TW202300696A - 單晶圓磊晶生長裝置之控制裝置以及控制方法、以及磊晶晶圓之製造系統 - Google Patents

單晶圓磊晶生長裝置之控制裝置以及控制方法、以及磊晶晶圓之製造系統 Download PDF

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Abstract

本發明係提供可降低磊晶膜對規格中心變動的磊晶生長裝置之控制裝置。 控制裝置400係具備有：生成需要新控制磊晶生長裝置之控制資訊的演算部600，以及儲存著：由需要新控制磊晶生長裝置所形成磊晶膜的測定值、與由同系列所具備複數其他磊晶生長裝置形成磊晶膜的測定值之記憶部500。演算部係根據由需要新控制磊晶生長裝置所形成磊晶膜的測定值、與由同時期運轉的同系列其他磊晶生長裝置所形成磊晶膜的測定值，生成為控制需要新控制磊晶生長裝置的來源氣體供應時間、與摻質氣體流量中至少一項的資訊，並輸出。

Description

單晶圓磊晶生長裝置之控制裝置以及控制方法、以及磊晶晶圓之製造系統
本發明係關於在晶圓表面上生長磊晶膜，而製造磊晶晶圓的單晶圓磊晶生長裝置之控制裝置以及控制方法，以及含有複數單晶圓磊晶生長裝置的磊晶晶圓之製造系統。
在發展為高性能化・高機能化的半導體電子領域中，磊晶晶圓的品質會對製品裝置的品質造成大幅影響。所謂「磊晶晶圓」係指在半導體晶圓的表面上氣相沉積磊晶膜而形成，仿效半導體晶圓表面的規則性原子排列，形成結晶軸對齊的高品質磊晶膜。
習知在該磊晶晶圓製造時，採用可同時對複數半導體晶圓施行磊晶生長的批次處理式磊晶生長裝置。但是，該批次處理式磊晶生長裝置較難因應半導體晶圓的大口徑化。所以，近年一般採用如專利文獻1所記載，對單一半導體晶圓個別施行磊晶生長的單晶圓磊晶生長裝置。
利用單晶圓磊晶生長裝置進行磊晶晶圓製造時，磊晶膜的厚度一般係在將來源氣體的濃度與流量盡量控制呈一定狀態下，藉由調整來源氣體供應時間(磊晶生長時間)而進行控制，磊晶膜的電阻率一般係在將摻質氣體的濃度盡量控制呈一定狀態下，藉由調整摻質氣體流量而進行控制。 [先行技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]國際公開2011/033752號
[發明所欲解決之課題]
成為製品的磊晶晶圓(以下稱「製品用磊晶晶圓」)，磊晶膜的厚度與電阻率必需在規格所規定的目標厚度範圍與目標電阻率範圍內。為製造滿足此種規格的磊晶晶圓而決定來源氣體供應時間與摻質氣體流量的方法，一般係可採行在既定的來源氣體供應時間與摻質氣體流量條件下，於不會成為製品的晶圓(以下，在本說明書中稱「監視晶圓」)上生長磊晶膜，而製作測定用磊晶晶圓，然後測定該磊晶膜的厚度與電阻率，再將該測定值、與規格所規定的目標厚度範圍與目標電阻率範圍(規格資料)進行比較。
例如當目標厚度範圍為3.90~4.10μm(規格中心：4.00μm)的情況，將來源氣體的濃度與流量控制為一定，當依某來源氣體供應時間t1在監視晶圓生長的磊晶膜厚度係4.02μm的情況，因為形成較規格中心厚0.5%的磊晶膜，因而在下一次以後的製品用磊晶晶圓製造時，可將來源氣體供應時間t2減少t1的0.5%，依t2=t1×0.995實施。
同樣，當目標電阻率範圍為9.0~11.0Ω・cm(規格中心：10.0Ω・cm)的情況，便將摻質氣體的濃度控制為一定，當依某摻質流量D1在監視晶圓上生長的磊晶膜電阻率為10.1Ω・cm時，因為形成較規格中心高出1%電阻率的磊晶膜，因而在下一次以後的製品用磊晶晶圓製造時，可將摻質流量D2增加D1的1%，依D2=D1×1.01實施。
所以，有考慮針對每次製造一定數量(例如200片)製品用磊晶晶圓，使監視晶圓生長磊晶膜而製造測定用磊晶晶圓，再根據該磊晶膜的厚度與電阻率測定結果，決定適用於下一個製造一定數量(例如200片)製品用磊晶晶圓時的來源氣體供應時間與摻質氣體流量之方法(以下稱「比較例方法」)。依此，若根據在監視晶圓上所生長磊晶膜的厚度與電阻率測定結果，決定下次以後製造製品用磊晶晶圓時的來源氣體供應時間與摻質氣體流量之比較例方法，便可製造具有接近規格中心厚度與電阻率之磊晶膜的磊晶晶圓。
然而，若根據本發明者的檢討，得知該比較例方法在利用同一磊晶生長裝置連續性製造多數磊晶晶圓時，並無法充分抑制磊晶膜的厚度與電阻率對規格中心的變動。特別當在同一磊晶生長裝置中連續生產磊晶晶圓時，得知所生產磊晶膜的厚度與電阻率對規格中心的變動變大。
再者，上述比較例方法係針對：(i)測定在監視晶圓上所生長磊晶膜的厚度與電阻率；(ii)根據該測定結果，決定下一次以後的來源氣體供應時間與摻質氣體流量；(iii)對磊晶生長裝置設定所決定的來源氣體供應時間與摻質氣體流量等，均由操作員實施。即，習知並沒有存在來源氣體供應時間與摻質氣體流量的決定方法(校正方法)，自動適用於磊晶生長裝置的製造系統。
鑒於上述課題，本發明目的在於提供：高精度控制來源氣體供應時間與摻質氣體流量，可降低磊晶膜之厚度與電阻率對規格中心變動的單晶圓磊晶生長裝置之控制裝置及控制方法、以及磊晶晶圓之製造系統。 [解決課題之手段]
