本公開內(nèi)容的實(shí)施方式總體涉及用于在基板上形成外延材料的裝置與方法，基板諸如半導(dǎo)體基板。

背景技術(shù)：

外延是指結(jié)晶基板上的結(jié)晶覆蓋層的形成。外延薄膜可使用結(jié)晶基板作為晶種而自氣體或液體前驅(qū)物生長。因此，生長的薄膜可具有相關(guān)于結(jié)晶基板相同或相似的晶體取向(orientation)。由于相關(guān)于工藝氣流的處理限制，在一次處理一個結(jié)晶基板以獲得足夠的外延薄膜品質(zhì)。然而，因?yàn)樵谝淮沃惶幚韱我换?，所以外延形成?jīng)常會是器件產(chǎn)量的瓶頸。

因此，對于同時(shí)在多個基板上形成外延薄膜的方法與裝置存有需求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本文所述的實(shí)施方式一般涉及用于在外延薄膜形成期間批量處理基板的方法與裝置。在一個實(shí)施例中，處理腔室包括腔室蓋件與基板支撐件。腔室蓋件包括中心設(shè)置的氣體入口與第一氣體偏轉(zhuǎn)器，第一氣體偏轉(zhuǎn)器與腔室蓋件耦接并經(jīng)調(diào)適而將第一工藝氣體側(cè)向地導(dǎo)向橫跨多個基板的表面。該蓋件也包括一或多個氣體出口，氣體出口自中心設(shè)置的氣體入口徑向向外設(shè)置。該蓋件還包括多個燈，多個燈設(shè)置于中心設(shè)置的氣體入口與一或多個氣體出口之間?；逯渭强尚D(zhuǎn)的且包括于基板支撐件中形成的氣體通道。氣體通道將第二工藝氣體引至處理腔室的內(nèi)部容積。第二氣體偏轉(zhuǎn)器經(jīng)調(diào)適而將第二工藝氣體側(cè)向地導(dǎo)向橫跨多個基板的表面。

在另一個實(shí)施例中，處理腔室包括腔室主體以及設(shè)置于腔室主體上的腔室蓋件。腔室蓋件包括中心設(shè)置的氣體入口以用于將第一工藝氣體引至處理腔室的內(nèi)部容積。腔室蓋件也包括耦接至腔室蓋件的第一氣體偏轉(zhuǎn)器，以用于將第一工藝氣體側(cè)向地導(dǎo)向橫跨多個基板的表面。腔室蓋件還包括一或多個氣體出口，氣體出口自中心設(shè)置的氣體入口徑向向外設(shè)置。多個燈設(shè)置于腔室蓋件內(nèi)。處理腔室進(jìn)一步包括設(shè)置于處理腔室內(nèi)的可旋轉(zhuǎn)的基板支撐件?？尚D(zhuǎn)的基板支撐件經(jīng)調(diào)適以支撐可旋轉(zhuǎn)的基板支撐件上的多個基板。可旋轉(zhuǎn)的基板支撐件包括第二氣體偏轉(zhuǎn)器，第二氣體偏轉(zhuǎn)器經(jīng)調(diào)適而將第二工藝氣體側(cè)向地導(dǎo)向橫跨多個基板的表面。

在另一個實(shí)施例中，一種處理多個基板的方法包括將工藝氣體引導(dǎo)通過腔室蓋件中形成的氣體入口。腔室蓋件定位于腔室主體上。該方法進(jìn)一步包括將工藝氣體橫跨一或多個基板的表面?zhèn)认蚱D(zhuǎn)。該方法也包括將額外的工藝氣體引導(dǎo)通過基板支撐件中形成的氣體入口。該方法還包括將額外的工藝氣體橫跨一或多個基板的表面?zhèn)认蚱D(zhuǎn)。該方法還包括將工藝氣體與額外的工藝氣體自腔室主體排出。

