TWI648427B - 用於交叉流動類型的熱ｃｖｄ腔室之改良的氣體活化的結構 - Google Patents

用於交叉流動類型的熱ｃｖｄ腔室之改良的氣體活化的結構 Download PDF

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Abstract

本文描述的實施例大致上關於處理設備，該處理設備具有預熱環以預熱製程氣體。預熱環設置在有別於基材支撐件的環支撐件上。預熱環可具有鄰近製程氣體入口的區段。此區段包括頂表面，並且頂表面包括用以增加表面積的特徵結構。在一個實施例中，此特徵結構是複數個突出部。在另一實施例中，此特徵結構是複數個線性鰭。在另一實施例中，預熱環包括第一子環與設置在第一子環上的第二子環，其中特徵結構位在第二子環的一個區段上。

Description

用於交叉流動類型的熱CVD腔室之改良的氣體活化的結構
本文描述的實施例大體上係關於熱化學氣相沉積(CVD)腔室。
半導體元件的尺寸的持續縮小取決於對例如被輸送到半導體製程腔室的製程氣體的流動和溫度的更精確控制。通常，在交叉流動的製程腔室中，製程氣體可被輸送到腔室且被引導越過待處理的基材的表面。可藉由環繞基材支撐件的預熱環來加熱製程氣體。
當製程溫度降低時，製程氣體活化在熱CVD腔室中變成挑戰。不足的製程氣體活化會造成低的前驅物利用與不佳的厚度輪廓。在用以處理具有大直徑(諸如450nm)的基材的大製程腔室中，製程氣體必須足夠快速地流動越過基材以克服空乏效應(depletion effect)。更大的預熱區塊可有助於達到足夠的製程氣體活化，然而腔室佔據面積(chamber foot print)會限制預熱區塊的尺寸。
所以，需要一種具有改良的製程氣體預熱的處理設備。
本文描述的實施例大體係關於處理設備，該處理設備具有預熱環以預熱製程氣體。預熱環設置在有別於基材支撐件的環支撐件上。預熱環可具有鄰近製程氣體入口的區段。此區段包括頂表面，並且頂表面包括用以增加表面積的特徵結構。在一個實施例中，此特徵結構是複數個突出部。在另一實施例中，此特徵結構是複數個線性鰭。在另一實施例中，預熱環包括第一子環與設置在第一子環上的第二子環，其中特徵結構位在第二子環的一個區段上。
在一個實施例中，揭示一種用以處理基材的設備。該設備包括：腔室主體，該腔室主體具有界定內部處理區域的側壁與底壁；基材支撐件，該基材支撐件設置在該腔室主體的該內部處理區域中；及預熱環，該預熱環設置在有別於該基材支撐件的環支撐件上。該預熱環包括至少三個線性與平行的鰭，該至少三個線性與平行的鰭設置在該預熱環的一個區段上。
在另一實施例中，揭示一種用以處理基材的設備。該設備包括：腔室主體，該腔室主體具有界定內部處理區域的側壁與底壁；基材支撐件，該基材支撐件設置在該腔室主體的該內部處理區域中；第一預熱環，該第一預熱環設置在有別於該基材支撐件的環支撐件上；及第二預熱環，該第二預熱環設置在該第一預熱環上。
在另一實施例中，揭示一種用以處理基材的設備。該設備包括：腔室主體，該腔室主體具有界定內部處理區域的側壁與底壁；基材支撐件，該基材支撐件設置在該腔室主體的該內部處理區域中；及預熱環，該預熱環設置在有別於該基材支撐件的環支撐件上。該預熱環包括設置成鄰近製程氣體入口的區段，並且該區段包括頂表面與複數個突出部，該複數個突出部設置在該頂表面上。
100‧‧‧處理腔室
102‧‧‧腔室主體
104‧‧‧支援系統
106‧‧‧控制器
108‧‧‧側壁
110‧‧‧底壁
112‧‧‧內部處理區域
114‧‧‧基材支撐件
116‧‧‧支撐柱
118‧‧‧支撐臂
120‧‧‧軸
122‧‧‧基材升降臂
124‧‧‧升降銷
126‧‧‧上圓頂
128‧‧‧下圓頂
129‧‧‧區段
130‧‧‧上襯裡
131‧‧‧底表面
132‧‧‧預熱環
133‧‧‧鰭
134‧‧‧環支撐件
135‧‧‧燈
140‧‧‧氣體入口
142‧‧‧氣體出口
202‧‧‧中心線
204‧‧‧定位裝置
206‧‧‧突出部
208‧‧‧氣體路徑
300‧‧‧雙環的預熱環
302‧‧‧第一子環
304‧‧‧第二子環
306‧‧‧垂直支座
308‧‧‧傾斜支座
310‧‧‧垂直支座
400‧‧‧雙環的預熱環
402‧‧‧第二子環
404‧‧‧鰭
可藉由參考本發明的實施例來詳細暸解本發明的更特定說明，本發明的更特定說明簡短地在前面概述過，其中該些實施例在附圖中圖示。但是應注意的是，附圖僅圖示本發明的典型實施例，因此附圖不應被視為會對本發明範疇構成限制，這是因為本發明可允許其他等效實施例。
第1圖是根據一個實施例的處理腔室的剖視圖。
第2A圖至第2C圖是根據本文描述的一個實施例的預熱環的俯視圖。
第3圖是根據本文描述的一個實施例的預熱環的剖視圖。
第4圖是根據本文描述的一個實施例的預熱環的剖視圖。
