專利名稱：多區(qū)部的噴頭組件的制作方法
多區(qū)部的噴頭組件
發(fā)明背景發(fā)明領域
本發(fā)明的實施例一般涉及用于在基板上的化學氣相沉積(CVD)的方法與設備，并且具體而言涉及由多個區(qū)部(section)組成的噴頭組件以用在金屬有機化學氣相沉積(MOCVD)及/或氫化物氣相外延(HVPE)。
相關技術的描述
已發(fā)現(xiàn)II1-V族膜對于各種半導體裝置的發(fā)展與制造具有更大的重要性，所述半導體裝置諸如是短波長發(fā)光二極管(LED’ S)、激光二極管(LD’ s)與電子裝置，所述電子裝置包括高功率、高頻率、高溫的晶體管和集成電路。舉例而言，短波長(例如藍/綠到紫外光)的LED’s是使用III族氮化物半導體材料氮化鎵(GaN)來制造。已經(jīng)觀察到，使用GaN所制造的短波長的LED’s可比使用非氮化物半導體材料(諸如I1-VI族材料)所制造的短波長的LED’ s提供顯著更大的效率和更長的操作壽命。
已經(jīng)用來沉積III族氮化物(諸如GaN)的一種方法是金屬有機化學氣相沉積(MOCVD)。大致上，此化學氣相沉積方法是被執(zhí)行在反應器中，所述反應器具有溫度受控的環(huán)境以確保第一前驅(qū)物氣體的穩(wěn)定性，其中所述第一前驅(qū)物氣體含有來自III族的至少一種元素(諸如鎵(Ga))。第二前驅(qū)物氣體(諸如氨(NH3))提供所需要的氮以形成III族氮化物。此兩種前驅(qū)物氣體被注入到反應器中的處理區(qū)內(nèi)(此兩種前驅(qū)物氣體在該處理區(qū)混合)且朝向處理區(qū)中的經(jīng)加熱的基板移動。可使用載氣以有助于所述前驅(qū)物氣體朝向基板的傳送。所述前驅(qū)物在經(jīng)加熱的基板的表面處反應以在基板表面上形成III族氮化物層(諸如GaN)。膜的質(zhì)量部分地取決于沉積均勻性，沉積均勻性反過來取決于在遍布基板的均勻溫度下的遍布基板的所述前驅(qū)物的均勻混合。
可安排多個基板在基板承載件上，并且各個基板可具有50mm至IOOmm或更大的直徑。期望在更大基板及/或更多基板與更大沉積區(qū)域上方的前驅(qū)物均勻混合，以為了增加成品率和產(chǎn)量。這些因素是重要的，如此是因為這些因素會直接地影響制造電子裝置的成本與由此裝置制造者在市場的競爭性。
前驅(qū)物氣體與熱硬件部件的交互作用通常會使前驅(qū)物分解且沉積在這些熱表面上，其中所述交互作用常被發(fā)現(xiàn)在LED或LD形成反應器的處理區(qū)域中。典型地，熱反應器表面是通過來自用來加熱基板的熱源的輻射所形成。當前驅(qū)物材料在熱表面上的沉積發(fā)生在前驅(qū)物分布部件(諸如氣體分布裝置)中或上時，前驅(qū)物材料在熱表面上的沉積會是特別有問題的。在前驅(qū)物分布部件上的沉積會影響隨著時間的流量分布均勻性。所以，可在沉積工藝期間將氣體分布裝置冷卻，此能降低MOCVD前驅(qū)物或HVPE前驅(qū)物被加熱到使所述前驅(qū)物分解且影響氣體分布裝置效能的溫度的可能性。
當期望的沉積區(qū)域增加時，傳統(tǒng)的配置為輸送多種處理氣體到基板的氣體分布裝置的尺寸和復雜性會增加，此會造成顯著增加的制造與傳送成本。舉例而言，在多前驅(qū)物氣體分布裝置中，可將多個岐管與氣體通路(passage)形成在多個大板中，所述板接著被層疊且永久地被接附以形成所述多前驅(qū)物氣體分布裝置。當氣體分布裝置增加到覆蓋Im2與更大的沉積區(qū)域且氣體分布通路的數(shù)量超過5000個時，制造與傳送這些裝置的復雜性與成本會急劇增加。所以，需要一種改良的氣體分布裝置，該改良的氣體分布裝置提供改善后續(xù)所沉積在更大基板與更大沉積區(qū)域上方的膜的均勻性，同時可減少氣體分布裝置的復雜性與制造成本。
發(fā)明概述
在一個實施例中，一種噴頭組件包括:頂板，該頂板具有通過該頂板形成的多個第一氣體通路與多個第二氣體通路；和多個隔離的噴頭區(qū)部，所述噴頭區(qū)部接附到該頂板。各個噴頭區(qū)部具有第一氣體岐管，該第一氣體岐管形成在各個噴頭區(qū)部中且流體連通于所述第一氣體通路中的一個第一氣體通路。各個噴頭區(qū)部還具有第二氣體岐管，該第二氣體岐管形成在各個噴頭區(qū)部中且流體連通于所述第二氣體通路中的一個第二氣體通路。
在另一個實施例中，一種基板處理設備包括:腔室主體；基板支撐件；和噴頭組件，其中該腔室主體、該基板支撐件與該噴頭組件限定處理空間。該噴頭組件包括:頂板，該頂板具有通過該頂板形成的多個第一氣體通路與多個第二氣體通路；和多個隔離的噴頭區(qū)部，所述噴頭區(qū)部接附到該頂板。各個噴頭區(qū)部具有第一氣體岐管，該第一氣體岐管形成在各個噴頭區(qū)部中且流體連通于所述第一氣體通路中的一個第一氣體通路與該處理空間，并且各個噴頭區(qū)部具有第二氣體岐管，該第二氣體岐管形成在各個噴頭區(qū)部中且流體連通于所述第二氣體通路中的一個第二氣體通路與該處理空間。所述第一氣體岐管與第二氣體岐管在該噴頭區(qū)部內(nèi)彼此隔離。
