TWI386525B - 以化學氣相沉積法（ｃｖｄ）在半導體晶圓上沉積一層之方法及實施該方法之室 - Google Patents

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Description

以化學氣相沉積法(CVD)在半導體晶圓上沉積一層之方法及實施該方法之室
本發明係關於在一室中以化學氣相沉積法(chemical vapor deposition，CVD)在一半導體晶圓上沉積一層的方法，包含將一沉積氣體自該室的進氣口，經過該半導體晶圓，引導至該室的出氣口，其中係引導該沉積氣體通過一頂部以一窗為邊界之通道，該窗能傳遞熱輻射。
用於以CVD在一半導體晶圓上沉積一層之室的典型結構，係例如描述於US 6,325,858B1中，該室係分為一上半部及一下半部。該上半部係用一蓋板(cover)封閉，也稱為一上蓋(dome)。該蓋板包含一形成該蓋板之側壁的基部，以及一由石英所組成、能透過熱輻射的窗。該基部係位於該室之一側壁上，該室係配置有一進氣口及一設置在後者對面之出氣口。一容納待塗覆之半導體晶圓的感受器係位於該室之上半部及下半部之間，該感受器係以一具有蜘蛛狀手臂之支架來支撐，且可藉助該支架上升、下降以及旋轉。該室之下半部係用一類似該蓋板之基板封閉，該基板同樣能透過熱輻射。設置在該蓋板上面及該基板下面之燈具，係經啟動以在一置入該室中之半導體晶圓上沉積一層。該沉積氣體係被引導通過該進氣口到該出氣口，並在此路徑上經過該半導體晶圓。於此例中，其係流過一頂部以該窗為邊界的通道。
以CVD在一半導體晶圓上沉積一層的挑戰之一，為使該沉積層能具有一盡可能均勻之層厚度的要求。評估該層厚度之變化的一個基準為範圍，其係定義為該層之最大厚度tmax 與最小厚度tmin 之差。由此所導出之參數R，係以百分率描述該差值的一半與該平均厚度tm 的比，且係根據公式R=100%*(tmax -tmin )/2*tm 計算。因此，R值越小，該層厚度越均勻。
US 2002/0020358 A1係致力於改善以CVD沉積之層之厚度均勻性。所描述的方法包含產生一特定反應區域(“預晶圓反應層(prewafer reaction layer)”)，對付在半導體晶圓之邊緣區域之過度層的生長，即一般所說的“邊緣效應”。
由於該方法相對地比較複雜，因此本發明之目的即為提出一可能方法，能更簡單地改善以CVD在一半導體晶圓上沉積一層之厚度的均勻性。
本發明係關於一在一室中以化學氣相沉積法(CVD)在一半導體晶圓上沉積一層之方法，包含將一沉積氣體自該室的進氣口，經過該半導體晶圓，引導至該室的出氣口，其中該沉積氣體係通過一頂部以一窗為邊界且底部以一平面E為邊界之通道來引導，該窗能透過熱輻射，待塗覆之該半導體晶圓之表面係位於該平面E中，其中該沉積氣體引導經過半導體晶圓之速度係變化的，其係由於該平面E與該窗之間的距離D係經選取，使得在該窗之一中心區域及該窗之一邊緣區域中，在外側的距離係大於內側的距離，且在該中心區域與該邊緣區域之間的交界處，該距離D之徑向分佈的切線與該平面E形成一不小於15°且不大於25°的角度，其中該窗之該中心區域係一覆蓋該半導體晶圓之該窗的內部區域，且該窗之該邊緣區域係一不覆蓋該半導體晶圓之該窗的外部區域。
發明人發現，該待塗覆之半導體晶圓所在之該平面E與設置在該半導體晶圓上方之該窗之間的距離D，其徑向分佈可用以局部性地影響沉積速度，即，將層沉積在該半導體晶圓上的速度。該窗與該平面E之間的距離D，亦會影響該沉積氣體流過該半導體晶圓之速度。該距離D越小，速度則越高。發明人更發現，在離該平面E之距離D較大的情況下，該沉積速度則較低。相反地，如果離該平面E之距離D較小，則該沉積速度較高。基於此，發明人最後發現，當以CVD塗覆半導體晶圓時，為了使該沉積層之厚度變化特別小，應該如何配置與該平面E之距離D的徑向分佈。在此情況中，他們同時考慮到，在距離D保持固定時，觀察到該沉積速度在該半導體晶圓之中心處較在該半導體晶圓之邊緣處要低。
