TWI674331B - 用於ｅｐｉ腔室的注射插件 - Google Patents

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Abstract

本發明之實施例提供一襯墊組件，包含注射插件。該注射插件致能可維持的跨過欲處理基板的流動參數，例如速度、密度、方向及空間位置。根據本發明之實施例，跨過欲處理基板的處理氣體可被特定地裁製用於使用襯墊組件之個別處理。

Description

用於EPI腔室的注射插件
本揭示案之實施例一般相關於使用於半導體處理設施中的注射插件。
在升高的溫度下實施用於製造半導體裝置的一些處理，例如，快速熱處理、磊晶沉積、化學氣相沉積、物理氣相沉積、電子束固化。通常欲處理基板在處理腔室中藉由一個或更多個熱來源被加熱至所需溫度。一個或更多個熱來源典型地被裝設於腔室主體外部，使得熱來源所產生的能量在置於腔室主體內的基板上方輻射。
通常由氣體入口供應處理氣體至腔室，且處理氣體藉由連接至腔室的幫浦系統在腔室中保持流動。在傳統腔室中的氣體分佈並未跨過腔室一致。例如，靠近氣體入口的氣體分佈與靠近幫浦埠的氣體分佈不同，且靠近邊緣地區的氣體分佈與靠近中央地區的氣體分佈不同。
進一步地，一些腔室可包含多個流動區域，該等流動區域具有饋送進入界定於氣體入口內之單一通道的不同處理氣體或氣體流動速率。導因於饋送進入單一氣體入口的多個流動區域之間的「交擾」，意圖藉由改變不同流動區域中的氣體種類或氣體流動速率以調諧處理腔室內的氣體流動分佈具有不可預期之調諧結果。
額外地，在操作中，通常在傳統氣體分岐管中 使用的注射插件之通道內形成循環流動的氣體之局部區域(公知為「再循環池」)。再循環池導致處理腔室內氣體流動分佈的一致性降低，而導致磊晶成長薄膜中的大幅變動。
早先施用連續旋轉以意圖解決一些上述不一 致性的問題。理論上，連續旋轉輸送大多數基板至多種流動區域，使得流動區域不一致性最小化。雖然基板的連續旋轉可減低氣體分佈的不一致性，隨著對於一致性的需求增加，單就旋轉可能不足夠。當增加處理氣體的流動速率時(對於增加CVD裝置的生產量而言為所需的)，將放大前述可歸因於傳統氣體入口的問題。
因此，對於帶有改良的氣體流動分佈之熱反應 器是有需求的。
揭露於此之實施例包含使用於半導體處理腔室中的注射插件。在一個實施例中，注射插件可包含：一單片主體，該單片主體帶有一內連接表面及一外表面以連接一氣體輸送裝置；複數個注射埠，該複數個注射埠穿過該單片主體而形成，各注射埠在該內連接表面及該外表面中形成一開口，及複數個注射入口，該複數個注射入口之每一者連接該複數個注射埠之至少一者。該複數個注射埠可產生至少一第一區域，該第一區域帶有該複數個注射埠的一第一數量的注射埠；一第二區域，該第二區域帶有該 複數個注射埠的一第二數量的注射埠，該第二數量的注射埠與該第一數量的注射埠不同；及一第三區域，該第三區域帶有該複數個注射埠的一第三數量的注射埠，該第三數量的注射埠與該第一數量的注射埠及該第二數量的注射埠不同。
在另一實施例中，注射插件可包含：一單片主 體，該單片主體帶有一內連接表面以連接一襯墊主體及一外表面以連接一氣體輸送裝置；複數個注射埠，該複數個注射埠穿過該單片主體而形成，各注射埠在該內連接表面及該外表面中形成一開口；及複數個注射入口，該複數個注射入口之每一者連接該複數個注射埠之至少一者，其中該複數個注射入口之至少一第一入口包括一第一寬度，該第一寬度大於一平均寬度。
