TWI706446B - 磊晶成長裝置及使用此裝置的半導體磊晶晶圓的製造方法 - Google Patents

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Abstract

提供可以改善磊晶層形成時的膜厚均勻性控制的堅固性的磊晶成長裝置。

根據本發明的磊晶成長裝置100，包括基座(susceptor)20，裝載半導體晶圓W；第1氣體供給部150，對半導體晶圓W的上表面供給第1處理氣體G1；第2氣體供給部170，供給第2處理氣體G2，用以控制半導體晶圓W的周邊部中的第1處理氣體G1的氣流；其特徵在於：同時供給第1以及第2處理氣體G1、G2時的第2處理氣體G2的氣流的主流路F流入基座20上，而且裝設第2氣體供給部，使上述主流路與半導體晶圓W的周邊隔離。

Description

磊晶成長裝置及使用此裝置的半導體磊晶晶圓的製造方法
本發明，係關於磊晶成長裝置及使用此裝置的半導體磊晶晶圓的製造方法。
磊晶晶圓，係在半導體晶圓的表面上氣相成長磊晶膜。例如，更要求結晶的完全性的情況下或需要不同電阻率的多層構造的情況下等，矽晶圓上氣相成長單結晶矽薄膜(磊晶成長)製造磊晶矽晶圓。
磊晶晶圓的製造中，例如使用枚葉式(single wafer processing(單一晶圓處理))磊晶成長裝置。在此，關於一般的枚葉式磊晶成長裝置，參照第1圖說明。如第1圖所示，磊晶成長裝置900，具有包含上部圓頂11、下部圓頂12以及圓頂安裝體13的密室10，上述密室10畫分磊晶膜形成室。又，以基座為邊界畫分圓頂安裝體13為上部襯墊17以及下部襯墊18。密室10中，在其側面對向位置的上部襯墊17側設置反應氣體供給口15A以及反應氣體排出口16A，分別進行反應氣體GP 的供給及排出。又，密室10的側面對向位置的下部襯墊18側設置大氣氣體供給口15B以及大氣氣體排出口16B，分別進行大氣氣體GA 的供給及排出，用以保持密室內下部圓頂12的部分在氫大氣中。
又，密室10內，配置裝載半導體晶圓W的基座20。基座20，從下方以基座支持軸30支持。基座支持軸30，以手臂的前端3個支持桿(未圖示)吻合支持基座20的下面外周部。又，基座20中形成3個貫通孔(本文，未圖示1個)，基座支持軸30的手臂中也各形成1個貫通孔。這些手臂的貫通孔以及基座的貫通孔中，插通升降頂桿(LIFT PIN)40A、40B、40C(但是，升降頂桿40B由於配置關係，在第1圖的模式剖面圖未圖示)。又，升降頂桿40的下端部以升降軸50支持。支持密室10內搬入的半導體晶圓W、裝載至此半導體晶圓W的基座20上、以及搬出氣相磊晶成長後的磊晶晶圓至密室10外之際，藉由升降升降軸50，升降頂桿40邊轉動手臂的貫通孔以及基座的貫通孔滑動邊升降，以其上端部進行半導體晶圓W的升降。利用此枚葉式磊晶成長裝置900形成磊晶層EP時，旋轉基座20的同時，使基座20裝載的半導體晶圓W的上表面接觸反應氣體GP。又，所謂反應氣體GP，意味載子氣體內混合來源氣體的氣體。作為磊晶層EP形成矽磊晶層時，來源氣體使用三氯矽烷氣體等的矽來源氣體。又，基座20的側面，一般以3mm左右的間隙介於其間，以Pre-heat ring(預熱環)60覆蓋。
Pre-heat ring60也稱作預熱環或預加熱環，反應氣體GP流入磊晶膜形成室，反應氣體GP與半導體晶圓W接觸前，預熱環60預熱基座20以及反應氣體GP，提高成膜前以及成膜中的半導體晶圓W的熱均勻性，提高磊晶膜的均勻性。
關於反應氣體排出口16A以及大氣氣體排出口16B側的反應氣體GP以及大氣氣體GA的氣流，參照第2圖說明。如第2圖所示，反應氣體GP主要往反應氣體排出口16A側流動，大氣氣體GA主要往大氣氣體排出口16B側流動，經由基座20與預熱環60之間的間隙g，反應氣體GP的一部分能夠往大氣氣體排出口16B側沉入，相反地，大氣氣體GA能夠將那一部分吹上氣體排出口16A側。但是，大氣氣體GA與反應氣體GP不同，基本上不打算往半導體晶圓W的上表面方向供給。
在此，專利文件1中揭示氣體注入裝置，在磊晶成長裝置中，包括噴出口第1組，對於1個平面狀表面以1個角度供給附加第1處理氣體的角度的注入；以及噴出口第2組，接近上述噴出口第1組，實質上沿著上述平面狀表面供給加壓第2處理氣體的層流；上述平面狀表面，對上述噴出口第2組垂直擴大。