在又一實施例中，一種處理基板的方法包括下列步驟:將第一氣體通過多個噴頭區(qū)部引進到處理腔室的處理空間內(nèi)；將第二氣體通過多個噴頭區(qū)部引進到該處理腔室的該處理空間內(nèi)；和通過使熱交換流體流動通過形成在各個噴頭區(qū)部中的岐管，以冷卻各個噴頭區(qū)部。該第一氣體被輸送到各個噴頭區(qū)部中的第一氣體岐管內(nèi)，及該第一氣體從各個噴頭區(qū)部的第一氣體岐管通過各個噴頭區(qū)部內(nèi)的多個第一氣體導管被輸送到該處理空間內(nèi)。該第二氣體被輸送到各個噴頭區(qū)部中的第二氣體岐管內(nèi)，及該第二氣體從各個噴頭區(qū)部的第二氣體岐管通過多個第二氣體導管被輸送到該處理空間內(nèi)。
附圖簡要說明
因此，可詳細理解本發(fā)明的上述特征的方式，可參考各實施例獲得上文簡要概述的本發(fā)明的更具體描述，一些實施例在附圖中圖示。但是應注意的是，附圖僅圖示本發(fā)明的典型實施例，因此附圖不應被視為會對本發(fā)明的范圍構成限制，如此是因為本發(fā)明可允許其它同等有效的實施例。


圖1為表示根據(jù)在此所述的實施例的處理系統(tǒng)的一個實施例的示意平面圖，所述處理系統(tǒng)用于制造化合物氮化物(compound nitride)半導體裝置。
圖2為根據(jù)一個實施例的金屬有機化學氣相沉積(MOCVD)腔室的示意截面圖，所述金屬有機化學氣相沉積(MOCVD)腔室用于制造化合物氮化物半導體裝置。
圖3A為圖2所示的噴頭組件的示意仰視圖。
圖3B為噴頭組件的另一個實施例的示意仰視圖。
圖3C為噴頭組件的另一個實施例的示意仰視圖。
圖3D為噴頭組件的另一個實施例的示意仰視圖。
圖4A為圖2所示的噴頭區(qū)部的第一水平壁的示意仰視圖。
圖4B為圖2所示的噴頭區(qū)部的第二水平壁的示意仰視圖。
圖4C為圖2所示的噴頭區(qū)部的第三水平壁的示意仰視圖。
具體描述
本發(fā)明的實施例一般提供一種可使用MOCVD及/或HVPE硬件來沉積111族氮化物膜的方法與設備。大致上，該設備是由多個區(qū)部組成的噴頭組件，所述區(qū)部彼此隔離且接附到頂板。各個噴頭區(qū)部具有分離的入口和通路，以輸送分離的處理氣體到處理腔室的處理空間內(nèi)，而不會在所述處理氣體進入處理空間之前造成所述氣體混合。較佳地，各個噴頭區(qū)部包括溫度控制岐管，該溫度控制岐管用于使冷卻流體能流動通過各自的噴頭區(qū)部。相較于傳統(tǒng)上從單一塊體或多個層疊板來制造的整個噴頭，通過提供多個隔離的噴頭區(qū)部，可顯著地減少制造復雜性與成本。
圖1為表示根據(jù)在此所述的實施例的處理系統(tǒng)100的一個實施例的示意平面圖，其中該處理系統(tǒng)100包括一個或多個MOCVD腔室102以制造化合物氮化物半導體裝置。在一個實施例中，處理系統(tǒng)100對于大氣被密閉。處理系統(tǒng)100包括傳送腔室106、與傳送腔室106耦接的MOCVD腔室102、與傳送腔室106耦接的裝載閉鎖腔室108、批次裝載閉鎖腔室109和裝載站110，其中該批次裝載閉鎖腔室109用于存儲基板且與傳送腔室106耦接，該裝載站110用于裝載基板且與裝載閉鎖腔室108耦接。傳送腔室106容納有機器人組件(未示出)，該機器人組件可操作以拾取且傳送基板于裝載閉鎖腔室108、批次裝載閉鎖腔室109與MOCVD腔室102之間。盡管圖上圖示了單一 MOCVD腔室102，應了解的是超過一個MOCVD腔室102，或此外地一個或多個MOCVD腔室102與一個或多個氫化物氣相外延(HVPE)腔室的組合，也可與傳送腔室106耦接。還應了解的是盡管圖上圖示了群集工具，可使用線性軌道系統(tǒng)來執(zhí)行在此所述的實施例。
在一個實施例中，傳送腔室106在基板傳送過程期間維持在真空下，以控制基板所暴露的污染物(諸如氧(O2)或水(H2O))的量?？烧{(diào)整傳送腔室的真空度(vacuumlevel)，而使傳送腔室的真空度匹配于MOCVD腔室102的真空度。舉例而言，當從傳送腔室106傳送基板到MOCVD腔室102內(nèi)(或反之亦然)時，傳送腔室106與MOCVD腔室102可維持在相同的真空度。接著，當從傳送腔室106傳送基板到裝載閉鎖腔室108 (或反之亦然)或批次裝載閉鎖腔室109(或反之亦然)時，可調(diào)整傳送腔室的真空度，而使傳送腔室的真空度匹配于裝載閉鎖腔室108或批次裝載閉鎖腔室109的真空度，即使裝載閉鎖腔室108或批次裝載閉鎖腔室109與MOCVD腔室102的真空度可能不同。因此，傳送腔室106的真空度是可調(diào)整的。在特定實施例中，基板在高純度惰性氣體環(huán)境中(諸如在高純度N2環(huán)境中)被傳送。在其它實施例中，基板在高純度NH3或H2環(huán)境中被傳送。
在處理系統(tǒng)100中，機器人組件(未圖示)傳送基板承載板112到MOCVD腔室102內(nèi)以為了進行沉積，其中該基板承載板112裝載有基板。在一個實施例中，基板承載板112可具有約200mm至約750mm的直徑?；宄休d板112可由各種材料來形成，包括SiC或涂覆有SiC的石墨。在一個實例中，基板承載板112可具有約1，OOOcm2或更大(較佳為2，OOOcm2或更大，且更佳為4，OOOcm2或更大)的表面積。在已經(jīng)完成了一些或全部的沉積步驟之后，基板承載板112經(jīng)由傳送機器人從MOCVD腔室102被傳送回到裝載閉鎖腔室108?；宄休d板112可接著被傳送到裝載站110。在MOCVD腔室102中的進一步處理之前，基板承載板112可被存儲在裝載閉鎖腔室108或批次裝載閉鎖腔室109中。
