TWI445053B - Epitaxy growth method - Google Patents
Epitaxy growth method Download PDFInfo
- Publication number
- TWI445053B TWI445053B TW097145390A TW97145390A TWI445053B TW I445053 B TWI445053 B TW I445053B TW 097145390 A TW097145390 A TW 097145390A TW 97145390 A TW97145390 A TW 97145390A TW I445053 B TWI445053 B TW I445053B
- Authority
- TW
- Taiwan
- Prior art keywords
- reaction chamber
- single crystal
- crystal substrate
- upper wall
- epitaxial growth
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 30
- 238000000407 epitaxy Methods 0.000 title 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 98
- 239000013078 crystal Substances 0.000 claims description 92
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 81
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 66
- 239000012159 carrier gas Substances 0.000 claims description 51
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 claims description 15
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 claims description 15
- 239000002994 raw material Substances 0.000 claims description 10
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 9
- HEDRZPFGACZZDS-UHFFFAOYSA-N Chloroform Chemical compound ClC(Cl)Cl HEDRZPFGACZZDS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 229960001701 chloroform Drugs 0.000 claims description 8
- 239000010408 film Substances 0.000 description 44
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 33
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 25
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 15
- 229910052732 germanium Inorganic materials 0.000 description 14
- GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N germanium atom Chemical compound [Ge] GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 14
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 12
- 229910052715 tantalum Inorganic materials 0.000 description 11
- GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N tantalum atom Chemical compound [Ta] GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 11
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 10
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 description 8
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 5
- 229910052736 halogen Inorganic materials 0.000 description 4
- 150000002367 halogens Chemical class 0.000 description 4
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 4
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000006227 byproduct Substances 0.000 description 3
