TWI751019B - 磊晶晶圓的製造系統及磊晶晶圓的製造方法 - Google Patents

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Abstract

提供磊晶晶圓的製造系統，高精度控制來源氣體供給時間及摻雜氣體流量，能夠降低磊晶膜的厚度及電阻率對規格中心的離散。 根據本發明的磊晶晶圓的製造系統(1000)的運算部(600)，當補正來源氣體供給時間及摻雜氣體流量時，除了基於磊晶膜的厚度測量值及電阻率測量值分別和目標厚度範圍及目標電阻率範圍的比較結果之補正，還實行考慮上部燈(20A)及下部燈(20B)的合計輸出值變動的補正。

Description

磊晶晶圓的製造系統及磊晶晶圓的製造方法
本發明，係有關於包含在晶圓表面上生長磊晶膜，製造磊晶晶圓的枚葉式磊晶生長裝置之磊晶晶圓的製造系統及使用上述製造系統之磊晶晶圓的製造方法。
發展高性能化．高機能化的半導體電子學的分野中，磊晶晶圓的品質，給予製品元件品質很大的影響。所謂磊晶晶圓，係在半導體晶圓表面上，氣相生長磊晶膜形成，仿照半導體晶圓表面上規則的原子排列，形成結晶軸一致的高品質磊晶膜。
以往，此磊晶晶圓的製造中，使用對於複數半導體晶圓可以同時進行磊晶成長的批量處理方式之磊晶生長裝置。但是，此批量處理方式的磊晶成長裝置，難以對應半導體晶圓的大口徑化。因此，近年來，如專利文獻1所記載，對於單一半導體晶圓一般使用個別進行磊晶生長的枚葉式磊晶生長裝置。
利用枚葉式磊晶生長裝置的磊晶晶圓製造中，磊晶膜的厚度，在盡量控制來源氣體的濃度及流量為一定後，一般透過調整來源氣體供給時間(磊晶生長時間)控制，磊晶膜的電阻膜抵抗率，盡量控制摻雜氣體濃度為一定後，一般透過調整摻雜氣體流量控制。
[先行技術文獻]
[專利文獻]
[專利文獻1]國際公開第2011/033752號
成為製品的磊晶晶圓(以下，稱作「製品用磊晶晶圓」)中，磊晶膜的厚度及電阻率必須在規格規定的目標厚度範圍及目標電阻率範圍內。作為決定用以製造滿足如此規格的磊晶晶圓的來源氣體供給時間以及摻雜氣體流量的方法，一般，在既定的來源氣體供給時間及摻雜氣體流量條件下，使不能成為製品的晶圓(以下，本說明書中，稱作「監控晶圓(monitor wafer)」。)生長磊晶膜製作測量用磊晶晶圓，之後，測量上述磊晶膜的厚度及電阻率，可以透過比較此測量值與規格規定的目標厚度範圍及目標電阻率範圍(規格資料)來實行。
例如，目標厚度範圍是3.90~4.10μm(微米)(規格中心：4.00μm)時，控制來源氣體的濃度及流量為一定，以某來源氣體供給時間t1使監控晶圓生長的磊晶膜厚度是4.02μm時，因為形成比規格中心厚0.5%的磊晶膜，下次以後的製品用磊晶晶圓的製造，使來源氣體供給時間t2減少t1的0.5%，可以實行為t2=t1×0.995。
同樣地，目標電阻率範圍是9.0~11.0Ω．cm(規格中心：10.0Ω．cm)時，控制摻雜氣體濃度為一定，以某摻雜氣體流量D1使監控晶圓生長的磊晶膜電阻率是10.1Ω．cm時，因為形成比規格中心電阻率更高1%的磊晶膜，下次以後的製品用磊晶晶圓的製造，使摻雜氣體流量D2增加D1的1%，可以實行為D2=D1×1.01。
於是，每製造一定數(例如200枚)的製品用磊晶晶圓，使監控晶圓生長磊晶膜製造測量用磊晶晶圓，根據上述磊晶膜的厚度及電阻率的測量結果，考慮決定應用於下次的一定數(例如200枚)製品用磊晶晶圓製造之來源氣體供給時間及摻雜氣體流量的方法(以下，稱作「比較例方法」)。這樣，基於使監控晶圓生長的磊晶膜的厚度及電阻率的測量結果，根據決定下次之後的製品用磊晶晶圓製造中來源氣體供給時間及摻雜氣體流量的比較例方法，考慮可以製造具有接近規格中心的厚度及電阻率之磊晶膜的磊晶晶圓。
但是，根據本發明者的研討，此比較例方法，以同一磊晶生長裝置連續製造多數磊晶晶圓時，弄清無法充分抑制磊晶膜的厚度及電阻率對規格中心之離散。尤其，隨著同一磊晶生長裝置中的磊晶晶圓製造數變多，弄清磊晶膜的厚度及電阻率對規格中心之離散慢慢變大。
還有，上述比較例方法(i)測量使監控晶圓生長的磊晶膜的厚度及電阻率；(ii)根據上述測量結果決定下次之後的來源氣體供給時間及摻雜氣體流量；以及(iii)對磊晶生長裝置，設定決定的來源氣體供給時間及摻雜氣體流量；其中任一項操作者都會實行。即，一直以來，用以自動應用來源氣體供給時間及摻雜氣體流量的決定方法(補正方法)於磊晶生長裝置之製造系統不存在。
有鑑於上述課題，本發明的目的在於提供磊晶晶圓的製造系統及製造方法，高精度控制來源氣體供給時間及摻雜氣體流量，能夠降低磊晶膜的厚度及電阻率對規格中心的離散。
為了解決上述課題，本發明者專心進行研究，得到以下的見解。即，本發明者，在上述比較例方法中，隨著同一磊晶生長裝置中的磊晶晶圓製造數變多，磊晶膜的厚度及電阻率對規格中心之離散慢慢變大的原因，考慮或許是磊晶生長裝置的密室內壁上多晶矽膜慢慢堆積的現象(以下，本說明書中稱作「壁上沈積(wall deposition)」。)影響。隨著壁上沈積進行，難以從位於密室外的燈傳導熱至密室內的晶圓，因為變得難以加熱晶圓，磊晶生長速度有變慢的傾向。在那情況下，以同一來源氣體供給時間形成的磊晶膜厚度，隨著製造數增加慢慢變薄。又，隨著磊晶生長速度變慢，因為每單位時間取入磊晶膜內的摻雜量增加，以同一摻雜流量形成的磊晶膜的電阻率，隨著製造數增加慢慢變低。於是，上述比較例方法中，不能適時反映伴隨這樣的壁上沈積進行之磊晶生長速度減少的影響。