系統(tǒng)控制器160控制處理系統(tǒng)100的活動與操作參數(shù)。系統(tǒng)控制器160包括計算機處理器與計算機可讀存儲器，該計算機可讀存儲器耦接到處理器。處理器執(zhí)行系統(tǒng)控制軟件(諸如被存儲在存儲器中的計算機程序)。
圖2為根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的MOCVD腔室102的示意截面圖。MOCVD腔室102包括腔室主體202、多區(qū)部噴頭組件201與基板支撐件214，腔室主體202、多區(qū)部噴頭組件201與基板支撐件214限定處理空間208?；瘜W物輸送模塊203耦接到噴頭組件201，以輸送前驅(qū)物氣體、載氣、清潔氣體及/或凈化氣體到處理空間208。遠程等離子體源226可耦接在化學物輸送模塊203與噴頭組件201之間。真空系統(tǒng)212耦接到腔室主體202，以將處理空間208予以排空。
在處理期間，基板承載板112定位在處理空間208內(nèi)的基板支撐件214上。致動器組件(未圖示)接附到基板支撐件214，并且致動器組件配置為將基板支撐件214朝向與遠離噴頭組件201移動于處理與裝載位置之間。此外，致動器組件可配置為旋轉(zhuǎn)該基板支撐件214。在處理期間，從噴頭組件201的表面(該表面和處理空間208相鄰)到基板承載板112的距離較佳為約4mm至約41mm。在特定實施例中，基板支撐件214具有加熱元件(例如電阻式加熱元件(未圖示))，該加熱元件設置在基板支撐件214中且配置為控制基板支撐件214與因而基板承載板112 (該基板承載板112定位在基板支撐件上)和基板240 (該基板240定位在基板承載板112上)的溫度。
圖3A為圖2所示的噴頭組件201的示意仰視圖。圖2所示的截面圖是由圖3A所示的截面線2-2來限定。參看圖2和圖3A，噴頭組件201包括頂板230，頂板230耦接到多個噴頭區(qū)部232。頂板230可以是圓形的鋁或不銹鋼板且具有通過該頂板230形成的多個孔(aperture)以為了將各種流體輸送通過噴頭組件201。在一個實施例中，各個噴頭區(qū)部232是“楔形的(wedge-shaped)”，如圖3A所示。楔形噴頭區(qū)部232可組裝在一起且接附到頂板230，以形成如圖3A所示的圓形的噴頭組件201。盡管圖3A所示的實施例包括六個楔形噴頭區(qū)部232，其它實施例包括更多或更少的區(qū)部232而不會背離本發(fā)明的范圍。
在一個實施例中，各個噴頭區(qū)部232包括多個板，所述板經(jīng)加工且接附而使得多個流體通路與空間形成在所述板中(諸如通過銅焊或焊接)。在一個實施例中，各個噴頭區(qū)部232具有第一處理氣體岐管233與氣體導管259，該第一處理氣體岐管233形成在該噴頭區(qū)部232中且經(jīng)由頂板230中的氣體入口 258耦接到化學物輸送模塊203，該氣體導管259將氣體入口 258耦接到化學物輸送模塊203。在一個實施例中，化學物輸送模塊203配置為輸送金屬有機前驅(qū)物到第一處理氣體岐管233。在一個實例中，金屬有機前驅(qū)物包含適當?shù)逆?Ga)前驅(qū)物(例如三甲基鎵(“TMG”)、三乙基鎵(TEG))、適當?shù)匿X前驅(qū)物(例如三甲基鋁(“TMA”))，或適當?shù)你熐膀?qū)物(例如三甲基銦(“TMI”))。在一個實施例中，第一處理氣體岐管233由第一水平壁275來限定上側(cè)且由第二水平壁276來限定下側(cè)。
圖4A為圖2和圖3A所示的噴頭區(qū)部232的第一水平壁275的示意仰視圖。參看圖2、圖3A和圖4A，可通過從第一水平壁275加工一定體積的材料以在第一水平壁275的底表面412中形成井410，而形成第一處理氣體岐管233。接著，第一水平壁275接附到第二水平壁276 (諸如通過銅焊或焊接)，以致第一處理氣體岐管233的周邊被密封住。第一水平壁275可經(jīng)由螺栓或其它適當?shù)墓潭痈降巾敯?30。第一水平壁275具有第一孔271，該第一孔271通過第一水平壁275形成且該第一孔271定位成使得氣體入口 258經(jīng)由第一孔271流體地耦接到第一處理氣體岐管233。
各個噴頭區(qū)部232可進一步包括第二處理氣體岐管234與氣體導管261，該第二處理氣體岐管234經(jīng)由頂板230中的氣體入口 260耦接到化學物輸送模塊203，該氣體導管261將氣體入口 260耦接到化學物輸送模塊203。各個噴頭區(qū)部232包括氣體通道(channel) 272，該氣體通道272形成在噴頭區(qū)部232中且該氣體通道272定位以將氣體入口 260流體地耦接到第二處理氣體岐管234。在一個實施例中，化學物輸送模塊203配置為輸送適當?shù)暮幚須怏w(諸如氨(NH3)或其它MOCVD或HVPE處理氣體)到第二處理氣體岐管234。第二處理氣體岐管234由該第二水平壁276來限定上側(cè)且由第三水平壁277來限定下側(cè)，以致第一處理氣體岐管233內(nèi)的處理氣體能和第二處理氣體岐管234內(nèi)的處理氣體隔離。