附圖說明

以上簡要概述的本公開內(nèi)容的上述詳述特征可以被詳細(xì)理解的方式、以及本公開內(nèi)容更特定的描述可以通過參照實(shí)施方式而獲得，實(shí)施方式中的一些實(shí)施方式繪示于附圖中。然而，應(yīng)當(dāng)注意，附圖僅繪示了示例性實(shí)施方式，因而不應(yīng)視為對本公開內(nèi)容的范圍的限制，因?yàn)楸竟_內(nèi)容可允許其它等同有效的實(shí)施方式。

圖1根據(jù)本公開內(nèi)容的一個實(shí)施方式圖示處理腔室的截面圖。

圖2根據(jù)本公開內(nèi)容的另一個實(shí)施方式圖示處理腔室的截面圖。

圖3根據(jù)本公開內(nèi)容的一個實(shí)施方式圖示腔室蓋件的底部平面圖。

圖4根據(jù)本公開內(nèi)容的一個實(shí)施方式圖示基板支撐件的頂部平面圖。

圖5根據(jù)本公開內(nèi)容的一個實(shí)施方式圖示氣體偏轉(zhuǎn)器的截面圖。

圖6根據(jù)本公開內(nèi)容的一個實(shí)施方式圖示處理系統(tǒng)。

圖7根據(jù)本公開內(nèi)容的另一個實(shí)施方式圖示處理系統(tǒng)。

為了便于理解，盡可能地使用相同的數(shù)字符號指示附圖中共通的元件?？紤]到，一個實(shí)施方式的元件與特征在沒有進(jìn)一步地描述下可有益地并入其它實(shí)施方式中。

具體實(shí)施方式

本文所述的實(shí)施方式一般涉及用于在外延薄膜形成期間批量處理基板的方法與裝置。在一個實(shí)施例中，處理腔室包括腔室蓋件與基板支撐件。腔室蓋件包括中心設(shè)置的氣體入口與第一氣體偏轉(zhuǎn)器，第一氣體偏轉(zhuǎn)器與腔室蓋件耦接并經(jīng)調(diào)適而將第一工藝氣體側(cè)向地導(dǎo)向橫跨多個基板的表面。該蓋件也包括一或多個氣體出口及多個燈，氣體出口自中心設(shè)置的氣體入口徑向向外設(shè)置，多個燈設(shè)置于中心設(shè)置的氣體入口與一或多個氣體出口之間。基板支撐件是可旋轉(zhuǎn)的，并且包括于基板支撐件中形成的氣體通道，以用于將第二工藝氣體引至處理腔室的內(nèi)部容積。基板支撐件也包括第二氣體偏轉(zhuǎn)器，第二氣體偏轉(zhuǎn)器經(jīng)調(diào)適而將第二工藝氣體側(cè)向地導(dǎo)向橫跨多個基板的表面。

圖1根據(jù)本公開內(nèi)容的一個實(shí)施方式圖示處理腔室100的截面圖。處理腔室100包括腔室主體102，腔室主體102具有設(shè)置于腔室主體102上的腔室蓋件104。腔室主體102界定內(nèi)部容積，內(nèi)部容積具有凈化區(qū)域106a與處理區(qū)域106b?；逯渭?08定位于內(nèi)部容積內(nèi)且將內(nèi)部容積分為凈化區(qū)域106a與處理區(qū)域106b。在一個實(shí)施例中，基板支撐件108是具有上表面108u與下表面108d的圓形支撐構(gòu)件。基板支撐件108由石墨形成且可選地包括基板支撐件108上的碳化硅涂層，并且經(jīng)調(diào)適以支撐多個基板110于基板支撐件108的上表面108u上。例如，基板支撐件108可包括于基板支撐件108內(nèi)形成的一或多個凹槽108r以用于支撐四、六、八或更多個基板110。