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 3
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 3
- 125000001475 halogen functional group Chemical group 0.000 description 3
- 238000010030 laminating Methods 0.000 description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 3
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 3
- -1 that is Substances 0.000 description 3
- ZDHXKXAHOVTTAH-UHFFFAOYSA-N trichlorosilane Chemical compound Cl[SiH](Cl)Cl ZDHXKXAHOVTTAH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000005052 trichlorosilane Substances 0.000 description 3
- 238000005033 Fourier transform infrared spectroscopy Methods 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 2
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 2
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 2
- 238000011835 investigation Methods 0.000 description 2
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 2
- KHPNGCXABLTQFJ-UHFFFAOYSA-N 1,1,1-trichlorodecane Chemical compound CCCCCCCCCC(Cl)(Cl)Cl KHPNGCXABLTQFJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 101000582320 Homo sapiens Neurogenic differentiation factor 6 Proteins 0.000 description 1
- 102100030589 Neurogenic differentiation factor 6 Human genes 0.000 description 1
- KJTLSVCANCCWHF-UHFFFAOYSA-N Ruthenium Chemical compound [Ru] KJTLSVCANCCWHF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 1
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 1
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 1
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 238000007865 diluting Methods 0.000 description 1
- 239000002019 doping agent Substances 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 238000003475 lamination Methods 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- NJPPVKZQTLUDBO-UHFFFAOYSA-N novaluron Chemical compound C1=C(Cl)C(OC(F)(F)C(OC(F)(F)F)F)=CC=C1NC(=O)NC(=O)C1=C(F)C=CC=C1F NJPPVKZQTLUDBO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 235000012771 pancakes Nutrition 0.000 description 1
- 230000010363 phase shift Effects 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 239000000047 product Substances 0.000 description 1
- 230000001737 promoting effect Effects 0.000 description 1
- 229910052707 ruthenium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 238000013517 stratification Methods 0.000 description 1
- 230000001629 suppression Effects 0.000 description 1