為解決上述課題，本發明者經深入鑽研，結果獲得以下發現。本發明者針對上述比較例方法，認為導致在同一磊晶生長裝置中連續生產磊晶膜的厚度與電阻率，對規格中心變動變大的原因，係受來源氣體濃度出現變動現象的影響。具體而言，來源氣體的濃度會影響及磊晶膜的厚度與電阻率。當從同一來源氣體源對複數磊晶生長裝置供應來源氣體時，來源氣體的濃度會有大變動。又，若運轉的磊晶裝置變多，則從來源氣體源所供應來源氣體的濃度會降低，因而磊晶生長速度變慢。此時，依照同一來源氣體供應時間所形成磊晶膜的厚度，係運轉的裝置數量越增加，則會變為越薄。又，磊晶生長速度越慢，則每單位時間導入於磊晶膜內的摻質量越增加。所以，依同一摻質流量所形成磊晶膜的電阻率，係運轉的裝置數量越增加則越降低。結果，認為會影響到由同一來源氣體源供應來源氣體的複數磊晶生長裝置，所生產磊晶膜的厚度與電阻率。所以，上述比較例方法並無法及時反映此種隨來源氣體濃度降低，導致磊晶生長速度降低的影響。
本發明者針對可及時反映隨來源氣體濃度降低，導致磊晶生長速度降低的影響之來源氣體供應時間與摻質氣體流量之校正方法，進行檢討。所以得知來源氣體濃度降低係關聯於從同一來源氣體源所供應的同系列運轉狀況，即詳細機制容後述，若同系列內的磊晶裝置運轉數變多，則會有來源氣體濃度降低的傾向。所以，本發明者發現在校正來源氣體供應時間與摻質氣體流量時，根據如上述比較例方法，將由該磊晶生長裝置所生產磊晶膜的厚度測定值與電阻率測定值，與各自的目標厚度範圍及目標電阻率範圍進行比較結果，施行校正，考慮同系列內同時期(運轉時間至少其中一部分重複狀態)運轉的其他裝置之磊晶膜厚度與電阻率變動傾向進行校正，便可降低磊晶膜的厚度與電阻率對規格中心的變動。所以，開發出此種可自動決定(校正)來源氣體供應時間與摻質氣體流量的控制裝置及系統。
根據上述發現完成的本發明主者構成，係如下。 [1]一種單晶圓磊晶生長裝置之控制裝置，係具備有： 演算部，其係針對以摻質氣體、及從同一來源氣體源所供應來源氣體為材料，在晶圓表面上形成磊晶膜而製造磊晶晶圓，在同系列中所具備的複數磊晶生長裝置中，生成需要新控制磊晶生長裝置的控制資訊；以及 記憶部，其係儲存著：上述同系列所具備複數磊晶生長裝置中，由上述需要新控制磊晶生長裝置所形成磊晶膜的厚度測定值與電阻率測定值中之至少其中一者；上述同系列所具備複數磊晶生長裝置中，由與上述需要新控制磊晶生長裝置同時期運轉之同系列另一磊晶生長裝置所形成磊晶膜的厚度測定值與電阻率測定值中之至少其中一者；以及在需要控制的磊晶生長裝置中所設定的製品規格； 而，上述演算部係根據上述記憶部所儲存由上述需要新控制磊晶生長裝置所形成磊晶膜的厚度測定值與電阻率測定值中之至少其中一者，與由上述同時期運轉的同系列其他磊晶生長裝置所形成磊晶膜的厚度測定值與電阻率測定值中之至少其中一者，生成對上述需要新控制磊晶生長裝置的上述來源氣體供應時間、與上述摻質氣體流量中至少其中一者，進行控制的資訊，並輸出給上述需要新控制磊晶生長裝置。 [2]如上述[1]所記載的單晶圓磊晶生長裝置之控制裝置，其中，上述演算部係當從上述記憶部中讀出，由上述同系列的其他磊晶生長裝置在既定時刻形成的磊晶膜厚度測定值，較在既定時刻之前的時刻所形成磊晶膜厚度測定值，減少既定比例以上的比例時，便將依延長上述來源氣體供應時間方式校正的值，當作控制上述來源氣體供應時間的資訊並生成。 [3]如上述[1]或[2]所記載的單晶圓磊晶生長裝置之控制裝置，其中，上述演算部係當從上述記憶部中讀出，由上述同系列的其他磊晶生長裝置在既定時刻形成的磊晶膜厚度測定值，較在既定時刻之前的時刻所形成磊晶膜厚度測定值，減少既定比例以上的比例時，便將依減少上述摻質氣體流量方式校正的值，當作控制上述摻質氣體流量的資訊並生成。 [4]如上述[1]所記載的單晶圓磊晶生長裝置之控制裝置，其中，上述演算部係當從上述記憶部中讀出，由上述同系列的其他磊晶生長裝置在既定時刻形成的磊晶膜厚度測定值，較在既定時刻之前的時刻所形成磊晶膜厚度測定值，增加既定比例以上的比例時，將依縮短上述來源氣體供應時間方式校正的值，當作控制上述來源氣體供應時間的資訊並生成。 [5]如上述[1]或[2]所記載的單晶圓磊晶生長裝置之控制裝置，其中，上述演算部係當從上述記憶部讀出，由上述同系列其他磊晶生長裝置在既定時刻所形成磊晶膜的電阻率測定值，較在既定時刻之前的時刻所形成磊晶膜的電阻率測定值，增加既定比例以上的比例時，便將依增加上述摻質氣體流量方式校正的值，當作控制上述摻質氣體流量的資訊並生成。 [6]一種單晶圓磊晶生長裝置之控制方法，係包括有： 針對以摻質氣體、及從同一來源氣體源所供應來源氣體為材料，在晶圓表面上形成磊晶膜而製造磊晶晶圓，且同系列所具備的複數磊晶生長裝置中，對需要新控制的磊晶生長裝置進行控制之控制裝置，儲存著：上述同系列所具備複數磊晶生長裝置中，由上述需要新控制磊晶生長裝置所形成磊晶膜的厚度測定值與電阻率測定值中之至少其中一者，與上述同系列所具備複數磊晶生長裝置中，由與上述需要新控制磊晶生長裝置同時期運轉的同系列磊晶生長裝置，所形成磊晶膜的厚度測定值與電阻率測定值中之至少其中一者的步驟； 根據上述控制裝置所儲存：由上述需要新控制磊晶生長裝置所形成磊晶膜的厚度測定值與電阻率測定值中之至少其中一者，與由上述同時期運轉的同系列其他磊晶生長裝置所形成磊晶膜的厚度測定值與電阻率測定值中之至少其中一者，生成供控制上述需要新控制磊晶生長裝置的上述來源氣體供應時間、與上述摻質氣體流量中之至少一項資訊，並輸出給上述需要新控制磊晶生長裝置的步驟。 [7]一種磊晶晶圓之製造系統，係具備有：上述[1]至[5]中任一項所記載的單晶圓磊晶生長裝置之控制裝置、與上述同系列所具備的複數磊晶生長裝置。 [發明效果]