根據專利文件1，由於使用這樣的2種噴出口，磊晶層成膜時使用的處理氣體間的流動發生相互作用，欲改善磊晶層的厚度以及組成上的不均勻性或此兩方。 [先行技術文件] [專利文件]
[專利文件1]特表第2015-534283號公報
發明者們，利用第3圖所示的磊晶成長裝置800，期待可以良好控制半導體晶圓W上形成磊晶層EP時的膜厚均勻性，嘗試實驗。在此，磊晶成長裝置800，具有第1氣體供給部15，包括放出包含反應氣體GP 的第1處理氣體G1之第1放出口15A，對半導體晶圓W的上表面供給第1處理氣體G1；以及第2氣體供給部70，包括放出控制半導體晶圓W的周邊部中的第1處理氣體G1氣流的第2處理氣體G2之第2放出口70A，往半導體晶圓W的上表面方向供給第2處理氣體G2。於是，如第3圖所示，俯視半導體晶圓W的話，第1處理氣體G1與第2處理氣體G2的供給方向垂直交叉。
使用磊晶成長裝置800的話，因為第1處理氣體G1均勻流入晶圓周邊部，期待可以改善磊晶層EP的膜厚均勻性。但是，實際上形成磊晶層EP時，如之後詳述的第7B圖，確認有時產生稱作「凸塊(bump)」的晶圓周邊部中的隆起(捲起再滾下)。為了求出磊晶周邊部(晶圓邊緣部)的膜厚以單調減少或單調增加改變，不能容許如此的凸塊形成。
又，確認如此的凸塊形成，也受到基座20的旋轉數、第1處理氣體G1在晶圓中央部以及周邊部的供給比率很大的影響。因此，本發明者們理解使用第2處理氣體G2之際，需要改善磊晶層形成時的膜厚均勻性控制的堅固性作為新的課題。
於是，本發明，提供可以改善磊晶層形成時的膜厚均勻性控制的堅固性的磊晶成長裝置。又，本發明，目的在於提供使用此磊晶成長裝置的半導體磊晶晶圓的製造方法。
本發明者們，為了解決上述各個課題專心研討。磊晶成長中，藉由旋轉基座20，也旋轉其裝載的半導體晶圓W，噴塗第1處理氣體G1至半導體晶圓W的上表面。因此，隨著基座20以及半導體晶圓W的旋轉，第1處理氣體G1及第2處理氣體G2的氣流也改變，認為那是干擾的主因之一。再探討後，如第3圖模式顯示，基座20上在旋轉方向中，第2處理氣體G2與反應氣體排出口16A之間，形成第1處理氣體G1的濃度局部變高的區域，發現那能夠成為形成上述凸塊的原因。
於是，使用第2處理氣體G2時，為了均勻化半導體晶圓W上表面的濃度分布，本發明者構思藉由適當化第2處理氣體G2的氣流方向，控制第1處理氣體G1的氣流。於是，本發明者發現藉由使用適當化第2處理氣體G2的氣流方向之磊晶成長裝置，可以解決上述課題，達到完成本發明。
即，本發明的主旨構成與以下相同。 (1) 一種磊晶成長裝置，在半導體晶圓的表面上氣相磊晶成長磊晶層， 其特徵在於具有：密室；基座，在上述密室的內部裝載上述半導體晶圓；第1氣體供給部，包括第1氣體放出口，放出包含用以氣相磊晶成長上述磊晶層的反應氣體之第1處理氣體，對上述半導體晶圓的上表面供給上述第1處理氣體；第2氣體供給部，包括第2氣體放出口，放出控制上述半導體晶圓的周邊部中的上述第1處理氣體的氣流之第2處理氣體，往上述半導體晶圓的上表面方向供給上述第2處理氣體；同時供給上述第1以及第2處理氣體時的上述第2處理氣體的氣流的主流路流入上述基座上，而且裝設上述第2氣體供給部，使上述主流路與上述半導體晶圓的周邊隔離。
(2)上述(1)所記載的磊晶成長裝置，在對向上述第1氣體放出口的位置具有排出上述第1處理氣體的排出口；上述基座的旋轉方向中，配置上述第2氣體放出口在上述第1氣體放出口與上述排出口之間的旋轉方向上流。
(3)上述(2)所記載的磊晶成長裝置，其中，上述第2氣體放出口，配置在上述基座的旋轉方向中的上述第1處理氣體的上流側。
(4)上述(2)或(3)所記載的磊晶成長裝置，其中，從上述第1氣體放出口對向上述排出口的第1方向與從上述第2氣體放出口放出上述第2處理氣體的放出方向形成的角度是銳角。
(5)上述(4)所記載的磊晶成長裝置，其中，上述第1方向與上述放出方向形成的角度是從40度到80度的範圍。
(6)上述(1)~(5)中任一項所記載的磊晶成長裝置，其中，上述第1處理氣體包含來源氣體以及載子氣體，上述第2處理氣體由上述載子氣體形成。
(7)上述(1)~(6)中任一項所記載的磊晶成長裝置，上述半導體晶圓的周邊與上述第2處理氣體的上述主流路之間的最短距離在5mm(毫米)以上40mm以下。
