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TWI525735B - 製造半導體之設備 - Google Patents

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TWI525735B
TWI525735B TW101126741A TW101126741A TWI525735B TW I525735 B TWI525735 B TW I525735B TW 101126741 A TW101126741 A TW 101126741A TW 101126741 A TW101126741 A TW 101126741A TW I525735 B TWI525735 B TW I525735B
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金榮大
玄俊鎮
禹相浩
申承祐
金海元
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尤金科技有限公司
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Description

製造半導體之設備
本發明係關於一製造半導體之設備，尤其係關於執行磊晶製程以在一基板上形成一磊晶層的一半導體製造設備。
一般選擇性磊晶製程牽涉到沈積與蝕刻反應。該等沈積與蝕刻反應可針對一複晶層與一磊晶層，以稍微不同的反應速率同時發生。在沈積製程期間將一現有的複晶層及/或一非結晶層沈積在至少一個第二層之上，可將該磊晶層形成於一單晶表面上。然而，該沈積的複晶層被蝕刻的速率比該磊晶層快。因此，可改變腐蝕氣體的濃度，以執行一淨選擇性製程，藉此實現該磊晶材料的沈積以及一有限或無限的複晶材料的沈積。例如：可執行一選擇性磊晶製程，以在單晶矽的一表面上形成由一含矽材料形成的一磊晶層，而未在一隔板上遺留該等沈積物。
一般而言，該選擇性磊晶製程具有許多限制。為了要在該選擇性磊晶製程期間保持選擇性，應調整與控制該沈積製程中一前驅物的化學濃度與反應溫度。若供應的矽前驅物不足，則會啟動該蝕刻反應以至於降低整個製程速率。另外，該基板的特性會隨該蝕刻退化。若供應的腐蝕溶液前驅物不足，則會減少在該沈積反應中於該基板表面上形成該等單晶與複晶材料的選擇性。另外，一般選擇性 磊晶製程都以大約800℃、1,000℃或更高的一高反應溫度執行。在此，因為無法控制的氮化反應以及該基板之該表面上的熱積存，該高溫並不適合該製程。
本發明揭示一種製造半導體之設備，其可在一基板上形成一磊晶層。
本發明也揭示一種製造半導體之設備，其可移除形成於一基板的一天然氧化物，並且避免該天然氧化物形成在該基板上。
本發明的具體實施例提供一種製造半導體之設備，包括：一清潔室，在其中於基板上執行一清潔製程；一磊晶室，在其中執行於每一該等基板上形成一磊晶層的一磊晶製程；以及一傳送室，其側表面與該清潔室以及該磊晶室連接，該傳送室包括一基板處置器，用於將其上已完成該清潔製程的該等基板傳送至該磊晶室內，其中該清潔室可包括：一反應室，其連接至該傳送室的一側邊表面，以在該等基板上執行一反應製程；以及一加熱室，連接至該傳送室的一側邊表面，以在該等基板上執行一加熱製程，其中該反應室與該加熱室彼此垂直堆疊。
在某些具體實施例中，該傳送室可包括第一和第二傳送通道，該等基板透過該等傳送通道進入該清潔室；該反應室可包括一反應通道，該等基板透過該等反應通道進入；該加熱室可包括一加熱通道，該等基板透過該等加熱通道進入；並且該等設備可另包括用於隔開該反應室與該 傳送室的一反應側閘門閥，以及用於隔開該加熱室與該傳送室的一加熱側閘門閥。
在其他具體實施例中，該反應室可包括：一自由基供應管線，連接至該反應室以供應自由基；以及一氣體供應管線，連接至該反應室以供應一反應氣體。
在另外其他具體實施例中，該反應室可另包括其上放置該等基板的一承座，該承座在該反應製程期間旋轉該等基板。
甚至在其他具體實施例中，該反應氣體可包括一氟化物氣體，包括氟化氮(NF3)。
另外在其他具體實施例中，該加熱室可包括：一承座，其上放置該等基板；以及一加熱器，其加熱放置在該承座上的該等基板。
在進一步具體實施例中，該等設備另包括：一緩衝室，連接至該傳送室的一側邊表面，該緩衝室包括一儲存空間，用於堆疊該等基板；其中該基板處置器可連續地將其上已完成該清潔製程的該等基板堆疊進入該儲存空間、將堆疊的該等基板傳送進入該磊晶室以及連續地將其上分別形成該等磊晶層的該等基板堆疊進入該儲存空間。
