及排氣口的示意性局部俯視圖。
第4A圖至第4C圖分別地描述根據本發明之一些實施例的噴射器之示意性前視圖及示意性側視圖。
第5A圖至第5B圖分別地描述根據本發明之一些實施例的噴射器之示意性前視圖。
第6圖描述根據本發明之一些實施例的噴淋頭之示意性側視圖。
為了促進理解，已儘可能使用相同元件符號來表示在圖式中共用的相同元件。圖式未按比例繪製且可為了清楚而簡化。應瞭解，一個實施例之元件及特徵可有益地併入其他實施例中且無須進一步詳述。
100‧‧‧系統
102‧‧‧第一移送室
103‧‧‧第一機器人
104‧‧‧第二移送室
105‧‧‧第二機器人
106‧‧‧中間裝載閘腔室
108‧‧‧中間裝載閘腔室
110、112‧‧‧裝載閘腔室
114、116、118、120、122、124、126、128‧‧‧處理腔室
130‧‧‧第一外殼
132‧‧‧出入口
134‧‧‧第二外殼
136‧‧‧化學遞送系統
137‧‧‧第二出入口
138‧‧‧第一氣源
140‧‧‧第二氣源
142‧‧‧氣源
150‧‧‧控制器
152‧‧‧中央處理單元
154‧‧‧記憶體
156‧‧‧支撐電路

Claims (16)

  1. 一種處理系統，包含：一第一移送室，該第一移送室能夠移送一基板至耦接至該第一移送室之一或多個處理腔室或從該一或多個處理腔室接收一基板；以及一第一處理腔室，用於沈積一或多個III-V族材料，該第一處理腔室耦接至該移送室，該處理腔室進一步包含：一基板支座，該基板支座安置於該處理腔室中，以支撐一基板之一處理表面於該處理腔室中的一理想位置；一噴射器，該噴射器安置至該基板支座之一第一側且具有提供一第一製程氣體的一第一流徑與提供獨立於該第一製程氣體之一第二製程氣體的一第二流徑，其中該噴射器經放置以遍及該基板之該處理表面提供該第一製程氣體與該第二製程氣體，且其中該第一流徑延伸遠於該第二流徑；一噴淋頭，該噴淋頭安置於該基板支座上方，以提供該第一製程氣體至該基板之該處理表面；以及一排氣口，該排氣口安置至該基板支座之一第二側，與該噴射器相對且與該噴射器共平面，以排出來自該處理腔室之該第一製程氣體與該第二製程氣體。
  2. 如請求項1所述之處理系統，進一步包含：一第二移送室；以及一或多個中間裝載閘腔室，該一或多個中間裝載閘腔室將該第二移送室耦接至該第一移送室。
  3. 如請求項2所述之處理系.統，進一步包含：一氣源，當該基板安置於該一或多個中間裝載閘腔室內時，該氣源耦接至該一或多個中間裝載閘腔室以曝露一基板至一氣體。
  4. 如請求項2所述之處理系統，其中該第一移送室與該第二移送室具有一或多個獨立控制腔室參數。
  5. 如請求項4所述之處理系統，其中該一或多個獨立控制腔室參數包括：壓力、淨化氣流、水分含量或殘留氣體含量中之一或多者。
  6. 如請求項2所述之處理系統，進一步包含：一第二處理腔室，該第二處理腔室電漿清洗一基板；以及一第三處理腔室，該第三處理腔室沈積具有高介電係數的一介電質材料，其中該第二處理腔室與該第三處理腔室耦接至該第二移送室。
  7. 如請求項6所述之處理系統，進一步包含：一第四處理腔室，該第四處理腔室使一基板退火，其中該第四處理腔室耦接至該第一移送室。
  8. 如請求項7所述之處理系統，進一步包含：一第五處理腔室，該第五處理腔室沈積一或多個III-V族材料，該第五處理腔室耦接至該第一移送室。
  9. 如請求項8所述之處理系統，其中該第一處理腔室沈積n型III-V族材料且該第五處理腔室沈積p型III-V族材料。
  10. 如請求項1所述之處理系統，其中該第一處理腔室進一步包含：一第一外殼，該第一外殼環繞該第一處理腔室且使一室內排氣系統通風；以及一第二外殼，該第二外殼鄰接於該第一外殼安置，其中該第一外殼經由該第一外殼與該第二外殼之間的一出入口選擇性地對該第二外殼開放。
  11. 一種處理系統，包含：一第一移送室，該第一移送室能夠移送一基板至耦接至該第一移送室之一或多個處理腔室或從該一或多個處理腔室接收一基板；以及 一第一處理腔室，用於沈積一或多個III-V族材料，該第一處理腔室耦接至該移送室，該處理腔室進一步包含：一基板支座，該基板支座安置於該處理腔室中，以支撐一基板之一處理表面於該處理腔室中的一理想位置；一噴射器，該噴射器安置至該基板支座之一第一側且具有提供一第一製程氣體的一第一流徑與提供獨立於該第一製程氣體之一第二製程氣體的一第二流徑，其中該噴射器經放置以遍及該基板之該處理表面提供該第一製程氣體與該第二製程氣體，且其中該第一流徑延伸遠於該第二流徑；一第一氣源，該第一氣源耦接至該噴射器以提供該第一製程氣體，其中該第一製程氣體包含一第三族元素；一第二氣源，該第二氣源耦接至該噴射器以提供該第二製程氣體，其中該第二製程氣體包含一第五族元素；以及一排氣口，該排氣口安置至該基板支座之一第二側，與該噴射器相對且與該噴射器共平面，以排出來自該處理腔室之該第一製程氣體與該第二製程氣體。
  12. 如請求項11所述之處理系統，其中該第一處理腔室進一步包含： 一噴淋頭，該噴淋頭安置於該基板支座上方，以提供該第一製程氣體至該基板之該處理表面。
  13. 如請求項11所述之處理系統，進一步包含：一第二移送室；以及一或多個中間裝載閘腔室，該一或多個中間裝載閘腔室將該第二移送室耦接至該第一移送室。
  14. 如請求項13所述之處理系統，進一步包含：一第二處理腔室，該第二處理腔室電漿清洗一基板；以及一第三處理腔室，該第三處理腔室沈積具有高介電係數的一介電質材料，其中該第二處理腔室與該第三處理腔室耦接至該第二移送室。
  15. 如請求項14所述之處理系統，進一步包含：一第四處理腔室，該第四處理腔室使一基板退火，其中該第四處理腔室耦接至該第一移送室。
  16. 如請求項15所述之處理系統，其中該第一移送室與該第二移送室具有一或多個獨立控制腔室參數，該一或多個獨立控制腔室參數包括：壓力、淨化氣流、水分含量或殘留氣體含量中之一或多者。
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