在另一實施例中，襯墊組件可包括：一襯墊主 體，該襯墊主體包括一上方襯墊部分及一下方襯墊部分，該襯墊主體具有形成於該襯墊主體中的複數個襯墊埠；及一注射插件，該注射插件具有一單片主體，該單片主體帶有：一實質平坦的上方表面；一實質平坦的下方表面；一彎曲內連接表面以連接該襯墊主體；一外表面以連接一氣體輸送裝置；及複數個注射埠，該複數個注射埠穿過該單片主體而形成，該複數個注射埠產生至少：一第一區域，該第一區域帶有一第一數量的通路；一第二區域，該第二區域帶有一第二數量的通路，該第二數量的通路與該第一數量的通路不同；及一第三區域，該第三區域帶有一第三 數量的通路，該第三數量的通路與該第一數量的通路及該第二數量的通路不同；及複數個注射入口，該複數個注射入口連接該複數個注射埠之至少一者，其中該複數個注射埠之每一者經過該複數個注射入口流體地連接該複數個襯墊埠之至少一者。
100‧‧‧處理腔室
102‧‧‧腔室主體
104‧‧‧支撐系統
106‧‧‧腔室控制器
112‧‧‧上方部分
114‧‧‧下方部分
116‧‧‧上方圓頂
118‧‧‧上方襯墊
120‧‧‧入口
121‧‧‧支撐銷
122‧‧‧排放埠
123‧‧‧環
125‧‧‧基板
130‧‧‧下方圓頂
132‧‧‧基板支撐組件
133‧‧‧升降銷
135‧‧‧照射器
140‧‧‧下方襯墊
150‧‧‧處理氣體
200‧‧‧襯墊
202‧‧‧襯墊主體
204‧‧‧內表面
206‧‧‧外表面
208‧‧‧襯墊入口
220‧‧‧注射插件
222‧‧‧平坦上方表面
224‧‧‧平坦下方表面
226‧‧‧注射埠
228‧‧‧連接表面
230‧‧‧外表面
300‧‧‧注射插件
301‧‧‧氣體線
302‧‧‧氣體線
304‧‧‧氣體線
306‧‧‧氣體線
308‧‧‧注射入口
308a-j‧‧‧注射入口
310‧‧‧中央線
312a‧‧‧寬度
312b‧‧‧寬度
312c‧‧‧寬度
326‧‧‧注射埠
330‧‧‧分支
400‧‧‧注射插件
422‧‧‧平坦上方表面
424‧‧‧平坦下方表面
426‧‧‧注射埠
428‧‧‧連接表面
430‧‧‧外表面
於是上述本揭示案特徵的方式可以詳細理解，可藉由參考實施例而具有本揭示案的更特定描述(簡短總結如上)，其中一些圖示於所附圖式中。然而，注意所附圖式僅圖式本揭示案典型的實施例，因此不考慮限制其範圍，因為本揭示案可允許其他等效實施例。
第1圖為根據描述於此之實施例的處理腔室之示意橫截面視圖。
第2A圖根據一些實施例描繪注射插件的示意圖。
第2B圖為根據一些實施例的注射插件之側面視圖。
第3圖為根據一些實施例的注射插件及氣體線組合之切去天花板的視圖。
第4圖為根據一些實施例的多層注射插件之側面視圖。
為了便於理解，盡可能使用相同元件符號，以 標示圖式中常見的相同元件。此外，可針對描述於此之其他實施例的使用而有利地調適一個實施例中的元件。
揭露於此之實施例描述使用於半導體處理系統中的襯墊。注射插件連接且併入至少六個區域以允許更大的流動控制。
可修改多種CVD腔室以併入描述於此之實施例。在一個實施例中，欲修改的CVD腔室為加州Santa Clara的應用材料公司可取得的EPI CENTURA® CVD系統之CVD腔室。CENTURA®系統為全自動化半導體製造系統，施用單一晶圓、多個腔室、模組化設計，而容納廣泛多種晶圓尺寸。除了CVD腔室外，多個腔室可包含預先清理腔室、晶圓定向器腔室、冷卻腔室、及負載鎖腔室。呈現於此之CVD腔室在第1圖中展示一個實施例，且不意圖限制所有可能的實施例。展望可根據描述於此的實施例使用其他CVD腔室，包含來自其他製造商的腔室。
第1圖為根據一個實施例的處理腔室100之橫截面視圖。處理腔室100包括腔室主體102、支撐系統104、及腔室控制器106。腔室主體102包含上方部分112及下方部分114。上方部分112包含腔室主體102內的上方圓頂116及基板125之間之面積。下方部分114包含腔室主體102內的下方圓頂130及基板125底部之間之面 積。沉積處理一般發生於上方部分112內的基板125的上方表面上。基板125由設置於基板125下方的支撐銷121支撐。基板125可為任何使用於磊晶沉積技術的基板，例如含矽或鍺的基板。進一步地，基板可為變化的尺寸，例如300mm直徑的基板或450mm直徑的基板。
