JP7537008B2 - 基板ウェハ上にエピタキシャル層を堆積させるための方法 - Google Patents

Description

本発明は、基板ウェハ上にエピタキシャル層を堆積させるための方法に関する。

先行技術／問題
エレクトロニクス産業における、要求の厳しい用途のために、エピタキシャルにコーティングされた半導体ウェハ、特にシリコンの層でエピタキシャルにコーティングされた、単結晶シリコンで作られた基板ウェハが必要とされる。

層を堆積させるために一般に使用される方法は、化学気相蒸着である。層のための材料は、処理ガスによって提供され、処理ガスは、処理ガスに含まれ、材料を含有する前駆体化合物が、化学的に開裂される温度で、基板ウェハのコーティングされるべき側を通過させられる。基板ウェハは、層の堆積中、サセプタのポケット内に配置されると同時に、サセプタの環状境界によって囲まれる。このプロセスは、通常、枚葉式反応器として設計された装置内で行われる。このような枚葉式反応器は、例えばＥＰ ０ ８７０ ８５２ Ａ１に記載されている。

エピタキシャル層を基板ウェハ上にできるだけ均一に成長させるためには、基板ウェハが境界に対してポケットにおいて中心にあることが特に重要である。

ＵＳ２０１０ ０２１６２６１ Ａ１では、カメラシステムによってレセプタ上の基板ウェハの正しい位置を監視することが提案される。

ＷＯ１７ １３５ ６０４ Ａ１は、エピタキシャル層の堆積後に縁部領域の厚み特性値を測定し、測定結果に応じて後続の堆積プロセスのために特定のプロセスパラメータを変更することを提案する。

ＷＯ １４ １０３ ６５７ Ａ１およびＪＰ２０１５ ２０１ ５９９ Ａは、エピタキシャルに堆積された層を有する半導体ウェハの縁部領域における厚み特性値の分布に基づいて偏心度を計算して、サセプタ上の後続の基板ウェハの位置をこの偏心度の関数として補正する方法を開示している。

ＵＳ２００９ ２５２ ９４２ Ａ１およびＪＰ２００２ ０４３ ２３０ Ａは、エピタキシャル層の堆積前に基板ウェハの平坦度を測定し、基板ウェハのコーティングが縁部ロールオフを低減するように堆積プロセス中に特定のプロセスパラメータを変更することを提案する。

しかしながら、この手順は、基板ウェハ自体が既に縁部領域において厚みの差を有する場合、エピタキシャルにコーティングされた基板ウェハの縁部領域における厚みの差を防げない。

本発明の目的は、エピタキシャル層の厚みを基板ウェハの円周上の異なる位置で異なるように調整することを可能にするという課題に対する解決策を提供することである。

本発明の目的は、基板ウェハ上に気相からエピタキシャル層を堆積させる方法によって達成され、本方法は、
基板ウェハの縁部に厚み特性値を縁部位置の関数として割り当てる、基板ウェハの縁部形状を測定することと、
エピタキシャル層を堆積するために装置のサセプタのポケット内に基板ウェハを配置することとを含み、ポケットは、円周を有する境界によって囲まれ、本方法はさらに、
基板ウェハを加熱することと、
基板ウェハ上に処理ガスを通過させることとを含み、
基板ウェハからポケットの境界までの距離が、より厚い縁部の厚み特性値を有する縁部位置のおいての方が、より薄い縁部の厚み特性値を有する縁部位置においてよりも小さくなるように、ポケット内に基板ウェハを配置することによって、特徴付けられる。

本発明は、ポケット内の基板ウェハの、中心にある配置は、基板ウェハが均一な縁部形状を有するという仮定に基づくという知見に基づく。しかしながら、これは希なケースであり、なぜならば、研削および研磨などの機械加工ステップでは、完全に均一な縁部厚みを有する基板ウェハを生成することができないからである。本発明による方法は、特に基板ウェハが一方の縁部セクションにおいて相対的に小さい縁部厚みを有し、反対側の縁部セクションにおいて相対的に大きい縁部厚みを有する場合に、非コーティング基板ウェハと比較してエピタキシャルにコーティングされた半導体ウェハの均一な縁部形状を提供することができる。とはいえ、縁部厚みの均質化は、例えば、相対的に小さい縁部厚みを有する１つの縁部セクションのみが存在する場合にも、達成することができる。