支撐軸112耦接至基板支撐件108的下表面108d且相對于基板支撐件108的下表面108d而中心定位。支撐軸112是由石英、石墨或以碳化硅涂層的石墨形成的圓柱構(gòu)件。氣體導(dǎo)管114軸向定位于支撐軸112內(nèi)以利于工藝氣體自工藝氣源116經(jīng)由氣體接線118傳送至處理區(qū)域106b。多個支承122包含于支承襯套120中，支承襯套120自氣體導(dǎo)管114徑向向外定位。支承襯套120促成支撐軸112相對于固定氣體導(dǎo)管114的旋轉(zhuǎn)以影響基板支撐件108的旋轉(zhuǎn)。旋轉(zhuǎn)密封件123可設(shè)置于支撐軸112與氣體接線118之間以利于支撐軸112與氣體接線118之間的流體緊密連接。致動器121與支撐軸112耦接以促成支撐軸112與耦接至支撐軸112的基板支撐件108的旋轉(zhuǎn)與垂直移動，致動器121諸如馬達(dá)。

基板支撐件108可包括穿過板170形成的一或多個氣體通道124，板170設(shè)置于基板支撐件108的中心部分。基板支撐件108的中心部分可包括于基板支撐件108的中心部分中形成的凹槽171，用以容納板170。在一個實(shí)施例中，多個氣體可在流動通過板170前引入凹槽171。在此實(shí)施例中，在氣體通過板170進(jìn)入處理區(qū)域106b之前，凹槽171促進(jìn)氣體混合。

板170的氣體通道124利于工藝氣體自氣體導(dǎo)管114通過基板支撐件108傳送至處理區(qū)域106b。當(dāng)工藝氣體進(jìn)入處理區(qū)域106b時(shí)，工藝氣體接觸氣體偏轉(zhuǎn)器126，氣體偏轉(zhuǎn)器126與基板支撐件108的上表面108u中心耦接且自基板支撐件108的上表面108u延伸。氣體偏轉(zhuǎn)器126包括支撐柱126s，支撐柱126s與氣體偏轉(zhuǎn)構(gòu)件126d的下表面耦接。在一個實(shí)施例中，氣體偏轉(zhuǎn)構(gòu)件126d可以是圓盤(disc)狀或圓形構(gòu)件，且支撐柱126s可相對于氣體偏轉(zhuǎn)構(gòu)件126d以中心設(shè)置。在一個實(shí)施例中，支撐柱126s可與板170的中心部分耦接。

氣體偏轉(zhuǎn)器126鄰近于一或多個氣體通道124定位且經(jīng)調(diào)適而將自一或多個氣體通道124離開的工藝氣體導(dǎo)向于一側(cè)向方向，如箭頭128所示。工藝氣體徑向向外流動且平行于基板110的上表面流動以利于外延薄膜于基板110的上表面上的形成。在一個實(shí)施例中，氣體偏轉(zhuǎn)構(gòu)件126d的下表面可具有圓錐形，圓錐形具有以相對于基板支撐件108的上表面108u的一角度設(shè)置的表面。在一個實(shí)施例中，氣體偏轉(zhuǎn)構(gòu)件126d的下表面可以相對于上表面108u的一角度定位，該角度介于約平行至約60度之間。在一個實(shí)施例中，氣體偏轉(zhuǎn)器126可由石英形成；然而，也可以考慮其它材料。