(8) 一種半導體磊晶晶圓的製造方法，包含上述(1)～(7)中任一項所記載的磊晶成長裝置的上述基座上裝載半導體晶圓之步驟；以及同時供給上述第1處理氣體以及上述第2處理氣體，在上述半導體晶圓的表面上氣相磊晶成長磊晶層之步驟。
根據本發明，提供可以改善磊晶層形成時的膜厚均勻性控制的堅固性之磊晶成長裝置。又，根據本發明，可以提供使用此磊晶成長裝置的半導體磊晶晶圓的製造方法。
以下，參照圖面，說明關於根據本發明的磊晶成長裝置100。又，圖中的各構成的縱橫比，在說明的方便上誇張圖示，與實際不同。又，為了簡化說明，對各構成使用適當方塊圖。又，參照第1圖，關於與已述的一般磊晶成長裝置900重複的構成，使用相同的符號。
(磊晶成長裝置) 根據本發明的一實施形態的磊晶成長裝置100，係在半導體晶圓W的表面上氣相磊晶成長磊晶層EP，可以用於製造半導體磊晶晶圓EW之磊晶成長裝置。參照第1及4圖，說明此磊晶成長裝置100。
根據本實施形態的磊晶成長裝置100，包含密室10、密室10的內部裝載半導體晶圓W的基座20、對上述半導體晶圓的上表面供給第1處理氣體G1的第1氣體供給部150、以及往半導體晶圓W的上表面方向供給第2處理氣體G2的第2氣體供給部170。在此，第1氣體供給部150，包括第1氣體放出口150A，放出包含用以氣相磊晶成長磊晶層EP的反應氣體之第1處理氣體G1。又，第2氣體供給部170，包括第2氣體放出口170A，放出控制半導體晶圓W的周邊部中的第1處理氣體G1氣流之第2處理氣體G2。又，第4圖中，對向第1氣體放出口150A的位置上，圖示排出第1處理氣體G1的排出口160。
說明的方便上，定義從排出口160朝向第1氣體供給部150，兩者對向的方向為x軸，與上述y軸直交，而且定義第2氣體供給部170側的方向為y軸。並且，以半導體晶圓W的厚度方向為z方向(以形成磊晶層EP側為z軸的正方向)。又，定義半導體晶圓W的中心位置為此x、y、z空間的原點。又，定義y軸與第2氣體放出口170A的中心位置形成的角為θ1 。又，定義從第1氣體放出口150A朝向排出口160的第1方向(即，x軸的負方向)與從第2氣體放出口170A放出第2處理氣體G2的放出方向形成的角度為角度θ2 。
那麼，第1處理氣體G1包含反應氣體，利用上述反應氣體在半導體晶圓W的表面上形成磊晶層EP。因此，對半導體晶圓W的上表面供給第1處理氣體G1。本說明書中，所謂反應氣體，意味載子氣體中混合來源氣體的氣體。另一方面，因為第2處理氣體G2控制第1處理氣體G1氣流，不必直接接觸半導體晶圓W的上表面，供給第2處理氣體G2。藉由往半導體晶圓W的上表面方向供給第2處理氣體G2，第2處理氣體G2將會控制第1處理氣體G1的流動。
在此，根據本實施形態的磊晶成長裝置100中，同時供給第1及第2處理氣體G1、G2時的第2處理氣體G2氣流的主流路F流入基座20上，而且裝設第2氣體供給部170，使上述主流路F與半導體晶圓W的周邊W0 隔離。
參照第4及5A、5B圖，說明關於第2處理氣體G2氣流的主流路F。第5A圖，模式記載以本實施形態的磊晶成長裝置100，邊旋轉基座20，邊流動第1處理氣體G1及第2處理氣體G2時的第2處理氣體的主流路F。在此所說的第2處理氣體G2氣流的主流路F，係指第2處理氣體的擴散速度成為最大的流動方向。第5B圖，在第5A圖的構成中，顯示同時流動第1處理氣體G1及第2處理氣體G2時的來源氣體(具體而言三氯矽烷)的質量濃度分布的一例。第5B圖中的濃色部指示來源氣體的質量濃度相對低(因此，第2處理氣體G2的質量濃度相對高)的區域，淡色部指示來源氣體的質量濃度相對高(因此，第2處理氣體G2的質量濃度相對低)的區域。擴散速度成為最大的流動方向與第4、5A圖所示的主流路F一致。
因為第2處理氣體G2的主流路F與半導體晶圓W的周邊W0 隔離，可以比較均勻擴散半導體晶圓W的周邊部中的第1處理氣體G1的質量濃度。因此，可以抑制形成磊晶層EP時的上述凸塊的形成，又，對於基座的旋轉數等的干擾主因，也可以改善磊晶層形成時的膜厚均勻性控制的堅固性。
