JP2024517393A - 堆積室において気相から堆積させたエピタキシャル層を有する半導体ウェハを製造するための方法 - Google Patents

Abstract

堆積室において気相から堆積させたエピタキシャル層を有する半導体ウェハを製造するための方法であって、ロボットによって円形の外周を有するサセプタ上に基板ウェハを配置することであって、前記ロボットは、前記基板ウェハを配置位置へと移動させて前記サセプタ上に配置し、補正指示により、前記基板ウェハの中心は前記配置位置において前記サセプタの中心の上方に位置しないことと、前記基板ウェハ上にエピタキシャル層を堆積させることとを含み、第１の範囲内に入る比抵抗を有する第１のいくつかの基板ウェハが、第１の補正指示にて前記ロボットによって前記配置位置へと動かされ、第２の範囲内に入る比抵抗を有する第２のいくつかの基板ウェハが、第２の補正指示にて前記ロボットによって前記配置位置へと動かされ、前記第１および第２の補正指示は、互いに異なる、方法。

Description

本発明は、堆積室において気相から堆積させたエピタキシャル層を有する半導体ウェハを製造するための方法に関する。

電子部品の製造には、エピタキシャル層を有する半導体ウェハが必要である。エピタキシャル層は、典型的には、シングルウェハ反応炉の形態をとる堆積室において堆積させられる。コーティングされるべき基板ウェハが、サセプタ上に配置され、堆積ガスが、サセプタと共に回転する基板ウェハを覆うように堆積温度で堆積室に通される。

エピタキシャル層を有する半導体ウェハの１つの品質基準は、エッジジオメトリ、とりわけ半導体ウェハのエッジ領域におけるエピタキシャル層の厚さの均一性である。

先行技術／課題
特開２０１６－２１３２１８号公報が、単結晶シリコンからエピタキシャル層を有する単結晶シリコンの半導体ウェハを製造するための方法を記載している。基板ウェハを堆積反応炉のサセプタ上に配置するロボットを、補正指示により、基板ウェハの中心がサセプタの中心の上方に位置しない配置位置へと移動させることが推奨されている。そうでなければ、基板ウェハが、平均して、エピタキシャル層の堆積時にサセプタの中心に位置しないことが明らかになっている。エピタキシャル層の堆積時に基板ウェハがサセプタのポケット内に同心に位置しない場合、エピタキシャル層の厚さの均一性に悪影響が及ぶ。さらに、そのような位置ずれは、とりわけ基板ウェハのエッジとサセプタとの接触を伴う場合に、望ましくない粒子の形成につながる可能性がある。補正指示は、先行するコーティング作業の際の基板ウェハの中心の位置のサセプタの中心からの平均偏差を表す平均から導出される。補正指示により、コーティング作業の際に、基板ウェハの中心の位置が、補正指示が存在しない場合と比べて、標準偏差の量だけサセプタの中心に近付くと期待される。

本発明の発明者は、先行するコーティング作業の際の位置偏差のみによって導かれる補正指示の詳細に、改善の余地があると判断した。

したがって、本発明の目的は、改善を示すことである。

本発明の目的は、堆積室において気相から堆積させたエピタキシャル層を有する半導体ウェハを製造するための方法であって、
ロボットによって円形の外周を有するサセプタ上に基板ウェハを配置することであって、前記ロボットは、前記基板ウェハを配置位置へと移動させて前記サセプタ上に配置し、補正指示により、前記基板ウェハの中心が前記配置位置において前記サセプタの中心の上方に位置しないようにすることと、
前記基板ウェハ上にエピタキシャル層を堆積させることと
を含み、
第１の範囲内の比抵抗を有する第１の数の基板ウェハが、第１の補正指示にて前記ロボットによって前記配置位置へと動かされ、第２の範囲内の比抵抗を有する第２の数の基板ウェハが、第２の補正指示にて前記ロボットによって前記配置位置へと動かされ、前記第１および第２の補正指示は、互いに異なる、方法によって達成される。

本発明の実施態様は、エピタキシャル層の堆積中に基板ウェハについて生じ得る位置ずれの程度が、基板の特性などの因子に依存し、とりわけ基板内のドーパントの割合、および結果としての基板の比電気抵抗（以下では、略して抵抗と呼ばれる）に依存するという発見を考慮している。したがって、本発明によれば、補正指示が基板ウェハの抵抗の関数として考慮され、第１の範囲内に入る抵抗を有する基板ウェハについて、第２の範囲内の比抵抗を有する基板ウェハについての第２の補正指示から外れる第１の補正指示を提供することが提案される。第１および第２の範囲は不連続であり、すなわち特定の抵抗が第１の範囲および第２の範囲に同時に位置することはない。