第１に、基板ウェハの縁部形状は、厚み特性値の形態で利用可能であるように測定される。好ましくは、１ｍｍまたは２ｍｍの径方向長さを有する最も外側の縁部部分は、縁部除外として測定から除外される。原則として、基板ウェハの縁部領域における２つの異なるセクションにおける相対的な厚みについて述べることを可能にする任意の測定された値を、厚みパラメータとして考えることができる。例えば、厚み特性値の好適なパラメータは、縁部ロールオフの曲率を記述し、ＳＥＭＩ規格Ｍ６８－０７２０に規定される、前面のＺＤＤ（Ｚ二階微分）（Z double derivative）、または縁部領域内の扇形（部位）の平坦度を定量化し、ＳＥＭＩ規格Ｍ６７－０７２０に規定されるＥＳＦＱＲである。記載の残りの部分は、ＥＳＦＱＲを使用して厚み特性を表す。

本発明による方法は、エピタキシャル層でコーティングされる前の基板ウェハの縁部形状を測定することを提供する。例えば、各扇形にＥＳＦＱＲ値を割り当てるマップが提供され、したがって、基板ウェハの、その円周に沿った厚みプロファイルを示す。くさび状の断面形状を有する基板ウェハ、または一方の縁部が他方の縁部よりも薄い基板ウェハが、特に適している。縁部セクションとは、円周方向において円周の最大５０％、好ましくは円周の７％～４２％の距離にわたって延在する縁部領域を意味する。くさび状の形状を有する基板ウェハは、互いに対向する、すなわち互いから可能な最大距離を有する、より厚い縁部セクションおよびより薄い縁部セクションを有する。

基板ウェハをコーティングするために使用される堆積チャンバ、枚葉式反応器に対して、相関関数が作成される。この関数は、厚み特性値を変位ベクトルに割り当てる。変位ベクトルは、エピタキシャル層を堆積させるときに、より厚い縁部セクション上よりも、反対側のより薄い縁部セクション上に、より多くの材料が堆積されるように、基板ウェハのより厚い縁部セクションが、中心におかれる位置からオフセットされてサセプタのポケット内に配置されなければならない方向および大きさを示す。したがって、基板ウェハのより薄い縁部セクションにおける堆積後、厚み特性値は、基板ウェハがサセプタのポケットにおいて中心に置かれるエピタキシャル層の堆積後よりも、割り当てられた厚み特性値の分だけ、大きい。したがって、変位ベクトルは、基板ウェハがサセプタのポケットにおいて中心にある場合に中心点が有するであろう位置と比較して、サセプタ上に配置された基板ウェハの中心点の位置の偏心度を表す。相関関数は、基板ウェハをコーティングする前の実験によって、どの偏心度が厚み特性値のどの変化をもたらすかを判断することによって、判断される。

サセプタのポケット内への基板ウェハの配置は、有利なことに、このタスクを相関関数によって特定されるとおりに実行するロボットによって実行される。代替として、または加えて、ロボットは、基板ウェハおよび結果として生じるエピタキシャルにコーティングされた半導体ウェハの測定された形状データを使用して後続基板ウェハのコーティングのために必要な偏心度を判断および実現する自己学習システムとして構成することができる。さらに、サセプタ上の基板ウェハの配置およびサセプタのポケット内の基板ウェハの位置をカメラシステムによって監視することが好ましい。

基板ウェハおよびその上に堆積されたエピタキシャルは、好ましくは、半導体材料、例えば単結晶シリコンから本質的になる。基板ウェハは、好ましくは少なくとも２００ｍｍ、特に好ましくは少なくとも３００ｍｍの直径を有する。エピタキシャル層の厚みは、１μｍ～２０μｍであることが好ましい。