本發明亦關於以化學氣相沉積法(CVD)在一半導體晶圓上沉積一層之室，包含一引導一沉積氣體進入該室之進氣口、一引導該沉積氣體離開該室之出氣口、一用以容納一待塗覆之半導體晶圓的感受器、以及一設置在該感受器對面且能透過熱輻射之窗，其中在該窗之一中心區域及該窗之一邊緣區域中，該待塗覆之半導體晶圓之表面所位處之一平面E與該窗之間的距離D，係外側大於內側，且在該中心區域與該邊緣區域之間的交界處，該距離D之徑向分佈的切線與該平面E係形成一不小於15°且不大於25°的角度，其中該窗之該中心區域係一覆蓋該半導體晶圓之該窗的內部區域，且該窗之該邊緣區域係一不覆蓋該半導體晶圓之該窗的外部區域。
以下將以附圖更詳細地說明本發明。
第1圖所示之室包含一側壁，其具有一用以供給一沉積氣體進入該室之進氣口1，以及一用以引導該沉積氣體自該室離開之出氣口2；一用以容納一待塗覆之半導體晶圓4之感受器3；以及一設置在感受器3對面之窗5。窗5係連接至一位於該室之該側壁上的基部6。其能透過熱輻射，且較佳由石英所組成。該待塗覆之半導體晶圓之表面定義一離窗5一特定距離D的平面E。距離D較佳在25至35毫米之範圍。該基部之下部區域係與平面E平行。覆蓋該待塗覆之半導體晶圓之該窗的部分區域在此係稱為該窗之中心區域7，其半徑係對應於該半導體晶圓之半徑。鄰接該中心區域之該窗的外部區域在此係稱為該窗之邊緣區域8。該中心區域的寬度與邊緣區域的寬度的比例，一般係在1.5至2.5的範圍。
一沉積氣體經過該半導體晶圓的引導速度並不是固定的，因為該窗與該待塗覆之半導體晶圓表面所在之平面間的距離是變化的。該距離之徑向分佈係以自該窗之邊緣區域向該窗之中心區域減小的方式設置。於第1圖中，該速度的大小係以箭頭的長度表示。
第2圖係以一離該窗之中心之距離L的函數，來顯示該窗與該平面E之間的距離D，其係以一根據本發明所實施之窗為例，並因此顯示距離D的徑向分佈。該分佈的特徵為：在該窗之該中心區域與該窗之該邊緣區域相鄰接的部位，距離D之徑向分佈的切線與平面E係形成一不小於15°且不大於25°的角度W。
該窗之尤佳構造為該距離D係以如下方式自外側向內側遞減：在該窗之該中心區域中，該窗離該平面E之最大與最小距離之差Dmax -Dmin 係不小於0.5毫米且不大於2毫米，且在該窗之該邊緣區域處，該窗離該平面E之最大與最小距離之差Dmax -Dmin 係不小於0.5毫米且不大於2毫米。
由於該窗之該邊緣區域的寬度相對於該窗之該中心區域的寬度更小，該距離之變化在該窗之該邊緣區域比在該窗之該中心區域更大。該距離自外向內看不必要連續地減少，還可以保持固定，尤其是在該中心區域之一內部部分，如第2圖所示之徑向分佈。
實施例/比較例：
在每一情況下，由矽組成之一磊晶層係沉積在由直徑300毫米之矽所構成的半導體晶圓上。測試該窗之實施態樣影響一沉積於該半導體晶圓上之層之厚度之徑向分佈的方式。只有距平面E之距離D的徑向分佈係對應於第2圖的窗，係根據本發明所實施。於一包含此窗之室中所塗覆之半導體晶圓，得到一厚度分佈如第3圖所示之層(實施例)。
該用以塗覆層厚度分佈如第4圖所示之該半導體晶圓的窗(比較例1)具有以下特性：該窗離平面E之距離D的徑向分佈，係經設置使得該中心區域與該邊緣區域之交界處的切線與平面E形成一9.2°的角度。在該中心區域中，該窗係經設置，使得該窗離平面E之最大與最小距離之差Dmax -Dmin 的值為2.3毫米。在該邊緣區域中，該窗係經設置為使得該窗離平面E之最大與最小距離之差Dmax -Dmin 的值為2.9毫米。
該用以塗覆層厚度分佈如第5圖所示之該半導體晶圓的窗(比較例2)具有以下特性：該窗離平面E之距離D的徑向分佈係經設置，使得該中心區域和該邊緣區域之交界處的切線與平面E形成32.5°的角度。在該中心區域，該窗係經設置，使得該窗離平面E之最大距離與最小距離之差Dmax -Dmin 的值為0.3毫米。在該邊緣區域處，該窗係經設置，使得該窗離平面E之最大距離與最小距離之差Dmax -Dmin 的值為2.2毫米。