又，為了將第2處理氣體G2的主流路F與半導體晶圓W的周邊W0 隔離，只要適當調整放出第2處理氣體G2的第2氣體放出口170A的位置以及放出方向(也可以說噴嘴)即可。又，主流路F是否與半導體晶圓W的周邊W0 隔離，例如可以根據有限體積法的數值解析判別。如此數值解析，例如利用市售的通用熱流體解析軟體，至少設定第1處理氣體G1的流量、放出起點以及放出方向、第2處理氣體G2的流量、放出起點以及放出方向、基座20的旋轉方向以及旋轉數、密室空間、晶圓表面溫度作為參數，只要動態數值解析第1處理氣體G1或第2處理氣體G2的擴散即可。
為了更確實得到本發明效果，如第4圖所示，基座20的旋轉方向中，最好配置第2氣體放出口170A在第1氣體放出口150A與排出口160之間的旋轉方向上流(即，-90度＜θ1 ＜90度)。又，為了此目的，最好配置第2氣體放出口170A在基座20的旋轉方向中的第1處理氣體G1的上流側(即，x軸方向，0度＜θ1 ＜90度)，形成2度＜θ1 ＜15度又更理想。作為θ1 的適當例，可以例示8度～12度的範圍。此時，最好配置第2氣體放出口170A從半導體晶圓W的中心(即，密室10的中心)往第1處理氣體G1的上流側(x軸方向)錯開既定距離L配置，作為此既定距離L，對半導體晶圓W的半徑R，可以是1/10～1/3左右。於是，對應往第1處理氣體G1的上流側將第2氣體放出口170A的位置錯開的距離L，只要適當調整第2氣體放出口170A的方向即可。具體說明的話，導體晶圓的半徑例如150mm(直徑300mm)時，只要往第1處理氣體G1的上流側將第2氣體放出口170A的位置錯開15mm～50mm左右即可。又，關於往y方向錯開的距離，如果配置在密室的圓周上，只要決定x方向上錯開的距離L，就可以對應距離L決定。
又，為了得到上述的主流路F，從第1氣體放出口150A朝向排出口160的第1方向與從第2氣體放出口170A放出第2處理氣體放出的放出方向形成的角度θ2為銳角的話，更確實，尤其，第1方向與上述放出方向形成的角度θ2在40度~80度的範圍內的話，更確實，45度~55度的範圍內的話，又更確實。又，為了此目的，上述θ1越大，或距離L越大，越縮小角度θ2的話，更確實。
又，為了確實得到本發明的效果，使半導體晶圓W的周邊W0與第2處理氣體G2的主流路F之間的最短距離l0超過0mm以上40mm以下，又，最好是5mm以上。最短距離l0在此範圍的話，可以確實控制第1處理氣體G1的半導體晶圓周邊部中的氣流，使來源氣體的濃度分布合理化。又，所謂周邊W0與主流路F之間的最短距離l0，意味不同2曲線間的最短距離。
又，上述第2氣體放出口170A的裝設位置不過是適合的形態，第2處理氣體G2氣流的主流路F流入基座20上，且只要上述主流路F與半導體晶圓W的周邊W0隔離，不限定第2氣體放出口170A的裝設位置。又，第2氣體放出口170A的裝設位置與基座的關係，只要設置第2氣體放出口170A的裝設位置使氣流的主流路F流入基座上即可，例如，設置為從與基座的水平位置同等或比基座高的位置流入基座上也可以，相反也沒關係。
又，根據本實施形態的磊晶成長裝置中，最好使用矽晶圓作為半導體晶圓W，在矽晶圓上成膜的磊晶層最好是矽磊晶層。但是，根據本實施形態的磊晶成長裝置也可應用於化合物半導體晶圓等，也可以應用於異磊晶成長。
在此，第1處理氣體G1作為反應氣體包含來源氣體以及載子氣體，而且，此時，第2處理氣體G2，最好由載子氣體形成。以矽晶圓中形成矽磊晶層的情況為例說明時，作為來源氣體可以使用二氯矽烷或三氯矽烷等的矽源，作為載子氣體可以使用氫。第2處理氣體與第1處理氣體的載子氣體同類的話，在不影響磊晶成長時的反應方面是理想的。但是，利用本實施例的第1及第2處理氣體G1、G2不限定於這些，只要根據半導體晶圓W的基板類及磊晶層材料，適當選擇即可。又，第1處理氣體G1及第2處理氣體G2中任一方，或兩方，包含摻雜劑氣體也可以。如果是矽晶圓中形成矽磊晶層的情況，可以使用包含硼、磷、砷的化合物氣體。
又，為了得到前述的主流路F，第1處理氣體G1的氣流量與第2處理氣體G2的氣流量之比，最好設定在8:1～13:1的範圍內。又，在此所說的氣流量，包含複數種不同氣體時，指合計量中的氣流量。即，第1處理氣體G1包含來源氣體及氫氣時，只要使用這些合計的氣流量算出上述比即可。
以下，雖然說明可應用於本實施形態的磊晶成長裝置的各構成的具體形態，但本發明毫不限定於這些具體形態。