仍舊在進一步具體實施例中，該載入空間可包括一第一載入空間，在該第一載入空間中載入其上已完成該清潔製程的該等基板，以及一第二載入空間，在該第二載入空間中載入其上已分別形成該等磊晶層的該等基板。
以下將參照第一圖至第九圖來詳細說明本發明的範例具體實施例。不過，本發明可以有不同形式的修改，並且不受限於此處記載的具體實施例。提供這些具體實施例，係用以使所揭示範圍更完整，並且將本發明的範疇完整傳達給精通此技術的人士。在圖式中，為了清晰起見誇大了組件的形狀。
第一圖為根據本發明之一具體實施例的一製造半導體之設備1之示意圖。該製造半導體之設備1包括一製程設備2、一設備前端模組(Equipment Front End Module，EFEM)3以及一介面壁4。該EFEM 3固定在該製程設備2的前側，以在其中收納基板S的一容器(未顯示)與該製程設備2之間傳送一晶圓W。
該EFEM 3包括複數個載入口60和一框架50，該框架50位於該載入口60與該製程設備2之間。接收該等基板S的該容器由例如一吸頂傳送器、一吸頂輸送帶或一自走車的一傳送單元(圖未示出)放置於每一個載入口60上。
可使用例如一前端開口晶圓傳送盒(Front Open Unified Pod，FOUP)之一氣密容器作為該容器。在該框架50內放置一框架機械手臂70，用以在位於每一該等載入口60上的該容器與製程設備2之間傳送該等基板S。該框架50內可設置用於自動開啟或關閉該容器門的一開門裝置(圖未示出)。該框架50內也可提供用以將乾淨空氣供應至該框架50內的一風扇過濾單元(Fan Filter Unit，FFU)(圖未示出)，如此該乾淨的空氣從該框架50的上方往下流。
關於該基板S的預定製程都在該製程設備2內執行， 該製程設備2包括一傳送室102、一載入鎖定室106、清潔室108a和108b、一緩衝室110以及磊晶室112a、112b和112c。從上方觀之，該傳送室102的形狀可大致係一多邊形。載入鎖定室106、該等清潔室108a和108b、該緩衝室110以及該等磊晶室112a、112b和112c都分別設置於該傳送室102的側表面。
該載入鎖定室106位於該傳送室102的該等側表面中與該EFEM 3相鄰的一側表面。該基板S暫時存放在該載入鎖定室106內之後，將該基板S載入該製程設備2以執行該等製程。完成該等製程之後，從該製程設備2退出該基板S，然後暫時存放在該載入鎖定室106內。該傳送室102、該等清潔室108a和108b、該緩衝室110以及該等磊晶室112a、112b和112c都維持真空狀態。該載入鎖定室106從真空狀態轉換成大氣狀態。該載入鎖定室106避免外部汙染物進入該傳送室102、該等清潔室108a和108b、該緩衝室110以及該等磊晶室112a、112b和112c。另外，由於在基板S傳送期間，該基板S並未被暴露在大氣中，因此可避免氧化物成長在該基板S上。
閘道閥(圖未示出)分別位於該載入鎖定室106與該傳送室102之間以及該載入鎖定室106與該EFEM 3之間。當該基板S在該EFEM 3與該載入鎖定室106之間傳送時，位於該載入鎖定室106與該傳送室102之間的該閘道閥會關閉。當該基板S在該載入鎖定室106與該傳送室102之間傳送時，位於該載入鎖定室106與該EFEM 3之間的該閘道閥會關閉。
在該傳送室102內提供一基板處置器104。該基板處置器104在該載入鎖定室106、該等清潔室108a和108b、該緩衝室110以及該等磊晶室112a、112b和112c之間傳送該基板S。該傳送室102係密封的，如此在傳送該基板S時，該傳送室102被保持在真空狀態。該真空狀態的維持用以避免該基板S被暴露在污染物之中(例如O2、粒子材料等等)。
提供該等磊晶室112a、112b和112c以在該基板S上形成一磊晶層。在目前的具體實施例中，提供三個磊晶室112a、112b和112c。由於相較於一清潔製程，執行一磊晶製程需要耗費相對長的時間，因此可提供複數個磊晶室以增進產量。不同於目前的具體實施例，可提供四個以上的磊晶室或兩個以下的磊晶室。
該等清潔室108a和108b係設置成在該等磊晶室112a、112b和112c內於該基板S上執行該磊晶製程之前，清潔該基板S。為了連續執行該磊晶製程，應將該結晶基板上殘留的一氧化物量減至最少。若該基板S之一表面上的一氧含量過高，則氧原子會中斷要沈積在一種子基板上的材料之結晶沈積。因此在磊晶製程上會有不好的影響。例如：當執行一矽磊晶沈積時，藉由原子單位內的氧原子團簇，該結晶基板上過多的氧會從將矽原子從其磊晶位置置換出來。該局部原子置換會導致當一層成長到更厚時，接續原子配置錯誤。此現象俗稱為堆疊錯誤或丘狀缺陷。例如當該基板傳送時被暴露於大氣中時，該基板S表面上可能發生加氧作用。因此，可在該等清潔室108a和108b內執 行用以去除該基板S上所形成之一原生氧化物(或表面氧化物)的該清潔製程。