為促進了解，在可能時使用相同的元件符號來表示該等圖式共有的相同元件。可設想出的是一個實施例中所揭示的元件可有利地被利用到其他實施例上而不需特別詳述。
本文描述的實施例大體係關於具有用以預熱製程氣體的預熱環的處理設備。預熱環設置在有別於基材支撐件的環支撐件上。預熱環可具有鄰近製程氣體入口的區段。此區段包括頂表面，並且頂表面包括用以增加表面積的特徵結構。在一個實施例中，此特徵結構是複數個突出部。在另一個實施例中，此特徵結構是複數個線性鰭。在另一實施例中，預熱環包括第一子環與設置在第一子環上的第二子環，其中特徵結構位在第二子環的一個區段上。
第1圖是根據本文描述的一實施例的處理腔室100的剖視圖。處理腔室100包含腔室主體102、支援系統104與控制器106。腔室主體102具有界定內部處理區域112的側壁108與底壁110。用以支撐基材的基材支撐件114設置在內部處理區域112中。在一個實施例中，基材支撐件114是基座(susceptor)。基材支撐件114由支撐柱116所支撐，支撐柱116和從軸120延伸的支撐臂118連接。在運作期間，設置在基材支撐件114上的基材可被基材升降臂122經由升降銷124升高。
上圓頂126設置在基材支撐件114上方，並且下圓頂128設置在基材支撐件114下方。沉積製程大致上發生在基材的上表面上，該基材設置在內部處理區域112內的基材支撐件114上。
上襯裡130設置在上圓頂126下方且適於避免到腔室部件上的不期望沉積。上襯裡130被定位成鄰近預熱環132。預熱環132可移除地設置在環支撐件134上，環支撐件 134耦接到側壁108。在一個實施例中，環支撐件134是下襯裡且由石英製成。當基材支撐件114處於處理位置時，預熱環132圍繞基材支撐件114。預熱環132由碳化矽形成，但可設想出的是預熱環132可由其他材料(諸如石英或被塗覆有碳化矽的石墨)形成。預熱環132包括設置成鄰近製程氣體入口140的區段129。區段129具有頂表面131，並且製程氣體在運作期間從製程氣體入口140流動越過頂表面131。頂表面131包括特徵結構，該特徵結構會增加頂表面131的表面積。藉由增加的表面積，製程氣體的預熱得以改良，因而改良了製程氣體活化。該等特徵結構可包括複數個突出部。在一個實施例中，該特徵結構是設置在區段129的頂表面131上且鄰近製程氣體入口140的複數個線性鰭133。在另一實施例中，預熱環132包括兩個預熱子環。以下將詳細地描述預熱環132。
處理腔室100包括複數個熱源(諸如燈135)，該複數個熱源(諸如燈135)適於提供熱能給被定位在處理腔室100內的部件。例如，燈135可適於提供熱能給基材與預熱環132。可由光學透明材料(諸如石英)來形成下圓頂128，以促進熱輻射能穿過下圓頂128。在運作期間，預熱環132的溫度是約100℃至約200℃，而低於基材支撐件114的溫度。在一個實施例中，基材支撐件114被加熱到1000℃，並且預熱環132被加熱到800℃。通常，在運作期間，預熱環132具有介於約300℃與約800℃之間的溫度。當製程氣體經由製程氣體入口140流動到處理腔室100內時，被加熱的預熱環132使製程氣 體活化。製程氣體經由製程氣體出口142離開處理腔室100。藉此方式，製程氣體能以平行於基材的上表面的方式流動。可藉由燈135來促進製程氣體在基材上的熱分解，以在基材上形成一或更多層。
支援系統104包括用以執行與監控處理腔室100中的預定製程(諸如膜的生長)的部件。支援系統104包括一或更多氣體面板、氣體分配導管、真空與排放子系統、功率供應器、與製程控制設施。控制器106耦接到支援系統104且適於控制處理腔室100和支援系統104。控制器106包括中央處理單元(CPU)、記憶體、與支援電路。存在於控制器106中的指令可被執行，以控制處理腔室100的運作。處理腔室100適於在處理腔室100中執行一或更多膜形成或沉積製程。例如，可在處理腔室100內執行碳化矽磊晶生長製程。可設想出的是可在處理腔室100內執行其他製程。
第2A圖至第2C圖是根據本文描述的一個實施例的預熱環132的俯視圖。如第2A圖所示，為了改良製程氣體的預熱，複數個線性鰭133被固定到預熱環132的區段129的頂表面131。基於製程氣體入口140的尺寸，線性鰭133可佔據預熱環132的一部分。換言之，區段129可基於製程氣體入口140的尺寸而改變。在一個實施例中，區段129是預熱環132的約三分之一，此意謂著線性鰭133佔據預熱環132的約三分之一，如第2圖所示。該些線性鰭133的數量與間隔可取決於設置在氣體入口140與預熱環132之間的氣體注射器的配置。在一個實施例中，有至少三個鰭(諸如八個鰭)， 如第2圖所示。在一個實施例中，該些線性鰭133可彼此平行，並且該些線性鰭133可平行於將預熱環132一分為二的虛擬中心線202。該些線性鰭133實質上沿著製程氣體的流動路徑而排列。在運作期間，製程氣體流動穿過該些線性鰭133之間的通道，如第2A圖所示。該些線性鰭133被加熱，因而產生了更大的接觸面積，以能更佳地將製程氣體預熱。可選的蓋(未圖示)可被放置在該些鰭133上，因此製程氣體係流動穿過由該些鰭133與該蓋所形成的複數個管路。該些線性鰭133可被製成流線型，以更佳有助於氣體流動動力。