＜密室＞ 如第1圖所示，密室10，包含上部圓頂11、下部圓頂12及圓頂安裝體13，此密室10畫分磊晶膜形成室。密室10中，一般在上部襯墊17側的側面對向的位置設置反應氣體供給口15A以及反應氣體排出口16A，進行反應氣體GP 的供給及排出。又，密室10中，一般在下部襯墊18側的側面交叉的位置設置大氣氣體供給口15B以及大氣氣體排出口16B，進行大氣氣體GA 的供給及排出。第1圖中為了簡化，同一剖面中圖示反應氣體GP 及大氣氣體GA 的供給口及排出口，如同第1圖，也可能設置供給口使反應氣體GP 及大氣氣體GA 並行。又，圓頂安裝體13，與基座及晶圓同樣圓形，設置第2噴嘴。圓頂安裝體13，在處理30mm的晶圓的磊晶裝置中，直徑大約420～470mm。
＜基座＞ 基座20，係在密室10的內部裝載半導體晶圓W的圓盤狀的構件。基座20，一般具有往周方向以120度等間隔並往鉛直方向貫通表背面的3個貫通孔。這些貫通孔中，分別插通升降頂桿(LIFT PIN)40A、40B、40C。基座20，厚度大概2～8mm左右，可以使用以carbon graphite(黑鉛)作為母材，其表面塗布碳化矽(SiC：Vickers(維氏硬度)2, 346kgf/mm2 )。基座20的表面上，形成容納裝載半導體晶圓W的鑽錐坑(counter sinking)部(未圖示)。
＜基座支持軸＞ 基座支持軸30，在密室10內從下方支持基座20，其支柱配置為與基座20的中心大致在同軸上。
＜升降頂桿＞ 升降頂桿(LIFT PIN)40A、40B、40C，分別插通基座20的貫通孔。升降頂桿40A、40B、40C，以升降軸50，經由往上下方向升降，可以在升降頂桿的上端部邊支持半導體晶圓W(半徑50%以上的背面部區域)，邊在基座20上裝卸半導體晶圓W。後述關於升降頂桿的動作。升降頂桿40A、40B、40C的材料中，與基座20相同，一般使用黑鉛及/或碳化矽。
＜升降軸＞ 升降軸50，畫分容納基座支持軸30的主柱之中空，在支柱的前端部分別支持升降頂桿的下端部。升降軸50最好以石英構成。升降軸，藉由沿著基座支持軸30的主柱上下移動，可以升降升降頂桿40A、40B、40C。
＜預熱環＞ 預熱環60，以間隙介於其間覆蓋基座20的側面。以未圖示的鹵素燈照射的光加熱，反應氣體GP 流入磊晶膜形成室，在反應氣體GP 與半導體晶圓W接觸前，預熱環60預熱反應氣體GP 。預熱環60，同時也進行基座20的預熱。以此方式，預熱環60提高成膜前以及成膜中的基座20以及半導體晶圓W的熱均勻性。預熱環60也與基座20相同，可以使用以黑鉛作為母材，其表面塗布碳化矽(SiC：Vickers(維氏硬度)2, 346kgf/mm2 )。
＜加熱燈＞ 加熱燈，配置在密室10的上側區域以及下側區域，一般，使用升降溫度快且溫度控制性優異的鹵素燈或紅外線燈。
又，最好使用氫氣作為導入密室內的大氣氣體。不是供給大氣氣體至半導體晶圓W的上表面，與前述相同。
(半導體磊晶晶圓的製造方法)
又，根據本發明的一實施形態的半導體磊晶晶圓的製造方法，包含上述磊晶成長裝置的上述基座上裝載半導體晶圓之步驟；以及同時供給上述第1處理氣體以及上述第2處理氣體，在上述半導體晶圓的表面上氣相磊晶成長磊晶層之步驟。根據此製造方法，可以改善磊晶層形成時的膜厚均勻性控制的堅固性。
又，半導體晶圓W的表面上形成磊晶層之際的成長條件可以是一般的。如果是矽晶圓中形成矽磊晶層的情況，例如，以氫作為載子氣體，二氯矽烷、三氯矽烷等的來源氣體作為第1處理氣體導入磊晶成長爐內，根據使用的來源氣體成長溫度也不同，在大概1000~1200℃溫度範圍的溫度中以CVD法在半導體晶圓上可以磊晶成長。關於第2處理氣體，與上述相同，最好使用氫。又，形成的磊晶層EP層厚度可以在1~15μm的範圍內。
[實施例]
其次，為了使本發明效果更明確，舉出以下的實施例，但本發明毫不受限於以下實施例。
(實施例1)
使用第4圖所示的磊晶成長裝置，數值解析矽晶圓表面上形成矽磊晶層時的第2處理氣體G2的主流路F以及形成的磊晶層的膜厚分布。設置第2處理氣體G2的供給口170A在上流側L：40mm的位置，角度θ1為10度，角度θ2為50度。
又，本實施例1中，導入三氯矽烷(TCS)以及氫氣作為第1處理氣體G1，導入氫氣作為第2處理氣體G2。第1處理氣體G1的合計流量為84slm(H2：75slm,TCS：9slm)，第2處理氣體G2的合計流量為7slm。又，基座旋轉數為70rpm、基座上的晶圓溫度為1130℃。
