TWI589738B - 磊晶生長裝置、磊晶晶圓之製造方法以及磊晶生長裝置用拉引銷 - Google Patents

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Description

磊晶生長裝置、磊晶晶圓之製造方法以及磊晶生長裝置用拉引 銷
本發明係關於一種磊晶生長裝置、磊晶晶圓之製造方法以及磊晶生長裝置用拉引銷，特別是關於一種可降低對磊晶矽晶圓的背面的瑕疵發生，同時可降低對晶圓表面附著的塵粒的磊晶生長裝置、磊晶晶圓之製造方法以及磊晶生長裝置用拉引銷。
一般而言，矽晶圓係藉由柴可拉斯基(Czochralski，CZ)法等育成單結晶矽，將該單結晶矽切斷成塊狀後，經過切成薄片、平面研削(精研)步驟、蝕刻步驟、以及鏡面研磨(拋光)步驟，並進行最終洗淨而得。之後，進行各種品質檢查，若確認沒有異常則作為製品而出貨。
在此，在較要求結晶的完整性的情況或需要電阻率相異的多層結構等情況中，在該矽晶圓上氣相生長(磊晶生長)單結晶矽薄膜以製造磊晶晶圓。
在磊晶晶圓的製造中，使用例如單片式磊晶生長裝置。在此，對於一般的單片式磊晶生長裝置，參照第1圖並進行說明。如第1圖所示，磊晶生長裝置100係具有被上部拱頂 11、下部拱頂12以及拱頂安裝體13圍繞的腔室2。此腔室2係在其側面相對向的位置設置有進行反應氣體的供給以及排出的氣體供給口31以及氣體排出口32。
另一方面，在腔室2內，配置有載置矽晶圓W的基座4。基座4係藉由連結至可旋轉的主柱7a的支撐臂7b嵌合支撐其下面的外周部，與支撐臂7b一同旋轉。又，在基座4以及支撐臂7b，形成有讓用於進行矽晶圓W的升降的拉引銷5通過的貫通孔4h以及7h。又，拉引銷5係藉由升降軸6支撐其基端而升降。
換言之，導入腔室2內的矽晶圓W，係將插通基座4之貫通孔4h以及支撐臂7b之貫通孔7h的拉引銷5朝著基座4的上方移動，拉引銷5的頭部抵接於矽晶圓W的背面而使矽晶圓W被拉引銷5暫時支撐。在此，該拉引銷5的上升移動，係經由支撐該拉引銷5的升降軸6的上升移動而進行。
接著，支撐該基座4的支撐軸7上升使基座4移動至矽晶圓W的位置，將矽晶圓W載置於基座4上。在這個狀態中，拉引銷5的頭部，係收容於基座4的貫通孔4h的擴徑部(未圖示)內。如此，矽晶圓W載置於基座4上，一方面例如藉由在基座4的上方以及下方配置複數台的加熱燈14將矽晶圓W加熱至1000℃以上的溫度，另一方面對磊晶膜形成室2內供給反應氣體，使磊晶膜生長為特定厚度而製造磊晶晶圓。
之後，藉由支撐臂7b下降而使基座4下降。此下降係進行至拉引銷5被升降軸6所支撐且從基座4突出之位置為止，使矽晶圓W被拉引銷5支撐。然後，將未圖示的搬運載台 導入至腔室2，藉由使拉引銷5下降而將矽晶圓W載置於搬運載台，矽晶圓W自拉引銷5傳遞至搬運載台。之後，矽晶圓W與搬運載台一同自生長裝置100退出。
近年來伴隨著半導體裝置的微小化、高積集化，而被要求降低結晶缺陷或晶圓的表面附著的塵粒。在如此的背景下，在專利文獻1中，記載著關注拉引銷滑動所產生的磨耗份量，拉引銷以及基座的表面以碳化矽(SiC)形成，藉由將拉引銷與基座接觸之區域研磨成表面粗糙度為0.2μm至0.5μm，可降低磊晶生長中所產生之塵粒的附著或結晶缺陷的形成。
【先前技術文獻】 【專利文獻】
【專利文獻1】日本特開2002-299260號公報。
專利文獻1所記載的發明，由於係將拉引銷表面的材質以SiC所構成，在拉引銷升降時，與拉引銷的頂部相接的晶圓背面部位中，會有發生接觸瑕疵的問題。