- 238000005979 thermal decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 239000012808 vapor phase Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
- C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B25/00—Single-crystal growth by chemical reaction of reactive gases, e.g. chemical vapour-deposition growth
- C30B25/02—Epitaxial-layer growth
- C30B25/08—Reaction chambers; Selection of materials therefor
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B25/00—Single-crystal growth by chemical reaction of reactive gases, e.g. chemical vapour-deposition growth
- C30B25/02—Epitaxial-layer growth
- C30B25/14—Feed and outlet means for the gases; Modifying the flow of the reactive gases
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Chemical Vapour Deposition (AREA)
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
Description
本發明是有關於一種在單晶基板上層積磊晶層之單片式磊晶成長方法。
磊晶成長技術，是在製造雙載子電晶體(Bipolar transistor)或MOSLSI等的積體電路時所採用的使單晶薄膜層氣相成長之技術，因為能夠在潔淨的半導體單晶基板上配合基板的結晶方位而形成均勻的單晶薄膜、或是以摻雜劑的濃度差異大的方式來形成具有陡陗的不純物梯度之接合，所以是一種非常重要的技術。
用以進行此種磊晶成長之裝置，通常可區分為縱型(餅型；pancake型)、圓筒型(cylinder型)及橫型之3種類。這些成長裝置有共同的基本原理。該成長裝置是具備反應室或加熱手段等而構成，該反應室是在內部具備用以載置單晶基板之基座而成，而該加熱手段是由設置在反應室的外部之鹵素燈等而構成；將縱型之中每次處理1片之裝置，稱為單片式磊晶成長裝置。
在此，參照第8圖來說明該單片式磊晶成長裝置。第8圖是先前所使用的通常的單片式磊晶成長裝置的一個例子之概略圖。
該單片式磊晶成長裝置101，具有反應室103，在其表面要被層積磊晶層之單晶基板102，被配置在該反應室103內部；且在該反應室103中，設有用以導入原料氣體、載氣之氣體導入口104及用以排出氣體之氣體排出口105。又，在反應室103內，具有用以載置單晶基板102之基座106。另外，反應室103的上壁107是由石英玻璃所構成。
又，至少在反應室103的外部，具備例如鹵素燈等的加熱手段，用以加熱單晶基板102。
使用該單片式磊晶成長裝置101，在單晶基板102上形成磊晶層時，是將單晶基板102配置在已形成於基座106上的凹坑上，並一邊藉由用以支撐基座106之支撐軸109及其旋轉(自轉)之未圖示的旋轉機構，來使單晶基板102旋轉，一邊藉由加熱手段108將單晶基板102加熱至規定溫度。而且，若使例如矽單晶層磊晶成長時，是藉由以規定時間、規定流量將使用氫等載氣稀釋而成之三氯矽烷等的原料氣體，從氣體導入口104供給至反應室103內。
然而，若使用此種磊晶成長裝置101進行磊晶成長時，不只是在單晶上所層積的磊晶層的膜厚度不均勻，而且在膜厚形狀方面也會產生問題。
這種情況被認為是因為從氣體導入口104被導入反應室103內之原料氣體，在通過單晶基板102上時，因為形成磊晶層而被逐漸地消耗，致使從氣體導入口104往氣體排出口105的方向，原料氣體的濃度降低之緣故。
另一方面，在日本特表2001-512901號公報中，揭示一種方法，其與第8圖的磊晶成長裝置101不同，是使用其反應室的上壁107’不平坦而往下凸之磊晶成長裝置101’來進行磊晶成長。第9圖是該單片式磊晶成長裝置101’的一個例子。
如此的磊晶成長裝置101’，藉由在上壁107’為下凸之反應室內配置單晶基板來使其磊晶成長，使在反應室的中央部的空間狹窄，有效地促進磊晶反應，藉此，嘗試謀求磊晶層的膜厚度的均勻化。
然而，即便使用如此的磊晶成長裝置101’，亦會有無法得到優良的膜厚度形狀(膜厚度分布)之情況，乃是不充分的。
可是，影響膜厚度分布最大的是載氣流量，認為必須對每座成長裝置設定最適當的載氣流量。
進而，如上述，已知膜厚度形狀亦會受到來自反應室的上壁之影響。而且，該反應室的上壁，各自的差異大，微觀時有各式各樣的形狀。因此，即便使用同一機種，因為反應室的上壁具有個體差異，所以各成長裝置對應膜厚度形狀之最佳載氣流量亦不同。
又，敘述膜厚度形狀以外的磊晶晶圓的品質等與載氣流量的關係時，例如以背面暈圈(halo)或背面奈米形貌(nanotopology)的品質為優先時，必須增大被導入至反應室內之載氣(例如氫氣)的流量。結果，在磊晶層中，單晶基板的外緣附近的膜厚度變薄(產生外周下垂(sag))，致使平坦度變差。另一方面，已知為了提高生產性，必須減小載氣流量來降低積存在反應室內的副產物，但是此時膜厚度形狀在外周部分變厚，平坦度仍然變差。