第1處理氣體的質量濃度分布的數值解析中，計算TCS的質量濃度分布，作為參數，設定第1處理氣體G1的流量、放出起點位置及放出方向、第2處理氣體G2的流量、放出起點位置及放出方向、基座20的旋轉方向及旋轉數、密室空間、晶圓表面溫度及爐內壓力(常壓)。於是，根據得到的質量濃度分布求出主流路F。又，磊晶成長處理的數值解析，使用TCS作為矽來源，求出磊晶成長速度分布。
第6A圖中，圖示根據數值解析結果的主流路F。如第6A圖所示，主流路F平常與矽晶圓的周邊W0 隔離。上述數值解析中，最短距離l0 是25mm。此時得到的磊晶層的晶圓周邊部中的膜厚分布的計算結果顯示於第7A圖。根據第7A圖，可以確認只有磊晶膜厚捲起。
(比較例1) 第3圖的構成，即，為了使第2處理氣體G2的供給口170A的方向朝向晶圓中心，使第1處理氣體G1的上流側的移動距離為0(零)以外，與實施例1相同，數值解析主流路F以及形成的磊晶層的膜厚分布。
根據比較例1的結果，與實施例1相同，顯示於第6B、7B圖。根據第6B圖，比較例1中可以確認主流路F流入半導體晶圓W。於是，根據第7B圖，可以確認形成稱作凸塊的晶圓圓周部中的磊晶層隆起(捲起後，滾下)。
又，實施例1以及比較例1中，使條件1為基座旋轉數70rpm、第1處理氣體的分配比5：1(條件1)，即使在基座旋轉數32rpm、第1處理氣體的分配比1：1(條件2)的情況下也進行數值解析。又，分別在條件1、2中，第2處理氣體的流量為3slm、5slm、7slm時在徑方向140mm及148mm的位置間的磊晶層膜厚差分別顯示於第8A(實施例1)圖、第8B(比較例1)圖。
根據第8A、8B圖，比較例1中，隨著第2處理氣體的氫氣流量增加，磊晶晶圓的外周膜厚的響應性不是單調增加，確認雜訊影響大。相對於此，實施例1中，隨著第2處理氣體的氫氣流量增加，因為可以確認磊晶晶圓的外周膜厚的響應性單調增加，雜訊影響小，確認可以改善堅固性。 [產業上的利用可能性]
根據本發明，可以提供可以改善磊晶層形成時的膜厚均勻性控制的堅固性之磊晶成長裝置。
10‧‧‧密室； 11‧‧‧上部圓頂； 12‧‧‧下部圓頂； 13‧‧‧圓頂安裝體； 15A‧‧‧反應氣體供給口； 15B‧‧‧大氣氣體供給口； 16A‧‧‧反應氣體排出口； 16B‧‧‧大氣氣體排出口； 17‧‧‧上部襯墊； 18‧‧‧下部襯墊； 20‧‧‧基座； 30‧‧‧基座支持軸； 40‧‧‧升降頂桿； 40A、40B、40C‧‧‧升降頂桿(LIFT PIN)； 50‧‧‧升降軸； 60‧‧‧預熱環； 70A‧‧‧第2放出口； 100‧‧‧磊晶成長裝置； 150‧‧‧第1氣體供給部； 150A‧‧‧第1氣體放出口； 160‧‧‧排出口； 170‧‧‧第2氣體供給部； 170A‧‧‧第2氣體放出口； 800‧‧‧磊晶成長裝置； 900‧‧‧磊晶成長裝置； EP‧‧‧磊晶層； EW‧‧‧半導體磊晶晶圓； F‧‧‧主流路； GA‧‧‧大氣氣體； GP‧‧‧反應氣體； W‧‧‧半導體晶圓； W0‧‧‧半導體晶圓W的周邊； G1‧‧‧第1處理氣體； G2‧‧‧第2處理氣體； GA‧‧‧大氣氣體； GP‧‧‧反應氣體。
[第1圖]係根據習知技術的磊晶成長裝置的模式剖面圖； [第2圖]係說明磊晶成長裝置在氣體排出口近旁的氣流之模式剖面圖； [第3圖]係包含本發明者們探討的第2處理氣體之磊晶成長裝置的模式平面圖； [第4圖]係根據本發明的一實施形態的磊晶成長裝置的模式平面圖； [第5A圖]係顯示第2處理氣體的主流路F的模式圖； [第5B圖]係第2處理氣體控制的來源氣體的質量濃度分佈的一例； [第6A圖]係顯示實施例1中的第1處理氣體的質量濃度分布圖； [第6B圖]係顯示比較例1中的第1處理氣體的質量濃度分布圖； [第7A圖]係顯示實施例1中形成的磊晶層的周邊部中的膜厚分布圖； [第7B圖]係顯示比較例1中形成的磊晶層的周邊部中的膜厚分布圖； [第8A圖]係顯示改變成長條件時實施例1中的第2處理氣體的氣流量與晶圓周邊部中的膜厚差之間的關係圖；以及 [第8B圖]係顯示改變成長條件時比較例1中的第2處理氣體的氣流量與晶圓周邊部中的膜厚差之間的關係圖。
20‧‧‧基座
100‧‧‧磊晶成長裝置
150‧‧‧第1氣體供給部
150A‧‧‧第1氣體放出口