圖4B為圖2和圖3A所示的噴頭區(qū)部232的第二水平壁276的示意仰視圖。參看圖2、圖3A和圖4B，可通過從第二水平壁276加工一定體積的材料以在第二水平壁276的底表面422中形成井420，而形成第二處理氣體岐管234。接著，第二水平壁276接附到第三水平壁277 (諸如通過銅焊或焊接)，以致第二處理氣體岐管234的周圍處被密封住。細部B圖示氣體孔洞(hole) 282，通過所述氣體孔洞282接附氣體導管，如下所述。
各個噴頭區(qū)部232可進一步包括溫度控制岐管235，該溫度控制岐管235經(jīng)由頂板230中的流體入口 262與流體出口 263與熱交換系統(tǒng)270耦接。各個噴頭區(qū)部232包括通道273與通道274，該通道273形成在該噴頭區(qū)部232中且定位以將流體入口 262流體地耦接到溫度控制岐管235，該通道274形成在該噴頭區(qū)部232中且定位以將流體出口 263流體地耦接到溫度控制岐管235。在一個實施例中，溫度控制岐管235是開放空間，該開放空間形成在該噴頭區(qū)部232中且該開放空間配置為容許熱交換流體流動通過其中。熱交換系統(tǒng)270配置為使熱交換流體流動通過各個噴頭區(qū)部232，以有助于調(diào)節(jié)噴頭組件201的溫度。適當?shù)臒峤粨Q流體包括但不限于水、水基乙二醇混合物、全氟聚醚(例如Galden 流體)、油基熱傳送流體，或類似的流體。在一個實施例中，溫度控制岐管235通過第三水平壁277與第二處理氣體岐管234分離，并且溫度控制岐管235通過第四水平壁278與腔室102的處理空間208分離。
圖4C為圖2和圖3A所示的噴頭區(qū)部232的第三水平壁277的示意仰視圖。參看圖2、圖3A和圖4C，可通過從第三水平壁277加工一定體積的材料以在第三水平壁277的底表面432中形成井430，而形成溫度控制岐管235。接著，第三水平壁277接附到第四水平壁278 (諸如通過銅焊或焊接)，以致溫度控制岐管235的周圍處被密封住。細部C圖示氣體孔洞283，通過所述氣體孔洞283接附到氣體導管，如下所述。
如上所述，各個噴頭區(qū)部232接附到頂板230，諸如通過嚙合盲孔(未圖示)的適當固定件(未圖示)，所述盲孔形成在噴頭區(qū)部232中。在一個實施例中，該頂板230與所述噴頭區(qū)部232的匹配表面經(jīng)加工，以致當所述匹配表面被接附時，可在該頂板230與所述噴頭區(qū)部232之間維持金屬-對-金屬密封(metal-to-metal seal),從而使得進入所述噴頭區(qū)部232的流體能彼此隔離。在其它實施例中，使用其它傳統(tǒng)的密封方式(諸如O形環(huán))來維持流體隔離。
在一個實施例中，第一前驅(qū)物(諸如金屬有機前驅(qū)物)經(jīng)由多個內(nèi)部氣體導管245從第一處理氣體岐管233通過第二處理氣體岐管234與溫度控制岐管235被輸送到腔室的處理空間208內(nèi)。所述內(nèi)部氣體導管245可以是圓柱形管，所述圓柱形管位于各個噴頭區(qū)部232的對準的氣體孔洞282、氣體孔洞283與氣體孔洞284內(nèi)，其中所述氣體孔洞282設置成通過第二水平壁276，所述氣體孔洞283設置成通過第三水平壁277，且所述氣體孔洞284設置成通過第四水平壁278。在一個實施例中，各個內(nèi)部氣體導管245通過適當?shù)姆绞?諸如銅焊)接附到噴頭區(qū)部232的第二水平壁276，以維持第一處理氣體岐管233與第二處理氣體岐管234之間的隔離。在一個實施例中，化學物輸送模塊203配置為在不同的流速及/或壓力下供應第一前驅(qū)物到各個噴頭區(qū)部232，以對沉積工藝提供更大的控制。
在一個實施例中，第二前驅(qū)物(諸如氮前驅(qū)物)經(jīng)由多個外部氣體導管246從第二處理氣體岐管234通過溫度控制岐管235被輸送到腔室102的處理空間208內(nèi)。所述外部氣體導管246可以是圓柱形管，各個圓柱形管同心地繞著各自的內(nèi)部氣體導管245而設置。所述外部氣體導管246位于對準的孔洞內(nèi)，所述對準的孔洞內(nèi)設置成通過噴頭區(qū)部232的第三水平壁277與第四水平壁278。在一個實施例中，各個外部氣體導管246通過適當?shù)姆绞?諸如銅焊)接附到噴頭區(qū)部232的第三水平壁277與第四水平壁278，以維持第二處理氣體岐管234與溫度控制岐管235之間的隔離。在一個實施例中，化學物輸送模塊203配置為在不同的流速及/或壓力下供應第二前驅(qū)物到各個噴頭區(qū)部232，以對沉積工藝提供更大的控制。
應注意，為了清晰起見，圖2中僅圖示三個內(nèi)部與外部氣體導管245、246。然而，特定實施例可于每一噴頭區(qū)部232中包括約300個至約900個內(nèi)部與外部氣體導管245、246，以提供足夠的氣體分配到處理空間208內(nèi)，而達到在設置于處理空間208中的基板上的期望沉積。圖3A中的細部(detail)A是噴頭區(qū)部232的底表面的一部分的放大圖，該放大圖顯多個內(nèi)部與外部氣體導管245、246。