上述膜厚度形狀以外之磊晶晶圓的品質的良否或生產性，未必與磊晶層的膜厚度形狀的良否一致，欲使其以最佳狀態兼具這些品質特性是有困難的。
本發明是鑒於上述問題點而開發出來，其目的是提供一種單片式磊晶成長方法，例如能夠得到磊晶晶圓的品質或生產性的提升等的藉由載氣流量程度所帶來的效果，同時能夠不會使膜厚度形狀崩潰而在單晶基板上層積磊晶層。
為了解決前述課題，本發明提供一種磊晶成長方法，是至少在具有下凸的上壁之反應室內配置單晶基板，並從氣體導入口導入原料氣體及載氣至前述反應室內而在前述單晶基板上層積磊晶層之單片式磊晶成長方法，其特徵為：按照從前述氣體導入口導入至前述反應室內之載氣流量，調整前述反應室的上壁的曲率半徑及/或前述氣體導入口的上端與反應室的上壁的下端的高度方向之差異後，在前述單晶基板上層積磊晶層。
本發明者對謀求兼具膜厚度形狀以外的磊晶晶圓的品質或生產性之提升及磊晶層的膜厚度分布的提升之方法進行專心研究時，著眼於反應室的上壁，發現按照載氣的流量將其調整是有效的。具體上，發現如本發明般地調整反應室的上壁的曲率半徑及/或氣體導入口的上端與反應室的上壁的下端的高度方向之差異是重要的。
雖然如先前，以生產性為優先的方法時，最外周部的下垂情況會變差，但是，若如此地按照從氣體導入口導入至反應室內之載氣流量，來調整反應室的上壁的曲率半徑及/或氣體導入口的上端與反應室的上壁的下端的高度方向之差異後，在單晶基板上層積磊晶層時，則能夠得到依照各流量的載氣所帶來的生產性或背面品質等的效果，同時能夠層積具有均勻的膜厚度分布之磊晶層。
此時，在前述單晶基板上層積磊晶層時，較佳是將單晶基板配置在形成有1個以上的貫穿孔之基座上。
若如此進行時，能夠除去單晶基板的背面的自然氧化膜，且能夠有效地防止形成暈圈。
又，此時能夠將前述單晶基板設為直徑300毫米以上者。
單晶基板的直徑為300毫米以上之比較大的基板時，因為磊晶層的膜厚度分布容易變為不均勻，本發明的磊晶成長方法是特別有效的。
又，能夠將前述原料氣體設為三氯矽烷且將載氣設為氫。
如此，將原料氣體設為三氯矽烷且將載氣設為氫時，能夠在單晶基板上層積高品質的矽單晶層。
而且，當將從前述氣體導入口導入至前述反應室內之載氣流量設為大於70slm(標準升/分(standard litre per minute))時，能夠將前述反應室的上壁的曲率半徑設為4500毫米以上、小於7500毫米；及/或將前述氣體導入口的上端與前述反應室的上壁的下端的高度方向之差異設為0毫米以上、2毫米以下。
若如此進行時，在磊晶成長時，例如即便在形成有1個以上的貫穿孔之基座上配置單晶基板時，亦能夠更有效地防止單晶基板的背面的奈米形貌惡化，能夠得到其背面有更高品質之磊晶晶圓，同時能夠得到一種磊晶層的膜厚度分布均勻之高品質的磊晶晶圓。
又，當將前述從前述氣體導入口導入至前述反應室內之載氣流量設為小於60slm時，能夠將前述反應室的上壁的曲率半徑設為大於3000毫米、小於4500毫米；及/或將前述氣體導入口的上端與前述反應室的上壁的下端的高度方向之差異設為2.5毫米以上。
若如此進行時，反應副產物不容易黏附於反應室內，而能夠抑制反應室內的清洗頻率，同時能夠得到一種磊晶膜的膜厚度分布均勻之高品質的磊晶晶圓。
若是依照本發明的磊晶成長方法時，能夠得到例如磊晶晶圓的背面品質或生產性的提升這樣的按照載氣流量所得到效果，同時能夠在單晶基板上層積膜厚度均勻性高的磊晶層，而能夠得到一種高品質的磊晶晶圓。
以下，說明本發明的實施形態，但是本發明未限定於此。
首先，本發明者，對於使用如第9圖所示之反應室的上壁是下凸的單片式磊晶成長裝置，並依照先前的磊晶成長方法，在單晶基板上層積而成之磊晶層的膜厚度分布，進行調查。又，在此，原料氣體是使用三氯矽烷，載氣是使用氫，在矽單晶基板上層積矽單晶層。
調查的結果，得知矽單晶層的縱剖面是如第2圖(A)所示形狀，呈不均勻的膜厚度分布。亦即，矽單晶層可從其縱剖面形狀得知在矽單晶基板的中心部及外周部是較厚地被層積，另一方面，在其中心部與外周部之間以及最外周部，矽單晶層較薄。特別是在最外周部，由於不充分的層積，導致產生大的外周下垂(塌邊)。
如此，特別是在單晶基板的最外周部，由於不充分的層積，導致產生外周下垂，本發明者認為其原因是因為反應室的大小或上壁的形狀不適當，三氯矽烷與氫的開始反應並開始產生磊晶成長之位置，是在比最外周部更靠近中心側的位置，致使最外周部難以充分地層積磊晶層之緣故。
而且，發現利用調整反應室的上壁形狀或反應室的大小，亦即調整反應室的上壁的曲率半徑(R)或調整氣體導入口的上端與反應室的上壁的下端的高度方向之差異(H)，使該原料氣體即三氯矽烷的反應開始位置，例如使其靠近單晶基板的較外周側，即便在單晶基板的最外周部附近，亦能夠充分地層積磊晶層，能夠顯著地抑制產生外周下垂。
在第2圖(B)中，表示如本發明般地對反應室的上壁進行調整後，進行磊晶成長時之磊晶層的層積情形的一個例子。如此，利用調整反應室的上壁的曲率半徑(R)或調整氣體導入口的上端與反應室的上壁的下端的高度方向之差異(H)，在最外周部能夠充分地層積磊晶層，沒有如先前般的大的外周部下垂，而能夠改善膜厚度分布不均，而完成了本發明。
以下，更詳細地說明本發明。
首先，第1圖是表示實施本發明的磊晶成長方法時能夠使用的單片式磊晶成長裝置之一個例子，說明該磊晶成長裝置之概略。
第1圖之單片式磊晶成長裝置1具有反應室3，在該反應室3內，單晶基板2被配置在基座6上。又，設有：氣體導入口4，用以將磊晶成長所需的原料氣體或載氣導入反應室3內；及氣體排出口5，用以將這些氣體從反應室3排出。
而且，在反應室3的外部配設有加熱手段8，在進行磊晶成長時能夠加熱單晶基板2、反應室3內。該加熱手段8沒有特別限定，例如可使用鹵素燈等。
在形成上述反應室3的構件中，上壁7能夠使用石英玻璃且具有下凸的形狀。而且，如後述，該下凸的上壁7，為了使所層積的磊晶層的膜厚度分布均勻，而被配設成：對應在磊晶成長時從氣體導入口4所導入的載氣流量之適當的曲率半徑、或其下端是位於距氣體導入口4的上端的適當的高度位置。