該清潔製程可為使用具有自由基狀態的氫(H*)和NF3氣體之一乾式蝕刻製程。例如：當蝕刻形成於該基板表面上的該氧化矽時，該基板位於一室內，然後在該室內形成真空，以在該室內產生與該氧化矽反應的一中間產物。
例如：當供給該室一氫氣的自由基(H*)與一反應氣體，例如氟氣(例如氟化氮(NF3))，該等反應氣體以下列反應方程式(1)表現的方式減少，以產生一中間產物，例如NHxFy(其中x和y為特定整數)。
由於該中間產物對於氧化矽(SiO2)具有高反應性，在該中間產物到達該矽基板之一表面時，該中間產物選擇性地與該氧化矽反應，以產生以下列反應方程式(2)表示的一反應產物((NH4)2SiF6)。
此後，當該矽基板被加熱至大約100℃或以上之一溫度時，該反應產物會如下列反應方程式(3)所表示熱解形成衣熱解氣體，然後該熱解氣體蒸發。據此，可從該基板表面去除該氧化矽。如底下反應方程式(3)所示，該熱解氣體包括一含氟的氣體，例如HF氣體或SiF4氣體。
如上述，該清潔製程可包括用於產生該反應產物的一反應製程，以及用於熱解該反應產物的一加熱製程。該反應製程與該加熱製程可在該等清潔室108a和108b內同時執行。或者，可在該等清潔室108a和108b之其中一個當中執 行該反應製程，而該加熱製程可在該等清潔室108a和108b中的另一個當中執行。
該緩衝室110提供一空間，其中載入其上已完成該清潔製程的該基板S，以及提供一空間，其中載入其上已完成該磊晶製程的該基板S。當完成該清潔製程時，將該基板S傳送進入該緩衝室110，然後在將該基板傳送進入該等磊晶室112a、112b和112c之前將該基板S載入該緩衝室110。該等磊晶室112a、112b和112c可為批次型腔室，可在其中於複數個基板上執行一單一製程。當在該等磊晶室112a、112b和112c內完成該磊晶製程時，將其上已執行該磊晶製程的該等基板S連續地載入該緩衝室110內。並且，將其上已經完成該清潔製程的該等基板S連續地載入該等磊晶室112a、112b和112c內。在此，可垂直地將該等基板S載入緩衝室110。
第二圖為說明根據本發明之該具體實施例處理的一基板之圖式。如上述，在基板S上執行該磊晶製程之前，先在該等清潔室108a和108b內於該基板S上執行該清潔製程。如此，透過該清潔製程可去除在該基板70之一表面形成的一氧化物72。可透過該等清潔室108a和108b內的該清潔製程去除氧化物72。另外，透過該清潔製程可露出形成在該基板70表面上的一磊晶表面74，以幫助磊晶層的成長。
此後，在該等磊晶室112a、112b和112c內於該基板70上執行一磊晶製程。該磊晶製程可藉由化學氣相沈積來執行。該磊晶製程可執行來在該磊晶表面74上形成一磊晶 層76。利用包括一矽氣體(例如SiCl4、SiHCl3、SiH2Cl2、SiH3Cl、Si2H6或SiH4)與一載體氣體(N2及/或H2)的反應氣體，可露出形成在該基板70上的該磊晶表面74。另外，當該磊晶層76必須包括一摻雜物時，一含矽氣體可包括一含摻雜物的氣體(例如AsH3、PH3及/或B2H6)。
第三圖為例示根據本發明之一具體實施例用於形成一磊晶層的製程之流程圖。在操作S10，開始用於形成一磊晶層的一製程。在操作S20，在該基板S上執行一磊晶製程之前，將該基板S傳送進入清潔室108a和108b。在此，一基板處置器104將基板S傳送進入該等清潔室108a和108b。 該基板S的傳送透過其內維持真空狀態的該傳送室102來執行。在操作S30，在該基板S上執行一清潔製程。如上述，該清潔製程包括用於產生一反應產物的一反應製程，以及用於熱解該該反應產物的一加熱製程。該反應製程與該加熱製程可在該等清潔室108a和108b內同時執行。或者，可在該等清潔室108a和108b之其中一個當中執行該反應製程，而在在該等清潔室108a和108b的另一個當中執行該加熱製程。
在操作S40，將其上已完成該清潔製程的該基板S傳送至該緩衝室110內，並且堆疊在該緩衝室110內。然後，基板S在該緩衝室110內等待執行該磊晶製程。在操作S50，將該基板S傳送至該等磊晶室112a、112b和112c。基板S的傳送透過其內維持真空狀態的該傳送室102來執行。在操作S60，在該基板S上形成一磊晶層。在操作S70，再次將該基板S傳送至該緩衝室110，並且堆疊在該緩衝室110 內。此後，在操作S80，結束用以形成該磊晶層的該製程。
