TW201825701A - 用於生產經塗覆的半導體晶圓的方法和裝置 - Google Patents

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Abstract

用於生產經塗覆的半導體晶圓的方法和裝置，包含 經由第一氣體進入開口沿著第一流動方向將處理氣體引入反應器腔室內並且在半導體材料的基材晶圓上方，以在位於基座上的該基材晶圓上沉積一層，其中來自該處理氣體的材料係被沉澱到預熱環上，該預熱環係圍繞該基座設置；以及 從該反應器腔室取出該經塗覆的基材晶圓； 其特徵在於，在從該反應器腔室取出該經塗覆的基材晶圓之後：經由穿過該等第一氣體進入開口而將蝕刻氣體沿著該第一流動方向引入該反應器腔室內並且穿過第二氣體進入開口而沿著與該第一流動方向相交的另外的流動方向將蝕刻氣體引到該預熱環上方，以從該預熱環除去材料沉澱物，該等第一氣體進入開口係設置在該等第二氣體進入開口之間。

Description

用於生產經塗覆的半導體晶圓的方法和裝置
本發明係關於一種用於生產經塗覆的半導體晶圓、較佳為具有磊晶層（epitaxial layer）的半導體晶圓的方法，並且關於一種用於實施該方法的裝置。
現有技術／問題
半導體晶圓的生產通常涉及將一層沉積在反應器腔室中的基材晶圓上，其中基材晶圓係經由蒸汽沉積（CVD）而被各別地塗覆。這種反應器腔室包含襯裡和上蓋與下蓋，上蓋與下蓋又稱為上圓頂與下圓頂。在層的沉積期間，基材晶圓係位於基座（susceptor）上並且經由來自上、下燈列（lamp array）的輻射線而加熱，該等燈列係設置在上圓頂與下圓頂的上方和下方。處理氣體藉由氣體噴射器經由氣體進入開口而被供給到該反應器腔室內並且在基材晶圓上方，該處理氣體被分解並且作為材料層而部分地沉積在基材晶圓的暴露於該處理氣體的表面上。此外，材料也可被沉澱在反應器腔室的內部，特別是沉澱在包圍基座的預熱環上。這種材料沉澱物（其並非想要的）在特定的時間間隔必須經由清理過程而清除掉。此通常藉由所謂的腔室蝕刻，藉由穿過氣體進入開口而將蝕刻氣體而非處理氣體供給到反應器腔室內來完成，該蝕刻氣體係與材料沉澱物反應以形成氣態的反應產物。反應產物隨後通過氣體出口被從反應器腔室除去。
US 2015/0 368 796 A1描述了一種用於磊晶反應器的氣體噴射器。其向第一和第二氣體進入開口連續地或者同時地供應處理氣體和蝕刻氣體，以便執行選擇性的磊晶方法以改善磊晶層的沉積。
US 6 245 149揭露了一種用於為基材晶圓塗覆磊晶層（例如矽的磊晶層）的裝置和方法。該方法還涉及利用氯化氫作為蝕刻氣體的腔室蝕刻。
腔室蝕刻必然伴有生產率的損失，因為基材晶圓的塗覆因其而必須中斷。由於預熱環的位置緊鄰基座，所以非期望的材料沉澱的最大量係發生在預熱環上。因此，腔室蝕刻的持續時間實質上是由從預熱環上除去具有特定厚度的材料沉澱物所需的時間所決定的。
本發明的目的是使該時間盡可能短。
本發明的目的係藉由一種用於生產經塗覆的半導體晶圓的方法來實現，包含 經由第一氣體進入開口沿著第一流動方向將處理氣體引入反應器腔室內並且在半導體材料的基材晶圓上方，以在位於基座上的基材晶圓上沉積一層，其中來自該處理氣體的材料係被沉澱到預熱環上，該預熱環係圍繞該基座而設置；以及 從該反應器腔室取出經塗覆的基材晶圓； 其特徵在於，在從該反應器腔室取出經塗覆的基材晶圓之後：經由穿過第一氣體進入開口而將蝕刻氣體沿著第一流動方向引入該反應器腔室內並且穿過第二氣體進入開口而沿著與第一流動方向相交的另外的流動方向將蝕刻氣體引到該預熱環上方，以從該預熱環除去材料沉澱物，該等第一氣體進入開口係設置在該等第二氣體進入開口之間。
本發明提供了在腔室蝕刻的過程中除去預熱環上的材料沉澱物，並且在該情況下另外通過為該目的而提供的第二氣體進入開口來供給蝕刻氣體。第二氣體進入開口在基材晶圓的加工方面係不具重要性，且在基材晶圓的塗覆或蝕刻也不具重要性。因此，第二氣體進入開口僅在從預熱環除去材料沉澱物期間使用。