第１の補正指示は、抵抗が第１の範囲内にある基板ウェハのみを考慮して、先行するコーティング作業の際のサセプタの中心からの基板ウェハの中心の位置の平均偏差を表す平均値として計算される。同様に、第２の補正指示は、抵抗が第２の範囲内にある基板ウェハのみを考慮して、先行するコーティング作業の際のサセプタの中心からの基板ウェハの中心の位置の平均偏差を表す平均値として計算される。同様に、第１および第２の範囲から外れる異なる範囲内の抵抗を有する基板ウェハについて、第１および第２の補正指示とは異なる別の補正指示が計算される。

平均値（算術平均）の算出には、好ましくはコーティングすべき基板ウェハの直前にコーティングされ、コーティングすべき基板ウェハの抵抗の範囲内の抵抗を有する好ましくは少なくとも１０枚、より好ましくは少なくとも２０枚の基板ウェハの位置偏差が含まれる。

本発明に従ってエピタキシャル層が堆積させられる基板ウェハは、ドーパントを含む半導体ウェハ、好ましくは単結晶シリコンで作られた基板ウェハである。

本発明を、図面を参照して以下でさらに詳細に説明する。

典型的な特徴を有す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装置を示す断面図である。 サセプタの中心に対する２つの異なる抵抗範囲の基板ウェハの位置偏差の第１および第２の平均値の位置を示す図である。 サセプタ上に配置された後の第１の範囲の抵抗を有する基板ウェハの中心の分布を、極座標格子においてサセプタの中心に対して示す図である。 サセプタ上に配置された後の第２の範囲の抵抗を有する基板ウェハの中心の分布を、極座標格子においてサセプタの中心に対して示す図である。

本発明の例示的な実施形態の詳細な説明
基板ウェハ上にエピタキシャル層を堆積させるための図１に示される装置は、上カバー１および下カバー２と、反応空間を囲む上側ライニング７および下側ライニング８とを有する堆積室３を備える。堆積室３の外側に存在する上側および下側ランプアレイは、図示されていない。ランプの放射エネルギーが、堆積室を気相堆積（蒸着）に必要な温度にする。

コーティング作業のために、基板ウェハ４が、キャリアのアームによって下方から回転可能に保持されたサセプタ５に載せられる。事前に、基板ウェハは、ロボットのエンドエフェクタ上に配置され、ロボットによって配置位置へと運ばれる。サセプタの周囲に、予熱リング６が存在する。基板ウェハ４を、サセプタ５上に配置し、コーティング後に、サセプタ５を通過するリフトピンによってサセプタ５から持ち上げることができる。

基板ウェハ４のコーティングにおいて、堆積ガスが、上側ライニング７に設けられた上側ガス入口開口９を通り、基板ウェハの上方の流れ方向に沿って堆積室３内へと、上側ガス出口１１まで通過する。さらに、随意により、下側ガス入口開口１２および下側ガス出口１３を設け、パージガスを下側ガス出口１３までサセプタ５の下方に通すことができる。

基板ウェハの中心がサセプタの中心の垂直上方に位置するようにロボットの配置位置が確立される場合、基板ウェハが配置された後に、その中心がサセプタの中心に位置しない可能性が比較的高い。この特定の理由は、熱応力であり、熱応力の解消により、基板ウェハの中心が意図された位置からずれる。

ここで、基板ウェハに含まれるドーパントの量が多いほど、サセプタの中心からのずれの量が大きくなり、したがって、この量は、基板ウェハの抵抗が低くなるにつれて大きくなることが明らかになった。本発明によれば、この発見が、サセプタ上への配置の前にロボットが基板ウェハを移動させる配置位置の決定に寄与する補正指示を計算するときに考慮される。補正指示は、以前にコーティングされた基板ウェハの位置偏差からの平均化によって計算され、平均化に使用されるデータは、抵抗がほぼ同じであり、したがって同じ所定の範囲内にある基板ウェハからのデータに限られる。位置偏差の概念は、配置された基板ウェハの中心の位置のサセプタの中心に対する偏差を表す。コーティングされるべき基板ウェハについて、ロボットによって使用される補正指示は、この基板ウェハの抵抗について計算された補正指示である。比較的高い抵抗を有する第１の範囲は、例えば、１１～１２オームｃｍを含んでよく、比較的低い比抵抗を有する第２の範囲は、例えば９～１０オームｃｍを含んでよい。