第四圖為第一圖的緩衝室之圖式。第五圖為第四圖的基板固定器之圖式。該緩衝室110包括一上室110a和一下室110b。該下室110b具有一通道110c，定義在對應至該傳送室102的一側邊內。一基板S從該傳送室102通過該通道110c載入至該緩衝室110。該傳送室102具有一緩衝通道102a，定義在對應至該緩衝室110的一側邊內。一閘道閥103位於該緩衝通道102a與該通道110c之間，該閘道閥103可將該傳送室102與緩衝室110彼此分隔。該閘道閥103可開啟或關閉該緩衝通道102a和該通道110c。
該緩衝室110包括其上堆疊該等基板S的一基板固定器120。在此，該等基板S垂直地堆疊在基板固定器120上。 該基板固定器120連接至一上升/下降軸122。該上升/下降軸122通過該下室110b，並且連接至一支撐板124和一驅動軸128。該驅動軸128由一升降機129上升或下降。該上升/下降軸122和該基板固定器120可由該驅動軸128上升或下降。
該基板處置器104連續地將其上已完成該清潔製程的該等基板S傳送到該緩衝室110內。在此，該基板固定器120由該升降機129上升或下降。據此，該基板固定器120的一空槽移動到對應至該通道110c的一位置。如此，傳送到該緩衝室110內的該等基板S堆疊在該基板固定器120上。在此，該基板固定器120可上升或下降以垂直地堆疊該等基板S。
請參閱第五圖，該基板固定器120具有一上儲存空間 120a和一下儲存空間120b。如上述，其上已完成該清潔製程的該等基板S以及其上已完成該磊晶製程的該等基板S都堆疊在該基板固定器120上。如此，需要將其上已完成該清潔製程的該等基板S與其上已完成該磊晶製程的該等基板S彼此分隔。也就是，其上已完成該清潔製程的該等基板S堆疊在該上儲存空間120a內，而其上已完成該磊晶製程的該等基板S堆疊在該下儲存空間120b內。例如：可堆疊十三個基板S在該上儲存空間120a內。也就是說，可在一個磊晶室112a、112b或112c內處理十三個基板S。同樣的，可堆疊十三個基板S在該下儲存空間120b內。
該下室110b連接至一排氣管線132。該緩衝室110的內部可透過一排氣幫浦132b維持一真空狀態。一閥132a打開或關閉該排氣管線132。一風管126將該下室110b的一下半部連接至該支撐板124。該緩衝室110的內部可由該風管126密封，也就是，該風管126避免該真空狀態透過該上升/下降軸122的周圍洩漏。
如上述，該清潔室108a和108b可為其中執行相同製程的腔室。如此，底下只說明該清潔室108a。
該清潔室108a包括一上室和一下室。該上室和該下室可彼此垂直堆疊。該上室和該下室具有一上通道和一下通道，其定義在分別對應至該傳送室102的一側邊內。該等基板S可分別透過該上通道和該下通道，載入該上室和該下室。該傳送室102具有一上通道和一下通道，其定義在分別對應至該上室和該下室的側邊內。一上閘道閥位於該上通道與該上通道之間，並且一下閘道閥位於該下通道與 該下通道之間。該等閘道閥分別將該上室和該傳送室102與該下室和該傳送室102彼此分隔。透過該上閘道閥可開啟或關閉該上通道和該上通道。另外，透過該下閘道閥可開啟或關閉該下通道和該下通道。
使用自由基的一反應製程可在該上室內的該等基板S上執行。該上室連接至一自由基供應管線以及一氣體供應管線。該自由基供應管線連接至一氣體容器(圖未示出)，其中填滿一自由基產生氣體(例如H2或NH3)，以及連接至一氣體容器(圖未示出)，其中填滿一載體氣體(N2)。當每一該等氣體容器的一閥門都打開時，該自由基產生氣體與該載體氣體都會供應至該上室。另外，該自由基供應管線透過一波導連接至一微波源(圖未示出)。當該微波源產生微波時，該微波進入該波導，然後被導入該自由基供應管線。 在此狀態下，當該自由基產生氣體流動時，該等微波將該自由基產生氣體電漿化來產生自由基。該產生的自由基與該未處理的自由基產生氣體、該載體氣體和副產物，會因為電漿化而沿著該自由基供應管線流動並且導入上室。不同於目前的具體實施例，該等自由基可由ICP型遠端電漿來產生。也就是，當該自由基產生氣體供應進入該ICP型遠端電漿源時，將該自由基產生氣體電漿化以產生自由基。產生的該等自由基可沿著該自由基供應管線流動，並且導入該上室內。