本發明者，研討來源氣體供給時間及摻雜氣體流量的補正方法，可以適時反映伴隨壁上沈積進行之磊晶生長速度減少的影響。於是，壁上沈積的進行，與燈輸出值變動有關聯，即，詳細的機制之後敘述，但明白隨著壁上沈積進行，燈輸出有下降的傾向。於是，本發明者，每補正來源氣體供給時間及摻雜氣體流量，除了基於如上述比較例方法之磊晶膜的厚度測量值及電阻率測量值分別與目標厚度範圍及目標電阻率範圍比較的結果之補正，還實行考慮燈輸出值變動的補正，藉此發現可以降低磊晶膜的厚度及電阻率對規格中心的離散。於是，開發能夠自動實行這樣的來源氣體供給時間及摻雜氣體流量的決定(補正)之系統。
根據上述見解完成的本發明主旨構成如下。 [1]磊晶晶圓的製造系統(1000)，其特徵在於： 具有： 枚葉式磊晶生長裝置(100)，在晶圓(W)表面上形成磊晶膜，製造磊晶晶圓； 厚度測量裝置(200)及電阻率測量裝置(300)； 記憶部(400, 500)；以及 運算部(600)； 其中，上述枚葉式磊晶生長裝置(100)，具有： 密室(10)； 基座(12)，位於上述密室(10)內，裝載上述晶圓(W)； 氣體供給口(16)，設置在上述密室(10)中，對上述密室(10)內供給來源氣體及摻雜氣體； 上部燈(20A)及下部燈(20B)，分別位於上述密室(10)的上方及下方，加熱上述基座(12)上的晶圓(W)； 上部高溫計(22A)及下部高溫計(22B)，分別位於上述密室(10)的上方及下方，分別檢出上述晶圓(W)的表面溫度及上述基座(12)的背面溫度； 來源氣體調整部(24)，調整經由上述氣體供給口(16)往上述密室(10)內的上述來源氣體的供給時間； 摻雜氣體調整部(26)，調整經由上述氣體供給口(16)往上述密室(10)內的上述摻雜氣體流量；以及 控制部(28)，根據上述上部高溫計(22A)及上述下部高溫計(22B)的檢出溫度，一邊控制上述上部燈(20A)及上述下部燈(20B)的輸出值，一邊實行輸出其合計輸出值至上述記憶部(400)的燈輸出控制以及上述來源氣體調整部(24)及上述摻雜氣體調整部(26)的控制； 上述厚度測量裝置(200)以及上述電阻率測量裝置(300)，分別測量以上述枚葉式磊晶生長裝置(100)製造的上述磊晶晶圓中的上述磊晶膜的厚度及電阻率，之後輸出其厚度測量值及電阻率測量值至上述記憶部(400)； 上述記憶部(400, 500)，記憶： 應用於上述枚葉式磊晶生長裝置(100)的既定來源氣體供給時間及既定摻雜氣體流量； 作為規格資料的目標厚度範圍及目標電阻率範圍； 上述厚度測量裝置(200)輸出的上述厚度測量值以及上述電阻率測量裝置(300)輸出的上述電阻率測量值；以及 上述控制部(28)輸出的上述上部燈(20A)或上述下部燈(20B)的合計輸出值； 上述運算部(600)，根據從上述記憶部(400, 500)讀出的上述既定來源氣體供給時間及上述既定摻雜氣體流量、上述目標厚度範圍及上述目標電阻率範圍、上述厚度測量值及上述電阻率測量值、以及上述上部燈(20A)及上述下部燈(20B)的合計輸出值，補正上述既定來源氣體供給時間及上述既定摻雜氣體流量，決定補正來源氣體供給時間及補正摻雜氣體流量，輸出至上述控制部(28)及上述記憶部(400)； 上述控制部(28)，藉由實行上述來源氣體調整部(24)及上述摻雜氣體調整部(26)的控制，實現上述運算部(600)決定的上述補正來源氣體供給時間及上述補正摻雜氣體流量。
[2]上述[1]中記載的磊晶晶圓的製造系統(1000)，其中，上述運算部(600)，從上述記憶部(400)讀出的上述上部燈(20A)及上述下部燈(20B)的合計輸出值下降變動時，加長補正上述既定來源氣體供給時間，決定上述補正來源氣體供給時間。
[3]上述[1]或[2]中記載的磊晶晶圓的製造系統(1000)，其中，上述運算部(600)，從上述記憶部(400)讀出的上述上部燈(20A)及上述下部燈(20B)的合計輸出值下降變動時，減少補正上述既定摻雜氣體流量，決定上述補正摻雜氣體流量。
[4]磊晶晶圓的製造方法，其特徵在於：使用上述[1]〜[3]中任一項記載的磊晶晶圓的製造系統(1000)，依序製造複數枚磊晶晶圓。
根據本發明的磊晶晶圓的製造系統及製造方法，高精度控制來源氣體供給時間及摻雜氣體流量，可以降低磊晶膜的厚度及電阻率對規格中心的離散。
[磊晶晶圓的製造系統] 參照圖1，本發明一實施形態的磊晶晶圓的製造系統(1000)，具有枚葉式磊晶生長裝置(100)、厚度測量裝置(200)、電阻率測量裝置(300)、主記憶部(400)、規格資料記憶部(500)、以及運算部(600)。以下，詳細說明關於各構成。
(枚葉式磊晶生長裝置) 參照圖2，枚葉式磊晶生長裝置(100)，具有密室(10)、基座(12)、基座支撐軸(14)、氣體供給口(16)、氣體排氣口(18)、上部燈(20A)、下部燈(20B)、上部高溫計(22A)、及下部高溫計(22B)。還有，枚葉式磊晶生長裝置(100)，作為標記為方塊圖的構成，也參照圖1，具有來源氣體調整部(24)、摻雜氣體調整部(26)及控制部(28)。以下，說明關於各構成。
密室(10)，包含上部圓頂(11A)、下部圓頂(11B)、以及用以安裝這些的圓頂安裝體，此密室(10)畫分磊晶膜形成室。上部圓頂(11A)及下部圓頂(11B)，理想是以石英構成。石英的耐熱性優異，因為受到紅外燈照射也不易透過，可以謀求晶圓(W)的均勻加熱。
