TW201913873A - 晶座、磊晶成長裝置、磊晶矽晶圓的製造方法以及磊晶矽晶圓 - Google Patents

晶座、磊晶成長裝置、磊晶矽晶圓的製造方法以及磊晶矽晶圓 Download PDF

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Abstract

提供能夠提高磊晶矽晶圓的磊晶層的平坦度之周方向均一性的晶座。 依據本發明的晶座100，設置載置矽晶圓W的凹形狀的錐坑部，晶座的中心和錐坑部的開口緣之間的徑方向距離L依90度週期在周方向上變動，並且，以徑方向距離L為最小的位置之角度為0度時，分別在90度、180度、270度的徑方向距離L為最小值L1，同時分別在45度、135度、225度、315度的徑方向距離L為最大值L2，從上面觀看晶座100時的開口緣110C呈現以徑方向外側為凸出的4個橢圓弧。

Description

晶座、磊晶成長裝置、磊晶矽晶圓的製造方法以及磊晶矽晶圓
本發明係關於晶座及具備該晶座的磊晶成長裝置。而且本發明關於使用該晶座之磊晶矽晶圓的製造方法、及磊晶矽晶圓。
一般來說，矽晶圓由下述程序獲得，依據丘克拉斯基法(CZ法)等育成單結晶矽，將該矽單結晶切斷為塊之後，切薄片，經過平面研削(lapping)程序、蝕刻程序及鏡面研磨(polishing)程序後，最終洗淨。之後，進行各種品質檢查後，若沒有確認出異常就出貨為製品。
在此，在更要求結晶的完全性的情況、或必須有阻抗率相異的多層構造的情況等，在矽晶圓的表面上使單結晶矽薄膜構成的磊晶層氣相成長(磊晶成長)，製造磊晶矽晶圓。
磊晶成長之進行，係將矽晶圓載置於晶座的錐坑部，使該晶座回轉的同時，將成長氣體噴向矽晶圓表面。圖1中表示過去公知的一般的晶座1的平面圖及A-A剖面圖之模式圖。
晶座1上，設置圓形凹狀的錐坑部11，並載置了矽晶圓W，使得矽晶圓W的中心位於錐坑部11的中心。矽晶圓W和晶座1係在壁架部11L接觸。在圖1中，晶座中心和錐坑部11的開口緣11C之間的徑方向距離L在周方向上是一定的。因此，稱之為袋部幅LP 的矽晶圓W之徑方向外側端面和內周壁面11A的距離L也在周方向上為一定。因此，從上面觀看晶座1時的開口緣11C呈現出圓弧。
另外，晶座1的錐坑部11之開口緣11C側的內周壁面11A之上端(相當於開口緣11C)和下端之高度差H(亦稱之為「錐坑深度」)在周方向上為一定，因此，內周壁面11A之上端和矽晶圓W的表面的高度差Hw 亦為一定。
在此，如圖2所示，主表面為{100}面的矽晶圓，＜110＞方位和＜100＞方位以45度單位。起因於此結晶方位的週期性，使磊晶層成長於矽晶圓表面時磊晶層藉由依90度週期而相異的成長速度(稱之為「成長速度方位依存性」)而成長。伴隨著此種各個結晶方位的成長速度差異，磊晶層的膜厚在周方向上大幅變動，越是晶圓邊緣區域(外周區域)其影響越大。因此，成長速度方位依存性已知是使磊晶矽晶圓的平坦度惡化的原因。
專利文獻1中揭露一種晶座，在晶座開口部的內周面之附近，其構造及/或形狀隨著半導體晶圓的結晶方位的變化而週期性變化。而且，在專利文獻1中揭露：此晶座的部分熱容量、袋部的錐坑深度、或袋部幅依90度、180度、或270度的週期變化，藉此構造及/或形狀週期性變化為佳。