根據本發明的單晶圓磊晶生長裝置之控制裝置及控制方法、以及磊晶晶圓之製造系統，高精度控制來源氣體供應時間與摻質氣體流量，可降低磊晶膜的厚度與電阻率對規格中心的變動。
[磊晶晶圓之製造系統1000] 如圖1所示，本發明一實施形態的磊晶晶圓之製造系統1000，係具備有：單晶圓磊晶生長裝置100、與控制裝置400。
製造系統1000係具備至少2台單晶圓磊晶生長裝置100。具體而言，製造系統1000係具備有單晶圓磊晶生長裝置100之第1磊晶生長裝置100-1、與第2磊晶生長裝置100-2。製造系統1000亦可具備N台單晶圓磊晶生長裝置100。N係2以上的自然數。當製造系統1000具備有N台單晶圓磊晶生長裝置100的情況，製造系統1000係具備有單晶圓磊晶生長裝置100之第1磊晶生長裝置100-1與第N磊晶生長裝置100-N。
製造系統1000係更進一步具備有：對至少2台單晶圓磊晶生長裝置100共通供應來源氣體的來源氣體源800。以從同一來源氣體源800所供應的來源氣體為材料，在晶圓表面上形成磊晶膜而製造磊晶晶圓的單晶圓磊晶生長裝置100，亦稱為「在同系列所具備的複數單晶圓磊晶生長裝置100」。
控制裝置400係經由介面700，對單晶圓磊晶生長裝置100輸出資訊、或從單晶圓磊晶生長裝置100取得資訊。控制裝置400係具備有：演算部600與記憶部500。記憶部500雖非為必需但亦可具備有：主記憶部520與規格資料記憶部540。主記憶部520與規格資料記憶部540亦可個別構成，亦可構成一體的記憶部500。
製造系統1000雖非為必需亦可更進一步具備測定裝置200。測定裝置200係具備有：厚度測定裝置220與電阻率測定裝置240。測定裝置200係測定由各單晶圓磊晶生長裝置100所製造磊晶晶圓的磊晶膜厚度或電阻率等。
以下，針對各構成進行詳細說明。
(單晶圓磊晶生長裝置) 如圖2所示，單晶圓磊晶生長裝置100係具備有：腔10、承載器12、承載器支軸14、氣體供應口16、氣體排氣口18、以及燈20。如圖1所示，單晶圓磊晶生長裝置100係更進一步具備有：來源氣體調整部24、摻質氣體調整部26、以及控制部28。
腔10係包含有：上圓凸11A、下圓凸11B、及供安裝該等用的圓凸安裝體，由該腔10劃分出磊晶膜形成室。上圓凸11A與下圓凸11B最好由石英構成。石英係耐熱性優異，且從紅外線燈照射的光容易穿透。所以，藉由上圓凸11A與下圓凸11B係由石英構成，晶圓W便可均勻加熱。
承載器12係位於腔10內，載置晶圓W的圓盤狀構件。承載器12係可使用以石墨(carbon graphite)為母材，且表面塗佈碳化矽者。在承載器12表面上形成收容載置晶圓的鑿孔部(未圖示)。
承載器支軸14係在腔10內從下方支撐著承載器12，主柱係配置於與載器12中心大致同軸上。承載器支軸14最好由石英構成，特別較佳係由合成石英構成。
至少1個氣體供應口16設置於腔10中，經由該氣體供應口16朝腔10內供應來源氣體、載氣及摻質氣體。來源氣體係可舉例如：三氯矽烷(SiHCl 3)氣體、或二氯矽烷(SiH 2Cl 2)氣體等，載氣係可例如：氫(H 2)，摻質氣體係可舉例如：二硼烷(B 2H 6)、膦(PH 3)等。至少1個氣體排氣口18係設置於腔10中，經由該氣體排氣口18將腔10內的氣體予以排氣。
燈20分別位於腔10的上方與下方，對承載器12上的晶圓W施行加熱。燈20一般係可使用升降溫速度快、溫度控制性優異的鹵素燈或紅外線燈。
來源氣體調整部24係供對經由氣體供應口16朝腔10內的來源氣體供應時間(磊晶生長時間)進行調整之機構，具體而言，由質量流量控制器與氣動閥構成。在每次的磊晶生長中，在利用質量流量控制器將一定濃度來源氣體的流量控制為一定情況下，將來源氣體供應給腔10內。然後，如圖1所示，來源氣體調整部24係利用後述控制部28，對配合所指定來源氣體供應時間經由質量流量控制器供應的來源氣體流量，以及在質量流量控制器前後設置的氣動閥開閉動作進行控制。
摻質氣體調整部26係對經由氣體供應口16朝腔10內的摻質氣體流量進行調整之機構，具體而言，由質量流量控制器與氣動閥構成。在每次的磊晶生長中，將一定濃度的摻質氣體供應給腔10內。然後，如圖1所示，摻質氣體調整部26係利用質量流量控制器對由後述控制部28所指定供應給腔10內的摻質氣體流量進行控制，且對在質量流量控制器前後所設置的氣動閥之開閉動作進行控制。
控制部28係可依在單晶圓磊晶生長裝置100中所設置的中央演算處理裝置(CPU)實現。控制部28係對單晶圓磊晶生長裝置100的全體處理進行控制。特別係控制部28在根據腔10內既定位置的檢測溫度，對燈20的輸出值進行控制情況下，對來源氣體調整部24與摻質氣體調整部26進行控制。
其次，針對來源氣體調整部24與摻質氣體調整部26的控制進行說明。控制部28係依供應來源氣體的時間、與所供應摻質氣體的流量，成為由控制裝置400的演算部600所指定來源氣體供應時間與摻質氣體流量的方式，對來源氣體調整部24與摻質氣體調整部26進行控制。
具有以上構成的單晶圓磊晶生長裝置100係在晶圓W的表面上形成磊晶膜，而製造磊晶晶圓。具體而言，在單晶圓磊晶生長裝置100內的承載器12上載置晶圓W後，點亮燈20加熱晶圓W。同時一邊從氣體排氣口18施行排氣，一邊從氣體供應口16導入來源氣體、載氣及摻質氣體。依此，來源氣體、載氣及摻質氣體依層流狀態沿被加熱為既定溫度的晶圓W表面流動，而在晶圓W上生長磊晶膜。