換言之，不僅是專利文獻1中所記載的發明，一般來說，基座4係從耐熱性或耐酸性的觀點來看，使用以SiC披覆碳基材，又或是基材本身以SiC製造等等之物，拉引銷也同樣使用以SiC披覆碳基材，又或是基材本身以SiC製造之物。
但是，SiC係耐熱性、耐酸性優異，但是由於其硬度高，在使用SiC製的拉引銷的情況下，拉引銷5的前端部與矽 晶圓的背面接觸時，矽晶圓W背面會有接觸瑕疵或接觸痕跡發生之問題。在當前狀況下的高積集化裝置，為根據情況而希望盡可能地降低因矽晶圓W的背面與拉引銷5之接觸而對晶圓W背面的接觸瑕疵，提供表面瑕疵降低的磊晶矽晶圓成為必要。
本發明的目的，係為提出一種可降低對磊晶矽晶圓的背面的瑕疵發生，同時可降低對晶圓表面附著的塵粒的磊晶生長裝置、磊晶晶圓之製造方法以及磊晶生長裝置用拉引銷。
發明人思及，藉由拉引銷5的材質係以比SiC硬度更低的材質所構成，可降低對矽晶圓背面的瑕疵發生，同時藉由調整拉引銷的表面粗糙度，可降低塵粒的發塵，經由各種重複的實驗，獲得下述的智慧卓見。
首先，當以比基座4硬度更低的材質製作拉引銷5而進行磊晶生長處裡時，確認到對矽晶圓W的背面的接觸瑕疵的發生可大幅降低，但也確認到對晶圓表面的塵粒的附著量增加。
發明人對於晶圓表面附著塵粒的原因，推測是因基座4與拉引銷5之接觸而發生塵粒的原因，而使用與基座4接觸之區域的表面粗糙度盡可能小且平整性優秀的拉引銷5進行實驗。其結果，確認到對晶圓表面的塵粒的附著量降低之效果，但新確認到經常發生對晶圓表面的塵粒的附著量急遽增加的異常現象。
由於此塵粒的急遽增加係突發地發生，預測是在 磊晶生長處理中發生了什麼問題。為此，發明人對於磊晶生長處理中拉引銷5的升降動作是否正常進行而進行確認。具體而言，在腔室2開放的狀態下不使原料氣體流出，且在矽晶圓載置於室溫的基座4上的狀態下，重複進行驅動升降軸6以上下升降拉引銷5之操作，進行以目視確認拉引銷5的升降動作之實驗。
其結果，在使升降軸6下降且拉引銷5降至下方時，一部分的拉引銷卡合在支撐臂7b的貫通孔4h內，拉引銷5無法徹底下降，在這之後，確認到卡合被開放的拉引銷5迅速落下至下方的現象。
推斷在磊晶生長處理中，恐怕也有發生這種拉引銷5落下的異常動作，推測藉由此拉引銷5的下降現象，由拉引銷5與基座4的接觸所發生的粉塵飛揚至較基座4更上方處，使迂迴繞至矽晶圓W的表面上的塵粒量突發地提高。
因此，發明人對於抑制拉引銷5以及支撐臂7b的卡合且可抑制對晶圓表面的塵粒附著之方式進行精心的檢討的結果，發現並非將拉引銷5中移動於支撐臂7b的貫通孔7h內之部分的拉引銷的外表面的表面粗糙度變小，反而是將表面粗糙度變大才有效，而致使本發明完成。
本發明的構成要旨如下所述。(1)一種磊晶生長裝置，包括：基座，在腔室的內部，載置矽晶圓；支撐軸，自該基座的下方支撐，具有位於與該基座的中心同軸上的主柱，以及自該主柱以放射狀沿伸的支撐臂；以及拉引銷，插通設置於該基座的貫通孔以及設置於該支撐臂的貫通孔雙方，在垂直方 向上配設為自由移動，為使該拉引銷升降而使該矽晶圓自該基座上脫附的磊晶生長裝置。其特徵在於：該拉引銷的至少其表層域以較該基座之硬度更低的材料構成；通過該基座的貫通孔內的該拉引銷的直身部上部區域的表面粗糙度為0.1μm以上、0.3μm以下；且，通過該支撐臂的貫通孔的該拉引銷的直身部下部區域的表面粗糙度為1μm以上、10μm以下