又，形成反應室3之其他位置的構件，是以石英玻璃為主，但其材質、形狀等沒有特別限定，例如能夠設成與通常的磊晶成長裝置同樣者。
又，基座6是被安裝於支撐軸9上。在支撐軸9設有用以使其旋轉(自轉)之機構(未圖示)，而能夠旋轉。亦即，藉由使支撐軸9旋轉，能夠使基座6及配置於其上面之單晶基板2旋轉。
以下，使用上述的單片式磊晶成長裝置1來說明本發明的磊晶成長方法。
在此，作為一個例子，是敘述使用矽單晶基板作為單晶基板來使其層積磊晶層，且原料氣體是使用三氯矽烷、載氣是使用氫，來層積矽單晶層之例子。這些是通常被常用者，能夠提供被認為是有用的磊晶單晶基板，當然，本發明未限定於此，能夠按照目的適當地變更原料氣體等。
首先，在已配置於反應室3內之基座6上，配置矽單晶基板2。
該矽單晶基板，可以是例如直徑為300毫米以上者。若直徑較大時，利用先前方法，因為在最外周部容易產生外周下垂，特別是在想要抑制外周下垂時，本發明的磊晶成長方法是非常有效的。但是，本發明未限定於直徑為300毫米以上者，對直徑比其小者亦能夠實施。
又，此時，如上述，作為用以配置矽單晶基板2之基座6，例如較佳為採用形成有1個以上的貫穿孔者。因為藉由採用形成有1個以上的貫穿孔者，在操作中，矽單晶基板2的背面的自然氧化膜會被除去，並能將由該自然氧化膜的分解所產生的生成物從該貫穿孔排出。特別是藉由在基座6的全面，設置複數個此種貫穿孔，在矽單晶基板2的背面全面，能夠將有效地除去自然氧化膜。
另外，操作時，藉由使用未圖示的旋轉機構使支撐基座6之支撐軸9自轉，能夠使基座6及被配置於其上面之矽單晶基板2旋轉。
接著，藉由設置在反應室3的外部之鹵素燈等的加熱手段8來進行加熱。又，此時以藉由高溫計(pyrometer)等，一邊控制矽單晶基板2的溫度一邊進行加熱為佳。
而且，以按照生產性等的目的而決定的流量，將載氣的氫與原料氣體的三氯矽烷從氣體導入口4導入至反應室3內，而在矽單晶基板2上層積矽單晶層。未反應的氣體等，則從氣體排出口5排出(又，將以上作為本試驗)。
但是，本發明中，在進行磊晶成長之前，預先對應導入至反應室3內之氫氣流量，而調整反應室3的上壁7的曲率半徑(R)、或氣體導入口4的上端與反應室3的上壁7的下端的高度方向之差異(H)。
如此，若適當地按照載氣亦即氫的流量來調整反應室3的上壁7後，進行磊晶成長時，在反應室3內，藉由三氯矽烷的熱分解反應或與氫的反應而使矽單晶層層積於矽單晶基板2上時，能夠使矽單晶層從矽單晶基板2的最外周部積極地層積，並可抑制如先前般的產生大的外周下垂的情況。又，即便是從矽單晶基板2的外周部至中心部，與先前比較時，亦能夠使磊晶層均勻地層積。認為其理由是藉由使上壁7的位置變為適當，能夠將原料氣體均勻地供給至矽單晶基板2之緣故。
亦即，能夠得到一種優良的磊晶矽單晶基板，其磊晶層的膜厚度分布，在全面是均勻的。
並且，亦能夠得到依照所設定的載氣流量而達成的效果(高流量時是單晶基板的背面品質，低流量時是抑制反應室內的洗淨頻率及藉此提高生產性等)。
另外，上述按照載氣的流量來進行反應室3的上壁7的調整，例如能夠藉由在上述本試驗之前進行預備試驗，來決定其調整的程度。詳述該預備試驗。
對於磊晶成長裝置，與本試驗同樣地，變更上述的R或H，重複進行先以按照目的之規定流量來設定載氣流量，並將原料氣體及載氣導入至反應室內而在矽單晶基板上層積磊晶層之製程，而得到一種矽單晶基板，其具有以各自的R或H的值的條件層積而成的磊晶層。R或H的變更，是例如能夠預先準備複數類型的構件，用以構成不同R或H之上壁7，並藉由交換這些構件來進行。
接著，測定所得到各磊晶矽單晶基板的磊晶層的膜厚度分布。而且，從該測定結果，對上述的載氣的規定流量，例如選擇適當的R或H來使磊晶層以優良的膜厚度分布層積時。
而且，如此進行而調整所選擇之適當的R或H後，能夠實際地在上述本試驗中製造磊晶矽單晶基板。
另外，在本試驗(或預備試驗)中的載氣的設定流量，例如能夠按照生產性或單晶基板的背面品質等的目的而設定。
亦即，如上述，若欲維持單晶基板的背面品質時，可設定為高流量。又，若欲避免因原料氣體的副產物而引起的成長裝置的污染，來提高生產性時，可將載氣設定為低流量。藉由設定為高流量，能夠防止在單晶基板的背面形成暈圈、防止奈米形貌惡化。
以下，更具體地說明上述預備試驗之例子。
在此，說明使用廠商的標準規格亦即反應室的上壁的曲率半徑(R)為3556毫米、氣體導入口的上端與反應室的上壁的下端的高度方向之差異(H)為1.5毫米的單片式磊晶成長裝置(應用材料(APPLIED MATERRIALS)公司製的裝置CENTURA)之情況。
在第3～4圖、第5～7圖中，是顯示故意變更上述R或H而進行磊晶成長所得到磊晶層的膜厚度分布(直徑上)的測定結果之一個例子。
在此，第3圖是將原料氣體亦即三氯矽烷的流量設定為16slm、載氣亦即氫的流量為大於70slm之高流量(在此為80slm)時之磊晶層的均勻性(Uniformity)。又，首先，在以下說明第3圖及第5、6圖。
另外，在測定磊晶層的厚度分布時，首先，使用傅立葉轉換-紅外光譜儀(FT-IR)，根據界面反射與表面反射之光路長差異，來測定磊晶層的厚度。測定之磊晶矽單晶基板，是各條件1片，且測定點是在單晶基板的兩半徑方向(直徑上)，合計為33點。
又，最外周部5毫米是從測定區域除外。
如此進行而測定在各測定點之磊晶層的厚度，從該測定值，求取在各測定點之偏差(Deviation)，而且，對於每1片基板，根據各測定點中的膜厚度的最大者與最小者，求取成為磊晶層的膜厚度分布良否的指標之均勻性(Uniformity)。該均勻性的值較小時，是意味著具有均勻且良好的膜厚度分布。
求取偏差(Deviation)及均勻性(Uniformity)之數學式如下。