(厚度測定裝置220) 厚度測定裝置220係測定由單晶圓磊晶生長裝置100所製造磊晶晶圓的磊晶膜厚度。即，厚度測定裝置220係測定由單晶圓磊晶生長裝置100，在晶圓W上所形成磊晶膜的厚度。厚度測定裝置220係可使用例如Nanometrics公司製：QS-3300系列等FT-IR式膜厚測定器。由厚度測定裝置220所獲得磊晶膜的厚度測定值資料，係儲存於主記憶部520中。
(電阻率測定裝置240) 電阻率測定裝置240係測定由單晶圓磊晶生長裝置100所製造磊晶晶圓的磊晶膜電阻率。即，電阻率測定裝置240係測定由單晶圓磊晶生長裝置100，在晶圓W上所形成磊晶膜的電阻率。電阻率測定裝置240係可使用例如Semilab Japan股份有限公司製：MCV-2200/2500等，利用CV法進行的電阻率測定器。由電阻率測定裝置240所獲得磊晶膜的電阻率測定值資料，係儲存於主記憶部520中。
(主記憶部520) 參照圖1，主記憶部520係由經由介面700連接於單晶圓磊晶生長裝置100的外部記憶裝置(資料伺服器)構成。主記憶部520係儲存以下(i)、(ii)及(iii)所示資訊： (i)適用於單晶圓磊晶生長裝置100的既定來源氣體供應時間t1、與既定摻質氣體流量D1(既定來源氣體供應時間t1與既定摻質氣體流量D1，係含於製造磊晶晶圓的條件中) (ii)從厚度測定裝置220輸出的厚度測定值、及從電阻率測定裝置240輸出的電阻率測定值 (iii)與第1磊晶生長裝置100-1同系列且同時期運轉的其他單晶圓磊晶生長裝置100(本實施形態為例如第2磊晶生長裝置100-2)，利用測定裝置200測定由最接近2次份所製造磊晶晶圓，獲得的厚度測定值與電阻率測定值 此處，2台裝置同時期運轉係對應於2台裝置各自運轉時間至少部分重複狀態運轉。
(規格資料記憶部540) 參照圖1，規格資料記憶部540係可由般的外部記憶裝置構成。規格資料記憶部540係儲存以下(iv)所示資訊： (iv)規格資料係目標厚度範圍與目標電阻率範圍
例如目標厚度範圍係3.90~4.10μm(規格中心：4.00μm)，目標電阻率範圍係9.0~11.0Ω・cm(規格中心：10.0Ω・cm)的情況，該等規格資料會被記憶於規格資料記憶部540中。規格資料係對應於製品的規格。
圖1所示控制裝置400中，記憶部500係分別具備個體外部記憶裝置之主記憶部520與規格資料記憶部540，將(i)、(ii)及(iii)資訊儲存於主記憶部520中，並將(iv)資訊儲存於規格資料記憶部540中。記憶部500亦可構成單一的外部記憶裝置。當記憶部500構成單一的外部記憶裝置時，亦可將(i)至(iv)的資訊儲存於單一的外部記憶裝置中。記憶部500亦可構成將(i)、(ii)、(iii)及(iv)各資訊儲存於不同記憶裝置中。
(演算部600) 演算部600係可依磊晶晶圓之製造系統1000中所設置的中央演算處理裝置(CPU)實現。演算部600係根據從主記憶部520讀出的(i)、(ii)及(iii)資訊、與從規格資料記憶部540讀出的(iv)資訊，對既定來源氣體供應時間t1與既定摻質氣體流量D1進行校正，而決定校正來源氣體供應時間t2及校正摻質氣體流量D2。
演算部600係經由介面700，將所決定的校正來源氣體供應時間t2與校正摻質氣體流量D2輸出給控制部28。控制部28接收該輸出，依供應來源氣體的時間與所供應摻質氣體的流量，成為所決定校正來源氣體供應時間t2與校正摻質氣體流量D2的方式，對來源氣體調整部24與摻質氣體調整部26進行控制。
另外，演算部600亦將所決定的校正來源氣體供應時間t2與校正摻質氣體流量D2輸出於主記憶部520，並將更新為t2與D2的新既定來源氣體供應時間與既定摻質氣體流量(即(i)資訊)儲存於主記憶部520中。
[磊晶晶圓之製造方法] 磊晶晶圓之製造系統1000係可依圖3的流程圖所例示磊晶晶圓之製造方法的順序執行。磊晶晶圓的製造方法亦可由使處理器執行的磊晶晶圓製造程式實現。圖3的流程圖順序亦可謂為控制裝置400所執行單晶圓磊晶生長裝置100的控制方法。單晶圓磊晶生長裝置100的控制方法亦可由使處理器執行的控制程式實現。
(步驟S1) 製造系統1000中，第1磊晶生長裝置100-1係依照步驟S1所示順序，根據第1磊晶生長條件(既定來源氣體供應時間t1與既定摻質氣體流量D1)製造磊晶晶圓。具體而言，由控制裝置400的演算部600從主記憶部520中，讀出既定來源氣體供應時間t1與既定摻質氣體流量D1的資訊，經由介面700輸出給第1磊晶生長裝置100-1的控制部28。控制部28係依供應來源氣體的時間設定為t1，且將所供應摻質氣體的流量設定為D1方式，對來源氣體調整部24與摻質氣體調整部26進行控制。
此處，t1與D1的決定方法並無特別的限定。t1與D1係可例如在既定的來源氣體供應時間t0與摻質氣體流量D0條件下，於監視晶圓上生長磊晶膜，然後測定該磊晶膜的厚度與電阻率，藉由將該測定值、與規格中心的厚度及電阻率進行比較而決定。
例如當目標厚度範圍為3.90~4.10μm(規格中心：4.00μm)的情況，便將來源氣體的濃度與流量控制為一定，若依來源氣體供應時間t0在監視晶圓上生長的磊晶膜厚度為4.02μm時，便形成較規格中心厚0.5%的磊晶膜。所以，使來源氣體供應時間t1較t0減少0.5%，設定為依t1=t0×0.995計算出的值。