(2)如前述(1)所述的磊晶生長裝置，其中該拉引銷的至少其表層域以玻璃碳構成，該基座至少其表層域以碳化矽(SiC)構成，該支撐臂以石英構成。
(3)如前述(1)或(2)所述的磊晶生長裝置，其中該拉引銷的下端部被圓形加工。
(4)一種磊晶晶圓之製造方法，其特徵在於：使用如前述(1)~(3)所述的磊晶生長裝置使矽晶圓上的磊晶膜生長。
(5)一種磊晶生長裝置用拉引銷，插通設於基座的貫通孔以及設於支撐該基座下部的支撐臂的貫通孔雙方，其中該基座設置於將矽晶圓上之磊晶層氣相生長的磊晶生長裝置內，為當該矽晶圓搬入該磊晶生長裝置內或是自該磊晶生長裝置內取出時，支撐該矽晶圓的背面並升降的拉引銷，其特徵在於：至少表層域以較該基座之硬度更低的材料所構成，且通過該基座的貫通孔內的該拉引銷的直身部下部區域的表面粗糙度，較通過該支撐臂的貫通孔內的該拉引銷的直身部上部區域的表面粗糙度更大。
(6)如前述(5)所述的磊晶生長裝置用拉引銷，其中該直身部上部區域的表面粗糙度為0.1μm以上、0.3μm以下， 且，通過該支撐臂的貫通孔的該拉引銷的直身部下部區域的表面粗糙度為1μm以上、10μm以下。
(7)如前述(6)所述的磊晶生長裝置用拉引銷，其中該拉引銷的至少表層域以玻璃碳構成。
(8)如前述(5)~(7)中任一項所述的磊晶生長裝置用拉引銷，其該拉引銷的下端部被圓形加工。
若依據本發明，可降低對磊晶矽晶圓背面的瑕疵發生，同時可降低對晶圓表面的塵粒之附著。
1、100‧‧‧磊晶生長裝置
2‧‧‧腔室
4‧‧‧基座
4h、7h、17h‧‧‧貫通孔
4s、17s‧‧‧壁面
4w‧‧‧擴徑部
5、15‧‧‧拉引銷
6‧‧‧升降軸
7‧‧‧支撐軸
7a、17a‧‧‧主柱
7b、17b‧‧‧支撐臂
11‧‧‧上部拱頂
12‧‧‧下部拱頂
13‧‧‧拱頂安裝體
14‧‧‧加熱燈
15‧‧‧拉引銷
15a‧‧‧直身部
15b‧‧‧頭部
15c‧‧‧直身部下部區域
15d‧‧‧直身部上部區域
31‧‧‧氣體供給口
32‧‧‧氣體排出口
W‧‧‧矽晶圓
第1圖係表示一般的磊晶生長裝置的圖。
第2圖係表示根據本發明之磊晶生長裝置的圖。
第3圖係表示根據本發明之磊晶生長裝置中之拉引銷的周邊區域的圖。
第4圖係表示通過支撐臂的貫通孔內的拉引銷之區域(直身部下部區域)的表面粗糙度與拉引銷的升降故障發生率之關係圖。
第5圖係表示通過基座的貫通孔內的拉引銷之區域(直身部上部區域)的表面粗糙度與每1片晶圓的平均LPD的個數之關係圖。
以下，參照圖式，針對本發明作詳細說明。
第2圖係表示依據本發明之磊晶生長裝置1。又，第3圖 係表示磊晶生長裝置1之拉引銷15的周邊區域。應注意的是，與第1圖相同的構成被附加上相同的符號，並省略說明。如第2與第3圖所示，依據本發明之磊晶生長裝置1，係具有以硬度較基座4更低的材料，也就是以較基座4更柔軟的材料所構成之拉引銷15，此拉引銷15係插通於基座4的貫通孔4h以及支撐臂17b的貫通孔17h，配置為在垂直方向上自由移動。
如第3圖所示，拉引銷15係具有棒狀的直身部15a，以及比該直身部15a以及貫通孔4h更大直徑的頭部15b，頭部15b構成為卡合於基座4的擴徑部4w。另外，拉引銷只要在棒狀的直身部的前端處具有直接支撐矽晶圓的頭部，則無須限定形狀，因此，並不限定於圖式中的形狀。
如上所述，拉引銷15係以硬度較基座4更低的材料，也就是以比基座4更柔軟的材料所構成。藉此，可大幅地降低對晶圓W內表面的接觸瑕疵之發生。具體而言，拉引銷15可使用玻璃碳、石墨、石英、氮化鋁、鎂橄欖石、堇青石、氧化釔、滑石等。尤其，玻璃碳在成型加工優異，高純度且耐熱性、耐酸性優異。另外，不必以上述材料構成拉引銷15整體，至少在其表層域以較基座4的表面材質更柔軟的材料構成即可。例如，可在碳化矽等硬度較高的基材的表面披覆上述材料以構成拉引銷15。