該等自由基(例如氫自由基)透過該自由基供應管線供應至該上室，並且該反應氣體(例如氟化氮(NF3)的一氟化物氣體)透過該氣體供應管線供應至該上室。然後，混合該等 自由基與該反應氣體來彼此反應。在此情況下，反應方程式可表示如下。
H *+NF 3 NH x F y (NH 4 FH,NH 4 FHF,etc)
NH x F y +SiO 2 (NH 4 F)SiF 6+H 2 O ↑
也就是，早先吸收進入該基板之一S表面的該反應氣體與該等自由基彼此反應，以產生一中間產物(NHxFy)。然後，該中間產物(NHxFy)與形成於該基板S之該表面上的原生氧化物(SiO2)彼此反應，以產生一反應產物((NH4F)SiF6)。該基板S位於該上室內的一承座上，該承座在該反應製程期間旋轉該基板S以幫助該反應，如此可均勻地發生該反應。
該上室連接至一排氣管線。執行該反應製程之前，由該排氣幫浦將該上室的內部抽成真空，另外也將該上室內的該等自由基、該反應氣體、該非反應自由基產生氣體、該電漿化的該副產物以及該載體氣體排到外面。一閥打開或關閉該排氣管線。
在該下室內的該基板S上會執行一加熱製程。因此，將一加熱器置於該下室的一內側之上半部。完成該反應製程時，透過該基板處置器104將該基板S傳送進入該下室。 在此，由於該基板S係透過其中維持真空狀態的該傳送室102傳送，如此可避免該基板S被暴露在污染物(例如O2、粒子材料等等)之中。
該加熱器將該基板S加熱至一預定溫度(即大約100℃或以上的溫度，例如大約130℃的溫度)。如此，可熱解該反應產物，以產生散出該基板S表面的一熱解氣體，例如 HF或SiF4。然後，可將該反應產物抽真空，以從該基板S的該表面上去除由氧化矽所形成的一薄膜。該基板S位於該加熱器底下的一承座上，該加熱器將置於該承座上的該基板S加熱。
(NH 4 F)6 SiF 6 NH 3 ↑+HF ↑+SiF 4 ↑
該下室連接至一排氣管線。該下室內的反應副產物(例如NH3、HF、SiF4等等)都透過該排氣幫浦排放到外面。一閥打開或關閉該排氣管線。
第七圖為例示第一圖中該清潔室之修改範例之圖式。 一清潔室108a包括一上室218a和一下室218b。該上室218a和該下室218b彼此連通。該下室218b具有一通道219，定義在對應至該傳送室102之一側邊內。可透過該通道219從該傳送室102將一基板S載入至該清潔室108a。該傳送室102具有一傳送通道102d，定義在對應至該清潔室108a的一側邊內。一閘道閥107位於該傳送通道102d與該通道219之間，該閘道閥107可將該傳送室102與該清潔室108a彼此分隔。該閘道閥107可開啟或關閉該傳送通道102d和該通道219。
該清潔室108a包括該等基板S堆疊於其上的一基板固定器228。該等基板S垂直地堆疊在該基板固定器228上。 該基板固定器228連接至一轉軸226。該轉軸226通過該下室218b，並且連接至一升降機232和一驅動馬達234。該轉軸226由該升降機232上升或下降。該基板固定器228可隨該轉軸226一起上升或下降。該轉軸226由該驅動馬達234轉動。當執行一蝕刻製程之後，該基板固定器228 可隨轉軸226一起旋轉。
該基板處置器104連續地傳送該等基板S進入該清潔室108a。在此，該基板固定器228由該升降機232上升或下降。據此，該基板固定器228的一空槽被移動到對應至該通道219的一位置。如此，將被傳送到該清潔室108a內的該等基板S堆疊在該基板固定器228上。在此，該基板固定器228可上升或下降以垂直地堆疊該等基板S。例如：可在該基板固定器228上堆疊十三個基板S。
當該基板固定器228位於該下室218b內之時，該等基板S堆疊在該基板固定器228內。如第七圖內所示，該基板固定器228位於該上室218a內時，在該等基板S上執行該清潔製程。該上室218a提供一製程空間，在其中執行該清潔製程。一支撐板224位於該轉軸226上。該支撐板224與該基板固定器228一起上升，以將該上室218a內的該製程空間與外面阻隔。該支撐板224與該下室218b的一上緣相鄰。一密封構件224a(例如一O形環等等)位於該支撐板224與該下室218b的該上緣之間，用於密封該製程空間。 一承載構件224b位於該支撐板224與該轉軸226之間。該轉軸226可在該轉軸226由該承載構件224b支撐的狀態下旋轉。
在定義於該上室218a內的該製程空間內於該等基板上執行一反應製程與一加熱製程。當所有該等基板S都堆疊在該基板固定器228上時，該基板固定器228藉由該升降機232上升，接著被移動至該上室218a內的該製程空間內。 一注射器216位於該上室218a內部的一側邊上，該注射器 216具有複數個注射孔216a。