如上所述，MOCVD腔室102可用于沉積111族氮化物膜。在一個實施例中，III族氮化物膜在超過約550°C的溫度下沉積。在一個實施例中，在處理期間，冷卻流體被循環(huán)通過各個噴頭區(qū)部232的溫度控制岐管235，以為了冷卻噴頭組件201且尤其為了冷卻被輸送通過內(nèi)部氣體導管245 (所述內(nèi)部氣體導管245通過溫度控制岐管235延伸)的金屬有機前驅(qū)物，而避免在金屬有機前驅(qū)物被引進到腔室102的處理空間208之前造成金屬有機前驅(qū)物的分解。此外，據(jù)信，以流經(jīng)第二處理氣體岐管234與各個外部導管246的含氮氣體流來環(huán)繞流經(jīng)各個內(nèi)部氣體導管245的金屬有機前驅(qū)物可提供額外的冷卻以及和處理空間208內(nèi)的高處理溫度的熱隔絕，而為了避免在金屬有機前驅(qū)物被引進到處理空間208內(nèi)之前造成金屬有機前驅(qū)物的分解。在一個實施例中，熱交換系統(tǒng)270配置為在不同的速率及/或溫度下提供冷卻流體的流動到各個噴頭區(qū)部232，以對沉積工藝提供更大的控制。
在一個實施例中，噴頭組件201包括中心氣體導管204，該中心氣體導管204通過頂板230中的中心孔延伸。氣體導管204可以是圓柱形管，該圓柱形管通過適當?shù)姆绞?諸如銅焊)接附到頂板230。在一個實施例中，各個噴頭區(qū)部232形成為使得當全部的噴頭區(qū)部232接附到頂板230時，形成有開口以容許氣體導管204的通路能通過整個噴頭組件。
在一個實施例中，化學物供應模塊203經(jīng)由氣體導管204供應清潔氣體到腔室102的處理空間208。在一個實施例中，在清潔氣體被引進到處理空間208內(nèi)之前，清潔氣體經(jīng)由遠程等離子體源226被激發(fā)成等離子體。清潔氣體可包含含氯氣體、含氟氣體、含碘氣體、含溴氣體、含氮氣體及/或其它反應性氣體。
在一個實施例中，噴頭組件201包括一個或多個計量組件291,各個計量組件291接附到各自的計量端口 296。各個計量端口 296可包括管298，該管298設置在孔中，該孔形成為通過頂板230且該孔在相鄰的噴頭區(qū)部232中所形成的凹處之間通過噴頭組件201延伸。在一個實施例中，管298通過適當?shù)姆绞?諸如銅焊)接附到頂板230。各個計量組件291用于監(jiān)控設置在腔室102的處理空間208中的基板240的表面上所執(zhí)行的處理。在一個實施例中，計量組件291包括溫度測量裝置(諸如光學高溫計)。在一個實施例中，計量組件291包括光學測量裝置(諸如光學應力或基板彎曲測量裝置)。在一個實施例中，多個計量端口 296可同心地繞著中心氣體導管204而設置。在一個實施例中，計量端口 296可置中地設置來取代中心氣體導管204。
圖3B至圖3D為根據(jù)其它實施例的噴頭組件201的示意仰視圖。圖3B圖示噴頭組件201具有多個內(nèi)部楔形區(qū)部232A，所述內(nèi)部楔形區(qū)部232A被外部環(huán)形區(qū)部232B環(huán)繞。在一個實施例中，外部環(huán)形區(qū)部232B被劃分成多個接附到頂板230的個別區(qū)部，如圖3B所示。在另一個實施例中，外部環(huán)形區(qū)部232B是單一連續(xù)的區(qū)部。在一個實施例中，各個內(nèi)部楔形區(qū)部232A可在不同于外部環(huán)形區(qū)部232B的流速及/或壓力下被供應有前驅(qū)物，以對沉積工藝提供更大的控制。在一個實施例中，供應到各個楔形區(qū)部232A的溫度控制流體的溫度及/或流量可不同于供應到外部環(huán)形區(qū)部232B的溫度及/或流量，以對沉積工藝提供更大的控制。
在一個實例中，前驅(qū)物氣體可在第一壓力與流速下被提供到各個楔形區(qū)部232A，以為了控制前驅(qū)物流動到腔室102的處理空間208的中心區(qū)域內(nèi)的壓力與流量。同時，前驅(qū)物氣體可在第二高壓與流速下被提供到所述外部環(huán)形區(qū)部232B，以為了控制前驅(qū)物氣體流動到處理空間208的周邊區(qū)域內(nèi)的壓力與流量。所以，可達到處理空間208內(nèi)的處理情況的更細微控制。更特定言之，可通過分別控制前驅(qū)物氣體流動到處理空間208的中心與周邊區(qū)域的壓力與流量來達到對基板上的沉積速率的更細微控制，其中所述基板典型地不是定位在處理空間208的中心區(qū)域中。
在另一個實施例中，溫度控制流體可在第一溫度下被提供到各個楔形區(qū)部232A，以為了冷卻噴頭組件201的表面的中心部分于第一期望溫度，其中該噴頭組件201的表面面對腔室102的處理空間208。同時，溫度控制流體可在第二溫度下被提供到所述外部環(huán)形區(qū)部232B，以為了冷卻噴頭組件201的表面的外環(huán)于第二期望溫度，其中該噴頭組件201的表面面對腔室102的處理空間208，第二期望溫度可高于或低于第一期望溫度(取決于期望的處理情況)。所以，可通過軸向?qū)ΨQ形態(tài)的噴頭組件201的區(qū)域來控制噴頭組件201的溫度與進入處理空間208的處理氣體，以對處理情況提供更大的控制。