如專利文獻1所揭露，晶座的袋部幅變寬時，則矽源氣體順暢地供給到矽晶圓周緣部，周緣部得磊晶層成長速度變快。相對於此，晶座的袋部幅變窄時，則發生相反的現象，成長速度變慢。另外，晶座的錐坑深度變淺時，則矽源氣體順暢地供給至晶圓周緣部，周緣部得磊晶層成長速度變快。相對於此，晶座的錐坑深度變深時，則發生相反的現象，成長速度變慢。
因此，藉由使用依據專利文獻1的晶座，能夠抑制成長速度方位依存性，改善磊晶層的膜厚分布。
先行技術文獻 專利文獻： 專利文獻1：日本特開2007-294942號公報
[發明欲解決的問題]
可以例示如圖3所示的晶座2作為依據專利文獻1的技術之晶座，從上面觀看晶座2時，錐坑部21的開口緣21C呈現出4個圓弧。依據圖3所示的晶座2，能夠使袋部幅LP 隨著矽晶圓的結晶方位的變化而週期性地變化。藉由使用此種晶座2，能夠抑制磊晶成長時的成長速度方位依存性，因此，相較於圖1所示的晶座1，能夠大幅改善磊晶矽晶圓的平坦度的周方向均一性(尤其是膜厚分布的周方向偏差)。不過，平坦度的周方向均一性越到晶圓邊緣越容易惡化，因此期待要有更進一步的改良。
因此，本發明之目的在於提供能夠提高磊晶矽晶圓的磊晶層之平坦度的周方向均一性的晶座。另外，本發明之目的在於提供具備此晶座的磊晶成長裝置。另外，本發明之目的在於提供使用此晶座地磊晶矽晶圓的製造方法、以及由其所獲致的平坦度的周方向均一性獲得改善的磊晶矽晶圓。 [解決問題的手段]
本發明人致力於研究以解決上述課題。本發明人使用圖3所示之錐坑21的開口緣21C呈現4個圓弧(曲率半徑R)的晶座2來形成磊晶層。作為此晶座2的錐坑部21的開口緣21C和矽晶圓W間的距離之袋部幅LP 依90度週期在周方向上變動。而且，以袋部幅LP 為最小之位置的角度為0度時，分別在90度、180度、270度的袋部幅LP 為最小，同時分別在45度、135度、225度、315度的袋部幅LP 為最大。
如此一來，確認得知：所得到的磊晶矽晶圓中，磊晶層的平坦度依45度週期在周方向上變動。推測得到此種結果的理由為：開口緣21C呈現圓弧的情況下，在周方向中的袋部幅的變動量不能完全依循成長速度方位依存性，成長速度方位依存性的控制不足。因此，為了使得袋部幅LP 的變動量更恰當，使用設計為晶座的開口緣呈現橢圓弧的晶座來進行磊晶成長，結果，相較於晶座2，能夠大幅抑制成長速度方位依存性。而且，本發明人發現，同樣的想法也適用於錐坑深度的變動量，並且也以實驗確認了其效果。基於上述見解所完成的本發明之要旨構成係如下所述。
＜1＞晶座，其係為在磊晶成長裝置內用以載置矽晶圓的晶座，其特徵在於：在前述晶座上設置載置前述矽晶圓的凹形狀的錐坑部，前述晶座的中心和前述錐坑部的開口緣之間的徑方向距離依90度週期在周方向上變動，並且，以前述徑方向距離為最小之位置的角度為0度時，分別在90度、180度、270度之前述徑方向距離為最小，同時分別在45度、135度、225度、315度之前述徑方向距離為最大，從上面觀看前述晶座時的前述開口緣呈現以徑方向外側為凸出的4個橢圓弧。
＜2＞晶座，其係為在磊晶成長裝置內用以載置矽晶圓的晶座，其特徵在於：在前述晶座上設置載置前述矽晶圓的凹形狀的錐坑部，前述錐坑部的開口緣側之內周壁面的上端和下端的高度之差依90度週期在周方向上變動，並且，以前述高度之差為最大的位置的角度為0度時，分別在90度、180度、270度的前述高度之差為最大，同時分別在45度、135度、225度、315度的前述高度之差為最小，在前述晶座的徑方向外側投影圖中，前述錐坑部的開口緣呈現以前述錐坑部的底面側為凸出的4個橢圓弧。