160‧‧‧排出口
170‧‧‧第2氣體供給部
170A‧‧‧第2氣體放出口
F‧‧‧主流路
W‧‧‧半導體晶圓
W0‧‧‧半導體晶圓W的周邊
G1‧‧‧第1處理氣體
G2‧‧‧第2處理氣體

Claims (11)

  1. 一種磊晶成長裝置，在半導體晶圓的表面上氣相磊晶成長磊晶層，其特徵在於具有：密室；基座，在上述密室的內部裝載上述半導體晶圓；第1氣體供給部，包括第1氣體放出口，放出包含用以氣相磊晶成長上述磊晶層的反應氣體之第1處理氣體，對上述半導體晶圓的上表面供給上述第1處理氣體；第2氣體供給部，包括第2氣體放出口，放出控制上述半導體晶圓的周邊部中的上述第1處理氣體的氣流之第2處理氣體，往上述半導體晶圓的上表面方向供給上述第2處理氣體；同時供給上述第1以及第2處理氣體時的上述第2處理氣體的氣流的主流路流入上述基座上，而且裝設上述第2氣體供給部，使上述主流路與上述半導體晶圓的周邊隔離。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的磊晶成長裝置，其中，上述磊晶成長裝置，在對向上述第1氣體放出口的位置具有排出上述第1處理氣體的排出口；上述基座的旋轉方向中，配置上述第2氣體放出口在上述第1氣體放出口與上述排出口之間的旋轉方向上流。
  3. 如申請專利範圍第2項所述的磊晶成長裝置，其中，上述第2氣體放出口，配置在上述基座的旋轉方向中的上述第1處理氣體的上流側。
  4. 如申請專利範圍第2項所述的磊晶成長裝置，其中，從上述第1氣體放出口對向上述排出口的第1方向與從上述第2氣體放出口放出上述第2處 理氣體的放出方向形成的角度是銳角。
  5. 如申請專利範圍第3項所述的磊晶成長裝置，其中，從上述第1氣體放出口對向上述排出口的第1方向與從上述第2氣體放出口放出上述第2處理氣體的放出方向形成的角度是銳角。
  6. 如申請專利範圍第4項所述的磊晶成長裝置，其中，上述第1方向與上述放出方向形成的角度是從40度到80度的範圍。
  7. 如申請專利範圍第5項所述的磊晶成長裝置，其中，上述第1方向與上述放出方向形成的角度是從40度到80度的範圍。
  8. 如申請專利範圍第1至7項中任一項所述的磊晶成長裝置，其中，上述第1處理氣體包含來源氣體以及載子氣體，上述第2處理氣體由上述載子氣體形成。
  9. 如申請專利範圍第1至7項中任一項所述的磊晶成長裝置，其中，上述半導體晶圓的周邊與上述第2處理氣體的上述主流路之間的最短距離在5mm(毫米)以上40mm以下。
  10. 如申請專利範圍第8項所述的磊晶成長裝置，其中，上述半導體晶圓的周邊與上述第2處理氣體的上述主流路之間的最短距離在5mm(毫米)以上40mm以下。
  11. 一種半導體磊晶晶圓的製造方法，包括：在申請專利範圍第1至10項中任一項所述的磊晶成長裝置的上述基座上裝載半導體晶圓之步驟；以及同時供給上述第1處理氣體以及上述第2處理氣體，在上述半導體晶圓的表面上氣相磊晶成長磊晶層之步驟。
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Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111455458B (zh) * 2019-09-18 2021-11-16 北京北方华创微电子装备有限公司 外延装置及应用于外延装置的进气结构
CN112133669B (zh) * 2020-09-01 2024-03-26 北京北方华创微电子装备有限公司 半导体腔室及半导体设备
EP4074861A1 (de) 2021-04-13 2022-10-19 Siltronic AG Verfahren zum herstellen von halbleiterscheiben mit aus der gasphase abgeschiedener epitaktischer schicht in einer abscheidekammer

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20040144323A1 (en) * 2002-07-29 2004-07-29 Komatsu Denshi Kinzoku Kabushiki Kaisha Epitaxial wafer production apparatus and susceptor structure