基座(12)，位於密室(10)內，係裝載晶圓(W)的圓盤狀構件。基座(12)可以使用以碳石墨(黑鉛)為母材，其表面以碳化矽塗佈的構件。基座(12)的表面上，形成收納裝載晶圓的座坑部(未圖示)。
基座支撐軸(14)，在密室(10)內從下方支撐基座(12)，其支柱配置在與基座(12)的中心大致同軸上。基座支撐軸(14)，理想是以石英構成，尤其理想是以合成石英構成。
設置至少1個氣體供給口(16)在密室(10)中，經由此氣體供給口(16)，對密室(10)內供給來源氣體、載體氣體、以及摻雜氣體。作為來源氣體，例如可以舉出三氯矽烷(SiHCl 3)氣體、二氯矽烷(SiH 2Cl 2)氣體等，作為載體氣體，例如可以舉出氫(H 2)，作為摻雜氣體，例如可以舉出乙硼烷(B 2H 6)、磷化氫(PH 3)等。至少1個氣體排氣口(18)設置在密室(10)中，經由此氣體排氣口(18)，排出密室(10)內的氣體。
上部燈(20A)及下部燈(20B)，分別位於密室(10)的上方及下方，加熱基座(12)上的晶圓(W)。作為上部燈(20A)及下部燈(20B)，一般理想是使用升降溫速度快且溫度控制性優異的鹵素燈或紅外燈。
上部高溫計(22A)及下部高溫計(22B)，分別位於密室(10)的上方及下方，分別檢出晶圓(W)的表面溫度及基座(12)的背面溫度。
來源氣體調整部(24)，係調整經由氣體供給口(16)往密室(10)內的來源氣體供給時間(磊晶生長時間)之機構，具體地，由大流量控制器(Mass flow controller)構成。每次磊晶生長中，以大流量控制器(Mass flow controller)控制一定濃度的來源氣體的流量為一定的同時，對密室(10)內供給來源氣體。於是，如圖1所示，作為來源氣體調整部(24)的大流量控制器(Mass flow controller)，控制設置在大流量控制器前後的氣體操作閥之開閉動作，以實現之後敘述的控制部(28)指定的來源氣體供給時間。
摻雜氣體調整部(26)，係調整經由氣體供給口(16)往密室(10)內的摻雜氣體流量之機構，具體地，由大流量控制器(Mass flow controller)構成。每次磊晶生長中，供給一定濃度的摻雜氣體至密室(10)內。於是，如圖1所示，作為摻雜氣體調整部(26)的大流量控制器(Mass flow controller)，控制流量設定，以實現之後敘述的控制部(28)指定的摻雜氣體流量。
控制部(28)，可以由磊晶生長裝置(100)中設置的中央演算處理裝置(CPU)實現，控制磊晶生長裝置(100)的處理全體。尤其，控制部(28)，根據上部高溫計(22A)或下部高溫計(22B)的檢出溫度，一邊控制上部燈(20A)及下部燈(20B)的輸出值，一邊實行輸出其合計輸出值至上述記憶部(400)的燈輸出控制以及來源氣體調整部(24)及摻雜氣體調整部(26)的控制。
首先，說明關於燈輸出控制。如圖1所示，控制部(28)，根據上部高溫計(22A)的檢出溫度，控制上部燈(20A)及下部燈(20B)的輸出值。具體地，控制部(28)，PID控制上部燈(20A)及下部燈(20B)的輸出值，使上部高溫計(22A)的檢出溫度成為既定值(例如1130℃)。或者，控制部(28)，根據下部高溫計(22B)的檢出溫度，也可以控制上部燈(20A)及下部燈(20B)的輸出值。具體地，控制部(28)，PID控制上部燈(20A)及下部燈(20B)的輸出值，使下部高溫計(22B)的檢出溫度成為既定值(例如1130℃)。
於是，控制部(28)，經由界面部(800)，輸出控制的上部燈(20A)及下部燈(20B)的合計輸出值至之後敘述的主記憶部(400)。即，磊晶生長的過程中，經常讀取上部燈(20A)及下部燈(20B)的合計輸出值，作為經時資料記憶在主記憶部(400)中。
其次，說明關於來源氣體調整部(24)及摻雜氣體調整部(26)的控制。控制部(28)，控制來源氣體調整部(24)及摻雜氣體調整部(26)，以實現之後敘述的運算部600指定的來源氣體供給時間及摻雜氣體流量。
具有以上構成的枚葉式磊晶生長裝置(100)，在晶圓(W)表面上形成磊晶膜，製造磊晶晶圓。具體地，枚葉式磊晶生長裝置(100)內的基座(12)上裝載晶圓(W)後，點亮上部燈(20A)及下部燈(20B)，加熱晶圓(W)。同時一邊從氣體排氣口(18)實行排氣，一邊從氣體供給口(16)導入載體氣體及摻雜氣體。於是，沿著加熱至既定溫度的晶圓(W)表面，來源氣體、載體氣體及摻雜氣體以層流狀態流動，在晶圓(W)上生長磊晶膜。
(厚度測量裝置) 參照圖1，厚度測量裝置(200)，測量枚葉式磊晶生長裝置(100)製造的磊晶晶圓中的磊晶膜厚度。作為厚度測量裝置(200)，例如可以使用Nanometrics公司製：QS－3300系列等的FT－IR方式的膜厚測量器。厚度測量值的資料，輸出至之後敘述的主記憶部(400)，記憶在主記憶部(400)內。
(電阻率測量裝置) 參照圖1，電阻率測量裝置(300)，測量枚葉式磊晶生長裝置(100)製造的磊晶晶圓中的磊晶膜電阻率。作為電阻率測量裝置(300)，例如可以使用日本Seminar股份有限公司製：MCV－2200/2500等的CV法的電阻率測量裝置。電阻率測量值的資料，輸出至之後敘述的主記憶部(400)，記憶在主記憶部(400)內。
(主記憶部) 參照圖1，主記憶部(400)，以經由界面部(800)與磊晶生長裝置(100)連接的的外部記憶裝置(資料伺服器)構成。主記憶部(400)中，記憶以下的資訊。 (i)　應用於枚葉式磊晶生長裝置(100)的既定來源氣體供給時間t1及既定摻雜氣體流量D1 (ii)　從厚度測量裝置(200)輸出的厚度測量值以及從電阻率測量裝置(300)輸出的電阻率測量值 (iii)　從控制部(28)輸出的上部燈(20A)及下部燈(20B)的合計輸出值