＜3＞如上述＜1＞或＜2＞所記載的晶座，前述橢圓弧設置為：載置矽晶圓使得矽晶圓的＜110＞方位之位置在前述晶座的前述0度的方向後，在前述矽晶圓的表面形成磊晶層後的磊晶矽晶圓的依據下記式[1]的邊緣1mm的位置中的周方向之前述磊晶層的膜厚分布的周方向偏差指標Δt為0.75%以下， [數學式1](前述式[1]中，tMax 為邊緣1mm的位置中的周方向之磊晶層的最大厚度、tMin 為邊緣1mm的位置中的周方向之磊晶層的最小厚度，tAve 為邊緣1mm的位置中的周方向之磊晶層的平均厚度)。
＜4＞晶座，其係為在磊晶成長裝置內用以載置矽晶圓的晶座，其特徵在於：在前述晶座上設置載置前述矽晶圓的凹形狀的錐坑部，前述晶座的中心和前述錐坑部的開口緣之間的徑方向距離依90度週期在周方向上變動，並且，以前述徑方向距離為最小之位置的角度為0度時，分別在90度、180度、270度之前述徑方向距離為最小，同時分別在45度、135度、225度、315度之前述徑方向距離為最大，從上面觀看前述晶座時的前述開口緣呈現以徑方向外側為凸出的4個第1橢圓弧，前述錐坑部的開口緣側之內周壁面的上端和下端的高度之差依90度週期在周方向上變動，並且，以前述高度之差為最大的位置的角度為0度時，分別在90度、180度、270度的前述高度之差為最大，同時分別在45度、135度、225度、315度的前述高度之差為最小，在前述晶座的徑方向外側投影圖中，前述錐坑部的開口緣呈現以前述錐坑部的底面側為凸出的4個第2橢圓弧。
＜5＞如上述＜4＞所記載的晶座，前述第1橢圓弧及前述第2橢圓弧設置為：載置矽晶圓使得矽晶圓的＜110＞方位之位置在前述晶座的前述0度的方向後，在前述矽晶圓的表面形成磊晶層後的磊晶矽晶圓的依據下記式[1]的邊緣1mm的位置中的周方向之前述磊晶層的膜厚分布的周方向偏差指標Δt為0.75%以下， [數學式2](前述式[1]中，tMax 為邊緣1mm的位置中的周方向之磊晶層的最大厚度、tMin 為邊緣1mm的位置中的周方向之磊晶層的最小厚度，tAve 為邊緣1mm的位置中的周方向之磊晶層的平均厚度)。
＜6＞磊晶成長裝置，其具備如上述＜1＞~＜5＞中任一者所記載的晶座。
＜7＞磊晶矽晶圓的製造方法，其包括：載置矽晶圓的程序，使得該矽晶圓的＜110＞方位之位置在上述＜1＞、＜2＞、＜4＞中任一者所記載的晶座的前述0度之方向；及在前述矽晶圓的表面形成磊晶層的程序。
＜8＞磊晶矽晶圓，其係為在矽晶圓的表面形成磊晶層的磊晶矽晶圓，其特徵在於：依據下記式[1]的邊緣1mm的位置中的周方向之前述磊晶層的膜厚分布的周方向偏差指標Δt為0.75%以下， [數學式3](前述式[1]中，tMax 為邊緣1mm的位置中的周方向之磊晶層的最大厚度、tMin 為邊緣1mm的位置中的周方向之磊晶層的最小厚度，tAve 為邊緣1mm的位置中的周方向之磊晶層的平均厚度)。 [發明效果]
依據本發明，提供能夠提高磊晶矽晶圓的磊晶層的平坦度之周方向均一性的晶座。另外，依據本發明，能夠提供具備此晶座的磊晶成長裝置。再者，依據本發明，能夠提供使用此晶座的磊晶矽晶圓的製造方法、以及藉其所得到的平坦度的周方向均一性已獲得改善的磊晶矽晶圓。