腔室蓋件104被支撐于腔室主體102之上。腔室蓋件104可由不銹鋼、鋁或其它金屬及金屬合金形成。腔室蓋件包括多個燈130，多個燈130設(shè)置于腔室蓋件中且暴露于腔室蓋件的下表面上以利于定位于腔室蓋件下的基板110的輻射加熱。多個燈130可依圓形構(gòu)造定位以追蹤基板110的旋轉(zhuǎn)。氣體導(dǎo)管132由多個燈130徑向向內(nèi)且相關(guān)于腔室蓋件104以中心設(shè)置。氣體導(dǎo)管132穿過腔室蓋件104軸向設(shè)置以將工藝氣體接線134通過板138p中形成的開口138o而流體耦接至處理區(qū)域106b。工藝氣體接線134耦接至處理氣源116。處理氣源116可提供一或多種工藝氣體，工藝氣體包括硅或鍺源、惰性氣體、第三族源(group III sources)、第五族源(group V sources)及諸如n型或p型摻雜劑的摻雜劑。通過氣體導(dǎo)管132提供的工藝氣體由氣體偏轉(zhuǎn)器136重新導(dǎo)向。該氣體偏轉(zhuǎn)器與氣體偏轉(zhuǎn)器126相同或類似，并且可將輸入的工藝氣體徑向向外導(dǎo)向，如箭頭137所示。在一個實(shí)施例中，當(dāng)工藝氣體鄰近于基板110流動時(shí)，氣體偏轉(zhuǎn)器126與136所偏轉(zhuǎn)的氣體保持層流狀態(tài)(regime)以利于均勻外延形成。在基板支撐件108的處理或升高的位置中，氣體偏轉(zhuǎn)器126與136之間的距離可以是約2mm或更少。

一或多個排氣氣室138自多個燈130徑向向外設(shè)置以利于氣體自處理區(qū)域106b排出。一或多個排氣氣室138于腔室蓋件104的下表面形成，并且自基板110充分地徑向向外定位以促成相對于基板110的上表面的平行氣流。例如，如圖1A所示，定位一或多個排氣氣室138使得工藝氣體往排氣氣室的向上流動沒有在基板110的徑向向外之前開始，如同箭頭140所示。一或多個排氣氣室138可耦接至排氣泵139以利于工藝氣體自處理區(qū)域106b移除。

加熱器142，諸如電阻加熱器可定位于基板支撐件108下的凈化區(qū)域106a內(nèi)。加熱器142可與腔室主體102的下表面耦接或由腔室主體102的下表面支撐。加熱器142可具有跟基板支撐件108相似的占地面積。或者，加熱器142可以是多個燈，多個燈經(jīng)調(diào)適而將輻射熱導(dǎo)向至基板支撐件108。

在一個替代實(shí)施方式中，可以考慮可刪除氣體偏轉(zhuǎn)器126、136中的一個。在此實(shí)施方式中，剩余氣體偏轉(zhuǎn)器的相對表面可用于偏轉(zhuǎn)工藝氣體，工藝氣體通過腔室蓋件104與基板支撐件108兩者引入處理腔室100。

圖2根據(jù)本公開內(nèi)容的另一個實(shí)施方式圖示處理腔室200的截面圖。處理腔室200類似于處理腔室100，然而，處理腔室200包括基板支撐件208，于基板支撐件208內(nèi)形成一或多個排氣氣室244。一或多個排氣氣室244利于氣體通過基板支撐件208的移除。一或多個排氣氣室244于基板支撐件208的上表面208u中形成且自基板110向外側(cè)向設(shè)置。在一個實(shí)施例中，一或多個排氣氣室244可靠近基板支撐件208的外邊緣設(shè)置。在一個實(shí)施例中，一或多個排氣氣室244為圓形或環(huán)狀通道。

一或多個排氣氣室244經(jīng)由一或多個導(dǎo)管248(圖示一個)耦接至排氣泵246以利于氣體通過基板支撐件208的移除。一或多個排氣氣室244相對于一或多個排氣氣室138而設(shè)置；然而，可以考慮一或多個排氣氣室244可相對于一或多個排氣氣室138而徑向向內(nèi)或向外設(shè)置。一或多個排氣氣室244可以是于基板支撐件208的周邊附近以預(yù)定間距定位的分離的氣室。或者，一或多個排氣氣室244可以是于基板支撐件208周邊附近形成的連續(xù)排氣通道。