(規格資料記憶部) 參照圖1，規格資料記憶部(500)，以一般的外部記憶裝置構成，記憶作為(iv)規格資料的目標厚度範圍及目標電阻率範圍。例如，目標厚度範圍是3.90〜4.10μm(規格中心：4.00μm)，而且目標電阻率範圍是9.0〜11.0Ω．cm(規格中心：10.0Ω．cm)時，這些規格資料記憶在規格資料記憶部(500)中。
圖1中，顯示以不同形式的外部記憶裝置構成記憶(i)、(ii)及(iii)的資訊之主記憶部(400)以及記憶(iv)的資訊之規格資料記憶部(500)之例，但本發明不限定於此，構成單一外部記憶裝置記憶(i)〜(iv)的資訊之記憶部也可以，(i)〜(iv)的資訊分別記憶在不同的記憶裝置中也可以。
(運算部) 運算部(600)，可以以磊晶晶圓的製造系統(1000)中設置的中央運算處理裝置(CPU)實現。運算部(600)，根據從主記憶部(400)讀出的資訊(i)〜(iii)以及從記憶部(500)讀出的資訊(iv)，補正既定來源氣體供給時間t1及既定摻雜氣體流量D1，決定補正來源氣體供給時間t2及補正摻雜氣體流量D2。
運算部(600)，經由界面部(700)，輸出決定的補正來源氣體供給時間t2及補正摻雜氣體流量D2至控制部(28)。控制部(28)，接收此輸出，控制來源氣體調整部(24)及摻雜氣體調整部(26)，以實現決定的補正來源氣體供給時間t2及補正摻雜氣體流量D2。
又，運算部(600)，也輸出決定的補正來源氣體供給時間t2及補正摻雜氣體流量D2至主記憶部(400)，記憶t2及D2作為新的既定來源氣體供給時間及既定摻雜氣體流量，即資訊(i)。
[磊晶晶圓的製造方法] 圖1之外，也參照圖3，說明使用磊晶晶圓製造系統(1000)的磊晶晶圓製造方法。
(步驟S1) 步驟S1中，以第1磊晶生長條件(既定來源氣體供給時間t1及既定摻雜氣體流量D1)，實行磊晶晶圓的製造。具體地，運算部(600)，從主記憶部(400)讀出既定來源氣體供給時間t1及既定摻雜氣體流量D1的資訊，經由界面部(700)輸出至控制部(28)。控制部(28)，控制來源氣體調整部(24)及摻雜氣體調整部(26)，實現t1及D1。
在此，t1及D1的決定方法不特別限定，例如，在既定的來源氣體供給時間t0及摻雜氣體流量D0的條件下，使監控晶圓生長磊晶膜，之後，測量上述磊晶膜的厚度及電阻率，可以藉由比較此測量值與規格中心的厚度及電阻率來實行。
例如，目標厚度範圍是3.90~4.10μm(規格中心：4.00μm)時，控制來源氣體的濃度及流量為一定，因為以來源氣體供給時間t0使監控晶圓生長的磊晶膜厚度是4.02μm時，形成比規格中心更厚0.5%的磊晶膜，來源氣體供給時間t1比t0更減少0.5%，可以成為t1=t0×0.995。
同樣地，目標電阻率範圍是9.0~11.0Ω．cm(規格中心：10.0Ω．cm)時，控制摻雜氣體濃度為一定，因為以摻雜氣體流量D0使監控晶圓生長的磊晶膜電阻率是10.1Ω．cm時，形成比規格中心更高1%電阻率的磊晶膜，使摻雜氣體流量D1比D0增加1%，可以成為D1=D0×1.01。
此步驟S1中，製造例如25枚/批量×8批量=200枚等複數製品用磊晶晶圓，之後，可以製造使用1枚監控晶圓的測量用磊晶晶圓。
又，如同已述，每次磊晶生長過程中，經常讀取上部燈(20A)及下部燈(20B)的合計輸出值，作為經時資料記憶在主記憶部(400)中。
(步驟S2)
步驟S2中，運算部(600)，從主記憶部(400)讀出第1磊晶生長條件(既定來源氣體供給時間t1及摻雜氣體流量D1)。還有，運算部(600)，從規格資料記憶部(500)讀出目標厚度範圍3.90~4.10(規格中心tec：4.00μm)而且目標電阻率範圍是9.0 ~11.0Ω．cm(規格中心ρ ec：10.0Ω．cm)等規格資料。
(步驟S3)
步驟S3中，關於以第1磊晶生長條件製造的測量用磊晶晶圓，以厚度測量裝置(200)測量磊晶膜厚度，以電阻率測量裝置(300)測量磊晶膜電阻率。在此得到的厚度測量值te1及電阻率測量值ρ e1，記憶在主記憶部(400)中。又，作為厚度測量值te1及電阻率測量值ρ e1，理想是採用晶圓面內複數點的測量值平均值。例如，晶圓半徑為R，可以採用離晶圓中心同一距離(例如，R/2)的複數點(例如4~8點)中的測量值平均值。
於是，運算部(600)，從主記憶部(400)取得磊晶膜的厚度測量值te1及電阻率測量值ρ e1。
(步驟S4)
步驟S4中，運算部(600)，從主記憶部(400)讀出上部燈(20A)及下部燈(20B)的合計輸出值。如同已述，步驟S1中進行的複數次磊晶生長中，經常讀取上部燈(20A)及下部燈(20B)的合計輸出值，作為經時資料記憶在燈輸出記憶部中。因此，例如，每次磊晶生長中的上下燈合計輸出值平均值，讀出關於全部次數的磊晶生長。藉此，運算部(600)，可以掌握步驟S1中實行複數枚磊晶晶圓製造的過程中的上下燈合計輸出值變動。
又，不限定於步驟S2、S3、S4的順序。
(步驟S5)