以下，參照圖式說明依據本發明的晶座及具備該晶座的磊晶成長裝置。另外，說明使用依據本發明的晶座之磊晶矽晶圓的製造方法及其所得到的磊晶矽晶圓。為了說明方便起見，將圖4A~4D、圖5A~5D、圖6、圖7之各構成的縱橫比誇張表現，與實際的比例不同。
另外，在本說明書中，應該要理解「橢圓弧」、「週期」、「角度」、「對稱」、「一定」的記載並非以數學及幾何學意義上的嚴密性為要件，而允許有伴隨著晶座製作不可避免的尺寸容許誤差及幾何容許誤差。
(依據第1實施形態的晶座) 參照圖4A~圖4D，說明依據本發明的第1實施形態的晶座100。依據本發明的第1實施形態的晶座100為在磊晶成長裝置內用以載置矽晶圓W的晶座。在晶座100上設置了載置矽晶圓W的凹形狀的錐坑部110，晶座100的中心和錐坑部110的開口緣110C之間的徑方向距離L依90度週期在周方向上變動。而且，以徑方向距離L為最小的位置之角度為0度時，分別在90度、180度、270度的徑方向距離L為最小，同時分別在45度、135度、225度、315度的徑方向距離L為最大。因此，隨著徑方向距離L的變動，袋部幅LP 也變動。而且，從上面觀看晶座100時的開口緣110C呈現以徑方向外側為凸出的4個橢圓弧。由於徑方向距離L依90度週期在周方向上變動，上述4個橢圓弧為4回旋轉對稱的關係。另外，圖4A中因為圖的簡略化，所以僅圖示一個構成橢圓弧的橢圓。
圖4B中顯示圖4A的0度~90度範圍附近的放大模式圖。開口緣110C為，呈現以徑方向外側為凸出的橢圓弧，在0度及90度的位置的徑方向距離L為最小值L1 ，而且，在45度的位置的徑方向距離L為最大值L2 (亦參照圖4C、圖4D)。參照圖4A、圖4B，45度的方向係與橢圓弧的短軸方向一致。另外，圖4B中，為了與該橢圓弧對比而圖示圓弧(曲率半徑R、以1點鎖線圖示)。此圓弧在0度(徑方向距離L為最小)、45度(徑方向距離L為最大)及90度(徑方向距離L為最小)的位置上，從晶座中心起算的徑方向距離L與橢圓弧一致。相較於此圓弧，構成橢圓弧的橢圓(以2點鎖線圖示)較構成圓弧的半徑R的圓還要扁平。而且，從0度位置的徑方向距離L之變動率，較圓弧的情況下的變動率大。另外，在徑方向距離L為最大的45度的位置，該圓弧內接於描繪開口緣110C的橢圓弧。
如圖4C所示，在0度之位置的晶座100的袋部幅LP1 為最小，如圖4D所示，在45度之位置的晶座100的袋部幅LP2 為最大。如過去已知道的，當晶座100的袋部幅LP 變寬時，變得容易將矽源氣體順暢地供給至矽晶圓W的周緣部，周緣部的磊晶層成長速度變快。相對於此，當晶座100的袋部幅LP 變窄時則發生相反的現象，成長速度變慢。因此，在周方向上的0度及0度附近的磊晶層成長速度變慢，另一方面，在周方向上的45度及45度附近的磊晶層成長速度變快。而且，由於開口緣110C呈現如上述的橢圓弧，袋部幅LP 及從晶座中心的徑方向距離L的變化量也追隨此橢圓弧的形狀。
因此，若載置矽晶圓W以使得矽晶圓W的＜110＞方位位於晶座100的0度、90度、180度、270度的方向，則能夠極有效地抑制成長速度方位依存性。而且，若像這樣抑制成長速度方位依存性以進行磊晶成長，則能夠提高磊晶矽晶圓的磊晶層的平坦度的周方向均一性。另外，如上述，若載置矽晶圓W以使得矽晶圓W的＜110＞方位位於晶座100的0度、90度、180度、270度的方向，則矽晶圓W的＜100＞方位位於晶座100的45度、135度、225度、315度的方向。