在另一個實(shí)施例中，一或多個排氣氣室244可鄰近于基板110的徑向向外邊緣及靠近基板110的徑向向外邊緣定位。一或多個排氣氣室244通過在氣體排出時(shí)影響氣體流動而進(jìn)一步促成平行于基板110表面的側(cè)向氣體流動，如箭頭250所示。因此，某些工藝氣體如箭頭140所示被向上拉，而某些氣體如箭頭250所示被向下拉，導(dǎo)致在氣體相對于基板110移動時(shí)的凈側(cè)向流動。凈側(cè)向流動增進(jìn)沉積均勻性?？梢钥紤]氣體通過一或多個排氣氣室138、244離開的相對量可經(jīng)調(diào)適以達(dá)到處理區(qū)域106b內(nèi)所需的工藝氣體的流動狀態(tài)。氣體偏轉(zhuǎn)器292可自一或多個排氣氣室244的各者徑向向外定位以促成氣體導(dǎo)向進(jìn)入一或多個排氣氣室244。氣體偏轉(zhuǎn)器292可相關(guān)于基板支撐件208的上表面以一角度定位，例如約45度至約135度，例如，90度。雖然沒有圖示以作解釋，但是可以預(yù)想處理腔室200可包括支承襯套120與旋轉(zhuǎn)密封件123(示出于圖1)以促成基板支撐件208的旋轉(zhuǎn)。致動器121可促成基板支撐件208的垂直和/或旋轉(zhuǎn)致動。此外，雖然沒有圖示，但可以了解處理腔室120可包括設(shè)置于處理腔室120中的一或多個高溫計(jì)以用于檢測基板110的溫度。

圖3根據(jù)本公開內(nèi)容的一個實(shí)施方式圖示腔室蓋件304的底部平面圖。腔室蓋件304與腔室蓋件104類似；然而，腔室蓋件304包括在腔室蓋件304的邊緣徑向向外設(shè)置的環(huán)狀排氣氣室338。包括獨(dú)立燈331的多個燈130自環(huán)狀排氣氣室338徑向向內(nèi)且自氣體偏轉(zhuǎn)器336徑向向外設(shè)置。多個開口138o于腔室蓋件304中形成且定位于氣體偏轉(zhuǎn)器136之下以用于促成工藝氣體引入處理腔室。開口138o以局部剖視圖表示?？梢钥紤]燈331的尺寸、位置與數(shù)量可經(jīng)調(diào)適以影響基板加熱的所期望程度?？梢钥紤]其它的燈圖案與構(gòu)造。

圖4根據(jù)本公開內(nèi)容的一個實(shí)施方式圖示基板支撐件108的頂部平面圖。基板支撐件108包括中心定位的氣體偏轉(zhuǎn)器126，一或多個氣體通道124(圖示五個)設(shè)置于氣體偏轉(zhuǎn)器126之下以促成工藝氣體引入處理腔室的內(nèi)部容積。多個基板可設(shè)置于基板支撐件108上以利于基板上的外延薄膜的形成。雖然所示為八個基板110，但是可以考慮或多或少個基板110可定位于基板支撐件108上，以及基板支撐件108可相應(yīng)地調(diào)整大小。

圖5根據(jù)本公開內(nèi)容的一個實(shí)施方式圖示氣體偏轉(zhuǎn)器526的截面圖。氣體偏轉(zhuǎn)器526可用于替代圖1所示的氣體偏轉(zhuǎn)器126與136。在一個實(shí)施例中，單一氣體偏轉(zhuǎn)器526可替代氣體偏轉(zhuǎn)器126與136兩者。氣體偏轉(zhuǎn)器526包括支撐柱126s以用于將氣體偏轉(zhuǎn)器526耦接至腔室蓋件或基板支撐件。支撐柱126s耦接至氣體偏轉(zhuǎn)構(gòu)件526d或與氣體偏轉(zhuǎn)構(gòu)件526d一體地形成。