基座4以可承受在高純度且在高溫環境下使用的耐熱性以及耐酸性的觀點來看，以在碳基材的表面披覆碳化矽、基材本身為碳化矽製等方式構成為通例。
在本發明中，通過支撐臂17b的貫通孔17h內的拉 引銷15的直身部15a上的區域(以下稱作「直身部下部區域」)15c的表面粗糙度在1μm以上是非常重要的。如上所述，在拉引銷以較基座更柔軟的材料構成的情況下，當升降軸下降且拉引銷降至下方時，曾經發現有一部分的拉引銷卡合在支撐臂的貫通口內。
雖然其原因不是很清楚，但推測是拉引銷表層域的粗糙度較大的部分，對於支撐臂的貫通孔所劃分之壁面接觸面積減小的緣故，使得貫通孔內之滑動性提高之結果，而可抑制卡合之發生。
因此，於本發明中，使通過支撐臂17b的貫通孔17h內的拉引銷15的直身部下部區域15c的表面粗糙度為1μm以上。在此，在直身部下部區域15c在未滿1μm的情況下，會成為無法充分抑制上述卡合的發生。
又，通過上述支撐臂17b的貫通孔17h內的拉引銷15的直身部下部區域15c的表面粗糙度之上限，不限定於防止上述卡合發生之方面，以表面粗糙度的調整加工的容易性之觀點來看較佳為10μm以下。應注意的是，在本發明中，「表面粗糙度」係意指JIS B 0601(2001年)中所規定的算術平均粗糙度Ra。
如上述的拉引銷的表面粗糙度，可藉由機械加工等研磨處裡來進行調整。又，支撐臂17b的貫通孔17h內的壁面17s的表面粗糙度，係以一般的機械加工、蝕刻、焠火、噴砂等處理進行調整，大約將表面粗糙度調整在0.5μm以下
又，在本發明中，通過基座4的貫通孔4h內的拉引 銷15的直身部15a上的區域(以下稱作「直身部上部區域」)15d的表面粗糙度為0.1μm以上、0.3μm以下。在本發明中，由於拉引銷15以比基座4更柔軟的材料所構成，故藉由將通過基座4的貫通孔4h內的拉引銷15的直身部上部區域15d的表面粗糙度在0.3μm以下，可達到抑制上述發塵之效果。又，藉由表面粗糙度在0.1μm以上，可不增加加工成本且有效果地抑制發塵的發生。
需特別注意的是，拉引銷的頭部15b的下面部由於與基座4的貫通孔4h的擴徑部4w的表面接觸，頭部15b的下面部的表面粗糙度較佳為0.3μ以下。
如此，本發明之拉引銷15構成為：通過基座4的貫通孔4h內的直身部上部區域15d以及通過支撐臂15b的貫通孔15h內的直身部上部區域15c之間，具有相異的表面粗糙度，且相較於直身部上部區域15d的表面粗糙度，直身部下部區域15c的表面粗糙度較大。
需特別注意的是，關於劃分基座4的貫通孔4h之壁面4s的表面粗糙度較佳為0.1μm以上、0.3μm以下。藉此，可提高抑制發塵之效果。
又，拉引銷15的下端部較佳為被圓形加工。如上述般，拉引銷15構成為插通基座4的貫通孔4h以及支撐臂17b的貫通孔17h雙方，且可在上下方向移動。此時，拉引銷15與貫通孔4h以及17h之間，為了使拉引銷15在貫通孔4h以及17h內可平滑地移動，設有些許的間隙(餘隙)。
因此，在拉引銷15進行升降運動時，即使在拉引 銷15傾斜，使拉引銷15在進行升降運動時偏離軌道的情況下，由於對拉引銷15的下端部施以圓形加工而具有圓形，可回復拉引銷15的軌道，且可抑制因從軌道偏移而產生之拉引銷5與基座4之間的滑動所發生的粉塵。