該注射器216連接至一自由基供應管線215a。另外，該上室218a連接至氣體供應管線215b。自由基供應管線215a連接至其中填滿自由基產生氣體(例如H2或NH3)的一氣體容器(圖未示出)，以及連接至其中填滿一載體氣體(N2)的一氣體容器(圖未示出)，。當每一該氣體容器的一閥門都打開時，該自由基產生氣體與該載體氣體都透過該注射器216供應進入該製程空間。另外，該自由基供應管線215a透過一波導連接至該微波源(圖未示出)。當該微波源產生微波時，該微波進入該波導，然後被導入該自由基供應管線215a。在此狀態下，當該自由基產生氣體流動時，該自由基產生氣體藉由該等微波而電漿化以產生自由基。產生的該等自由基與未處理的該等自由基產生氣體、該載體氣體和副產物，會因為電漿化而流入該自由基供應管線215a並且被供應至該注射器216，然後透過該注射器216導入該製程空間。不同於目前的具體實施例，該等自由基可由ICP型遠端電漿來產生。也就是，當該自由基產生氣體被供應進入ICP型遠端電漿源時，該自由基產生氣體會經電漿化來產生該等自由基。產生的該等自由基可沿著該自由基供應管線215a流動，並且被導入該上室218a內。
該等自由基(例如氫自由基)透過該自由基供應管線215a供應至該上室218a，而且該反應氣體(例如氟化氮(NF3)的一氟化物氣體)透過該氣體供應管線215b供應至該上室218a。然後，混合該等自由基與該反應氣體來彼此反應。在此情況下，反應方程式可表示如下。
H *+NF 3 NH x F y (NH 4 FH,NH 4 FHF,etc)
NH x F y +SiO 2 (NH 4 F)SiF 6+H 2 O ↑
也就是，先前被吸收至一基板S之該表面的該反應氣體與該等自由基彼此反應，以產生一中間產物(NHxFy)。然後，該中間產物(NHxFy)與形成於該S表面上的原生氧化物(SiO2)彼此反應，以產生一反應產物((NH4F)SiF6)。該基板固定器228在該蝕刻製程期間旋轉該基板S，以幫助該蝕刻製程，使可均勻地執行該蝕刻製程。
該上室218a連接至一排氣管線217。執行該反應製程之前，由一排氣幫浦217b將該上室218a的內部抽成真空，另外也將該上室218a內的該等自由基、該反應氣體、該非反應自由基產生氣體、該電漿化的該副產物以及該載體氣體排到外面。一閥217a打開或關閉該排氣管線217。
一加熱器248位於該上室218a的另一側上。完成該反應製程之後，該加熱器248將該基板S加熱至一預定溫度(即大約100℃或以上的溫度，例如大約130℃的溫度)。據此，可熱解該反應產物，以產生散出該基板S之該表面的熱解氣體，例如HF或SiF4。然後，可將該反應物抽真空，以從該基板S的表面上去除由氧化矽所形成的一薄膜。該反應產物(例如NH3、HF和SiF4)可透過該排氣管線217排出。
(NH 4 F)6 SiF 6 NH 3 ↑+HF ↑+SiF 4 ↑
第八圖為第一圖中該等磊晶室的圖式，第九圖為第一圖中一供應管的圖式。該等磊晶室112a、112b和112c可為其中執行相同製程的腔室。如此，底下只說明該磊晶室112a。
該磊晶室112a包括一上室312a和一下室312b。該上 室312a和下室312b彼此連通。該下室312b具有一通道319，定義在對應至該傳送室102的一側邊內。可透過該通道319從該傳送室102載入一基板至該磊晶室112a。該傳送室102具有一傳送通道102e，定義在對應至該磊晶室112a的一側邊內。一閘道閥109位於該傳送通道102e與該通道319之間，該閘道閥109可將該傳送室102與該磊晶室112a彼此分隔。該閘道閥109可開啟或關閉該傳送通道102e和該通道319。
該磊晶室112a包括其上堆疊基板S的一基板固定器328。該等基板S垂直地堆疊在該基板固定器328上。該基板固定器328連接至一轉軸318。該轉軸318通過該下室312b，並且連接至一升降機319a和一驅動馬達319b。該轉軸318藉由該升降機319a上升或下降。該基板固定器328可隨該轉軸318一起上升或下降。該轉軸318由該驅動馬達319b轉動。在執行一磊晶製程之後，該基板固定器328可隨該轉軸318一起旋轉。
該基板處置器104連續地將該等基板S傳送進入該磊晶室112a。在此，該基板固定器328由該升降機319a上升或下降。據此，該基板固定器328的一空槽被移動到對應至該通道319的一位置。藉此，被傳送到該磊晶室112a內的該等基板S堆疊在該基板固定器328上。在此，該基板固定器328可上升或下降來垂直地堆疊基板S。例如：可在該基板固定器328上堆疊十三個基板S。