氣體偏轉(zhuǎn)構(gòu)件526d包括鄰近于支撐柱126s設(shè)置的第一氣體偏轉(zhuǎn)表面552。第一氣體偏轉(zhuǎn)表面552經(jīng)調(diào)適而將工藝氣體通過鄰近于第一氣體偏轉(zhuǎn)表面552的導(dǎo)管(未圖示)側(cè)向?qū)蛑撂幚砬皇?。第一氣體偏轉(zhuǎn)表面可相對于支撐柱126s以約5度至約90度的角度設(shè)置，例如約45度至約90度。

氣體偏轉(zhuǎn)構(gòu)件526d也包括相對于第一氣體偏轉(zhuǎn)表面552設(shè)置的第二氣體偏轉(zhuǎn)表面554。第二氣體偏轉(zhuǎn)表面554是圓錐形且經(jīng)調(diào)適而將工藝氣體側(cè)向偏轉(zhuǎn)，工藝氣體于第二氣體偏轉(zhuǎn)表面554處導(dǎo)向。在一個實(shí)施方式中，可以考慮第二氣體偏轉(zhuǎn)表面554可以為平面的或?qū)嵸|(zhì)平面的。

圖6根據(jù)本公開內(nèi)容的一個實(shí)施方式圖示處理系統(tǒng)660。處理系統(tǒng)660包括生產(chǎn)界面661，生產(chǎn)界面661經(jīng)調(diào)適以接收來自一或多個盒(cassette)662的基板以用于處理。生產(chǎn)界面661包括在生產(chǎn)界面661中的機(jī)械臂以用于將機(jī)械臂自負(fù)載鎖定663a、663b來回傳送。負(fù)載鎖定663a、663b利于將基板自批量基板預(yù)清洗腔室664來回傳送。批量基板預(yù)清洗腔室664可經(jīng)調(diào)適以將氧化物自設(shè)置于批量基板預(yù)清洗腔室664中的基板表面移除，例如自然氧化物。

批量基板預(yù)清洗腔室664經(jīng)由一或多個緩沖腔室665a、665b(圖示兩個)而與主體666耦接。主體666促成基板從一或多個緩沖腔室665a、665b傳送至處理腔室667a、667b。在一個實(shí)施方式中，處理腔室667a、667b中的一或多個可以是諸如本說明書所述的處理腔室100、200之類的處理腔室。由于處理腔室667a、667b的定位，允許處理腔室667a、667b自區(qū)域668的側(cè)面進(jìn)出，從而減少處理系統(tǒng)660的占地面積。

圖7根據(jù)本公開內(nèi)容的另一個實(shí)施方式圖示處理系統(tǒng)760。處理系統(tǒng)760與處理系統(tǒng)660類似；然而，預(yù)清洗腔室664可用傳送腔室789替代，傳送腔室789容納機(jī)械臂于傳送腔室789中且經(jīng)調(diào)適而將基板傳送通過傳送腔室789。多個預(yù)清洗腔室764a-d(圖示為四個)可于傳送腔室附近設(shè)置且與傳送腔室連接。各個預(yù)清洗腔室764a-d可經(jīng)調(diào)適以接收來自傳送腔室789的基板，并在基板被傳送回傳送腔室789前，在預(yù)清洗腔室中執(zhí)行預(yù)清洗操作于基板上。

本說明書實(shí)施方式的優(yōu)點(diǎn)包括批量處理基板期間的均勻外延沉積，因而增加基板產(chǎn)量。雖然本說明書的實(shí)施方式一般使用燈以用于加熱基板，但是可以考慮，除燈之外還可使用電阻加熱器，或使用電阻加熱器以作為燈的替代。

雖然前述針對本公開內(nèi)容的實(shí)施方式，但在不違背本公開內(nèi)容的基本范圍下，可設(shè)計(jì)其它的與進(jìn)一步的實(shí)施方式，而本公開內(nèi)容的范圍由隨附的權(quán)利要求書確定。