如第3圖所示，得知標準規格(R=3556毫米、H=1.5毫米)時，均勻性為2.3%，但是藉由將R變更為4500毫米以上、小於7500毫米，且將H變為為0毫米以上、2毫米以下，能夠使均勻性成為比較小的值(1.37%以下)。特別是得知將R變更為4500毫米且將H變更為1～1.5毫米時，能夠將均勻性抑制在0.4～0.85%這樣的小於1%的值，與標準規格的情況比較，能夠成為具有更均勻且良好的膜厚度分布之磊晶層。
第5～7圖是在各測定點的偏差(Deviation)之一個例子，第5圖是標準規格(R=3556毫米、H=1.5毫米)時，第6圖是R=4500毫米、H=1.5毫米時。從第5、6圖可以得知，藉由變更R或H，能夠得到不同的磊晶層的膜厚度分布。藉此，能夠謀求改善磊晶層的膜厚度。
又，對以各條件所得到的磊晶矽單晶基板調查最外周部的外周下垂(外周塌邊)時，能夠觀察到與第3、6圖的結果同樣的傾向，亦即R=4500毫米且H=1.5毫米時是最優良的結果。
另外，該外周下垂的調查是利用ADE Phase Shift公司製的平坦度測定器(WaferSight)的計測來進行。藉由該測定器，對於磊晶晶圓表面的變位量(凹凸)，在晶圓半徑方向進行二階微分，能夠得知表面變位的加速度變化是在晶圓半徑的何位置產生。
另一方面，第4圖是將原料氣體亦即三氯矽烷的流量設定為16slm、載氣亦即氫的流量設定為小於60slm之低流量(在此為50slm)。
如第4圖所示，標準規格(R=3556毫米、H=1.5毫米)時，均勻性(Uniformity)為1.8%，但是藉由將H變為為2.5毫米以上且將R變更為大於3000毫米、小於4500毫米，能夠使均勻性成為比較小的值(1.6%以下)。特別是將R維持3556毫米並將H變更為3～4.5毫米時，能夠使均勻性成為0.51～1.1%，能夠得到有優良的膜厚度分布之磊晶層。
又，第7圖是表示R=3556毫米、H=4.5毫米時的各測定點中的偏差(Deviation)，從該圖得知亦具有優良的膜厚度分布。
又，進行調查最外周部的外周下垂時，仍然是R=3556毫米、H=4.5毫米時，最外周部的外周下垂度較小。
較佳為：藉由上述的預備試驗等，按照在本試驗中的載氣的設定流量，來預先得到能夠配合目標的膜厚度分布之反應室的上壁的曲率半徑(R)、或氣體導入口的上端與反應室的上壁的下端的高度方向之差異(H)。
而且，如前面所述，本試驗是按照為了得到所希望的生產性或單晶基板的背面品質等之規定的載氣流量，適當地調整反應室的上壁的曲率半徑(R)、或氣體導入口的上端與反應室的上壁的下端的高度方向之差異(H)後，在矽單晶基板2進行磊晶成長。而且，藉此，與先前方法不同，能夠更加抑制單晶基板的最外周部的外周下垂，能夠在全面層積均勻的磊晶層。亦即，能夠得到一種磊晶矽單晶基板，其兼備生產性或基板的背面品質等、以及磊晶層的良好的膜厚度分布此雙方面的優點。
例如若使用在上述預備試驗中的具體例來進行說明時，將載氣亦即氫的流量設定為70slm以上之高流量(在此為80slm)，並按照此流量而將R調整為4500毫米以上、小於7500毫米(在此為4500毫米)、H為0毫米以上、2毫米以下(在此為1.5毫米)，基於該條件來施行磊晶成長時，能夠得到一種磊晶矽單晶基板，其背面的品質優良且具有如第3圖所示的均勻性之均勻的磊晶層。
或是，將載氣亦即氫的流量設定為60slm以下之低流量(在此為50slm)，並按照此流量而將R調整為大於3000毫米、小於4500毫米(在此為3556毫米)、H為2.5毫米以上(在此為4.5毫米)，基於該條件來施行磊晶成長時，能夠降低反應室內的洗淨頻率且提高生產性來施行磊晶成長，同時能夠得到如第4圖所示之具有均勻的磊晶層之磊晶矽單晶基板。
而且，本發明未限定於上述實施形態。上述實施形態僅是例示性，凡是具有與本發明之申請專利範圍所記載之技術思想實質上相同構成、且能達成相同作用效果者，無論如何都包含在本發明的技術範圍內。
上述例子是對載氣流量、或反應室的上壁的曲率半徑(R)、氣體導入口的上端與反應室的上壁的下端的高度方向之差異(H)，舉出特定的數值作為例子來進行說明，當然未限定於這些，而能夠適當地變更這些數值來實施本發明。
1、101、101’．．．單片式磊晶成長裝置
2、102．．．單晶基板
3、103．．．反應室
4、104．．．氣體導入口
5、105．．．氣體排出口
6、106．．．基座
7、107、107’．．．上壁
8、108．．．加熱手段
9、109．．．支撐軸
H．．．高度方向之差異
R．．．曲率半徑
第1圖是表示實施本發明的磊晶成長方法時能夠使用的單片式磊晶成長裝置的一個例子之概略圖。
第2圖(A)是表示依照先前方法進行磊晶成長時之磊晶層的層積情形的一個例子之說明圖；(B)是表示對反應室的上壁進行調整而進行磊晶成長時之磊晶層的層積情形的一個例子之說明圖。
第3圖是表示載氣流量為80slm時的磊晶層的膜厚度分布(Uniformity)的測定結果的一個例子之圖及表。
第4圖是表示載氣流量為50slm時的磊晶層的膜厚度分布(Uniformity)的測定結果的一個例子之圖及表。
第5圖是表示載氣流量為80slm且標準規格時的各測定點的偏差(Deviation)的一個例子之圖。
第6圖是表示載氣流量為80slm且R=4500毫米、H=1.5毫米時的各測定點的偏差(Deviation)的一個例子之圖。
第7圖是表示載氣流量為50slm且R=3556毫米、H=4.5毫米時的各測定點的偏差(Deviation)的一個例子之圖。
第8圖是表示通常的單片式磊晶成長裝置的一個例子之概略圖。
第9圖是表示先前的單片式磊晶成長裝置的另外一個例子之概略圖。
Claims (9)
- 一種磊晶成長方法，是至少在具有下凸的上壁之反應室內配置單晶基板，並從氣體導入口導入原料氣體及載氣至前述反應室內，而在前述單晶基板上層積磊晶層之單片式磊晶成長方法，其特徵為：按照從前述氣體導入口導入至前述反應室內之載氣流量，調整前述反應室的上壁的曲率半徑及/或前述氣體導入口的上端與反應室的上壁的下端的高度方向之差異後，在前述單晶基板上層積磊晶層。