同樣，當目標電阻率範圍為9.0~11.0Ω・cm(規格中心：10.0Ω・cm)的情況，將摻質氣體濃度控制為一定，若依摻質流量D0在監視晶圓上生長的磊晶膜電阻率為10.1Ω・cm時，形成較規格中心高出1%電阻率的磊晶膜。所以，使摻質流量D1較D0增加1%，設定為依D1=D0×1.01計算出的值。
在該步驟S1的順序中，製造依例如25片/批×8批=200片計算出片數的製品用磊晶晶圓，然後便可使用1片監視晶圓製造測定用磊晶晶圓。
另外，在步驟S1的順序中，不僅第1磊晶生長裝置100-1，就連第2磊晶生長裝置100-2等其他單晶圓磊晶生長裝置100亦會製作磊晶晶圓。如前述，由各磊晶生長裝置100所生成磊晶膜的厚度測定值與電阻率測定值，係在各單晶圓磊晶生長裝置100的磊晶生長過程中進行測定。在各單晶圓磊晶生長裝置100的磊晶生長過程所測定的資料，依經時資料儲存於主記憶部520中。
(步驟S2) 製造系統1000的控制裝置400之演算部600，係依步驟S2所示順序，從主記憶部520中讀出第1磊晶生長條件(既定來源氣體供應時間t1與摻質氣體流量D1)。又，演算部600係從規格資料記憶部540中，讀出：目標厚度範圍3.90~4.10μm(規格中心tec：4.00μm)、且目標電阻率範圍9.0~11.0Ω・cm(規格中心ρec：10.0Ω・cm)的規格資料。
(步驟S3) 製造系統1000係依步驟S3所示順序，針對依第1磊晶生長條件所製造的測定用磊晶晶圓，利用厚度測定裝置220測定磊晶膜的厚度，並依電阻率測定裝置240測定磊晶膜的電阻率。此處所獲得厚度測定值te1與電阻率測定值ρe1會被記憶於主記憶部520中。另外，厚度測定值te1與電阻率測定值ρe1最好採用晶圓面內複數處測定值的平均值。例如將晶圓半徑設為R，可採用離晶圓中心距同一距離(例如R/2)的複數處(例如4~8處)之測定值得平均值。
然後，演算部600從主記憶部520中取得磊晶膜的厚度測定值te1、與電阻率測定值ρe1。
(步驟S4) 製造系統1000的控制裝置400之演算部600，係依照步驟S4所示順序，從主記憶部520中讀出同系列且同時期運轉的其他磊晶裝置，最接近2次的厚度測定值與電阻率測定值。將所讀取的測定值依經時資料形式記憶於主記憶部520中。所以，例如利用其他磊晶裝置B的最接近厚度測定值teB1與teB2，便可掌握厚度的變動。
另外，步驟S2,S3,S4各順序的執行順序並無限定。
(步驟S5) 製造系統1000的控制裝置400之演算部600，係依步驟S5所示順序，根據從主記憶部520中讀出的(i)、(ii)及(iii)資訊、與從規格資料記憶部540中讀出的(iv)資訊，對既定來源氣體供應時間t1與既定摻質氣體流量D1進行校正，而決定校正來源氣體供應時間t2與校正摻質氣體流量D2。校正來源氣體供應時間t2與校正摻質氣體流量D2係對應於單晶圓磊晶生長裝置100的控制資訊。即，演算部600係生成新的磊晶膜生長條件控制所必要之單晶圓磊晶生長裝置100的控制資訊。各資訊係表示以下所示內容： (i)適用於單晶圓磊晶生長裝置100的既定來源氣體供應時間t1與既定摻質氣體流量D1 (ii)從厚度測定裝置220輸出的厚度測定值、與從電阻率測定裝置240輸出的電阻率測定值 (iii)從厚度測定值(200)輸出的同系列且同時期運轉之其他磊晶裝置，最接近2次的厚度測定值、與從電阻率測定裝置240輸出的同系列且同時期運轉之其他磊晶裝置，最接近2次的電阻率測定值 (iv)規格資料的目標厚度範圍與目標電阻率範圍
以下，針對第2磊晶生長條件的校正來源氣體供應時間t2與校正摻質氣體流量D2之具體決定方法，進行說明。校正來源氣體供應時間t2與校正摻質氣體流量D2係針對第1磊晶生長條件之既定來源氣體供應時間t1與既定摻質氣體流量D1，由演算部600執行以下所說明的第1校正與第2校正進行計算獲得。
＜第1校正＞ 演算部600係根據分別將第1校正之測定用磊晶晶圓的厚度測定值te1與電阻率測定值ρe1，和規格資料之目標厚度規格中心tec與目標電阻率規格中心ρec進行比較的結果，便可執行校正。
當厚度測定值te1較厚於規格中心tec的情況，演算部600為能縮短來源氣體供應時間，必需將校正係數設為小於1的值。當厚度測定值te1較薄於規格中心tec的情況，演算部600為能拉長來源氣體供應時間，必需將校正係數設為大於1的值。所以，演算部600計算校正係數的算式可採用tec/te1、或{1+(tec-te1)/tec}等計算式。
當電阻率測定值ρe1高於規格中心ρec的情況，演算部600為增加摻質氣體流量，必需將校正係數設為大於1的值。當電阻率測定值ρe1低於規格中心ρec的情況，演算部600為減少摻質氣體流量，必需將校正係數設為小於1的值。所以，演算部600計算校正係數的算式可採用ρe1/ρec。
＜第2校正＞ 演算部600的第2校正係執行經考慮由同系列且同時期運轉的其他單晶圓磊晶裝置100(例如第2磊晶生長裝置100-2等)，所形成磊晶膜的厚度測定值與電阻率測定值變動的校正。演算部600係使用同系列且同時期運轉的其他磊晶裝置中至少1台磊晶裝置的測定值，執行第2校正。演算部600係在同系列且同時期運轉的其磊晶裝置中，儘可能使用複數磊晶裝置的測定值執行第2校正。演算部600係針對同系列且同時期運轉的其他磊晶裝置中，最好使用所有磊晶裝置的測定值執行第2校正。步驟S1的順序中，同系列的其他單晶圓磊晶裝置100，係依照與第1磊晶生長裝置100-1同樣地運轉製造磊晶晶圓。同系列的單晶圓磊晶生長裝置100中，同時運轉的裝置數量越增加，則來源氣體供應配管內的壓力越降低，且來源氣體供應槽內的液溫越降低。藉由來源氣體供應配管內的壓力、與來源氣體供應槽內的液溫降低，對各單晶圓磊晶生長裝置100供應的來源氣體濃度會降低。結果會有磊晶生長速度變慢的傾向。