將前述的橢圓弧構成為，使得晶座100和矽晶圓W之徑方向距離的袋部幅LP 在1mm~4mm的範圍中變動為佳。此袋部幅LP 的範圍不限定於矽晶圓的直徑，即使直徑150mm~450mm亦可使其在同程度的範圍中變動。另外，例如矽晶圓的直徑為300mm(半徑150mm)的情況下，對應於此袋部幅LP 的徑方向距離L為151mm~154mm。
只要橢圓弧設置為滿足上述角度位置之徑方向距離L的最大及最小關係，構成橢圓弧的橢圓之長徑(長軸的長度)及短徑(短軸的長度)與橢圓弧之弦的關係並不限定。不過，滿足此條件的橢圓弧的橢圓條件(長徑及短徑、短軸方向以及橢圓弧的弦)大致由幾何學的位置關係而定。不過，以此為佳：橢圓弧設置為，載置矽晶圓W使得矽晶圓的＜110＞方位位於晶座100的0度方向後，在矽晶圓W的表面形成磊晶層的磊晶矽晶圓的邊緣1mm之位置中的周方向上的前述磊晶層之膜厚分布的周方向偏差指標Δt0 為0.75%以下。在此，周方向偏差指標Δt0 由下記式[1]所定義： [數學式4](式[1]中，tMax 為邊緣1mm的位置中的周方向之磊晶層的最大厚度、tMin 為邊緣1mm的位置中的周方向之磊晶層的最小厚度、tAve 為邊緣1mm的位置中的周方向的磊晶層的平均厚度)。另外，作為此種橢圓弧，構成橢圓弧的橢圓之長徑為錐坑部110的最大開口徑的1/2以上尤佳。另外，將橢圓弧設置為使得周方向偏差指標Δt0 為0.70%以下尤佳，將橢圓弧設置為使其為0.65%以下更佳。下限雖未限定，但依據本實施形態可使周方向偏差指標Δt0 為0.10%以上。
另外，在圖4C、圖4D中，由於使徑方向距離L在周方向上變動(其結果為，袋部幅LP 也必然在周方向上變動)，在圖4D中例示了在錐坑的開口緣110C側設置平坦面110D的情況。不過，徑方向距離L在周方向上變動的限度，除了設置此種平坦面110D以外，亦可為使作為矽晶圓W與晶座100接觸之部分的壁架部110L的傾斜角變動等。同時，亦可使錐坑壁的角度變更、晶座的熱容量、晶座的錐坑附近表面部分凹凸等的控制構件之週期變化。
另外，在圖4A~圖4D中，顯示晶座100的錐坑部110之開口緣110C側的內周壁面110A之上端(開口緣110C)和下端的高度之差H(所謂錐坑深度)為H0 且為一定，因此，肩口高度HW0 亦為一定。但是，如後述，在第3實施形態中，第1實施形態的晶座100中的高度之差H及肩口高度HW0 不必為一定，也可以變動。
(依據第2實施形態的晶座) 參照圖5A~圖5D，說明依據本發明的第2實施形態的晶座200。依據本發明的第2實施形態的晶座200為在磊晶成長裝置內用以載置矽晶圓W的晶座。在晶座200上設置了載置矽晶圓W的凹形狀的錐坑部210，錐坑部210的開口緣210C側之內周壁面210A的上端(相當於開口緣210C)和下端的高度之差H依90度週期在周方向上變動，而且高度之差H為最大之位置的角度為0度時，分別在90度、180度、270度之高度之差H為最大，同時分別在45度、135度、225度、315度的高度之差H為最小。而且，在晶座200的徑方向外側投影圖中，錐坑部210的開口緣210C呈現以錐坑部210的底面側為凸出的4個橢圓弧。