如該層厚度分佈之比較所顯示，在根據本發明之情況下所塗覆之該半導體晶圓，在直徑d分佈中，該沉積層之厚度t的波動程度顯著較在比較例之情況下小。此外，關於比較例，特別明顯的是層厚度在外側係顯著減小(比較例1)，以及層厚度在外側係顯著增加(比較例2)。為了量化該沉積層之厚度變化，測量在前文中所描述之該參數R，其中係以在考量3毫米之邊緣排除的96個分佈位置所測得之層厚度的算術平均值作為平均層厚度tm 。結果係歸納於下表中：
1．．．進氣口
2．．．出氣口
3．．．感受器
4．．．半導體晶圓
5．．．窗
6．．．基部
7．．．中心區域
8．．．邊緣區域
D,L．．．距離E平面
W．．．角度
t．．．厚度
d．．．直徑
第1圖係一顯示根據本發明所設置之室之特徵的剖面圖；
第2圖係顯示窗與平面E間之距離D的徑向分佈，其係以一根據本發明所實施之窗為例；以及
第3圖至第5圖係顯示應用及不應用本發明塗覆之半導體晶圓之層厚度的徑向分佈，其中係考慮3毫米的邊緣排除。
1．．．進氣口
2．．．出氣口
3．．．感受器
4．．．半導體晶圓
5．．．窗
6．．．基部
7．．．中心區域
8．．．邊緣區域
D,L．．．距離
E．．．平面

Claims (9)

  1. 一種在一室中以化學氣相沉積法(CVD)在一半導體晶圓上沉積一層之方法，包含將一沉積氣體自該室的進氣口，經過該半導體晶圓，引導至該室的出氣口，其中該沉積氣體係通過一頂部以一窗為邊界且底部以一平面E為邊界之通道來引導，該窗能透過熱輻射，待塗覆之該半導體晶圓之表面係位於該平面E中，其中該沉積氣體引導經過半導體晶圓之速度係變化的，其係由於該平面E與該窗之間的距離D係經選取，使得在該窗之一中心區域及該窗之一邊緣區域中，在外側的距離係大於內側的距離，且在該中心區域與該邊緣區域之間的交界處，該距離D之徑向分佈的切線與該平面E形成一不小於15°且不大於25°的角度，其中該窗之該中心區域係一覆蓋該半導體晶圓之該窗的內部區域，且該窗之該邊緣區域係一不覆蓋該半導體晶圓之該窗的外部區域。
  2. 如請求項1之方法，其中在該窗之該中心區域中，該窗離該平面E之最大與最小距離的差Dmax -Dmin 係不小於0.5毫米且不大於2毫米。
  3. 如請求項1或2之方法，其中在該窗之該邊緣區域中，該窗離該平面E之最大與最小距離的差Dmax -Dmin 係不小於0.5毫米且不大於2毫米。
  4. 一種用於以化學氣相沉積法(CVD)在一半導體晶圓上沉積一層之室，包含一引導一沉積氣體進入該室之進氣口、一引導該沉積氣體離開該室之出氣口、一用以容納一待塗覆之半導體晶圓的感受器以及一設置在該感受器對面且能透過熱輻射之窗，其中在該窗之一中心區域及該窗之一邊緣區域中，該待塗覆之半導體晶圓之表面所位處之一平面E與該窗之間的距離D，係外側大於內側，且在該中心區域與該邊緣區域之間的邊界處，該距離D之徑向分佈的切線與該平面E係形成一不小於15°且不大於25°的角度，其中該窗之該中心區域係一覆蓋該半導體晶圓之該窗的內部區域，且該窗之該邊緣區域係一不覆蓋該半導體晶圓之該窗的外部區域。
  5. 如請求項4之室，其中在該窗之該中心區域中，該窗離該平面E之最大與最小距離的差Dmax -Dmin 係不小於0.5毫米且不大於2毫米。
  6. 如請求項4或5之室，其中在該窗之該邊緣區域中，該窗離該平面E之最大與最小距離的差Dmax -Dmin 係不小於0.5毫米且不大於2毫米。
  7. 如請求項4或5之室，其中該距離D為25至35毫米。
  8. 如請求項6之室，其中該距離D為25至35毫米。
  9. 一包含一磊晶層之半導體晶圓，其中該層之厚度係不均勻的，其中描述層厚度變化且由公式R=100%*(tmax -tmin )/2*tm 所計算出的參數R係小於0.5%，其中於該公式中，tmax 表示層之最大厚度，tmin 表示層之最小厚度，tm 表示層之平均厚度。
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