此情況，由同一磊晶時間所形成磊晶膜的厚度，係同系列單晶圓磊晶生長裝置100中同時運轉的裝置數量越增加，會變為越薄。所以，必需依運轉裝置數越增加，則來源氣體供應時間越拉長方式進行校正。又，磊晶生長速度越慢，每單位時間導入於磊晶膜內的摻質量越增加。所以，依同一摻質量所形成磊晶膜的電阻率，係同系列單晶圓磊晶生長裝置100中運轉的裝置數量越增加，會越降低。故，必需依運轉裝置數量越增加，則越減少摻質氣體流量的方式進行校正。
本發明者發現此種校正係可根據由同系列且同時期運轉的其他單晶圓磊晶生長裝置100，所形成磊晶膜的厚度測定值與電阻率測定值變動執行。即，本發明者發現在同系列單晶圓磊晶生長裝置100中同時運轉的裝置數量越增加，則會有來源氣體濃度越下降的傾向。此現象可推測係因以下機制造成。當從單一個來源氣體供應槽對複數單晶圓磊晶生長裝置100供應來源氣體時，運轉的裝置數量越增加，則供應配管內的壓力會越降低。又，隨增加氣化的來源氣體，便會導致液溫與蒸氣壓降低。結果，導致所供應的來源氣體濃度降低。步驟S1的順序中，在同系列複數單晶圓磊晶生長裝置100的運轉過程中，運轉的裝置數量越增加，則來源氣體濃度越降低，且越能掌握磊晶生長速度變慢情形。
所以，本實施形態中，演算部600係當從主記憶部520讀出，由同系列且同時期運轉的其他單晶圓磊晶生長裝置100，所形成磊晶膜的厚度測定值或電阻率測定值有出現降低變化時，便依拉長來源氣體供應時間方式、或減少摻質氣體流量方式進行校正。此處，演算部600中判定降低變化的條件一例，係可設定為由同系列且同時期運轉的單晶圓磊晶生長裝置100過半數裝置，在既定時刻所形成磊晶膜的測定值，依既定比例以上的比例較低於在既定時刻之前的時刻所形成磊晶膜的測定值條件。既定比例係可設定為例如1%。或者，演算部600亦可例如計算出由同系列且同時期運轉的其他單晶圓磊晶生長裝置100，所形成磊晶膜的厚度測定值或電阻率測定值之移動平均，再根據移動平均判定是否有降低變化。
再者，演算部600係當從主記憶部520讀出，由同系列且同時期運轉的其他單晶圓磊晶生長裝置100，所形成磊晶膜的厚度測定值或電阻率測定值有出現增加變化時，便依縮短來源氣體供應時間方式、或增加摻質氣體流量方式進行校正。此處，演算部600中判定增加變化的條件一例，係可設定為由同系列且同時期運轉的單晶圓磊晶生長裝置100過半數裝置，在既定時刻所形成磊晶膜的測定值，較既定時刻之前的時刻所形成磊晶膜的測定值條件依既定比例以上的比例增加。既定比例係可設定為例如1%。或者，演算部600亦可例如計算出由同系列且同時期運轉的其他單晶圓磊晶生長裝置100，所形成磊晶膜的厚度測定值或電阻率測定值之移動平均，再根據移動平均判定是否有增加變化。
校正係數的決定方式係在反映由同系列且同時期運轉的其他單晶圓磊晶生長裝置100，最接近所形成磊晶膜的厚度測定值或電阻率測定值變動之方法前提下，其餘並無特別的限定，例如可依如下決定。
演算部600係取得同系列且同時期運轉的其他單晶圓磊晶生長裝置100，最接近形成磊晶膜之厚度測定值與電阻率測定值，與由最接近的前一個所形成磊晶膜之厚度測定值與電阻率測定值。演算部600便根據最接近的測定值、與前一個的測定值，計算出各裝置的時系列變動。當過半數裝置的測定值朝同趨勢(增加趨勢或減少趨勢中任一趨勢)的變動達設定值以上時，演算部600便根據該等資料決定校正係數。
例如將第2磊晶生長裝置100-2與第N磊晶生長裝置100-N設為裝置B與C。將由裝置B與C最接近形成磊晶膜的厚度分別設為teB2與teC2。由裝置B與C的最接近前一個所形成磊晶膜的厚度分別設為teB1與teC1。裝置B最接近形成磊晶膜的厚度，相對於前一個所形成磊晶膜的厚度減少1%。又，裝置C最接近形成磊晶膜的厚度，相對於前一個所形成磊晶膜的厚度減少2%減少。又，設定值設為1%。此情況，演算部600計算出由裝置B所形成磊晶膜的厚度減少率、與由裝置C所形成磊晶膜的厚度減少率平均值為1.5%。演算部600便依彌補該磊晶膜厚度減少份量，而拉長來源氣體供應時間的方式進行校正。即，演算部600依拉長來源氣體供應時間1.5%方式進行校正。即，對來源氣體供應時間的校正係數係可採用[1+{(1-teB2/teB1)+(1-teC2/teC1)}/2]計算式。
＜校正式的例子＞ 如上述，具體的校正式係可例如下示：
相關磊晶生長時間，設為： t1：既定來源氣體供應時間 t2：校正來源氣體供應時間 tec：目標厚度範圍的規格中心 te1：測定用磊晶晶圓的磊晶膜厚度測定值 teB2：同系列且同時期運轉的其他裝置B的最接近膜厚 teB1：同系列且同時期運轉的其他裝置B的最接近前一個膜厚 teC2：同系列且同時期運轉的其他裝置C的最接近膜厚 teC1：同系列且同時期運轉的其他裝置C的最接近前一個膜厚 同系列且同時期運轉的其他裝置之膜厚變動，裝置B係teB1/teB2，裝置C係teC1/teC2，裝置B與C超過設定值，校正式可例如： t2=t1×(tec/te1)×[1+{(1-teB2/teB1)+(1-teC2/teC1)}/2] 等。