在運作期間，基材支撐件114可旋轉，此會使得預熱環132不慎地旋轉。為了減少預熱環132的不慎旋轉，一或更多定位裝置204可設置在預熱環132的底表面上。由於第2A圖圖示預熱環132的頂表面131，使用虛線來圖示該一或更多定位裝置204。該一或更多定位裝置204可以是一或更多突出部，該一或更多突出部設以被放置在設置在環支撐件134上的相應凹部中。此外，由於預熱環132是不對稱，可能會有熱膨脹問題。藉由在「L1」處切割(如第2A圖所示)，可減輕熱膨脹問題。
第2B圖是具有複數個流線型的線性鰭133的預熱環132的俯視圖。每個鰭133具有第一端與和第一端相對的第二端，並且第一端與第二端被逐漸變細變成一點。鰭133的點端應可將氣體流動上的干擾予以最小化。鰭133的中段係寬到足以具有機械強度，此會導致在中間處的窄通道截面。窄截面會壓縮氣流，而提升熱接觸與傳送。
第2C圖是根據一個實施例的預熱環132的俯視圖。如第2C圖所示，複數個突出部206設置在區段129的頂表面131上。製程氣體可流動穿過由該些突出部206形成的氣體路徑208。可以任何適當的配置來設置該些突出部206。在一個實施例中，可以使得該些氣體路徑208為放射狀的佈置來設置該些突出部206，如第2C圖所示。在另一實施例中，可以使得該些氣體路徑208彼此平行的佈置來設置該些突出部206。該些突出部206可以具有凸塊的形式(如第2C圖所示)，或具有波浪、脊、或任何適當非線性設計的形式。波浪與脊能以放射狀、實質上平行於氣流、或實質上垂直於氣流的方式被對齊。
第3圖是根據本文描述的一個實施例的預熱環300的剖視圖。預熱環300包括設置在環支撐件134上的第一子環302與設置在第一子環302上的第二子環304。環支撐件134耦接到側壁108而可被水冷。因此，冷的環支撐件134可降低預熱環300的溫度。為了減少下襯裡134造成的冷卻效果，使用雙環的預熱環300。第一子環302具有接觸環支撐件134的窄垂直支座306，並且第二子環304具有接觸第一子環302的點或傾斜支座308。小接觸面積減少了從預熱環300傳送到冷的環支撐件134的熱，因此增加了第二子環304的溫度。第二子環304具有設置在和點或傾斜支座308相對的端的第二垂直支座310。垂直支座310提供熱遮蔽，以限制從基材支撐件114到環支撐件134與其他部件的直接輻射。垂直支座310亦改良結構強度。
第4圖是根據本文描述的一個實施例的預熱環400的剖視圖。預熱環400亦是具有第一子環302與第二子環402之雙環的預熱環。第二子環402類似第3圖所示的第二子環304，除了第二子環402具有複數個線性鰭404在鄰近製程氣體入口140的區段處被固定到第二子環402。線性鰭404可以是和線性鰭133相同的鰭。再次地，該些線性鰭404可基於製程氣體入口140的尺寸佔據第二子環402的一部分。在一實施例中，該些線性鰭404佔據第二子環402的三分之一的區段。該些線性鰭404的數量與間隔可取決於設置在氣體入口140與預熱環400之間的氣體注射器的配置。在一個實施例中，有至少三個鰭，諸如八個鰭。該些線性鰭404彼此平行，並且平行於將第二子環402一分為二的虛擬中心線。該些線性鰭404實質上沿著製程氣體的流動路徑對齊。或者，除了該些線性鰭404或為了取代該些線性鰭404，複數個突出部(未圖示)可在鄰近製程氣體入口140的區段處設置在第二子環402上。該複數個突出部可以是第2C圖中所示且在伴隨的發明說明中所述的複數個突出部206。在運作期間，製程氣體流動穿過該些線性鰭404或該複數個突出部之間的通道。該些線性鰭404或該些突出部被加熱，因而產生了更大的接觸面積，以能更佳地將製程氣體預熱。該些鰭404可被製成流線型，以有助於更佳的氣體流動動力。具有第二子環402之雙環的預熱環400可增加第二子環402的接觸面積與溫度，其中該第二子環402具有複數個線性鰭404或突出部。
縱上所述，本發明揭示具有預熱環的處理設備。預 熱環可具有複數個線性鰭，該複數個線性鰭設置在預熱環的一個區段上且鄰近製程氣體入口以能更佳地將製程氣體預熱，這是因為增加了接觸面積。預熱環可以是雙環的預熱環，該雙環的預熱環之第二子環和第一子環之間具有最小接觸。最小接觸減少了從第二子環傳送到冷的下襯裡的熱，因此增加了第二子環的溫度。
儘管上述說明是關於實施例，可設想出其他與進一步的實施例而不脫離本發明的基本範疇，並且本發明的基本範疇是由隨附的申請專利範圍來決定。