WO2009078124A1 (ja) * 2007-12-14 2009-06-25 Shin-Etsu Handotai Co., Ltd. エピタキシャル成長方法
US20120025271A1 (en) * 2009-04-06 2012-02-02 Sumitomo Chemical Company, Limited Semiconductor wafer, method of producing semiconductor wafer, method of judging quality of semiconductor wafer, and electronic device
WO2017043282A1 (ja) * 2015-09-11 2017-03-16 昭和電工株式会社 ＳｉＣエピタキシャルウェハの製造方法及びＳｉＣエピタキシャルウェハの製造装置

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2848755B2 (ja) * 1993-02-26 1999-01-20 日立造船株式会社 プラズマｃｖｄ装置
US6902622B2 (en) * 2001-04-12 2005-06-07 Mattson Technology, Inc. Systems and methods for epitaxially depositing films on a semiconductor substrate
US7879250B2 (en) * 2007-09-05 2011-02-01 Applied Materials, Inc. Method of processing a workpiece in a plasma reactor with independent wafer edge process gas injection
JP5602903B2 (ja) * 2013-03-14 2014-10-08 アプライド マテリアルズ インコーポレイテッド エピタキシャル成長による成膜方法、および、エピタキシャル成長装置
JP6097681B2 (ja) * 2013-12-24 2017-03-15 昭和電工株式会社 ＳｉＣエピタキシャルウェハの製造装置およびＳｉＣエピタキシャルウェハの製造方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20040144323A1 (en) * 2002-07-29 2004-07-29 Komatsu Denshi Kinzoku Kabushiki Kaisha Epitaxial wafer production apparatus and susceptor structure
WO2009078124A1 (ja) * 2007-12-14 2009-06-25 Shin-Etsu Handotai Co., Ltd. エピタキシャル成長方法
US20100251958A1 (en) * 2007-12-14 2010-10-07 Shin-Etsu Handotai Co., Ltd. Epitaxial growth method
US20120025271A1 (en) * 2009-04-06 2012-02-02 Sumitomo Chemical Company, Limited Semiconductor wafer, method of producing semiconductor wafer, method of judging quality of semiconductor wafer, and electronic device
WO2017043282A1 (ja) * 2015-09-11 2017-03-16 昭和電工株式会社 ＳｉＣエピタキシャルウェハの製造方法及びＳｉＣエピタキシャルウェハの製造装置

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