相關摻質氣體流量，設為： D1：既定摻質氣體流量 D2：校正摻質氣體流量 ρec：目標電阻率範圍的規格中心 ρe1：測定用磊晶晶圓的磊晶膜電阻率測定值 ρeB2：同系列且同時期運轉的其他裝置B最接近電阻率 ρeB1：同系列且同時期運轉的其他裝置B的最接近前一個電阻率 ρeC2：同系列且同時期運轉的其他裝置C最接近電阻率 ρeC1：同系列且同時期運轉的其他裝置C的最接近前一個電阻率 同系列且同時期運轉的其他裝置之電阻率變動，裝置B係ρeB2/ρeB1，裝置C係ρeC2/ρeC1，其中裝置B與C超過設定值，校正式可例如： D2=D1×(ρe1/ρec)/[1+{(1-ρeB2/ρeB1)+(1-ρeC2/ρeC1)}/2] 等。
演算部600係將依如上述決定的第2磊晶生長條件(校正來源氣體供應時間t2與摻質氣體流量D2)，輸入於控制部28與主記憶部520。
(步驟S6) 製造系統1000的第1磊晶生長裝置100-1之控制部28，依步驟S6所示順序，依由演算部600新決定的第2磊晶生長條件，控制來源氣體調整部24與摻質氣體調整部26。藉此，第1磊晶生長裝置100-1便可依第2磊晶生長條件製造磊晶晶圓。該步驟S6的順序中，第1磊晶生長裝置100-1係製造例如25片/批×8批=200片的複數片製品用磊晶晶圓，然後便可使用1片監視晶圓製造測定用磊晶晶圓。
(步驟S7) 製造系統1000的控制裝置400之演算部600，依步驟S7所示順序，判定是否繼續執行圖3所示流程圖順序。當演算部600判定繼續執行圖3所示流程圖順序時(步驟S7：YES)，便返回步驟S2的順序，重複執行：步驟S2至S5的順序所說明磊晶條件校正，與依步驟S6順序所說明校正後的磊晶條件製造磊晶晶圓。當演算部600判定不要繼續執行圖3所示流程圖順序時(步驟S7：NO)，便結束圖3所示流程圖順序，而結束磊晶晶圓的製造。
根據由以上所說明本發明一實施形態的磊晶晶圓製造系統1000，執行磊晶晶圓的製造方法，藉由考慮由同系列且同時期運轉的其他單晶圓磊晶生長裝置100，所形成磊晶膜的厚度或電阻率變動，對來源氣體供應時間與摻質氣體流量進行校正，便可及時反映由同系列裝置同時運轉所造成磊晶生長速度降低的影響。所以，可降低磊晶膜的厚度與電阻率相對於規格中心的變動。
另外，上述針對來源氣體供應時間與摻質氣體流量均施行校正，而對磊晶膜的厚度與電阻率雙方進行控制的實施例進行說明，惟本發明並不僅侷限於此，但亦可僅對來源氣體供應時間與摻質氣體流量其中一者進行校正，構成僅對磊晶膜的厚度與電阻率其中一者進行控制。 [實施例]
(發明例) 針對利用圖1與圖2所示磊晶晶圓之製造系統1000，依圖3所示流程製造磊晶矽晶圓的例子進行說明。製造系統1000的同系列單晶圓磊晶生長裝置100係具備4台裝置。即，設為N=4。製品用晶圓與監視晶圓均使用直徑300mm、電阻率10Ω・cm的p型單晶矽晶圓。磊晶膜的規格係設為目標厚度範圍：3.90~4.10μm(規格中心：4.00μm)、目標電阻率範圍：9.0~11.0Ω・cm(規格中心：10.0Ω・cm)。1次的磊晶生長處理係依1130℃施行60秒的氫烘烤後，將由矽源之SiHCl 3與硼摻質源之B 2H 6，經氫氣稀釋的混合反應氣體，供應給磊晶生長裝置的腔內。
厚度測定裝置係使用FT-IR式膜厚測定器，電阻率測定裝置係使用依CV法的電阻率測定裝置。
在步驟S1的順序中，製造8批200片的製品用磊晶晶圓，且使用監視晶圓製造1片測定用磊晶晶圓。然後，在從步驟S2至S5的順序中，依照本發明進行來源氣體供應時間與摻質氣體流量的校正。然後，在步驟S6的順序中，利用經校正後的來源氣體供應時間與摻質氣體流量，製造8批200片的製品用磊晶晶圓，且使用監視晶圓製造1片測定用磊晶晶圓。重複執行步驟S2至S6的順序，直到測定用磊晶晶圓成為30片為止。另外，來源氣體供應時間與摻質氣體流量的校正係使用以下的校正式實施。 t2=t1×(tec/te1)×(1+同系列且同時期運轉的其他裝置中，變動率達1%以上的裝置變動率平均值) D2=D1×(ρe1/ρec)/(1+同系列且同時期運轉的其他裝置中，變動率達1%以上的裝置變動率平均值)
(比較例) 比較例係未施行經考慮因同系列其他裝置同時運轉所造成變動的校正。除此之外，其餘均依照與發明例同樣的方法進行磊晶矽晶圓製造。即，來源氣體供應時間與摻質氣體流量的校正係使用以下校正式實施。 t2=t1×(tec/te1) D2=D1×(ρe1/ρec)
另外，在執行比較例的方法時，相關：(i)在監視晶圓上生長磊晶膜的厚度與電阻率之測定；(ii)根據該測定結果，決定下一次以後的來源氣體供應時間與摻質氣體流量；以及(iii)對磊晶生長裝置設定所決定來源氣體供應時間與摻質氣體流量等，均由操作員執行。
[Cpk評價] 針對發明例及比較例，測定30片監視晶圓的磊晶膜厚度與電阻率。然後，依工程能力指數Cpk評價測定值偏離規格中心的變動。測定值偏離規格中心的變動越少，則Cpk越高。結果如表1所示。
[表1]
表1      
區分 Cpk
磊晶厚度 磊晶電阻率
比較例 1.02 0.98
發明例 1.80 1.72
由表1得知，磊晶膜的厚度與電阻率均係發明例的Cpk較高於比較例，可降低對規格中心的變動。 [產業上之可利用性]