各個所述楔形區(qū)部232A與所述外部環(huán)形區(qū)部232B的截面類似于圖2所示的噴頭區(qū)部232的截面。較佳地，噴頭區(qū)部232、楔形區(qū)部232A與環(huán)形區(qū)部232B之間的唯一差異在于各自區(qū)部的形狀和尺寸。舉例而言，各個區(qū)部232A與232B包括第一處理氣體岐管233、第二處理氣體岐管234與溫度控制岐管235，其中該第一處理氣體岐管233具有氣體入口258與多個氣體導管245，該第二處理氣體岐管234具有氣體入口 260與多個氣體導管246，且該溫度控制岐管235具有流體入口 262與流體出口 263，如圖2中的噴頭區(qū)部232所示。還應注意，盡管為了清晰起見沒有將內(nèi)部與外部氣體導管(245、246)圖示在內(nèi)部楔形區(qū)部232A與外部環(huán)形區(qū)部232B中，特定實施例可在各個區(qū)部232A與232B中包括約100個至約600個內(nèi)部與外部氣體導管(245、246)，并且所述內(nèi)部與外部氣體導管(245、246)是被布置成如同圖3A的細部A中所圖示。
圖3C圖示噴頭組件201具有多個六邊形區(qū)部232C。在一個實施例中，各個六邊形區(qū)部232C可在不同的流速及/或壓力下被供應有前驅(qū)物，以對沉積工藝提供更大的控制。在一個實施例中，供應到所述六邊形區(qū)部232C的冷卻流體的溫度及/或流量可以是不同的，以對沉積工藝提供更大的控制。在一個實施例中，頂板230包括延伸周圍區(qū)域(未圖示)，該延伸周圍區(qū)域匹配于外部六邊形區(qū)部232C以避免此兩者之間的間隙。
在一個實例中，前驅(qū)物氣體可在第一壓力與流速下被提供到置中的各個六邊形區(qū)部232C，以為了控制前驅(qū)物流動到腔室102的處理空間208的中心區(qū)域內(nèi)的壓力與流量。同時，前驅(qū)物氣體可在第二更高壓力與流速下被提供到定位在噴頭組件201周邊的六邊形區(qū)部232C，以為了控制前驅(qū)物氣體流動到處理空間208的周邊區(qū)域內(nèi)的壓力與流量。所以，可通過分別控制前驅(qū)物氣體流動到處理空間208的中心與周邊區(qū)域的壓力與流量來達到對基板上的沉積速率的更細微控制，其中所述基板典型地不是定位在處理空間208的中心區(qū)域中。
在另一個實例中，溫度控制流體可在第一溫度下被提供到置中的各個六邊形區(qū)部232C，以為了冷卻噴頭組件201的表面的中心部分于第一期望溫度，其中該噴頭組件201的表面面對腔室102的處理空間208。同時，溫度控制流體可在第二溫度下被提供到定位在噴頭組件201周邊的六邊形區(qū)部232C，以為了冷卻噴頭組件201的表面的外周邊于第二期望溫度，其中該噴頭組件201的表面面對腔室102的處理空間208，第二期望溫度可高于或低于第一期望溫度(取決于期望的處理情況)。所以，可通過軸向?qū)ΨQ形態(tài)的噴頭組件201的區(qū)域來控制噴頭組件201的溫度與進入處理空間208的處理氣體，以對處理情況提供更大的控制。
各個六邊形區(qū)部232C的截面類似于圖2所示的噴頭區(qū)部232的截面。較佳地，噴頭區(qū)部232與六邊形區(qū)部232C之間的唯一差異在于各自區(qū)部的形狀和尺寸。舉例而言，各個六邊形區(qū)部232C包括第一處理氣體岐管233、第二處理氣體岐管234與溫度控制岐管235，其中該第一處理氣體岐管233具有氣體入口 258與多個氣體導管245，該第二處理氣體岐管234具有氣體入口 260與多個氣體導管246，且該溫度控制岐管235具有流體入口 262與流體出口 263，如圖2中的噴頭區(qū)部232所示。還應注意，盡管為了清晰起見沒有將內(nèi)部與外部氣體導管(245、246)圖示在六邊形區(qū)部232C中，特定實施例可在各個區(qū)部232C中包括約100個至約900個內(nèi)部與外部氣體導管(245、246)，并且所述內(nèi)部與外部氣體導管(245,246)是被布置成如同圖3A的細部A中所圖示。
圖3D圖示噴頭組件具有中心圓形區(qū)部232D與多個同心環(huán)形區(qū)部232E。在一個實施例中，中心區(qū)部232D與各個同心環(huán)形區(qū)部232E可在不同的流速及/或壓力下被供應有前驅(qū)物，以對沉積工藝提供更大的控制。在一個實施例中，供應到該中心區(qū)部232D與所述同心環(huán)形區(qū)部232E的冷卻流體的溫度及/或流量可以是不同的，以對沉積工藝提供更大的控制。
在一個實例中，前驅(qū)物氣體可在第一壓力與流速下被提供到置中的中心區(qū)部232D與各個環(huán)形區(qū)部232E，以為了控制前驅(qū)物流動到腔室102的處理空間208的中心區(qū)域內(nèi)的壓力與流量。同時，前驅(qū)物氣體可在第二更高壓力與流速下被提供到定位在噴頭組件201周邊的環(huán)形區(qū)部232E，以為了控制前驅(qū)物流動到處理空間208的周邊區(qū)域內(nèi)的壓力與流量。所以，可通過分別控制前驅(qū)物氣體流動到處理空間208的中心與周邊區(qū)域的壓力與流量來達到對基板上的沉積速率的更細微控制，其中所述基板典型地不是定位在處理空間208的中心區(qū)域中。