Claims (12)

  1. 一種用以處理一基材的設備，包含：一腔室主體，該腔室主體具有界定一內部處理區域的一側壁與一底壁；一基材支撐件，該基材支撐件設置在該腔室主體的該內部處理區域中；一第一子環，該第一子環設置在有別於該基材支撐件的一環支撐件上；及一第二子環，該第二子環設置在該第一子環上；其中該第二子環包含接觸該第一子環的一傾斜支座。
  2. 如請求項1所述之設備，其中該環支撐件是耦接到該側壁的一下襯裡。
  3. 如請求項1所述之設備，其中該第二子環進一步包含設置在和該傾斜支座相對的一端的一垂直支座。
  4. 如請求項1所述之設備，其中該第二子環包含設置成鄰近一製程氣體入口的多個特徵結構。
  5. 如請求項4所述之設備，其中該等特徵結構佔據該第二子環的三分之一的一區段。
  6. 如請求項4所述之設備，其中該等特徵結構是鰭，及該 等鰭包含碳化矽或被塗覆有碳化矽的石墨。
  7. 如請求項6所述之設備，其中該等鰭中之每個鰭具有一第一端與和該第一端相對的一第二端，及其中該第一端與該第二端被逐漸變細變成一點。
  8. 如請求項6所述之設備，其中該等鰭平行於將該第二子環一分為二的一中心線。
  9. 如請求項6所述之設備，其中該等鰭沿著製程氣體的一流動路徑對齊。
  10. 如請求項4所述之設備，其中該等特徵結構是複數個突出部，且該複數個突出部包括凸塊、脊或波浪。
  11. 一種用以處理一基材的設備，包含：一腔室主體，該腔室主體具有界定一內部處理區域的一側壁與一底壁；一基材支撐件，該基材支撐件設置在該腔室主體的該內部處理區域中；及一預熱環，該預熱環設置在有別於該基材支撐件的一環支撐件上，其中該預熱環包括設置成鄰近一製程氣體入口的一區段，其中該區段包括一頂表面與複數個突出部，該複數個突出部設置在該頂表面上； 其中該複數個突出部形成多個放射狀氣體路徑。
  12. 如請求項11所述之設備，其中該環支撐件是耦接到該側壁的一下襯裡。
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