圖5B中，顯示在圖5A中的開口緣210之晶座200的徑方向外側投影圖。另外，圖5B中的實線為橢圓弧，虛線為圓弧。和使用圖4B詳述的一樣，相對於圓弧而言，此橢圓弧是扁平的，從0度位置的高度之差H的變動率較圓弧的情況下的變動率還要大。另外，在徑方向外側投影圖中的4個橢圓弧與圖4B所示的橢圓弧的關係為相對於晶座中心呈現90度旋轉對稱。同時參照圖5C、圖5D時，在0度、90度、180度、270度的位置的高度之差H為最大值H1 ，而且，在45度、135度、225度、315度的位置的高度之差H為最小值H2 。另外，在圖5B中的構成橢圓弧的橢圓的短軸方向與鉛直方向一致。
如過去已知道的，當晶座200的錐坑深度變淺時，變得能夠將矽源氣體順暢地供給至晶圓周緣部，周緣部的磊晶層成長速度變快。亦即，亦稱之為肩口高度的矽晶圓W之表面和晶座之開口緣210C的高度之差Hw 、甚至上述高度之差H變小時，則周緣部的磊晶層成長速度變快。相對於此，晶座的錐坑深度變深時，則為相反的現象，成長速度變慢。亦即，肩口高度差Hw 、甚至上述的高度之差H變大時，周緣部的磊晶層成長速度變慢。因此，在周方向中的0度及0度附近的磊晶層成長速度變慢，另一方面，在周方向中的45度及45度附近的磊晶層成長速度變快。而且，由於開口緣210C在徑方向外側投影圖中呈現橢圓弧，所以高度之差H也追隨此橢圓弧的形狀。
因此，若載置矽晶圓W使得矽晶圓W的＜110＞方位位於晶座100的0度、90度、180度、270度的方向，則和前述第1實施形態一樣，能夠極有效地抑制成長速度方位依存性。而且，若像這樣抑制成長速度方位依存性以進行磊晶成長，則能夠提高磊晶矽晶圓的磊晶層的平坦度的周方向均一性。
只要橢圓弧設置為滿足上述的角度位置上的高度之差H的最大及最小關係，則在徑方向投影圖中構成橢圓弧的橢圓的長徑(長軸的長度)及短徑(短軸的長度)與橢圓弧之弦的關係並不限定。另外，滿足此條件的橢圓弧大致由幾何學的位置關係而定。不過，以此為佳：橢圓弧設置為，載置矽晶圓W使得晶座200的0度方向位於矽晶圓的＜110＞方位後，在矽晶圓W的表面形成磊晶層的磊晶矽晶圓的邊緣1mm之位置中的周方向上的前述磊晶層的膜厚分布之周方向偏差指標Δt0 為0.75%以下。另外，周方向偏差指標Δt0 由前述式[1]所定義。另外，將橢圓弧設置為使得周方向偏差指標Δt0 為0.70%以下尤佳，設置橢圓弧使其為0.65%以下更佳。下限雖未限定，但依據本實施形態可使周方向偏差指標Δt0 為0.10%以上。
另外，圖5C、圖5D中，由於使高度之差H在周方向上變動(其結果為，肩口高度Hw 也必然在周方向上變動)，在圖5D中例示使晶座200之周緣部的上端面的厚度變動的情況，亦可用其他手法使高度之差H在周方向上變動。另外，使高度之差H的變動幅(等於肩口高度Hw 的變動幅)為0.20mm~0.40mm程度為佳。
另外，在圖5A~圖5D中，顯示晶座200的中心和錐坑部210的開口緣210C之間的徑方向距離L為L0 且為一定，因此袋部幅PW0 亦為一定。不過，如後述，在第3實施形態中，第2實施形態的晶座200中的高度之差H及肩口高度HW0 不必為一定，亦可變動。