在另一個實例中，溫度控制流體可在第一溫度下被提供到置中的中心區(qū)部232D與各個環(huán)形區(qū)部232E，以為了冷卻噴頭組件201的表面的中心部分于第一期望溫度，其中該噴頭組件201的表面面對腔室102的處理空間208。同時，溫度控制流體可在第二溫度下被提供到定位在噴頭組件201周邊的環(huán)形區(qū)部232E，以為了冷卻噴頭組件201的表面的外周邊于第二期望溫度，其中該噴頭組件201的表面面對腔室102的處理空間208，第二期望溫度可高于或低于第一期望溫度(取決于期望的處理情況)。所以，可通過軸向?qū)ΨQ形態(tài)的噴頭組件201的區(qū)域來控制噴頭組件201的溫度與進入處理空間208的處理氣體，以對處理情況提供更大的控制。
中心區(qū)部232D與各個環(huán)形區(qū)部232E的截面類似于圖2所示的噴頭區(qū)部232的截面。較佳地，噴頭區(qū)部232、中心區(qū)部232D與環(huán)形區(qū)部232E之間的唯一差異在于各自區(qū)部的形狀和尺寸。舉例而言，中心區(qū)部232D與各個環(huán)形區(qū)部232E包括第一處理氣體岐管233、第二處理氣體岐管234與溫度控制岐管235，其中該第一處理氣體岐管233具有氣體入口258與多個氣體導管245，該第二處理氣體岐管234具有氣體入口 260與多個氣體導管246，且該溫度控制岐管235具有流體入口 262與流體出口 263，如圖2中的噴頭區(qū)部232所示。還應注意，盡管為了清晰起見沒有將內(nèi)部與外部氣體導管(245、246)圖示在中心區(qū)部232D與環(huán)形區(qū)部232E中，特定實施例可在各個區(qū)部232D、232E中包括約500個至約1200個內(nèi)部與外部氣體導管(245、246)，并且所述內(nèi)部與外部氣體導管(245、246)是被布置成如同圖3A的細部A中所圖示。
返回圖2，下圓頂219設置在基板承載板112下方，以在圓頂219與基板承載板112之間形成下空間210。圖上顯示基板承載板112位于升高處理位置，但基板承載板112可移動到下位置，基板可例如在該下位置時被裝載或卸載。排氣環(huán)220可繞著基板承載板112的周邊而設置，以有助于避免沉積發(fā)生在下圓頂219上并也有助于將來自腔室102的廢氣引導到排氣口 209。下圓頂219可由透明材料(諸如高純度的石英)制成，以容許光能通過以將基板240予以輻射加熱?？捎稍O置在下圓頂219下方的多個內(nèi)部燈221A與外部燈221B來提供輻射加熱。反射件266可用以有助于控制腔室102對內(nèi)部與外部燈221A、221B所提供的輻射能量的暴露。也可使用額外的燈圈(未圖示)，以用于基板240的更細微的溫度控制。
在特定實施例中，凈化氣體從凈化氣體源281通過凈化氣體管285被輸送，所述凈化氣體管285設置在靠近腔室主體202的底部。在此組態(tài)中，凈化氣體會進入腔室102的下空間210且向上流動越過基板承載板112與排氣環(huán)220到多個排氣口 209內(nèi)，其中所述排氣口 209繞著環(huán)形的排氣通道205而設置。
如上所述，化學物輸送模塊203供應化學物到MOCVD腔室102。反應性氣體(例如第一與第二前驅(qū)物氣體)、載氣、凈化氣體與清潔氣體可從化學物輸送系統(tǒng)通過供應線路被供應且到腔室102內(nèi)。在一個實施例中，氣體通過供應線路被供應且到氣體混合器內(nèi)且被輸送到噴頭組件201，其中所述氣體在氣體混合器處混合在一起。大致上，用于各個氣體的供應線路包括關閉閥與質(zhì)流控制器或其它類型的控制器，所述關閉閥可用于自動地或手動地關閉氣體到所相關的線路的氣體流動，所述其它類型的控制器可測量通過供應線路的氣體或液體的流量。用于各個氣體的供應線路也可包括濃度監(jiān)控器，以監(jiān)控前驅(qū)物濃度并提供實時回饋?？砂ū硥赫{(diào)節(jié)器，以控制前驅(qū)物氣體濃度。閥切換控制可用于快速且精確的閥切換能力。氣體線路中的濕度傳感器測量水位且可提供回饋到系統(tǒng)軟件，該系統(tǒng)軟件可反過來提供警告/警示給操作者。氣體線路也可被加熱，以避免前驅(qū)物與清潔氣體凝結在氣體線路中。
概括地說，本發(fā)明的實施例包括由多個噴頭區(qū)部組成的噴頭組件，所述噴頭區(qū)部彼此隔離且接附到公共頂板。各個噴頭區(qū)部包括分離的入口與通路，以輸送分離的處理氣體到腔室的處理空間內(nèi)，而不會在處理氣體進入處理空間之前造成氣體混合。各個噴頭區(qū)部還包括分離的溫度控制岐管，以冷卻各自的噴頭區(qū)部。相較于從單一塊體來制造噴頭組件或以單一制造方式來制造噴頭組件，如同本發(fā)明，多個個別的噴頭區(qū)部可更容易地且以更少成本地來制造與傳送。此外，可分離地供應處理氣體流與溫度控制流體到各個個別的噴頭區(qū)部，因而相較于傳統(tǒng)的噴頭能對處理情況提供更大的控制。
盡管前述說明涉及本發(fā)明的實施例，可設想出本發(fā)明的其它與進一步實施例而不背離本發(fā)明的基本范圍，并且本發(fā)明的范圍是由隨附的權利要求書來決定。舉例而言，噴頭組件201的特定實施例包括多個區(qū)部，所述區(qū)部不具有第一處理氣體岐管233、第二處理氣體岐管234及/或溫度控制岐管235中的一個或多個。
權利要求