- 如申請專利範圍第1項所述之磊晶成長方法，其中在前述單晶基板上層積磊晶層時，是將單晶基板配置在形成有1個以上的貫穿孔之基座上。
- 如申請專利範圍第1項所述之磊晶成長方法，其中將前述單晶基板設為直徑300毫米以上。
- 如申請專利範圍第2項所述之磊晶成長方法，其中將前述單晶基板設為直徑300毫米以上。
- 如申請專利範圍第1至4項中任一項所述之磊晶成長方法，其中將前述原料氣體設為三氯矽烷且將載氣設為氫。
- 如申請專利範圍第1至4項中任一項所述之磊晶成長方法，其中當將從前述氣體導入口導入至前述反應室內之載氣的流量設為大於70slm時，是將前述反應室的 上壁的曲率半徑設為4500毫米以上、小於7500毫米；及/或將前述氣體導入口的上端與前述反應室的上壁的下端的高度方向之差異設為0毫米以上、2毫米以下。
- 如申請專利範圍第5項所述之磊晶成長方法，其中當將從前述氣體導入口導入至前述反應室內之載氣的流量設為大於70slm時，是將前述反應室的上壁的曲率半徑設為4500毫米以上、小於7500毫米；及/或將前述氣體導入口的上端與前述反應室的上壁的下端的高度方向之差異設為0毫米以上、2毫米以下。
- 如申請專利範圍第1至4項中任一項所述之磊晶成長方法，其中當將從前述氣體導入口導入至前述反應室內之載氣的流量設為小於60slm時，是將前述反應室的上壁的曲率半徑設為大於3000毫米、小於4500毫米；及/或將前述氣體導入口的上端與前述反應室的上壁的下端的高度方向之差異設為2.5毫米以上且6毫米以下。
- 如申請專利範圍第5項所述之磊晶成長方法，其中當將從前述氣體導入口導入至前述反應室內之載氣的流量設為小於60slm時，是將前述反應室的上壁的曲率半徑設為大於3000毫米、小於4500毫米；及/或將前述氣體導入口的上端與前述反應室的上壁的下端的高度方向之差異設為2.5毫米以上且6毫米以下。
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2007322814A JP5029340B2 (ja) | 2007-12-14 | 2007-12-14 | エピタキシャル成長方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| TW200947520A TW200947520A (en) | 2009-11-16 |
| TWI445053B true TWI445053B (zh) | 2014-07-11 |
Family
ID=40795248
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| TW097145390A TWI445053B (zh) | 2007-12-14 | 2008-11-24 | Epitaxy growth method |
Country Status (6)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US8038793B2 (zh) |
| JP (1) | JP5029340B2 (zh) |
| KR (1) | KR101526895B1 (zh) |
| DE (1) | DE112008003330B4 (zh) |
| TW (1) | TWI445053B (zh) |
| WO (1) | WO2009078124A1 (zh) |
Families Citing this family (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102008034260B4 (de) * | 2008-07-16 | 2014-06-26 | Siltronic Ag | Verfahren zum Abscheiden einer Schicht auf einer Halbleiterscheibe mittels CVD in einer Kammer und Kammer zum Abscheiden einer Schicht auf einer Halbleiterscheibe mittels CVD |
| JP6052070B2 (ja) * | 2013-06-17 | 2016-12-27 | 株式会社Sumco | エピタキシャルウェーハの製造方法及びその製造装置 |
| DE102016225137A1 (de) | 2016-12-15 | 2018-06-21 | Siltronic Ag | Vorrichtung und Verfahren zum Abscheiden einer von Prozessgas stammenden Materialschicht auf einer Substratscheibe |
| JP6812961B2 (ja) * | 2017-12-25 | 2021-01-13 | 株式会社Sumco | エピタキシャル成長装置およびそれを用いた半導体エピタキシャルウェーハの製造方法 |
| CN110277304A (zh) * | 2018-03-14 | 2019-09-24 | 胜高股份有限公司 | 外延晶片的制造方法及其制造装置 |
| CN109273378B (zh) * | 2018-09-20 | 2021-11-02 | 长江存储科技有限责任公司 | 平衡晶圆弯曲度分布的方法 |