在從預熱環除去材料沉澱物期間流出第一氣體進入開口的蝕刻氣體係具有沿氣體出口方向的流動方向。以該方式產生的蝕刻氣體流係具有橫向於該流動方向的寬度，該寬度不大於預熱環的內直徑的長度。這與第一氣體進入開口的實際用途有關：經由第一氣體進入開口被供給到該反應中的氣體流主要係被用於加工基材晶圓，不管該加工是否涉及處理氣體和／或蝕刻氣體的通過。為了完全覆蓋基材晶圓，所產生的氣體流必須沿其寬度不小於基材晶圓直徑的通道（corridor）移動。然而，該通道實質上也不比基材晶圓的直徑寬，以限制所供給通過的氣體對待加工基材晶圓的影響。
本發明的發明人已經發現，藉由穿過第一氣體進入開口引入蝕刻氣體而從預熱環除去材料沉澱物不是特別有效。
本發明藉由提供第二氣體進入開口（在其間係設置有第一氣體進入開口）以及經由第二氣體進入開口並沿著另外的流動方向而額外供給蝕刻氣體來進行補救，另外的流動方向是指向預熱環上的材料沉澱物。此措施的結果是，可以在更短時間內從預熱環除去材料沉澱物。節省的時間是相當多的。
從預熱環除去材料沉澱物係涉及，在從反應器腔室取出經塗覆的基材晶圓之後，經由第一氣體進入開口沿著第一流動方向並經由第二氣體進入開口沿著另外的流動方向將蝕刻氣體引入反應器腔室內。第一流動方向係從第一氣體進入開口開始指向反應器腔室的氣體出口。蝕刻氣體以蝕刻氣體流的形式從第一氣體進入開口流出，該蝕刻氣體流的橫向於第一流動方向的寬度係不比預熱環的內直徑的長度更長。
此外，蝕刻氣體係經由第二氣體進入開口而沿著與第一流動方向相交的另外的流動方向被供給到反應器腔室內。因此，另外的流動方向係具有垂直指向於第一流動方向的方向分量。
半導體材料的基材晶圓的選擇原則上不受任何限制。較佳地，基材晶圓被選擇成其包含待塗覆的單晶體半導體材料，例如，單晶矽的半導體晶圓、SOI（絕緣體上的矽）晶圓或者經接合的半導體晶圓（bonded semiconductor wafer）。除了矽，待塗覆的半導體材料可以是其他的半導體或者化合物半導體，例如SiGe或者III／V化合物半導體。
同樣地，原則上不存在關於待沉積層的選擇的限制。其較佳由多晶或單晶矽或者單晶化合物半導體（例如，SiGe或III／V化合物半導體）組成。在半導體材料的基材晶圓上沉積一單晶矽的磊晶層是特別佳的。
關於蝕刻氣體的選擇，同樣不存在特別的限制。在沉積包含矽或者由矽構成的一層的情況中，較佳使用包含氯化氫或者由氯化氫組成的蝕刻氣體。
在塗覆之後，從反應器腔室取出經塗覆的基材晶圓並且開始從預熱環除去材料沉澱物，或者在該反應器腔室中開始塗覆另一基材晶圓。較佳地，在開始從預熱環除去材料沉澱物之前，連續塗覆多個半導體材料的基材晶圓。如果以包含矽或者由矽組成的一層來塗覆半導體材料的基材晶圓，則較佳直到在預熱環上的材料沉澱物已經達到50微米（µm）的最小厚度之後，才開始從預熱環除去材料沉澱物。應當避免在從預熱環除去材料沉澱物之前允許這種材料沉澱物生長超過70微米。
在從預熱環除去材料沉澱物之前，可將仿真晶圓（dummy wafer）放置到基座上以便保護基座的表面。然而，該措施不是絕對必要的。
本發明還涉及一種用於將一層沉積到基材晶圓上的裝置，包含 一反應器腔室，該反應器腔室具有襯裡並且具有上蓋與下蓋； 一基座，該基座用於保持一基材晶圓； 一預熱環，該預熱環係包圍基座； 第一氣體進入開口，該等第一氣體進入開口用於沿著第一流動方向將氣體引入反應器腔室內並且在該基座上方；以及 第二氣體進入開口，用於沿著與第一流動方向相交的另外的流動方向而將蝕刻氣體引入該反應器腔室內並且在該預熱環上方，該等第一氣體進入開口係設置在該等第二氣體進入開口之間。
較佳地，該等第二氣體進入開口係以該第一流動方向為軸線而對稱地設置、並且以與預熱環的周邊同心而沿著第一和第二圓弧設置。該第一和第二圓弧較佳分別具有由一不小於70°且不大於100°的位於中心的角度α所決定的長度。
較佳地，沿著第一和第二圓弧分別設置均勻分佈的數量為15到20的第二氣體進入開口。第二氣體進入開口較佳具有直徑為5毫米（mm）到7毫米的圓截面。
第一和／或第二氣體進入開口可被再分成一或多個群組。