上方襯墊118設置於上方部分112內且經調 適以防止所不欲的沉積於腔室元件上。於上方部分112內放置上方襯墊118相鄰於環123。處理腔室100包含複數個熱來源，例如照射器135，經調適以提供熱能量至處理腔室100內放置的元件。例如，照射器135可經調適以提供熱能量至基板125及環123。可由光學透明材料(例如，石英)形成下方圓頂130以便於穿過下方圓頂130的熱輻射通過。
腔室主體102包含形成於腔室主體102中的 入口120及排放埠122。入口120可經調適以提供穿過入口120的處理氣體150進入腔室主體102的上方部分112，同時排放埠122可經調適以由上方部分112排放處理氣體150。在該方式中，處理氣體150可平行於基板125的上方表面流動。藉由照射器135，便利於基板125上之處理氣體150熱分解以在基板125上形成磊晶層。
放置基板支撐組件132於腔室主體102的下 方部分114中。基板支撐組件132被圖示為在處理位置中支撐基板125。基板支撐組件132包含複數個支撐銷121及複數個升降銷133。升降銷133可垂直地致動且經調適 以接觸基板125的下側以由處理位置(如所展示)升高基板125至基板移除位置。可由石英、碳化矽、塗覆碳化矽的石墨、或其他合適的材料來製造基板支撐組件132的元件。
可將環123可移除地設置於耦合至腔室主體 102的下方襯墊140上。可在基板125位於處理位置時繞著腔室主體102的內體積設置環123且環繞基板125。環123可由熱穩定材料形成，例如碳化矽、石英或塗覆碳化矽的石墨。環123與基板125的位置之組合可分開上方部分112的體積。當基板125與環123置於同水平時，環123可提供適當氣體流動穿過上方部分112。當提供處理氣體至處理腔室100時，上方部分112之分開的體積藉由控制處理氣體的流動增強沉積的一致性。
支撐系統104包含使用以執行及監視預先決 定處理的元件，例如在處理腔室100中的磊晶薄膜成長。 支撐系統104包含一個或更多個氣體面板、氣體分佈管道、功率供應、及處理控制儀器。腔室控制器106耦合至支撐系統104且經調適以控制處理腔室100及支撐系統104。腔室控制器106包含中央處理單元(CPU)、記憶體、及支撐電路。可執行駐於腔室控制器106的指令以控制處理腔室100的操作。處理腔室100經調適以實施處理腔室100中的一個或更多個薄膜形成或沉積處理。例如，可於處理腔室100內實施碳化矽磊晶成長處理。思量可於處理腔室100內實施其他處理。
第2A及2B圖根據描述於此之實施例描繪帶 有注射插件220的襯墊200。第2A圖描繪連接襯墊組件200的注射插件220的俯視視圖。第2B圖描繪注射插件220的側面視圖。襯墊組件200包含帶有內表面204及外表面206的襯墊主體202。內表面204形成處理地區的邊界，在第1圖的上方部分112中展示。穿過襯墊主體202的內表面204及外表面206而形成複數個襯墊入口208(以圓形虛線描繪)。注射插件220(此處展示兩個注射插件220)流體地連接複數個襯墊入口208。由氣體供應來源(未展示)供應的氣體經過注射插件220被導入處理地區，且接著經過複數個襯墊入口208，藉此，複數個襯墊入口208可輸送一個或更多個個別氣體流動。注射插件220、複數個襯墊入口208或兩者皆可經配置以提供帶有變化的參數之個別的氣體流動，例如速度、密度、或成分。 複數個襯墊入口208經配置以引導處理氣體於一般徑向朝內的方向，該氣體被輸送至處理地區的中央面積。可個別或組合地使用複數個襯墊入口208之每一者及注射插件220，以調整一個或更多個參數，例如來自氣體供應來源的氣體之速度、密度、方向及位置。