當該基板固定器328位於該下室312b內時，該等基板S堆疊在該基板固定器328內。如第八圖內所示，當該基板 固定器328位於一反應管314內時，於該等基板S上執行該磊晶製程。該反應管314提供一製程空間，在其中執行該磊晶製程。一支撐板316位於該轉軸318上。該支撐板316與該基板固定器328一起上升，以將該反應管314內的該製程空間與外面阻隔。該支撐板316與該反應管314的一下緣相鄰。一密封構件316a(例如一O形環等等)位於該支撐板316與該反應管314的該下緣之間，用於密封該製程空間。一承載構件316b位於該支撐板316與該轉軸318之間。該轉軸318可在該轉軸318由該承載構件316b支撐的狀態下旋轉。
在定義於該反應管314內的該製程空間內於該等基板S上執行該磊晶製程。一供應管332位於該反應管314內部的一側邊上。一排氣管334位於該反應管314內部的另一側邊上。供應管332與排氣管334彼此相對於該等基板S的中央設置。另外，該供應管332與該排氣管334可根據該等基板S的堆疊方向垂直地設置。一橫向加熱器324和一上方加熱器326都設置於該反應管314外面，用於加熱該反應管314內的該製程空間。
該供應管332連接至一供應管線332d，並且該供應管線332d連接至一反應氣體源332c。該反應氣體被存放在該反應氣體源332c內，並且透過該供應管線332d供應給該供應管332。請參閱第九圖，該供應管332可包括第一和第二供應管332a和332b。該等第一和第二供應管332a和332b都具有複數個在一長度方向上彼此相隔的供應孔333a和333b。在此，該等供應孔333a和333b的數量大致上與被載 入該反應管314的該等基板S之數量相同。另外，該等供應孔333a和333b可定義成對應至該等基板S的中間，或定義成與該等基板S的位置無關。如此，透過該等供應孔333a和333b供應的一反應氣體可沿著一基板S的一表面平順地流動，以在該基板S被加熱的狀態下於基板S上形成一磊晶層。一閥332e可開啟或關閉該供應管線332d。
該第一供應管332a可供應一沈積氣體(一矽氣體，例如SiCl4、SiHCl3、SiH2Cl2、SiH3Cl、Si2H6或SiH4)以及一載體氣體(例如N2及/或H2)。該第二供應管332b可供應一蝕刻氣體。一選擇性的磊晶製程牽涉到沈積反應與蝕刻反應。 雖然本具體實施例中未顯示，當該磊晶層必須包括一摻雜物時，可加入一第三供應管。該第三供應管可供應一含摻雜物的氣體(例如三氫化砷(AsH3)、膦(PH3)及/或二硼烷(B2H6))。
該排氣管334可連接至一排氣管線335d，以透過一排氣幫浦335將該反應管314內的反應副產物排放到外面。 該排氣管334具有複數個排氣孔。如同該等供應孔333a和333b、複數個排氣孔可定義成對應至該等基板S的中間，或定義成與該等基板S的位置無關。一閥335e打開或關閉該排氣管線335d。
雖然本發明以參考上述較佳具體實施例來更詳細地說明，但本發明並不受限於此。例如，許多具體實施例都可適用於本發明。如此，以下所記載的技術理念與申請專利範圍的範疇都不受限於該等較佳具體實施例。
根據本發明的具體實施例，可去除形成於該基板上的 該原生氧化物，並且可避免該原生氧化物形成在該基板上。如此，可在該基板上有效率地形成該磊晶層。
以上所揭示的相關主題僅為說明並不用以設限，且後附的申請專利範圍意欲涵蓋位於本發明真實精神與範疇內的所有的修改、增強以及其他具體實施例。如此，為了有最大的法律適用範圍，本發明的範疇由下列申請專利範圍及其同等者的最寬鬆允許解釋來決定，並且不受前面詳細說明所侷限或限制。
1‧‧‧設備
2‧‧‧製程設備
3‧‧‧設備前端模組
4‧‧‧介面壁
50‧‧‧框架
60‧‧‧載入口
7‧‧‧框架機械手臂
S‧‧‧基板
72‧‧‧氧化物
74‧‧‧磊晶表面
76‧‧‧磊晶層
102‧‧‧傳送室
102a‧‧‧緩衝通道
102d‧‧‧傳送通道
102e‧‧‧傳送通道
103‧‧‧閘道閥
104‧‧‧基板處置器
106‧‧‧載入鎖定室
107‧‧‧閘道閥
108a、108b‧‧‧清潔室
109‧‧‧閘道閥
110‧‧‧緩衝室
110a‧‧‧上室
110b‧‧‧下室
110c‧‧‧通道
112a、112b、112c‧‧‧磊晶室
138‧‧‧承座
120‧‧‧基板固定器
120a‧‧‧上儲存空間
120b‧‧‧下儲存空間
122‧‧‧上升/下降軸
124‧‧‧支撐板
126‧‧‧風管
128‧‧‧驅動軸
129‧‧‧升降機