接著，步驟S5中，運算部(600)，根據從主記憶部(400)讀出的資訊(i)應用於枚葉式磊晶生長裝置(100)的既定來源氣體供給時間t1及既定摻雜氣體流量D1、資訊(ii)從厚度測量裝置(200)輸出的厚度測量值以及從電阻率測量裝置(300)輸出的電阻率測量值、資訊(iii)從控制部(28)輸出的上部燈(20A)及下部燈(20B)的合計輸出值、以及從規格資料記憶部(500)讀出的資訊(iv)作為規格資料的目標厚度範圍及目標電阻率範圍，補正既定來源氣體供給時間t1及既定摻雜氣體流量D1，決定補正來源氣體供給時間t2及補正摻雜氣體流量D2。
以下，說明作為第2磊晶生長條件的補正來源氣體供給時間t2及補正摻雜氣體流量D2的具體決定方法。補正來源氣體供給時間t2及補正摻雜氣體流量D2，對於作為第1磊晶生長條件的既定來源氣體供給時間t1及既定摻雜氣體流量D1，可以藉由乘以以下說明的第1補正及第2補正的既定補正係數得到。
＜第1補正＞ 第1補正，與已述的比較方法相同，可以透過將測量用磊晶晶圓中的厚度測量值te1及電阻率測量值ρe1分別與規格資料中的目標厚度的規格中心tec及目標電阻率的規格中心ρec比較來實行。
厚度測量值te1比規格中心tec更厚時，為了縮短來源氣體供給時間，必須是比1小的補正係數，厚度測量值te1比規格中心tec更薄時，為了加長來源氣體供給時間，必須是比1大的補正係數。因此，作為補正係數，可以採用tec/te1、{1+(tec－te1)/tec}。
電阻率測量值ρe1比規格中心ρec更高時，為了增多摻雜氣體流量，必須是比1大的補正係數，電阻率測量值ρe1比規格中心ρec更低時，為了減少摻雜氣體流量，必須是比1小的補正係數。因此，作為補正係數，可以採用ρe1/ρec。
＜第2補正＞ 第2補正，係考慮從主記憶部(400)讀出的上部燈(20A)及下部燈(20B)的合計輸出值之補正。步驟S1中，在實行複數枚磊晶晶圓製造的過程中，壁上沈積慢慢進行。伴隨此，來自位於密室(10)外方的上部燈(20A)及下部燈(20B)的熱難以傳導至密室內的晶圓(W)，因為晶圓(W)變得難以加熱，磊晶生長速度有變慢的傾向。
在那情況下，以同一磊晶時間形成的磊晶膜厚度，隨著製造數增加慢慢變薄。因此，隨著壁上沈積進行，必須加長補正來源氣體供給時間。還有，隨著磊晶生長速度變慢，因為每單位時間取入磊晶膜內的摻雜量增加，以同一摻雜量形成的磊晶膜電阻率，隨著製造數增加慢慢變低。因此，隨著壁上沈積進行，必須減少補正摻雜氣體流量。
本發明者，發現可以根據上部燈(20A)及下部燈(20B)的合計輸出值變動實行這樣的補正。即，本發明者，明白伴隨壁上沈積的進行上部燈(20A)及下部燈(20B)的合計輸出值有下降傾向。推測這是根據以下的機制產生。壁上沈積進行時，因為從附著至上部圓頂(11A)內壁的多晶矽產生放射，上部高溫計(22A)檢出比晶圓(W)表面的實際溫度稍高的溫度。於是，控制部(28)，要使上部高溫計(22A)的檢出溫度接近既定值(例如1130℃)，往降低方向PID控制上部燈(20A)及下部燈(20B)的輸出值。結果，變得難以加熱晶圓(W)。還有，如同已述，壁上沈積進行時，來自上部燈(20A)及下部燈(20B)的熱變得難以傳導至密室內的晶圓(W)，那也成為變得難以加熱晶圓(W)的原因。因此，步驟S1中實行複數枚磊晶晶圓製造的過程中，隨著上下燈的合計輸出值下降，壁上沈積進行，可以掌握磊晶生長速度變慢。還有，因為下部圓頂(11B)的內壁上也多少發生壁上沈積，根據下部高溫計(22B)的檢出溫度，在控制上部燈(20A)及下部燈(20B)的輸出值的情況下，同樣也產生上下燈的合計輸出值變動。
於是，本實施形態中，運算部(600)，當從主記憶部(400)讀出的上部燈(20A)及下部燈(20B)的合計輸出值降低變動時，加長補正來源氣體供給時間，並減少補正摻雜氣體流量。
補正係數的決定方法，只要是反映上下燈的合計輸出值變動的方法，就不特別限定，例如，可以如下決定。即，關於步驟S1中製造的最後批量(例如第8批量)的25枚，從主記憶部(400)讀出各磊晶生長時的上下燈的合計輸出值平均值，假設其平均為W1。還有，關於步驟S1中製造的最後批量前1個批量(例如第7批量)的25枚，從主記憶部(400)讀出各磊晶生長時上下燈的合計輸出值平均值，假設其平均為W2。此時，根據W1對W2的減少量，決定補正係數。例如，W1比W2更減少1%時，加長補正來源氣體供給時間1%，減少補正摻雜氣體流量1%。即，作為對於來源氣體供給時間的補正係數，可以採用W2/W1、{1+(W2－W1)/W2}。作為對於摻雜氣體流量的補正係數，可以採用W1/W2。
＜補正式的例＞ 如同上述，可以舉出以下所示作為具體的補正式。
關於磊晶生長時間， t1：既定來源氣體供給時間 t2：補正來源氣體供給時間 tec：目標厚度範圍的規格中心 te1：測量用磊晶晶圓的磊晶膜厚度測量值 W1：根據最後批量的25枚的上下燈合計輸出值平均值 W2：根據最後批量前1個批量的25枚的上下燈合計輸出值平均值， 可以舉出 t2=t1×(tec/te1)×(W2/W1) t2=t1×{1+(tec－te1)/tec}×{1+(W2－W1)/W2}等作為補正式。
關於摻雜氣體流量， D1：既定摻雜氣體流量 D2：補正摻雜氣體流量 ρec：目標電阻率範圍的規格中心 ρe1：測量用磊晶晶圓的磊晶膜電阻測量值 W1：根據最後批量的25枚的上下燈合計輸出值平均值 W2：根據最後批量前1個批量的25枚的上下燈合計輸出值平均值， 可以舉出D2=D1×(ρe1/ρec) × (W1/W2)等作為補正式。
運算部(600)，輸出如上決定的第2磊晶生長條件(補正來源氣體供給時間t2以及摻雜氣體流量D2)至控制部(28)及記憶部(400)。