可由單件金屬、陶瓷或其他惰性成分(例如， 鋁或石英)形成注射插件220。注射插件220可具有實質平坦的上方表面222及實質平坦的下方表面224。注射插件220可具有形成於注射插件220中的一數量的注射埠226。此處展示注射插件220的末端部分，為了簡化省略 中間部分。在此實施例中，描繪注射插件220為具有七個注射埠226。注射埠226可為任何形狀或尺寸，使得可控制流動速率、流動速度、及其他流動參數。進一步地，多個注射埠226可連接任意數量的複數個襯墊入口208。在一個實施例中，藉由多於一個注射埠226來服務複數個襯墊入口208的單一埠。在另一實施例中，藉由注射埠226的單一埠來服務複數個襯墊入口208的多個埠。注射插件220具有連接表面228。連接表面228可具有表面彎曲，使得貫穿注射插件220的注射埠226流體地密封複數個襯墊入口208。注射插件220可具有外表面230。外表面230可經配置以連接一個或更多個氣體線301或其他氣體輸送裝置。
注射埠226及襯墊入口208產生至少一第一 區域、一第二區域及一第三區域。該第一區域具有一第一數量的通路。該第二區域具有一第二數量的通路，該第二數量的通路與該第一數量的通路不同。該第三區域具有一第三數量的通路，該第三數量的通路與該第一數量的通路及該第二數量的通路不同。更大的基板需要處理參數更緊密的控制，由於該等基板增加的表面面積。因此，藉由增加區域的數量，減低由單一區域控制的面積而允許針對處理參數更精細的調諧。
第3圖根據一個實施例描繪注射插件300之切 去天花板的視圖。注射插件300可具有相同或相似於參照第2A及2B圖所描述的注射插件220的成分。注射插件 300具有形成於注射插件300中的複數個注射埠326，例如七個注射埠326。如相關於注射插件220所展示，此處展示注射插件300的末端部分，為了簡化省略中間部分。 注射插件300可具有一個或更多個多連接氣體線，此處展示為第一多連接氣體線302、第二多連接氣體線304及第三多連接氣體線306。多連接氣體線302、304及306連接複數個注射埠326(也稱為連接埠)之其中多於一者。
多連接氣體線302、304及306可輸送不同氣 體或不同條件下的氣體。在一個實施例中，第一多連接氣體線302輸送第一氣體至連接埠，第二多連接氣體線304輸送第二氣體至連接埠且第三多連接氣體線306輸送第三氣體至連接埠。第一氣體、第二氣體及第三氣體可為彼此不同的氣體。在另一實施例中，第一多連接氣體線302以第一壓力及/或第一溫度輸送氣體至連接埠，第二多連接氣體線304以第二壓力及/或第二溫度輸送氣體至連接埠，且第三多連接氣體線306以第三壓力及/或第三溫度輸送氣體至連接埠。第一壓力、第二壓力及第三壓力可彼此不同。同樣地，第一溫度、第二溫度及第三溫度可彼此不同。進一步地，任何數量的注射埠326可連接至任何數量的多連接氣體線。在進一步的實施例中，一個或更多個氣體線301及/或多連接氣體線302、304及306可連接相同注射埠326。
雖然展示一個或更多個注射埠326為經由一 個或更多個氣體線301及多連接氣體線302、304及306 來連接，可在注射插件300內內部連接注射埠326，使得多連接氣體線302、304及306之其中一者或多者為不必要的。在此例中，注射埠326的群組可內部分支至注射插件300，以分支330來展示，使得注射埠326的群組由單一氣體線301接收氣體。
注射插件300可進一步包含複數個注射入 口，此處展示為注射入口308a至308j。注射入口308a至308j可為大約等間距且放置於注射插件300中。注射入口308a至308j可具有變化的寬度，使得注射入口308a至308j以依比例改變的速度輸送不同體積的氣體。當以標準壓力輸送氣體穿過兩個注射埠326，預期有增加的寬度而以減低的速度但較標準寬度高的體積輸送氣體至處理地區。在上述相同條件下，預期有減低的寬度而以增加的速度但較標準寬度低的體積輸送氣體至處理地區。