| US20220056583A1 (en) * | 2020-08-18 | 2022-02-24 | Globalwafers Co., Ltd. | Window for chemical vapor deposition systems and related methods |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4322592A (en) * | 1980-08-22 | 1982-03-30 | Rca Corporation | Susceptor for heating semiconductor substrates |
| JP2714802B2 (ja) * | 1988-03-18 | 1998-02-16 | 三菱化学株式会社 | 有機金属化学気相反応装置 |
| US6099648A (en) * | 1997-08-06 | 2000-08-08 | Applied Materials, Inc. | Domed wafer reactor vessel window with reduced stress at atmospheric and above atmospheric pressures |
| JP2001044125A (ja) * | 1999-07-29 | 2001-02-16 | Applied Materials Inc | エピタキシャル成長装置及び方法 |
-
2007
- 2007-12-14 JP JP2007322814A patent/JP5029340B2/ja active Active
-
2008
- 2008-11-18 DE DE112008003330.7T patent/DE112008003330B4/de active Active
- 2008-11-18 WO PCT/JP2008/003359 patent/WO2009078124A1/ja active Application Filing
- 2008-11-18 US US12/743,976 patent/US8038793B2/en active Active
- 2008-11-18 KR KR1020107012967A patent/KR101526895B1/ko active IP Right Grant
- 2008-11-24 TW TW097145390A patent/TWI445053B/zh active
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP5029340B2 (ja) | 2012-09-19 |
| JP2009147105A (ja) | 2009-07-02 |
| TW200947520A (en) | 2009-11-16 |
| DE112008003330T5 (de) | 2010-12-02 |
| DE112008003330B4 (de) | 2017-11-30 |
| KR20100093563A (ko) | 2010-08-25 |
| KR101526895B1 (ko) | 2015-06-08 |
| US8038793B2 (en) | 2011-10-18 |
| WO2009078124A1 (ja) | 2009-06-25 |
| US20100251958A1 (en) | 2010-10-07 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| TWI445053B (zh) | Epitaxy growth method | |
| JP5158093B2 (ja) | 気相成長用サセプタおよび気相成長装置 | |
| JP6128198B1 (ja) | ウェーハの両面研磨方法及びこれを用いたエピタキシャルウェーハの製造方法 | |
| KR102210290B1 (ko) | 반도체 웨이퍼를 에피택셜 코팅하는 방법 및 반도체 웨이퍼 | |
| TWI419255B (zh) | Epitaxial growth | |
| US20090252942A1 (en) | Method for Manufacturing Epitaxial Wafer and Epitaxial Wafer | |
| JP5834632B2 (ja) | サセプタ、該サセプタを用いた気相成長装置およびエピタキシャルウェーハの製造方法 | |
| US11984346B2 (en) | Susceptor, epitaxial growth apparatus, method of producing epitaxial silicon wafer, and epitaxial silicon wafer | |
| JP4984046B2 (ja) | 気相成長用サセプタ及び気相成長装置並びに気相成長用サセプタの設計方法及び気相成長方法 | |
| JP5151674B2 (ja) | エピタキシャルウエーハの製造方法 | |
| KR102550456B1 (ko) | 웨이퍼 평가 방법 및 에피택셜 웨이퍼의 제조 방법 | |
| JP5942939B2 (ja) | エピタキシャルウェーハの製造方法 | |
| JP6374060B2 (ja) | 単結晶ダイヤモンドの製造方法 | |
| JP2019178065A (ja) | 単結晶ダイヤモンドの製造方法 | |
| JP2011060979A (ja) | エピタキシャルウェーハの製造方法 | |
| JP2015067516A (ja) | 単結晶ダイヤモンドの製造方法 | |
| JP2018199618A (ja) | 単結晶ダイヤモンドの製造方法 | |
| JP2011018725A (ja) | エピタキシャルウェーハおよびその製造方法 |