(步驟S6) 步驟S6中，控制部(28)控制來源氣體調整部(24)及摻雜氣體調整部(26)，以運算部(600)新決定的第2磊晶生長條件，實行磊晶晶圓的製造。此步驟S6中，例如，製造25枚/批量×8批量=200枚等複數枚的製品用磊晶晶圓，之後，可以製造使用1枚監控晶圓的測量用磊晶晶圓。
(步驟S7) 之後，回到步驟S2，重複實行上述中說明的磊晶條件的補正(步驟S2〜S5)以及補正後的磊晶條件下的磊晶晶圓製造(步驟S6)也可以。不重複實行步驟S2〜S6時，結束磊晶晶圓的製造。
根據以上說明的本發明一實施形態的磊晶晶圓的製造系統(1000)以及使用此系統的磊晶晶圓的製造方法，考慮燈輸出值變動，藉由補正來源氣體供給時間及摻雜氣體流量，可以適時反映伴隨壁上沈積進行之磊晶生長速度現象的影響。因此，可以降低磊晶膜的厚度及電阻率對規格中心的離散。
又，上述中，顯示補正來源氣體供給時間及摻雜氣體流量兩方，控制磊晶膜的厚度及電阻率兩方的例，但本發明不限於此，補正來源氣體供給時間及摻雜氣體流量中一方，控制磊晶膜的厚度及電阻率中一方也沒關係。
(發明例) 根據圖1及圖2所示的磊晶晶圓的製造系統，以圖3所示的流程製造磊晶矽晶圓。製品用晶圓及監控晶圓，都是使用直徑300mm(毫米)、電阻率10Ω．cm的p型單晶矽晶圓。磊晶膜的規格，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次磊晶生長處理，以1130℃施行60秒氫烘烤後，以氫氣稀釋矽源SiHCl 3及硼摻雜源B 2H 6的混合反應氣體，供給至磊晶生長裝置的密室內，PID控制(比例-積分-微分控制)上部燈及下部燈的輸出值，使上部高溫計的檢出溫度為1130℃。
作為厚度測量裝置，使用FT－IR方式的膜厚測量器，作為電阻率測量裝置，使用CV法的電阻率測量裝置。
步驟S1中，製造8批量200枚的製品用磊晶晶圓，之後，使用監控晶圓製造1枚測量用磊晶晶圓。之後，根據步驟S2〜S5，實行依照本發明的來源氣體供給時間及摻雜氣體流量的補正。之後，步驟S6中，以補正後的來源氣體供給時間及摻雜氣體流量，製造8批量200枚的製品用磊晶晶圓，之後，使用監控晶圓製造1枚測量用磊晶晶圓。直到測量用磊晶晶圓成為30枚為止，重複步驟S2〜S6。又，來源氣體供給時間及摻雜氣體流量的補正，利用以下的補正式實行。 t2=t1×(tec/te1)×(W2/W1) D2=D1×(ρe1/ρec)×(W1/W2)
(比較例) 除了不實行考慮燈輸出值變動的補正以外，利用與發明例相同的方法，製造磊晶矽晶圓。即，來源氣體供給時間及摻雜氣體流量的補正，利用以下的補正式實行。 t2=t1×(tec/te1) D2=D1×(ρe1/ρec)
又，比較例的方法中，(i)使監控晶圓生長的磊晶膜厚度及電阻率的測量、(ii)根據上述測量結果之下次以後的來源氣體供給時間及摻雜氣體流量的決定、以及(iii)對磊晶生長裝置設定決定的來源氣體供給時間及摻雜氣體流量，都由操作者實行。
[Cpk的評估] 關於發明例及比較例，測量30枚監控晶圓的磊晶膜厚度及電阻率，以工程能力指數Cpk評估測量值從規格中心的離散。測量值從規格中心的離散越少，Cpk越高。在表1顯示結果。
[表1]
區分 Cpk
磊晶厚度 磊晶電阻率
比較例 1.02 0.98
發明例 1.78 1.77
根據表1，很清楚地，磊晶膜的厚度及電阻率，都是發明例比比較例的Cpk更高，可以降低對規格中心的離散。 [產業上的利用可能性]
根據本發明的磊晶晶圓的製造系統及製造方法，高精度控制來源氣體供給時間及摻雜氣體流量，可以降低磊晶膜的厚度及電阻率對規格中心的離散。
10:密室 11A:上部圓頂 11B:下部圓頂 12:基座 14:基座支撐軸 16:氣體供給口 18:氣體排氣口 20A:上部燈 20B:下部燈 22A:上部高溫計 22B:下部高溫計 24:來源氣體調整部 26:摻雜氣體調整部 28:控制部 100:枚葉式磊晶生長裝置 200:厚度測量裝置 300:電阻率測量裝置 400:主記憶部(記憶部) 500:規格資料記憶部(記憶部) 600:運算部 700:界面部 800:界面部 1000:磊晶晶圓的製造系統
[圖1]係顯示本發明一實施形態的磊晶晶圓製造系統(1000)構成之方塊圖； [圖2]係本發明一實施形態的磊晶晶圓製造系統(1000)內包含的枚葉式磊晶生長裝置(100)的模式剖面圖；以及 [圖3]係顯示本發明一實施形態的磊晶晶圓的製造方法在各步驟的流程圖。
20A,20B:上下部燈 22A:上部高溫計 22B:下部高溫計 24:來源氣體調整部 26:摻雜氣體調整部 28:控制部 100:枚葉式磊晶生長裝置 200:厚度測量裝置 300:電阻率測量裝置 400:主記憶部 500:規格資料記憶部 600:運算部 700:界面部 800:界面部 1000:磊晶晶圓的製造系統

Claims (4)