於是，依據本發明，可降低對磊晶矽晶圓背面的瑕疵發生，同時可降低對晶圓表面的塵粒之附著。
【實施例】 <拉引銷的製作>。
製作了如表1所示之具有直身部上部區域以及直身部下部區域的表面粗糙度之8種程度的拉引銷(發明例1~4，比較例1~4)。此時，全部的拉引銷以玻璃碳製作。
<拉引銷升降故障動作確認實驗>
所製作之發明例1~4以及比較例1~4的各拉引銷，應用於如第2圖所示的磊晶生長裝置1，在基座上載置有矽晶圓W的狀態令拉引銷進行升降動作的情況下，進行確認動作是否發生故障的動作確認實驗。此動作確認實驗，係在將磊晶生長裝置1的上部拱頂11開放的室溫狀態下進行，以目視進行動作故障發生的確認。升降動作的次數為100次，以來回的動作做為1次而計數。
第4圖係表示直身部下部區域的表面粗糙度與拉引銷的升降故障發生率之間的關係。由第4圖可明顯看出，拉引銷的故障發生率隨著直身部下部區域的表面粗糙度增加而減少，且在表面粗糙度1μm以上的情況下拉引銷的升降動作並未發生故障。相對於此，在直身部下部區域的表面粗糙度未滿1μm的情況下，觀測到拉引銷的升降動作之故障。如此，明瞭到在直身部下部區域的表面粗糙度為1μm以上的情況下，可防止拉引銷的升降動作發生故障。
<磊晶晶圓製造實驗1>
發明例1與2，以及比較例1與2的各拉引銷應用於如第2圖所示的磊晶生長裝置1，以製造磊晶晶圓。在此，基座4係使用在碳基材的表面以SiC塗層之物。又，做為磊晶晶圓的基板，使用摻雜硼之直徑為300mm的矽晶圓W。
磊晶晶圓的製造，首先，將矽晶圓W導入至磊晶生長裝置1內，使用拉引銷15載置於基座4上。接著，在氫氣環境下以1150℃的溫度進行氫焙燒後，在1150℃中，在矽晶圓W的 表面上使矽磊晶膜生長4μm而得到磊晶矽晶圓。在此，使用三氯矽甲烷氣體作為原料來源氣體，又，使用乙硼烷氣體作為摻雜氣體，使用氫氣作為載體氣體。磊晶晶圓係對於各發明例與比較例分別製造50片。
<表面品質的評價>
關於所得到的磊晶晶圓，以形成於磊晶層的磊晶缺陷的數量進行評價。具體而言，使用表面缺陷檢查裝置(KLA-Tencor公司製：Surfscan SP-2)以DWO模式(Dark Field Wide Oblique模式：暗視野、寬、斜向入射模式)觀察評價磊晶層表面，調查尺寸(直徑)為0.25μm以上的光點缺陷(LPD；Light Point Defect)的發生狀況。此評價，係對於各製作50片的發明例1與2、以及比較例1與2的晶圓進行，求出每1片晶圓的LPD個數。其結果，關於直身部下部區域的表面粗糙度超過1μm的發明例1與2，沒確認到突發地LPD增加之發生，可推測認為是拉引銷的升降動作並未發生故障。關於此些發明例1與2，在製造的全部磊晶晶圓中，所觀測到的LPD個數為1個/wf以下。
相對於此，關於直身部下部區域的表面粗糙度未滿1μm的比較例1與2，確認到突發地LPD增加之發生，可推測認為是拉引銷的升降動作發生故障。關於此些比較例1與2，所觀測到的LPD個數為超過10個/wf的磊晶晶圓的片數在比較例1為2片，在比較例2為2片。
<磊晶晶圓製造實驗2>
與發明例1與2、比較例1與2同樣地，發明例3與4以 及比較例3與4的拉引銷，用於如第2圖所示的磊晶生長裝置1以製造磊晶晶圓。在此，製造條件與發明例1與2、以及比較例1與2的情況完全相同。