本提案の抵抗に依存する平均化がない場合、位置偏差の平均化は、抵抗の影響が平均化されてしまうため、あまり正確ではない補正指示をもたらすことになると考えられる。しかしながら、補正指示はきわめて正確でなければならず、なぜならば、サセプタ上で基板ウェハが中心に位置すれば、結果として得られるエピタキシャル層を有する半導体ウェハにおいて、エッジジオメトリに関して好都合な結果が得られ、エピタキシャル層の堆積時に粒子が発生する恐れも減少するからである。

図２が、サセプタ５の中心１０が基板ウェハ４の中心と一致するようにサセプタ５上に配置された基板ウェハ４を示している。この目標位置において、基板ウェハ４は、サセプタ５および予熱リング６に対して同心である。補正指示がない場合、基板ウェハの中心は、その比抵抗に応じて、その抵抗範囲について計算された平均位置の上またはその近傍に位置し、例えば、比較的高い比抵抗の場合には第１の平均位置１４の上またはその近傍に位置し、比較的低い比抵抗の場合は第２の平均位置１５の上またはその近傍に位置すると考えられる。図面において、位置１４および１５は、本発明の説明を可能にするために、サセプタの中心１０から非現実的に離れた距離にある。実際には、典型的な位置偏差は、サセプタの中心１０から１０００μｍ以下の距離である。

第１の平均位置１４とサセプタ５の中心１０との間の距離は、ベクトル１６の長さに相当する。第２の平均位置１５とサセプタ５の中心１０との間の距離は、ベクトル１７の長さに相当する。ベクトル１６またはベクトル１７が、その始点がサセプタの中心１０と一致するようにずらされた場合、ベクトルの点は、予想される位置偏差を補償するための配置位置を指し、この配置位置へとロボットが基板ウェハの中心を移動させる必要がある。したがって、ベクトル１６および１７は、ロボットのための可能な補正指示を表す。

図３および図４が、それぞれ１１～１２オームｃｍの抵抗範囲および９～１０オームｃｍの抵抗範囲について、３００ｍｍの直径を有する単結晶シリコンで作られたホウ素ドープの基板ウェハについて測定された位置偏差を、極座標格子に示している。示された位置偏差の分布を比較することで、位置偏差の量がドーパントの割合に依存することが明らかである。

使用される参照番号の列挙
１ 上カバー
２ 下カバー
３ 堆積室
４ 基板ウェハ
５ サセプタ
６ 予熱リング
７ 上側ライニング
８ 下側ライニング
９ 上側ガス入口開口
１０ サセプタの中心
１１ 上側ガス出口
１２ 下側ガス入口開口
１３ 下側ガス出口
１４ 配置された基板ウェハの中心の第１の平均位置
１５ 配置された基板ウェハの中心の第２の平均位置
１６ ベクトル
１７ ベクトル

Claims (2)

1. 堆積室において気相から堆積させたエピタキシャル層を有する半導体ウェハを製造するための方法であって、
   ロボットによって円形の外周を有するサセプタ上に基板ウェハを配置することであって、前記ロボットは、前記基板ウェハを配置位置へと移動させて前記サセプタ上に配置し、補正指示により、前記基板ウェハの中心が前記配置位置において前記サセプタの中心の上方に位置しないようにすることと、
   前記基板ウェハ上にエピタキシャル層を堆積させることと
   を含み、
   第１の範囲内の比抵抗を有する第１の数の基板ウェハが、第１の補正指示により前記ロボットによって前記配置位置へと移動され、第２の範囲内の比抵抗を有する第２の数の基板ウェハが、第２の補正指示により前記ロボットによって前記配置位置へと移動され、前記第１および第２の補正指示は、互いに異なる、方法。
2. 前記第１の補正指示の大きさは、前記第１の範囲が、前記第２の範囲によってカバーされる比抵抗よりも小さい比抵抗をカバーするか、あるいは大きい比抵抗をカバーするかに応じて、前記第２の補正指示の大きさよりも大きく、あるいは小さい、請求項１に記載の方法。

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