氣體噴射器係將氣體供給至第一和第二氣體進入開口，即在塗覆基材晶圓期間將處理氣體供給至第一氣體進入開口並且在從預熱環除去材料沉澱物期間將蝕刻氣體供給至第一和第二氣體進入開口。該氣體噴射器較佳係經配置以使得至少第一和第二氣體進入開口可以被相互獨立地控制，也就是說，氣體供給彼此之間在所供給的氣體的種類和／或溫度和／或壓力和／或流動速率上相互不同，是分別可能的。在將第一和／或第二氣體進入開口再分成群組的情況中，可以同樣提供相應群組的單獨控制的這種可能性。
如上所述的關於根據本發明的方法的實施態樣所指明的特徵可相應地應用於根據本發明的裝置。反之，如上所述的關於根據本發明的裝置的實施態樣所指明的特徵可相應地應用於根據本發明的方法。將在附圖說明和請求項中闡述根據本發明的實施態樣的這些及其他特徵。單獨的特徵可以被單獨地或者組合地實施為本發明的實施態樣。此外，它們可以描述可被單獨保護的較佳實施態樣。
以下將參照附圖來描述本發明。
根據本發明的例示性實施態樣的詳細說明
第1圖中所示的用於將一層沉積在基材晶圓上的裝置係包含反應器腔室3和上與下襯裡7和8，該反應器腔室3具有上蓋1以及下蓋2，該上與下襯裡7和8包圍反應空間。位於反應器腔室3外部的上和下燈列則未繪示。
基材晶圓4被放置在基座5上，藉由承載器的臂從下方可旋轉地支撐。基材晶圓4可被放置在基座5上，並且在塗覆之後藉由穿過基座5的頂銷（lifting pin）而被再從基座5上提起。
在塗覆基材晶圓4期間，處理氣體係經由設置在上襯裡7中的第一氣體進入開口9而被供給到反應器腔室3內，在基材晶圓上方沿著第一流動方向至第一氣體出口11。此外，可選擇性地設置下氣體進入開口12和第二氣體出口13，以便在基座5下方將沖洗氣體供給至第二氣體出口13。
在第2圖中以透視圖示出了上襯裡7。除了第一氣體進入開口9之外，設置有第二氣體進入開口10。蝕刻氣體經由第一氣體出口11離開反應器腔室，該蝕刻氣體經由第一和第二氣體進入開口9和10被供給到反應器腔室內，以從預熱環除去材料沉澱物。
第3圖從上方顯示了包含根據第2圖的上襯裡7、預熱環6、基座5和基材晶圓4的配置。在基材晶圓4上沉積一層的期間，處理氣體係在基材晶圓4上方沿著第一流動方向（其用長箭頭表示）流至第一氣體出口。離開第一氣體進入開口9的處理氣體流的寬度，較佳係大於基材晶圓的直徑並且不大於預熱環的內直徑。未顯示獨立向第一和第二氣體進入開口9和10供給氣體的氣體噴射器。在基材晶圓4上沉積一層的期間，不經由第二氣體進入開口供給氣體。
短箭頭代表蝕刻氣體沿著其流動的另外的流動方向，該氣體經由第二氣體進入開口10在預熱環6上方被沿著另外的流動方向而供給，以便在從反應器腔室取出經塗覆的基材晶圓4之後，從預熱環6除去材料沉澱物。同時，蝕刻氣體沿著第一流動方向經由第一氣體進入開口而被引入反應器腔室內。經由第一氣體進入開口引入的蝕刻氣體流的寬度較佳係相應於處理氣體流的寬度。另外的流動方向係與第一流動方向相交並且因此分別具有垂直於第一流動方向的方向分量。
實施例：
已經實際測試過本發明。在矽的基材晶圓上沉積一矽的磊晶層。藉由使用根據本發明的方法，與其中在從預熱環除去材料沉澱物期間僅使用第一氣體進入開口的方法相比，可以將從預熱環除去材料沉澱物的所用時間縮短達40%。
例示性實施態樣的上述描述將被作為實施例來理解。從而，所做的揭露一方面允許本領域技術人員理解本發明和與其相關聯的優點，另一方面還包括對所描述結構和方法的改變和修改，這些改變和修改在本領域技術人員的理解範圍內是顯而易見的。因此，所有這樣的改變和修改及等同物意在被請求項的保護範圍所覆蓋。
1‧‧‧上蓋
2‧‧‧下蓋
3‧‧‧反應器腔室
4‧‧‧基材晶圓
5‧‧‧基座
6‧‧‧預熱環
7‧‧‧上襯裡
8‧‧‧下襯裡
9‧‧‧第一氣體進入開口
10‧‧‧第二氣體進入開口
11‧‧‧第一氣體出口
12‧‧‧下氣體進入開口
13‧‧‧第二氣體出口
第1圖顯示了一種適用於執行本發明的用於將一層沉積在基材晶圓上的裝置。 第2圖以透視圖顯示了根據本發明的裝置的特徵。 第3圖顯示了從上方觀察根據本發明的裝置的特徵。