此處展示，注射入口308a具有寬度312a，寬 度312a與注射埠326的寬度312c相較之下為增加的。進一步地，注射入口308a具有階化的增加，而產生圓錐狀的外型。此處展示，注射入口308a的寬度312a之增加導因於從中央線310之5度的階化增加，如由相關之注射埠326朝外延伸的虛線所標記。階化的增加可大於或小於5度。進一步地，階化的增加對於寬度312a增加之形成不是必要的。在一個實施例中，寬度312a僅在注射入口 308a之前的一點增加，而在注射埠326中形成稍微較大的圓柱體(未展示)。
雖然中央線310僅參照注射埠326來描述，應 理解此處描述之所有雙對稱性物體或構造具有一中央線。進一步地，雖然僅展示中央線310與注射入口308a的關係，應理解注射入口308a至308g之每一者具有一相關的中央線310，而平分個別注射埠326的每一者。
在另一範例中，注射入口308b具有寬度 312b，寬度312b與注射埠326的標準寬度312c相較之下為減低的。如上述，注射入口308b具有階化的減低，而產生反向圓錐狀的外型。此處展示，注射入口308b的減低寬度312b由中央線310之5度的階化減低而形成，如由相關之注射埠326朝內延伸的虛線所標記。階化的減低可大於或小於5度。
雖然將增加的寬度312a、減低的寬度312b、 及相關的階化增加及減低展示為對中央線310對稱，並不意圖為此處描述之實施例限制。可產生尺寸及形狀的改變而保有位置及旋轉的完全自由度，使得可依末端使用者所需以任何方向及任何角度輸送氣體。進一步地，第2A及2B圖之襯墊入口208可具有歡迎或複製參照注射入口308a至308g所述設計的設計。
第4圖為根據一個實施例的多層注射插件400 之側面視圖。多層注射插件400(此處展示帶有兩列的注射埠426)可具有多於一列的注射埠426，使得可更一致 地輸送氣體至處理地區。如相關於注射插件220所展示，此處展示注射插件400的末端部分，為了簡化省略中間部分。多層注射插件400可具有實質平坦的上方表面422及實質平坦的下方表面424。多層注射插件400每一列可具有形成於多層注射插件400中的一數量的注射埠426。在此實施例中，多層注射插件400被描繪為具有十四個注射埠426。在此實施例中，使用於每一對應列中的每一注射埠426的數量或形狀可為變化的形狀、尺寸及位置。
進一步地，多個注射埠426可連接任何數量的 該複數個注射入口(未展示)。參照第4圖所描述之注射入口與參照第3圖所描述之注射入口308實質相似。多層注射插件400具有連接表面428。連接表面428可具有表面彎曲，使得貫穿多層注射插件400的注射埠426流體地密封上方襯墊118及下方襯墊(未展示)。多層注射插件400具有外表面430，外表面430可經配置以連接如第3圖中所描述之氣體線。
對現今及下一世代的半導體裝置而言，緊密控 制化學及氣體流動兩者為必須的。使用上述實施例，可增加氣體至注射埠的輸送及由注射埠穿過注射入口的氣體流動兩者的控制，而導致針對大部分基板的處理參數之增加的控制。除了其他利益外，處理參數之增加的控制(包含輸送至腔室及隨後的區域構造之氣體的速度控制)將導致改良的磊晶沉積及減低的產品浪費。
前述係所揭示裝置、方法及系統之實施例，可修改所揭示裝置、方法及系統之其他及進一步的實施例而不遠離其基本範圍，且該範圍由隨後的申請專利範圍來決定。

Claims (20)

  1. 一種注射插件，包括：一單片主體，該單片主體帶有一內連接表面及一外表面以連接一氣體輸送裝置，該單片主體具有：複數個注射埠，該複數個注射埠穿過該單片主體而形成且彼此為平行的，各注射埠在該內連接表面及該外表面中形成一開口，且各注射埠具有以一單一方向從該內連接表面延伸至該外表面的一中央線，該複數個注射埠產生至少：一第一區域，該第一區域帶有該複數個注射埠的一第一數量的注射埠；一第二區域，該第二區域帶有該複數個注射埠的一第二數量的注射埠，該第二數量的注射埠與該第一數量的注射埠不同；及一第三區域，該第三區域帶有該複數個注射埠的一第三數量的注射埠，該第三數量的注射埠與該第一數量的注射埠及該第二數量的注射埠不同；及複數個注射入口，該複數個注射入口之每一者連接該複數個注射埠之至少一者。