1.一種嗔頭組件，包括: 頂板，所述頂板具有通過所述頂板形成的多個第一氣體通路與多個第二氣體通路；和 多個隔離的噴頭區(qū)部，所述噴頭區(qū)部接附到所述頂板，其中各個所述噴頭區(qū)部具有第一氣體岐管，所述第一氣體岐管形成在各個所述噴頭區(qū)部中且流體連通于所述第一氣體通路中的一個第一氣體通路，其中各個所述噴頭區(qū)部具有第二氣體岐管，所述第二氣體岐管形成在各個所述噴頭區(qū)部中且流體連通于所述第二氣體通路中的一個第二氣體通路。
2.如權利要求1的組件，其中各個所述第一氣體通路彼此隔離，并且各個所述第二氣體通路彼此隔離。
3.如權利要求1的組件，其中所述頂板具有多個流體入口與流體出口，所述流體入口與流體出口形成為通過所述頂板，并且其中各個所述噴頭區(qū)部具有流體岐管，所述流體岐管形成在各個所述噴頭區(qū)部中且流體連通于所述流體入口中的一個流體入口與所述流體出口中的一個流體出口。
4.如權利要求1的組件，其中各個噴頭區(qū)部的所述第一氣體岐管位于所述頂板與所述第二氣體岐管之間。
5.如權利要求4的組件，其中各個噴頭區(qū)部的所述第二氣體岐管位于所述第一氣體岐管與所述流體岐管之間。
6.如權利要求1的組件，其中各個噴頭區(qū)部的所述第一氣體岐管經(jīng)由多個第三氣體通路流體連通于所述噴頭區(qū)部的出口側(cè)，并且各個噴頭區(qū)部的所述第二氣體岐管經(jīng)由多個第四氣體通路流體連通于所述噴頭區(qū)部的所述出口側(cè)。
7.如權利要求6的組件，其中各個所述第三氣體通路與第四氣體通路設置成同心管。
8.如權利要求1的組件，所述組件進一步包括一個或多個計量組件，所述計量組件延伸在相鄰的噴頭區(qū)部之間。
9.一種基板處理設備，包括: 腔室主體； 基板支撐件；和 噴頭組件，其中所述腔 室主體、所述基板支撐件與所述噴頭組件限定處理空間，并且其中所述嗔頭組件包括: 頂板，所述頂板具有通過所述頂板形成的多個第一氣體通路與多個第二氣體通路；和 多個隔離的噴頭區(qū)部，所述噴頭區(qū)部接附到所述頂板，其中各個所述噴頭區(qū)部具有第一氣體岐管，所述第一氣體岐管形成在各個所述噴頭區(qū)部中且流體連通于所述第一氣體通路中的一個第一氣體通路與所述處理空間，其中各個所述噴頭區(qū)部具有第二氣體岐管，所述第二氣體岐管形成在各個所述噴頭區(qū)部中且流體連通于所述第二氣體通路中的一個第二氣體通路與所述處理空間，且其中所述第一氣體岐管與第二氣體岐管在所述噴頭區(qū)部內(nèi)彼此隔離。
10.如權利要求9的設備，其中所述頂板具有多個流體入口與流體出口，所述流體入口與流體出口形成為通過所述頂板，且其中各個所述噴頭區(qū)部具有流體岐管，所述流體岐管形成在各個所述噴頭區(qū)部中且流體連通于所述流體入口中的一個流體入口與所述流體出口中的一個流體出口。
11.如權利要求9的設備，其中各個噴頭區(qū)部的所述第一氣體岐管經(jīng)由多個第一氣體導管流體地耦接到所述處理空間，所述多個第一氣體導管通過所述第二氣體岐管延伸。
12.如權利要求11的設備，其中各個噴頭區(qū)部的所述第二氣體岐管經(jīng)由多個第二氣體導管流體地耦接到所述處理空間，且其中各個第二導管同心地繞著所述第一導管中的一個第一導管。
13.如權利要求11的設備，其中各個第一氣體通路耦接到金屬有機氣體源，且其中各個第二氣體通路耦接到含氮氣體源。
14.一種處理基板的方法，包括下列步驟: 將第一氣體通過多個噴頭區(qū)部引進到處理腔室的處理空間內(nèi)，其中所述第一氣體被輸送到各個所述噴頭區(qū)部中的第一氣體岐管內(nèi)，且其中所述第一氣體從各個所述噴頭區(qū)部的所述第一氣體岐管通過各個噴頭區(qū)部內(nèi)的多個第一氣體導管被輸送到所述處理空間內(nèi)；將第二氣體通過所述多個噴頭區(qū)部引進到所述處理腔室的所述處理空間內(nèi)，其中所述第二氣體被輸送到各個所述噴頭區(qū)部中的第二氣體岐管內(nèi)，其中所述第二氣體從各個所述噴頭區(qū)部的所述第二氣體岐管通過多個第二氣體導管被輸送到所述處理空間內(nèi)；及 通過使熱交換流體流動通過形成在各個所述噴頭區(qū)部中的岐管，以冷卻各個所述噴頭區(qū)部。
15.如權利要求14的方法，其中所述第一氣體是一金屬有機前驅(qū)物，并且所述第二氣體是含氮 氣體。
全文摘要
本發(fā)明的實施例提供一種可使用MOCVD及/或HVPE硬件來沉積III族氮化物膜的方法與設備。在一個實施例中，該設備是由多個區(qū)部組成的噴頭組件，所述區(qū)部彼此隔離且接附到頂板。各個噴頭區(qū)部具有分離的入口和通路，以輸送分離的處理氣體到處理腔室的處理空間內(nèi)，而不會在所述處理氣體進入該處理空間之前造成所述氣體混合。在一個實施例中，各個噴頭區(qū)部包括溫度控制岐管，該溫度控制岐管用于使冷卻流體能流動通過各自的噴頭區(qū)部。相較于傳統(tǒng)上從單一塊體或多個層疊板來制造的整個噴頭，通過提供多個隔離的噴頭區(qū)部，可顯著地減少制造復雜性與成本。
文檔編號H01L21/205GK103168343SQ201180049982
公開日2013年6月19日 申請日期2011年8月24日 優(yōu)先權日2010年9月13日
發(fā)明者唐納德·J·K·奧爾加多 申請人:應用材料公司