132‧‧‧排氣管線
132a‧‧‧閥
132b‧‧‧排氣幫浦
316b‧‧‧承載構件
318‧‧‧轉軸
215a‧‧‧自由基供應管線
215b‧‧‧氣體供應管線
216‧‧‧注射器
216a‧‧‧注射孔
217‧‧‧排氣管線
217a‧‧‧閥
217b‧‧‧排氣幫浦
218a‧‧‧上室
218b‧‧‧下室
219‧‧‧通道
224‧‧‧支撐板
224a‧‧‧密封構件
224b‧‧‧承載構件
226‧‧‧轉軸
228‧‧‧基板固定器
232‧‧‧升降機
234‧‧‧驅動馬達
248‧‧‧加熱器
312a‧‧‧上室
312b‧‧‧下室
314‧‧‧反應管
316‧‧‧支撐板
316a‧‧‧密封構件
319‧‧‧通道
319a‧‧‧升降機
319b‧‧‧驅動馬達
324‧‧‧橫向加熱器
326‧‧‧上方加熱器
328‧‧‧基板固定器
332‧‧‧供應管
332a‧‧‧第一供應管
332b‧‧‧第二供應管
332c‧‧‧反應氣體源
332d‧‧‧供應管線
332e‧‧‧閥
333a‧‧‧供應孔
333b‧‧‧供應孔
334‧‧‧排氣管
335d‧‧‧排氣管線
335e‧‧‧閥
335‧‧‧排氣幫浦
在此包括附圖來進一步瞭解本發明，並且併入以及構成此說明書的一部分。圖式例示本發明的示範具體實施例，並且在搭配內容說明之後可用來解釋本發明原理。圖式中：第一圖 為根據本發明之一具體實施例的一半導體製造設備之示意圖；第二圖 為說明根據本發明之一具體實施例處理的一基板之圖式；第三圖 為例示根據本發明之一具體實施例用於形成該磊晶層的製程之流程圖；第四圖 為第一圖的一緩衝室之圖式；第五圖 為第四圖的一基板固定器之圖式；第六圖 為第一圖的一清潔室之圖式；第七圖 為例示第一圖中的該清潔室的一修改範例之圖式；第八圖 為第一圖的一磊晶室之圖式；以及第九圖 為第一圖的一供應管之圖式。
1‧‧‧設備
2‧‧‧製程設備
3‧‧‧設備前端模組
4‧‧‧介面壁
50‧‧‧框架
60‧‧‧載入口
70‧‧‧框架機械手臂
102‧‧‧傳送室
104‧‧‧基板處置器
106‧‧‧載入鎖定室
108a、108b‧‧‧清潔室
110‧‧‧緩衝室
112a、112b、112c‧‧‧磊 晶室

Claims (6)

  1. 一種製造一半導體之設備，該設備包含：一清潔室，在其中於多個基板上執行一清潔製程；一磊晶室，在其中執行於每一該等基板上形成一磊晶層的一磊晶製程；一緩衝室，包括一基板固定器，該基板固定器包括一儲存空間用以堆疊該等基板；以及一傳送室，其側表面與該清潔室、該磊晶室以及該緩衝室連接，該傳送室包含一基板處置器，用以在該清潔室、該磊晶室及該緩衝室之間傳送該等基板，其中該儲存空間包括一第一儲存空間及一第二儲存空間，該第一儲存空間內可儲存其上已完成該清潔製程之該等基板，該第二儲存空間內可儲存其上已分別形成該磊晶製程之該等基板，其中該基板處置器連續地將其上已完成該清潔製程的該等基板傳送進入該第一儲存空間、將堆疊於該第一儲存空間內的該等基板除送進入該磊晶室、以及連續地將其上已分別形成該等磊晶層的該等基板傳送進入該第二儲存空間，其中該清潔室包含：一反應室，連接至該傳送室的一側邊表面，以在該等基板上執行一反應製程；以及一加熱室，連接至該傳送室的一側邊表面，以在該等基板上執行一加熱製程，其中該反應室與該加熱室彼此垂直堆疊。
  2. 如申請專利範圍第1項之設備，其中該傳送室包含第 一和第二傳送通道，該等基板透過該等傳送通道進入該清潔室，該反應室包含一反應通道，該等基板透過該反應通道進入，該加熱室包含一加熱通道，該等基板透過該加熱通道進入，以及該設備另包含用於隔開該反應室與該傳送室的一反應側閘門閥，以及用於隔開該加熱室與該傳送室的一加熱側閘門閥。
  3. 如申請專利範圍第1或2項之設備，其中該反應室包含：一自由基供應管線，連接至該反應室以供應自由基；以及一氣體供應管線，連接至該反應室以供應一反應氣體。
  4. 如申請專利範圍第3項之設備，其中該反應室另包含其上放置該等基板的一承座，該承座在該反應製程期間旋轉該等基板。
  5. 如申請專利範圍第3項之設備，其中該反應氣體為一氟化物氣體，包含氟化氮(NF3)。
  6. 如申請專利範圍第1或2項之設備，其中該加熱室包含：一承座，其上放置該等基板；以及一加熱器，其加熱放置在該承座上的該等基板。
TW101126741A 2011-08-02 2012-07-25 製造半導體之設備 TWI525735B (zh)

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