[发明专利]薄膜沉积装置及其使用方法

说明书

技术领域

本发明是有关于一种半导体制程及设备，且特别是有关于一种薄膜沉积装置及其使用方法。

背景技术

薄膜沉积(thin film deposition)技术可应用于各种物品或组件，例如半导体组件等的表面处理。薄膜沉积技术是一种在各种材料例如金属、超硬合金、陶瓷及晶圆基板的表面上，成长一或多层同质或异质材料薄膜的制程。依据沉积过程是否含有化学反应，薄膜沉积可区分为物理气相沉积(Physical Vapor Deposition，简称PVD)及化学气相沉积(Chemical Vapor Deposition，简称CVD)。

随着沉积技术及沉积参数差异，所沉积薄膜的结构可能是单晶、多晶或非结晶的结构。单晶薄膜的沉积在集成电路制程中特别重要，称为磊晶(epitaxy)。磊晶成长的半导体薄膜的主要优点是：因为在沉积过程中可直接掺杂施体或受体，因此可精确控制薄膜中的掺杂分布(dopant profile)，并且不包含氧与碳等杂质。

金属有机化学气相沉积(Metal-Organic Chemical Vapor Deposition，简称MOCVD)，其原理是利用承载气体(carrier gas)携带气相反应物，或是前驱物进入装有晶圆的腔体中，晶圆下方的承载盘(susceptor)以特定加热方式，例如高周波感应或电阻，加热晶圆及接近晶圆的气体使其温度升高，而高温会触发单一或是数种气体间的化学反应式，使通常为气态的反应物被转换为固态的生成物，并沉积在晶圆表面上。

由于MOCVD是在高温的环境下进行化学反应，于一个磊晶制程完成后，必须等待MOCVD腔体内部温度降低至150℃甚或更低温度区间，才可以开腔取出完成磊晶之晶圆片，以避免载盘与晶圆片因为急剧温差(thermo shock)造成变形或破裂。然而MOCVD腔体降温的时间冗长，增加了磊晶制程的成本。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种薄膜沉积装置及其使用方法，可以节省制程的时间、节省能源并降低成本。

另外，本发明的目的还在于提供一种上述薄膜沉积装置的使用方法。

本发明提出一种薄膜沉积装置，用于对一基材进行一薄膜沉积制程。此薄膜沉积装置包括反应腔、预热腔、冷却腔及至少一传送模块。预热腔预热上述基材。反应腔自预热腔接收预热后的基材，加热至工作温度范围进行薄膜沉积制程，完成薄膜沉积制程后，对反应腔内的基材进行冷却。冷却腔自反应腔接收基材并进一步冷却基材。至少一传送模块在预热腔、反应腔及冷却腔之间传送基材。

在本发明的一实施例中，上述的传送模块包含缓冲室，上述缓冲室各藉由至少一独立阀门分别连接预热腔、反应腔与冷却腔。缓冲室中设置至少一机械手臂，上述机械手臂在预热腔以及反应腔之间传送薄膜沉积制程前的基材，以及在反应腔以及冷却腔之间传送薄膜沉积制程后的基材。

在本发明的一实施例中，上述薄膜沉积装置更包含气体供给装置，连接于该预热腔、该缓冲室与该冷却腔，以供给至少一种惰性气体至预热腔、缓冲室与冷却腔中。

在本发明的一实施例中，上述薄膜沉积装置当阀门被开启时，缓冲室以及所有连接缓冲室的腔室保持相同的气体氛围。

在本发明的一实施例中，上述预热腔、缓冲室与冷却腔中各设置至少一独立加热器。

在本发明的一实施例中，上述薄膜沉积装置中，当阀门被开启时，缓冲室以及所有连接缓冲室的腔室保持相同的温度。

在本发明的一实施例中，上述传送模块包括第一缓冲室及第二缓冲室。第一缓冲室各藉由至少一个独立阀门分别连接预热腔与反应腔。第一缓冲室设置第一机械手臂，在预热腔以及反应腔之间传送薄膜沉积制程前的基材。第二缓冲室各藉由另外至少一个独立阀门分别连接反应腔与冷却腔。第二缓冲室设置第二机械手臂，在反应腔以及冷却腔之间传送薄膜沉积制程后的基材。

在本发明的一实施例中，上述薄膜沉积装置更包含气体供给装置，连接于该预热腔、该第一缓冲室、该第二缓冲室与该冷却腔，以供给至少一种惰性气体至预热腔、第一缓冲室、第二缓冲室与冷却腔中。

在本发明的一实施例中，上述薄膜沉积装置当至少一个阀门被开启时，缓冲室以及所有连接缓冲室的腔室保持相同的气体氛围。

在本发明的一实施例中，上述预热腔、第一缓冲室、第二缓冲室与冷却腔中各设置至少一独立加热器。

在本发明的一实施例中，上述薄膜沉积装置，当至少一个阀门被开启时，缓冲室以及所有连接缓冲室的腔室保持相同的温度。