以下、図面を参照して本発明をさらに詳細に説明する。

本発明の効果を定性的に示す。 サセプタのポケット内に本発明に従って配置された基板ウェハを示す。 厚み特性値における予想される変化を偏心度Ｅに割り当てる相関関数を示す。 基板ウェハの厚みの、その直径に沿った、目標厚みからの偏差を示す。 図４によるエピタキシャルにコーティングされた基板ウェハの厚みの、当該エピタキシャルにコーティングされた基板ウェハの直径に沿った、目標厚みからの偏差を示す。 図５によるコーティングされた基板ウェハのエピタキシャル層の厚みの、当該エピタキシャル層の直径に沿った、目標厚みからの偏差を示す。 エピタキシャル層の堆積前後における、厚み特性値の、基板ウェハの円周に沿った、目標値からの偏差の曲線を示す。

本発明による例示的な実施形態の詳細な説明
図１は、サセプタ３のポケット４内に堆積され、相対的に厚い縁部５と、相対的に薄い、その反対側の縁部６とを有する基板ウェハ１の断面図（垂直断面）を示す。基板ウェハ１は、ポケット４の中心ではなく偏心して位置し、したがって、より厚い縁部５は、より薄い縁部６よりも、ポケットの境界７からの距離が短い。この構成の結果、距離が小さい場合、エピタキシャル層の堆積中の材料の成長速度は、距離が大きい場合よりも遅くなる。

図１の下側部は、エピタキシャル層２の堆積後の状況を示す。基板ウェハ１は、エピタキシャル層が堆積された基板ウェハとなり、エピタキシャル層２は、境界４までの距離がより短い縁部セクションの領域では、境界４までの距離がより長い縁部セクションの領域よりも薄い。エピタキシャル層２が堆積された基板ウェハの厚みを考慮し、それを基板ウェハ１の厚みと比較すると、エピタキシャルにコーティングされた基板ウェハのその縁部領域における厚みは、基板ウェハ１の厚みよりも均一であることが分かる。縁部領域における厚みの差は、エピタキシャルにコーティングされた基板ウェハの場合よりも基板ウェハ１の場合の方が顕著である。

図２は、サセプタのポケット内に本発明に従って配置された基板ウェハの平面図を示す。基板ウェハ１は、サセプタのポケットにおいて中央には位置しない。基板ウェハの中心は、ポケットの中心から偏心度Ｅに従ってシフトされ、より厚い縁部セクション６は、より薄い縁部セクション６よりも、ポケットの外側境界７からの距離が短い。偏心度Ｅの方向および大きさは、例えば５°幅の縁部セグメントにおけるＥＳＦＱＲ値の形式で平坦度を測定することによって、基板ウェハの縁部の形状の測定に依存する。測定結果は、図示されたマップ８によって定性的に示され、「＋」記号で強調されたより厚い縁部セクション５および「－」記号で強調された薄い縁部セクション６を識別する。

選択される偏心度Ｅは、使用される堆積装置について予備試験によって判断される相関関数に基づく。この試験では、基板ウェハを一定の偏心度Ｅでサセプタのポケットに配置した場合に、厚み特性値にどのような変化が予想されるかを調べる。選択された例では、図３による相関関数は、基板ウェハがサセプタのポケット内において中央位置に置かれていないが、対応する偏心度Ｅを伴うとき場合に、堆積後に、より薄い縁部で得られるＥＳＦＱＲ値における差ΔＥＳＦＱＲを示す。したがって、図３による相関関数は、基板ウェハがサセプタのポケット内において中心に置かれておらず、堆積前に１００μｍの偏心度を有する場合、エピタキシャル層の堆積後に、より薄い縁部セクションの扇形におけるＥＳＦＱＲ値は約２ｎｍだけ増加することを示唆する。