  2. 如請求項1所述之注射插件，其中該複數個注射入口之至少一第一入口具有一寬度，該寬度大於該複數個注射入口之一第二入口。
  3. 如請求項1所述之注射插件，其中該第一區域具有一個注射埠，該第二區域具有兩個注射埠且該第三區域具有四個注射埠。
  4. 如請求項1所述之注射插件，其中該第一數量的注射埠、該第二數量的注射埠及該第三數量的注射埠為非重疊的。
  5. 如請求項1所述之注射插件，其中該複數個注射入口之至少一第一入口具有一寬度，該寬度小於該複數個入口之一第二入口。
  6. 如請求項1所述之注射插件，其中在該複數個注射埠中擁有多於一個列的注射埠。
  7. 如請求項1所述之注射插件，其中在該複數個注射埠之至少兩者之間形成一分支。
  8. 一種注射插件，包括：一單片主體，該單片主體帶有一內連接表面以連接一襯墊主體及一外表面以連接一氣體輸送裝置，該單片主體具有：複數個注射埠，該複數個注射埠穿過該單片主體而形成且彼此為平行的，各注射埠在該內連接表面及該外表面中形成一開口，且各注射埠具有以一單一方向從該內連接表面延伸至該外表面的一中央線；及複數個注射入口，該複數個注射入口之每一者連接該複數個注射埠之至少一者，其中該複數個注射入口之至少一第一入口包括一第一寬度，該第一寬度大於一平均寬度。
  9. 如請求項8所述之注射插件，其中該第一入口具有一階化的增加至該第一寬度。
  10. 如請求項8所述之注射插件，其中該複數個注射入口之一第二入口包括一第二寬度，該第二寬度小於該平均寬度。
  11. 如請求項8所述之注射插件，其中該複數個注射埠包括一第一區域、一第二區域及一第三區域。
  12. 如請求項8所述之注射插件，其中該單片主體包括石英。
  13. 如請求項8所述之注射插件，其中在該複數個注射埠中擁有多於一個列的注射埠。
  14. 如請求項8所述之注射插件，其中在該複數個注射埠之至少兩者之間形成一分支。
  15. 如請求項8所述之注射插件，其中該複數個注射埠包括七個或更多個注射埠。
  16. 一種襯墊組件，包括：一襯墊主體，該襯墊主體包括一上方襯墊部分及一下方襯墊部分，該襯墊主體具有形成於該襯墊主體中的複數個襯墊埠；及一注射插件，該注射插件具有一單片主體，該單片主體帶有：一實質平坦的上方表面；一實質平坦的下方表面；一彎曲內連接表面以連接該襯墊主體；一外表面以連接一氣體輸送裝置；複數個注射埠，該複數個注射埠穿過該單片主體而形成且彼此為平行的，各注射埠具有以一單一方向從該彎曲內連接表面延伸至該外表面的一中央線，該複數個注射埠產生至少：一第一區域，該第一區域帶有一第一數量的通路；一第二區域，該第二區域帶有一第二數量的通路，該第二數量的通路與該第一數量的通路不同；及一第三區域，該第三區域帶有一第三數量的通路，該第三數量的通路與該第一數量的通路及該第二數量的通路不同；及複數個注射入口，該複數個注射入口連接該複數個注射埠之至少一者，其中該複數個注射埠之每一者經過該複數個注射入口流體地連接該複數個襯墊埠之至少一者。
  17. 如請求項16所述之襯墊組件，其中該複數個注射埠之至少兩個相鄰埠之間的距離與該複數個注射埠之任意兩個剩餘的相鄰注射埠之間的距離不同。
  18. 如請求項16所述之襯墊組件，其中該複數個注射入口之至少一第一入口具有一寬度，該寬度大於該複數個注射入口之一第二入口。
  19. 如請求項16所述之襯墊組件，其中該第一區域具有一個注射埠，該第二區域具有兩個注射埠且該第三區域具有四個非重疊的注射埠。
  20. 如請求項16所述之襯墊組件，其中在該複數個注射埠中擁有多於一個列的注射埠。
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