根據本發明磊晶晶圓的製造系統及製造方法，高精度控制來源氣體供應時間與摻質氣體流量，便可降低磊晶膜的厚度與電阻率對規格中心的變動。
1000:磊晶晶圓之製造系統 100:單晶圓磊晶生長裝置 100-1:第1磊晶生長裝置 100-2:第2磊晶生長裝置 100-N:第N磊晶生長裝置 10:腔 11A:上圓凸 11B:下圓凸 12:承載器 14:承載器支軸 16:氣體供應口 18:氣體排氣口 20:燈 24:來源氣體調整部 26:摻質氣體調整部 28:控制部 200:測定裝置 220:厚度測定裝置 240:電阻率測定裝置 400:控制裝置 500:記憶部 520:主記憶部 540:規格資料記憶部 600:演算部 700:介面 800:來源氣體源 W:晶圓
圖1係本發明一實施形態的磊晶晶圓製造系統構成例方塊圖。 圖2係本發明一實施形態的單晶圓磊晶生長裝置構成例示意剖視圖。 圖3係本發明一實施形態的單晶圓磊晶生長裝置之控制方法順序一例流程圖。
20:燈
24:來源氣體調整部
26:摻質氣體調整部
28:控制部
100-1(100):第1磊晶生長裝置
100-2(100):第2磊晶生長裝置
100-N(100):第N磊晶生長裝置
200:測定裝置
220:厚度測定裝置
241:電阻率測定裝置
400:控制裝置
500:記憶部
520:主記憶部
540:規格資料記憶部
600:演算部
700:介面
800:來源氣體源
1000:製造系統

Claims (7)

  1. 一種單晶圓磊晶生長裝置之控制裝置，係具備有： 演算部，其係針對以摻質氣體、及從同一來源氣體源所供應來源氣體為材料，在晶圓表面上形成磊晶膜而製造磊晶晶圓，在同系列中所具備的複數磊晶生長裝置中，生成需要新控制磊晶生長裝置的控制資訊；以及 記憶部，其係儲存著：上述同系列所具備複數磊晶生長裝置中，由上述需要新控制磊晶生長裝置所形成磊晶膜的厚度測定值與電阻率測定值中之至少其中一者；上述同系列所具備複數磊晶生長裝置中，由與上述需要新控制磊晶生長裝置同時期運轉之同系列另一磊晶生長裝置所形成磊晶膜的厚度測定值與電阻率測定值中之至少其中一者；以及在需要控制的磊晶生長裝置中所設定的製品規格； 而，上述演算部係根據上述記憶部所儲存由上述需要新控制磊晶生長裝置所形成磊晶膜的厚度測定值與電阻率測定值中之至少其中一者，與由上述同時期運轉的同系列其他磊晶生長裝置所形成磊晶膜的厚度測定值與電阻率測定值中之至少其中一者，生成對上述需要新控制磊晶生長裝置的上述來源氣體供應時間、與上述摻質氣體流量中至少其中一者，進行控制的資訊，並輸出給上述需要新控制磊晶生長裝置。
  2. 如請求項1之單晶圓磊晶生長裝置之控制裝置，其中，上述演算部係當從上述記憶部中讀出，由上述同系列的其他磊晶生長裝置在既定時刻形成的磊晶膜厚度測定值，較在既定時刻之前的時刻所形成磊晶膜厚度測定值，減少既定比例以上的比例時，便將依延長上述來源氣體供應時間方式校正的值，當作控制上述來源氣體供應時間的資訊並生成。
  3. 如請求項1或2之單晶圓磊晶生長裝置之控制裝置，其中，上述演算部係當從上述記憶部中讀出，由上述同系列的其他磊晶生長裝置在既定時刻形成的磊晶膜厚度測定值，較在既定時刻之前的時刻所形成磊晶膜厚度測定值，減少既定比例以上的比例時，便將依減少上述摻質氣體流量方式校正的值，當作控制上述摻質氣體流量的資訊並生成。
  4. 如請求項1之單晶圓磊晶生長裝置之控制裝置，其中，上述演算部係當從上述記憶部中讀出，由上述同系列的其他磊晶生長裝置在既定時刻形成的磊晶膜厚度測定值，較在既定時刻之前的時刻所形成磊晶膜厚度測定值，增加既定比例以上的比例時，將依縮短上述來源氣體供應時間方式校正的值，當作控制上述來源氣體供應時間的資訊並生成。
  5. 如請求項1或2之單晶圓磊晶生長裝置之控制裝置，其中，上述演算部係當從上述記憶部讀出，由上述同系列其他磊晶生長裝置在既定時刻所形成磊晶膜的電阻率測定值，較在既定時刻之前的時刻所形成磊晶膜的電阻率測定值，增加既定比例以上的比例時，便將依增加上述摻質氣體流量方式校正的值，當作控制上述摻質氣體流量的資訊並生成。
  6. 一種單晶圓磊晶生長裝置之控制方法，係包括有： 針對以摻質氣體、及從同一來源氣體源所供應來源氣體為材料，在晶圓表面上形成磊晶膜而製造磊晶晶圓，且同系列所具備的複數磊晶生長裝置中，對需要新控制的磊晶生長裝置進行控制之控制裝置，儲存著：上述同系列所具備複數磊晶生長裝置中，由上述需要新控制磊晶生長裝置所形成磊晶膜的厚度測定值與電阻率測定值中之至少其中一者，與上述同系列所具備複數磊晶生長裝置中，由與上述需要新控制磊晶生長裝置同時期運轉的同系列磊晶生長裝置，所形成磊晶膜的厚度測定值與電阻率測定值中之至少其中一者的步驟；以及 根據上述控制裝置所儲存：由上述需要新控制磊晶生長裝置所形成磊晶膜的厚度測定值與電阻率測定值中之至少其中一者，與由上述同時期運轉的同系列其他磊晶生長裝置所形成磊晶膜的厚度測定值與電阻率測定值中之至少其中一者，生成供控制上述需要新控制磊晶生長裝置的上述來源氣體供應時間、與上述摻質氣體流量中之至少一項資訊，並輸出給上述需要新控制磊晶生長裝置的步驟。
  7. 一種磊晶晶圓之製造系統，係具備有：請求項1至5中任一項之單晶圓磊晶生長裝置之控制裝置，與上述同系列所具備的複數磊晶生長裝置。
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