Claims (8)

  1. 一種用於生產經塗覆的半導體晶圓的方法，包含 經由第一氣體進入開口沿著第一流動方向將處理氣體引入反應器腔室內並且在半導體材料的基材晶圓上方，以在位於基座（susceptor）上的該基材晶圓上沉積一層，其中來自該處理氣體的材料係被沉澱到預熱環上，該預熱環係圍繞該基座而設置；以及 從該反應器腔室取出該經塗覆的基材晶圓； 包含，在從該反應器腔室取出該經塗覆的基材晶圓之後：經由穿過該等第一氣體進入開口而將蝕刻氣體沿著該第一流動方向引入該反應器腔室內並且穿過第二氣體進入開口而沿著與該第一流動方向相交的另外的流動方向將蝕刻氣體引到該預熱環上方，以從該預熱環除去材料沉澱物，該等第一氣體進入開口係設置在該等第二氣體進入開口之間。
  2. 如請求項1所述的方法，包含，在將該蝕刻氣體引入該反應器腔室內之前：重複進行在半導體材料的基材晶圓上沉積一層並且從該反應器腔室取出該晶塗覆的基材晶圓，直到該預熱環上的該材料沉澱物已經達到一最小厚度。
  3. 如請求項2所述的方法，其中該蝕刻氣體包含氯化氫，並且該預熱環上的該材料沉澱物具有50微米（µm）的最小厚度並且包含矽。
  4. 如請求項1到3中任一項所述的方法，包含在該基材晶圓上沉積一矽的磊晶層（epitaxial layer）。
  5. 一種用於在基材晶圓上沉積一層的裝置，包含 一反應器腔室，具有襯裡並且具有上蓋與下蓋； 一基座，用於保持一基材晶圓； 一預熱環，其係包圍該基座； 第一氣體進入開口，用於沿著第一流動方向將氣體引入該反應器腔室內並且在該基座上方；以及 第二氣體進入開口，用於沿著與該第一流動方向相交的另外的流動方向將蝕刻氣體引入該反應器腔室內並且在該預熱環上方，該等第一氣體進入開口設置在該等第二氣體進入開口之間。
  6. 如請求項5所述的裝置，其中該等第二氣體進入開口係以該第一流動方向為軸線而對稱地設置、並且以與該預熱環的周邊同心而沿著一第一和一第二圓弧設置，該第一和第二圓弧係分別具有由一不小於70°且不大於100°的位於中心的角度α所決定的長度。
  7. 如請求項6所述的裝置，具有數量為15到20的第二氣體進入開口，該等第二氣體進入開口係分別被沿著該第一和第二圓弧而均勻分佈地設置。
  8. 如請求項5到7中任一項所述的裝置，其中該反應器腔室係被配置成磊晶反應器。
TW106120907A 2016-06-28 2017-06-22 用於生產經塗覆的半導體晶圓的方法和裝置 TWI661075B (zh)

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