(依據第3實施形態的晶座) 如前述，在第1實施形態的晶座100中可以有高度之差H的變動，在第2實施形態的晶座200中可以有徑方向距離L的變動。在此情況下，第1實施形態的徑方向距離L之變動和第2實施形態的高度之差H的變動為連動較佳。亦即，依據第3實施形態的晶座，設置載置矽晶圓的凹形狀之錐坑部，晶座的中心和錐坑部的開口緣之間的徑方向距離依90度週期在周方向上變動，並且，以徑方向距離L為最小之位置的角度為0度時，分別在90度、180度、270度的徑方向距離L為最小，同時分別在45度、135度、225度、315度的徑方向距離L為最大，從上面觀看晶座時的開口緣呈現以徑方向外側為凸出的4個第1橢圓弧。而且，在此晶座中，錐坑部的開口緣側之內周壁面的上端和下端的高度之差H依90度週期在周方向上變動，同時以高度之差H為最大的位置的角度為0度時，分別在90度、180度、270度的高度之差H為最大，同時分別在45度、135度、225度、315度的高度之差H為最小，在晶座的徑方向外側投影圖中，錐坑部的開口緣呈現以錐坑部的底面側為凸出的4個第2橢圓弧。
第1橢圓弧的條件如第1實施形態所述，第2橢圓弧的條件如第2實施形態所述。適當調整構成第1橢圓弧的橢圓之扁平率、構成第2橢圓弧的橢圓的扁平率，設置各橢圓弧以抑制成長速度方位依存性即可。尤其以此為佳：第1橢圓弧及第2橢圓弧設置為，載置矽晶圓使得矽晶圓的＜110＞方位位於此晶座的0度方向後，在矽晶圓的表面形成磊晶層的磊晶矽晶圓的邊緣1mm之位置中的周方向上的前述磊晶層的膜厚分布的周方向偏差指標Δt0 為0.75%以下。另外，周方向偏差指標Δt0 由前述的式[1]所定義。另外，將第1橢圓弧及第2橢圓弧設置為使得周方向偏差指標Δt0 為0.70%以下尤佳，將第1橢圓弧及第2橢圓弧設置為使其為0.65%以下更佳。下限雖未限定，但依據本實施形態可使周方向偏差指標Δt0 為0.10%以上。
而且，若載置矽晶圓使得矽晶圓的＜110＞方位位於此晶座的0度方向後，在矽晶圓的表面形成磊晶層，則能夠提高磊晶矽晶圓的磊晶層的平坦度之周方向均一性。
以下，說明第1實施形態到第3實施形態的晶座之合適的具體態樣。
磊晶膜形成之時，為了減少來自晶座的汙染，一般係使用在碳基材的表面被覆碳化矽(SiC)者作為晶座的材料。不過，可以用SiC形成晶座全體，亦可將晶座構成為以SiC被覆晶座表面，而其內部包含其他材料。另外，以矽膜被覆晶座表面亦為較佳態樣。能夠防止從晶座對磊晶膜的汙染。
在圖4C、4D、圖5C、圖5D中，使得晶座和矽晶圓W接觸的壁架部110L、210L為錐狀的傾斜面。此態樣為矽晶圓W和晶座為點接觸，由於接觸面積變小故為較佳態樣之一。另一方面，晶座和矽晶圓W接觸的部分(壁架部)並非必須是傾斜面，亦可為水平面。在此情況下，該水平面和矽晶圓W為面接觸而能夠支持矽晶圓W。
另外，在上述實施形態的晶座中，在錐坑部的底面110B、210B上，通常設置了載置矽晶圓時將升降機銷插通用以使矽晶圓W升降的升降機銷貫通孔(未圖示)。而且，可以設置1個或複數個從底面110B、210B貫通到晶座的背面側的貫通孔。將矽晶圓W載入晶座的錐坑部時，有助於使得晶座和矽晶圓之間的氣體排出到晶座的背面側。
另外，在上述實施形態的晶座中，錐坑部的內周壁面的形狀可以採取各種態樣。在圖4C、4D、圖5C、圖5D中，顯示內周壁面110A、210A為相對於矽晶圓W之垂直面，但亦可如圖6所示般，開口緣310C側的內周壁面310A為傾斜面。