  1. 一種磊晶晶圓的製造系統，其特徵在於： 具有： 枚葉式磊晶生長裝置，在晶圓表面上形成磊晶膜，製造磊晶晶圓； 厚度測量裝置及電阻率測量裝置； 記憶部；以及 運算部； 其中，上述枚葉式磊晶生長裝置，具有： 密室； 基座，位於上述密室內，裝載上述晶圓； 氣體供給口，設置在上述密室中，對上述密室內供給來源氣體及摻雜氣體； 上部燈及下部燈，分別位於上述密室的上方及下方，加熱上述基座上的晶圓； 上部高溫計及下部高溫計，分別位於上述密室的上方及下方，分別檢出上述晶圓的表面溫度及上述基座的背面溫度； 來源氣體調整部，調整經由上述氣體供給口往上述密室內的上述來源氣體的供給時間； 摻雜氣體調整部，調整經由上述氣體供給口往上述密室內的上述摻雜氣體流量；以及 控制部，根據上述上部高溫計或上述下部高溫計的檢出溫度，一邊控制上述上部燈及上述下部燈的輸出值，一邊實行輸出其合計輸出值至上述記憶部的燈輸出控制以及上述來源氣體調整部及上述摻雜氣體調整部的控制； 上述厚度測量裝置以及上述電阻率測量裝置，分別測量以上述枚葉式磊晶生長裝置製造的上述磊晶晶圓中的上述磊晶膜的厚度及電阻率，之後輸出其厚度測量值及電阻率測量值至上述記憶部； 上述記憶部，記憶： 應用於上述枚葉式磊晶生長裝置的既定來源氣體供給時間及既定摻雜氣體流量； 作為規格資料的目標厚度範圍及目標電阻率範圍； 上述厚度測量裝置輸出的上述厚度測量值以及上述電阻率測量裝置輸出的上述電阻率測量值；以及 上述控制部輸出的上述上部燈及上述下部燈的合計輸出值； 上述運算部，根據從上述記憶部讀出的上述既定來源氣體供給時間及上述既定摻雜氣體流量、上述目標厚度範圍及上述目標電阻率範圍、上述厚度測量值及上述電阻率測量值、以及上述上部燈及上述下部燈的合計輸出值，補正上述既定來源氣體供給時間及上述既定摻雜氣體流量，決定補正來源氣體供給時間及補正摻雜氣體流量，輸出至上述控制部及上述記憶部； 上述控制部，藉由實行上述來源氣體調整部及上述摻雜氣體調整部的控制，實現上述運算部決定的上述補正來源氣體供給時間及上述補正摻雜氣體流量。
  2. 如請求項1所述之磊晶晶圓的製造系統，其中， 上述運算部，從上述記憶部讀出的上述上部燈及上述下部燈的合計輸出值下降變動時，加長補正上述既定來源氣體供給時間，決定上述補正來源氣體供給時間。
  3. 如請求項1或2所述之磊晶晶圓的製造系統，其中， 上述運算部，從上述記憶部讀出的上述上部燈及上述下部燈的合計輸出值下降變動時，減少補正上述既定摻雜氣體流量，決定上述補正摻雜氣體流量。
  4. 一種磊晶晶圓的製造方法，其特徵在於： 使用請求項1～3中任一項所述之磊晶晶圓的製造系統，依序製造複數枚磊晶晶圓。
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2022125802A (ja) * 2021-02-17 2022-08-29 東京エレクトロン株式会社 成膜システム、成膜方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8598003B2 (en) * 2009-12-21 2013-12-03 Intel Corporation Semiconductor device having doped epitaxial region and its methods of fabrication
US9847370B2 (en) * 2011-05-13 2017-12-19 Sumco Corporation Method of producing semiconductor epitaxial wafer, semiconductor epitaxial wafer, and method of producing solid-state image sensing device

Family Cites Families (23)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4772485A (en) * 1983-10-05 1988-09-20 Toshiba Kikai Kabushiki Kaisha Process control system of semiconductor vapor phase growing apparatus
US5244500A (en) * 1983-10-05 1993-09-14 Toshiba Kikai Kabushiki Kaisha Process control system of semiconductor vapor phase growth apparatus
JP3360539B2 (ja) * 1996-07-12 2002-12-24 信越半導体株式会社 ガス供給装置及び気相成長用設備
US5956148A (en) * 1996-12-20 1999-09-21 Texas Instruments Incorporated Semiconductor surface measurement system and method
US6123765A (en) * 1998-03-27 2000-09-26 Mitsubishi Silicon America Continuously fed single bubbler for epitaxial deposition of silicon
GB9822690D0 (en) * 1998-10-19 1998-12-09 Secr Defence Layer processing
US6679946B1 (en) * 2000-09-27 2004-01-20 Optical Communication Products, Inc. Method and apparatus for controlling substrate temperature and layer thickness during film formation