図４、図５および図６は、それぞれ、エピタキシャル層の堆積前（図４）および後（図５）の単結晶シリコン基板ウェハの目標厚みからの厚みの偏差の曲線、ならびにエピタキシャル層の目標厚みからの厚みの偏差（図６）を示す。図４によれば、基板ウェハは、著しく異なる縁部厚みを有し、０ｍｍの領域ではより薄い縁部部分を有し、３００ｍｍの領域ではより厚い縁部部分を有していた。本発明によるエピタキシャル層の堆積後、これらの縁部セクションにおける縁部厚みの差は、ほぼ補償された（図５）。図６によるエピタキシャル層の厚み偏差の曲線は、本発明の適用により、エピタキシャル層が、基板ウェハのより薄い縁部セクションに対応する縁部位置においてはより厚く、基板ウェハのより厚い縁部セクションに対応する縁部位置においてはより薄いことを示す。基板ウェハの偏心位置は、問題の縁部セクションに堆積される材料の量を異ならせている。

本発明によるアプローチは、縁部形状が全周にわたって考慮される場合であっても、縁部形状を改善する。図７は、エピタキシャル層の堆積の前（曲線Ａ）および後（曲線Ｂ）の平滑化された曲線の形態の、この場合は縁部位置ＷＰの関数としてのＥＳＦＱＲ値の形態の、基板ウェハの縁部形状を示す。曲線は７２の測定点に基づいており、それらの各々は、１ｍｍの縁部排除を斟酌する、５°の幅および３５ｍｍの径方向長さを有する扇形のＥＳＦＱＲ値を記述する。

例示的な実施形態の上記の説明は、例示的なものとして理解されるべきである。結果として生じる開示は、一方では、当業者が本発明およびその関連する利点を理解することを可能にし、他方では、当業者の理解の範囲内で、説明される構造および方法の自明な変形ならびに修正も包含する。したがって、すべてのそのような変形および修正ならびにそれらの均等物は、特許請求の範囲の保護の範囲に包含されることが意図される。

使用される参照符号のリスト
１ 基板ウェハ
２ エピタキシャル層
３ サセプタ
４ ポケット
５ 基板ウェハの厚い縁部
６ 基板ウェハの薄い縁部
７ ポケットの外側境界
８ マップ
Ｅ 偏心度
ＥＳＦＱＲ ＥＳＦＱＲ値
ΔＥＳＦＱＲ ＥＳＦＱＲ値と目標値との間の差
Δｔ 厚みｔと目標厚みとの差
ｄ 直径
ＷＰ 縁部位置

Claims (5)

1. 基板ウェハ上に気相からエピタキシャル層を堆積させるための方法であって、
   前記基板ウェハの縁部に厚み特性値を縁部位置の関数として割り当てる、前記基板ウェハの縁部形状を測定することを含み、前記基板ウェハは、互いに対向する、より厚い縁部セクションおよびより薄い縁部セクションを有し、前記方法はさらに、
   前記エピタキシャル層を堆積するために装置のサセプタのポケット内に前記基板ウェハを配置することとを含み、前記ポケットは、円周を有する境界によって囲まれ、前記方法はさらに、
   前記基板ウェハを加熱することと、
   前記基板ウェハ上に処理ガスを通過させることとを含み、
   前記基板ウェハから前記ポケットの境界までの距離が、より大きい厚み特性値を有する前記より厚い縁部セクションの縁部位置においての方が、より小さい厚み特性値を有する前記より薄い縁部セクションの縁部位置においてよりも小さくなるように、前記ポケット内に前記基板ウェハを配置することによって、特徴付けられる、基板ウェハ上に気相からエピタキシャル層を堆積させるための方法。
2. 前記厚み特性値としてＥＳＦＱＲまたはＺＤＤを測定することによって特徴付けられる、請求項１に記載の方法。
3. ロボットを用いて前記基板ウェハを配置することによって特徴付けられる、請求項１または請求項２に記載の方法。
4. カメラシステムを用いて前記ポケット内の前記基板ウェハの位置を監視することによって特徴付けられる、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の方法。
5. 単結晶シリコンの前記基板ウェハ上にシリコンの前記エピタキシャル層を堆積することによって特徴付けられる、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の方法。

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