JP4558505B2 - 半導体ウェハの上面を形成する材料上に犠牲的平坦化層を成長させる方法、非均一なトポグラフィープロフィールを有するウェハ材料を平坦化する方法、及び、非均一なトポグラフィープロフィールを有するウェハ材料で構成されるウェハを平坦化する方法 - Google Patents
半導体ウェハの上面を形成する材料上に犠牲的平坦化層を成長させる方法、非均一なトポグラフィープロフィールを有するウェハ材料を平坦化する方法、及び、非均一なトポグラフィープロフィールを有するウェハ材料で構成されるウェハを平坦化する方法 Download PDFInfo
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Description
[0001]本発明の実施形態は、一般に、基板を処理することに係る。より詳細には、本発明の実施形態は、層を酸化し除去することにより層を平坦化することに係る。
[0002]集積回路及び他の電子デバイスの製造においては、導体、半導体及び誘電体材料の複数の層が基板の表面に堆積され又はそこから除去される。導体、半導体及び誘電体材料のこの層は、多数の堆積技術により堆積することができる。近代的な処理における共通の堆積技術は、スパッタリングとしても知られている物理気相堆積(PVD)、化学気相堆積(CVD)、プラズマエンハンスト化学気相堆積(PECVD)、及び電気化学的メッキ(ECP)を含む。
SOIウェハ
[0040]SOIウェハは、相補的−金属−酸化物−シリコン(CMOS)デバイス製造に対するエンハンストウェハで、絶縁層(酸化シリコン)の利益とシリコン(Si)デバイス層の利益の両方を結び付けるものである。絶縁基板は、寄生的接合キャパシタンスを減少し、ラッチアップを防止し、且つ放射硬度を改善する上で有益である。SOIマイクロチップ処理速度は、今日のCMOSベースのチップより約30%高速であり、且つ電力消費は、80%に減少される。従って、将来の集積シリコンチップ、又はシステム・オン・チップは、CMOS、バイポーラヘテロ構造バイポーラトランジスタ(HBT)、量子デバイス、光学的導波器、光学的変調器、光学的エミッタ及び検出器が全て単一チップ上に一体化されたSOI基板を使用することになろう。
Epiウェハ
[0045]ここで使用する「Epiウェハ」とは、エピタキシャルシリコンの層が形成されたウェハを指す。エピタキシャルシリコンは、例えば、単結晶シリコン、シリコンゲルマニウム及びSOIウェハに形成することができる。特定の実施形態では、エピタキシャルシリコン層がシリコンゲルマニウム基板上に形成されて、歪入りシリコンを形成する。ある実施形態では、エピタキシャルシリコンは、例えば、ボロンでドープされる。しかしながら、非ドープのエピタキシャルシリコンも使用できることが意図される。本発明の態様に基づくエピタキシャル層の形成及び酸化物の形成は、クラスターツール環境で実行されるのが好ましい。例えば、エピタキシャル層の形成は、大気epi堆積チャンバー及び減圧epi堆積チャンバーにおいて実行することができ、これらは、両方とも、アプライド・マテリアルズ・インクから入手できる。
酸化物成長装置及びプロセス
[0047]図1は、一体化された製造及び平坦化プロセス100の一実施形態を示す。ステップ102において、ベース材料が形成される。ベース材料は、基板、又は基板上に形成された膜の形態でよい(例えば、SOIウェハのepi層又は最上部シリコン層)。ここで使用する「ベース材料」とは、平坦化されるべき材料を指す。説明上、本発明の実施形態は、シリコンのベース材料を参照して述べる。平坦化プロセスは、ステップ104において、ベースシリコンに酸化物を成長させることにより開始される。酸化物は、ベースシリコン材料の一部分を消費することにより形成される。その結果、酸化物は、例えば、二酸化シリコンでよい。次いで、ステップ106において、酸化物が除去される。基底材料がエッチングストッパーとして働くのを許容するエッチングプロセスを使用して、酸化物を除去するのが好ましい。
温度制御と組み合わされるISSGプロセスの実施例
[00115]全部で6個の300mmSOIウェハが処理された。SOIウェハを処理する前に、13個のPオンP Epi Siウェハが同調及び設定に使用された。その目的は、SOIウェハの非均一シリコン層厚みを補償するように非均一な犠牲的酸化物膜厚みプロフィールの成長を実証するためであった。SOIウェハ上のシリコン層は、ウェハの縁において厚いものであった。従って、その目標は、酸化物層もその縁において厚くし、酸化物を剥離した後にシリコン層をより均一なものにすることであった。ターゲット厚みは、ウェハの中央領域で160Åであり、ウェハの縁で190Åに増加するものであった。Epi同調ウェハを使用して、全ガス流量、圧力及び浸漬時間を変更することにより、希望の非均一な酸化物厚みプロフィールに対してISSGプロセスを同調した。以下のテーブルIに要約されたように、レシピステップ2から7(図4のステップ306から310に対応する)の間に、14Torrにおいて、1100℃で130秒間浸漬し、33%水素及び67%酸素が40slmの全ガス流量の状態で、名目上のISSGプロセスが実行された。従って、30slmの全ガス流量の場合には、水素が9.9slmで、酸素が20.1slmである。