US20040087042A1 (en) * 2002-08-12 2004-05-06 Bruno Ghyselen Method and apparatus for adjusting the thickness of a layer of semiconductor material
JP4428175B2 (ja) * 2004-09-14 2010-03-10 株式会社Ｓｕｍｃｏ 気相エピタキシャル成長装置および半導体ウェーハの製造方法
US7751921B2 (en) * 2004-12-28 2010-07-06 Tokyo Electron Limited Semiconductor manufacturing apparatus, method of detecting abnormality, identifying cause of abnormality, or predicting abnormality in the semiconductor manufacturing apparatus, and storage medium storing computer program for performing the method
JP5017950B2 (ja) * 2005-09-21 2012-09-05 株式会社Ｓｕｍｃｏ エピタキシャル成長装置の温度管理方法
JP5472308B2 (ja) 2009-09-17 2014-04-16 株式会社Ｓｕｍｃｏ エピタキシャルウェーハの製造方法および製造装置
US20120118225A1 (en) * 2010-09-16 2012-05-17 Applied Materials, Inc. Epitaxial growth temperature control in led manufacture
US20120272892A1 (en) * 2011-04-07 2012-11-01 Veeco Instruments Inc. Metal-Organic Vapor Phase Epitaxy System and Process
JP5712782B2 (ja) * 2011-05-13 2015-05-07 株式会社Sumco エピタキシャルウェーハ成長装置用サセプタサポートシャフトおよびエピタキシャル成長装置
US9349660B2 (en) * 2011-12-01 2016-05-24 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Integrated circuit manufacturing tool condition monitoring system and method
CN104471107A (zh) * 2012-06-07 2015-03-25 索泰克公司 具有被配置为使用辐射偏转进行原位测量的沉积腔室的沉积系统及相关方法
JP5754651B2 (ja) * 2012-07-25 2015-07-29 信越半導体株式会社 気相成長装置の温度調整方法及びエピタキシャルウェーハの製造方法
JP2016219568A (ja) * 2015-05-19 2016-12-22 株式会社ニューフレアテクノロジー 気相成長装置および気相成長方法
WO2019182913A1 (en) * 2018-03-20 2019-09-26 Tokyo Electron Limited Self-aware and correcting heterogenous platform incorporating integrated semiconductor processing modules and method for using same
TWI786489B (zh) * 2019-12-26 2022-12-11 日商國際電氣半導體技術服務股份有限公司 電阻率測定方法、半導體裝置之製造方法、電阻率測定程式及電阻率測定器
JP2022125802A (ja) * 2021-02-17 2022-08-29 東京エレクトロン株式会社 成膜システム、成膜方法
JP2023000903A (ja) * 2021-06-18 2023-01-04 株式会社Sumco 枚葉式エピタキシャル成長装置の制御装置及び制御方法、並びにエピタキシャルウェーハの製造システム

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8598003B2 (en) * 2009-12-21 2013-12-03 Intel Corporation Semiconductor device having doped epitaxial region and its methods of fabrication
US9847370B2 (en) * 2011-05-13 2017-12-19 Sumco Corporation Method of producing semiconductor epitaxial wafer, semiconductor epitaxial wafer, and method of producing solid-state image sensing device

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