在上述磊晶晶圓之製造時，關於發明例3與4、以及比較例3與4的其中任一項，由於直身部的表面粗糙度為1μm以上，並未確認到突發地LPD增加之發生。第5圖係表示對於發明例1、3與4、以及比較例3與4，直身部上部區域的表面粗糙度與每1片晶圓的平均LPD的個數之間的關係。從第5圖可看出，拉引銷的直身部上部區域的粗糙度為0.3μm以下的發明例1(表面粗糙度：0.15μm)、發明例3(表面粗糙度：0.3μm)、與發明例4(表面粗糙度：0.3)，平均LPD的個數達到1個/wf以下，相對於此，關於拉引銷的直身部上部區域的粗糙度為超過0.3μm的比較例3(表面粗糙度：0.53μm)與比較例4(表面粗糙度：1μm)，平均LPD的個數無法達到1個/wf以下。
【產業上的利用可能性】
若依據本發明，由於可降低對磊晶矽晶圓背面的瑕疵發生，同時可降低對晶圓表面的塵粒之附著，係有效於半導體晶圓製造業中。
4‧‧‧基座
4h、17h‧‧‧貫通孔
4s、17s‧‧‧壁面
4w‧‧‧擴徑部
6‧‧‧升降軸
15‧‧‧拉引銷
15a‧‧‧直身部
15b‧‧‧頭部
15c‧‧‧直身部下部區域
15d‧‧‧直身部上部區域
17b‧‧‧支撐臂
W‧‧‧矽晶圓

Claims (8)

  1. 一種磊晶成長裝置，包括：基座，在腔室的內部，載置矽晶圓；支撐軸，自該基座的下方支撐，具有位於與該基座的中心同軸上的主柱，以及自該主柱以放射狀沿伸的支撐臂；以及拉引銷，插通設置於該基座的貫通孔以及設置於該支撐臂的貫通孔雙方，在垂直方向上配設為自由移動；為使該拉引銷升降而使該矽晶圓自該基座上脫附的磊晶生長裝置；其特徵在於：該拉引銷的至少其表層域以較該基座之硬度更低的材料構成；通過該基座的貫通孔內的該拉引銷的直身部上部區域的表面粗糙度為0.1μm以上、0.3μm以下，且，通過該支撐臂的貫通孔的該拉引銷的直身部下部區域的表面粗糙度為1μm以上、10μm以下。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的磊晶成長裝置，其中該拉引銷的至少其表層域以玻璃碳構成，該基座至少其表層域以碳化矽(SiC)構成，該支撐臂以石英構成。
  3. 如申請專利範圍第1或2項所述的磊晶成長裝置，其中該拉引銷的下端部被圓形加工。
  4. 一種磊晶晶圓之製造方法，其特徵在於：使用如申請專利範圍第1至3項中任一項的磊晶生長裝置使矽晶圓上的磊晶 膜生長。
  5. 一種磊晶生長裝置用拉引銷，插通設於基座的貫通孔以及設於支撐該基座下部的支撐臂的貫通孔雙方，其中該基座設置於將矽晶圓上之磊晶層氣相生長的磊晶生長裝置內，為當該矽晶圓搬入該磊晶生長裝置內或是自該磊晶生長裝置內取出時，支撐該矽晶圓的背面並升降的拉引銷，其特徵在於：至少表層域以較該基座之硬度更低的材料所構成，且通過該基座的貫通孔內的該拉引銷的直身部下部區域的表面粗糙度，較通過該支撐臂的貫通孔內的該拉引銷的直身部上部區域的表面粗糙度更大。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之磊晶生長裝置用拉引銷，其中該直身部上部區域的表面粗糙度為0.1μm以上、0.3μm以下，且，通過該支撐臂的貫通孔的該拉引銷的直身部上部區域的表面粗糙度為1μm以上、10μm以下。
  7. 如申請專利範圍第5或6項所述之磊晶生長裝置用拉引銷，其中該拉引銷的至少表層域以玻璃碳構成。
  8. 如申請專利範圍第5項所述之磊晶生長裝置用拉引銷，其該拉引銷的下端部被圓形加工。
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