Claims (15)
- 半導体ウェハの上面を形成する材料上に犠牲的平坦化層を成長させる方法において、
(a)上記材料の非均一厚みプロフィールを決定するステップと、
(b)上記材料を平坦化するために上記非均一厚みプロフィールに基づいて1つ以上のプロセスパラメータ値を選択するステップと、
(c)上記ウェハにわたり温度勾配を作用させるステップであって、上記温度勾配は、上記材料の平坦化消費を少なくとも一部分生じさせるように選択されるステップと、
(d)上記非均一厚みプロフィールに従って上記ウェハの上記上面に上記犠牲的平坦化層を湿式酸化で成長させるステップであって、上記犠牲的平坦化層が上記材料の一部分を消費してその平坦化を行わせるようなステップと、を備えた方法。 - 1つ以上のプロセスパラメータ値を選択する上記ステップは、ウェハ温度プロフィール、ガス流量、チャンバー圧力及び処理時間の少なくとも1つを選択する段階を含む、請求項1に記載の方法。
- 上記材料はシリコンであり、上記犠牲的平坦化層は二酸化シリコンである、請求項1に記載の方法。
- 湿式酸化で成長させる上記ステップは、上記材料を蒸気に露出させる段階を含む、請求項1に記載の方法。
- (e)上記犠牲的平坦化層を除去するステップ、
を更に備えた請求項1に記載の方法。 - 上記ウェハ上に上記犠牲的平坦化層を繰り返し成長させ除去するステップを更に備えた、請求項5に記載の方法。
- 非均一なトポグラフィープロフィールを有するウェハ材料を平坦化する方法において、
チャンバーにウェハを入れるステップと、
上記ウェハ材料の上記非均一なトポグラフィープロフィールを決定するステップと、
上記非均一なトポグラフィープロフィールに基づいて上記ウェハ材料の平坦化消費を生じさせるために蒸気含有環境を確立するステップと、
上記ウェハにわたり温度勾配を作用させるステップであって、上記温度勾配は、上記材料の平坦化消費を少なくとも一部分生じさせるように選択されるステップと、
上記ウェハを上記蒸気含有環境に露出させて、上記ウェハ材料に犠牲的平坦化層を成長させるステップと、
上記犠牲的平坦化層を除去するステップと、
を備えた方法。 - 希望のトポグラフィープロフィールが得られるまで上記ウェハに上記犠牲的平坦化層を繰り返し成長させ除去するステップを更に備えた、請求項7に記載の方法。
- 上記材料の非均一なトポグラフィープロフィールを決定する上記ステップは、上記チャンバーにおいて遂行される、請求項7に記載の方法。
- 非均一なトポグラフィーを有するウェハ材料を平坦化する方法において、
上記ウェハ材料を有するウェハをチャンバーに入れるステップと、
上記ウェハ材料の平坦化消費を生じさせるために上記非均一なトポグラフィーに基づいて上記ウェハ材料に犠牲的平坦化層を成長させるステップであって、
(a)上記ウェハ材料の平坦化消費を生じさせるために選択されたチャンバー圧力において第1の酸素含有環境に上記ウェハを露出させる一方、上記ウェハにわたって実質的に一定且つ均一の温度プロフィールを維持する段階、及び
(b)第2の酸素含有環境に上記ウェハを露出させる一方、上記ウェハにわたって非均一な温度プロフィールを維持して、上記ウェハ材料の平坦化消費を生じさせる段階、
を含む、犠牲的平坦化層を成長させるステップと、
上記犠牲的平坦化層を除去するステップと、
を備えた方法。 - 上記チャンバーに上記ウェハを入れる前に上記非均一なトポグラフィーを決定するステップを更に備えた、請求項10に記載の方法。
- 上記第1の酸素含有環境は純粋な酸素を含み、上記第2の酸素含有環境は酸素基を含む、請求項10に記載の方法。
- 上記ウェハに犠牲的平坦化層を成長させ除去する上記ステップを繰り返し実行するステップを更に備えた、請求項10に記載の方法。
- 非均一なトポグラフィープロフィールを有するウェハ材料で構成されるウェハを平坦化する方法において、
チャンバーに上記ウェハを入れるステップと、
酸素含有流体及び水素含有流体で構成された流体混合物を上記チャンバーに流し込むステップと、
上記チャンバー内の上記流体混合物に上記ウェハを露出させるステップと、
ウェハ温度と、チャンバー圧力及び流体混合物流量の少なくとも一方とを制御して、上記非均一なトポグラフィープロフィールに基づいて上記ウェハ材料の平坦化消費を生じさせると共に、上記ウェハ材料に犠牲的平坦化層の形成を生じさせるステップであって、ウェハ温度を制御する上記ステップは、上記ウェハにわたって非均一な温度プロフィールを作用させるステップと、
上記犠牲的平坦化層を除去するステップと、
を備えた方法。 - 上記非均一な温度プロフィールは、比較的高い温度のエリアでは比較的多くのウェハ材料の消費を生じさせると共に、比較的低い温度のエリアでは比較的少ないウェハ材料の消費を生じさせる、請求項14に記載の方法。
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