(磊晶成長裝置) 另外，依據本發明的磊晶成長裝置具備依據前述第1實施形態到第3實施形態的晶座。例如圖7所示般，此磊晶成長裝置150，可以具備用以保持氣密性的上襯151及下襯152，可以藉由上圓頂153及下圓頂154區隔出磊晶成長爐。而且，在此磊晶成長爐的內部設置用以將矽晶圓W水平載置的晶座100。製造大口徑磊晶晶圓的情況下，一般係使用如圖7所示的枚葉式的氣相成長裝置。另外，圖7中顯示依據第1實施形態的晶座100，但是當然也可以將依據第2實施形態或第3實施形態的晶座適用於磊晶成長裝置以取代之。
(磊晶矽晶圓的製造方法) 另外，依據本發明的磊晶矽晶圓的製造方法包括：載置矽晶圓的程序，使得矽晶圓的＜110＞方位位於前述第1實施形態到第3實施形態的晶座之0度之方向、以及在矽晶圓的表面形成磊晶層的程序。載置程序使用升降機銷，形成磊晶層的適合者可以依據在一般的氣相成長條件下將矽源氣體噴向矽晶圓表面等的普通方法來進行。
(磊晶矽晶圓) 另外，藉由上述製造方法，可以獲致磊晶矽晶圓，其係為在矽晶圓的表面形成磊晶層的磊晶矽晶圓，在邊緣1mm的位置中的周方向上的前述磊晶層的膜厚分布的周方向偏差指標Δt0 為0.75%以下。另外，周方向偏差指標Δt0 由前述的式[1]所定義。使用依據第1到第3實施形態的晶座才能實現此種周方向均一性良好的磊晶矽晶圓。另外，使周方向偏差指標Δt0 為0.70%以下尤佳，為0.65%以下更佳。下限雖未限定，但依據本實施形態可使周方向偏差指標Δt0 為0.10%以上。 [實施例]
＜實驗例1＞ 首先，製作以下說明的過去例1、比較例1、實施例1的晶座。然後，用這3種晶座，使得矽磊晶層在使晶圓成長面為(100)面的硼摻雜後的直徑300mm的矽晶圓的表面磊晶成長，獲致磊晶矽晶圓。
另外，在矽磊晶晶圓之製造時，將矽晶圓導入磊晶膜形成室內，使用升降機銷將其載置於晶座上。接著，在1130℃中，供給氫氣，進行氫熱處理之後，在1130℃中，使矽的磊晶膜成長4μm以獲致磊晶矽晶圓。在此，使用三氯矽烷氣體作為原料源氣體，另外，使用乙硼烷氣體作為摻雜物氣體，使用氫氣作為載體氣體。
(過去例1) 準備晶座，其中從晶座中心到錐坑部的開口緣為止的徑方向距離L、及錐坑深度為一定(袋部幅LP 以及高度之差H及肩口高度HW 亦為一定)。另外，肩口高度Hw為0.80mm。從上面觀看比較例1的晶座時，開口緣呈現單一圓弧。
(比較例1) 準備晶座，其中從晶座中心到錐坑部的開口緣為止的徑方向距離L按照表1及圖8A所示的變動量依90度週期變化。從上面觀看比較例1的晶座時，開口緣呈現4段圓弧。另外，使錐坑深度為一定(高度之差H及肩口高度HW 亦為一定)，和過去例1一樣，使肩口高度Hw為0.80mm。
(實施例1) 準備晶座，其中從晶座中心到錐坑部的開口緣為止的徑方向距離L按照表1及圖8A所示的變動量依90度週期變化。從上面觀看比較例1的晶座時，開口緣呈現4段圓弧。另外，使錐坑深度為一定(高度之差H及肩口高度HW 亦為一定)，和過去例1一樣，使肩口高度Hw為0.80mm。
[表1]
＜評價＞ 使用膜厚測定裝置(Nanometrics公司製：QS3300)測定使用過去例1、比較例1、實施例1的各個晶座製造的磊晶矽晶圓的晶圓邊緣1mm之位置中的周方向膜厚分布。將結果顯示於圖8B的圖形中。從此圖形可清楚確認得知：藉由使用實施例1的晶座，可以得到周方向膜厚分布地均一性非常良好者。
並且，在圖8C顯示：將圖8B的圖形相對於磊晶層的平均膜厚予以相對化後的圖形，亦即，相對於磊晶層的周方向膜厚分布的厚度平均tAve ，以角度θ中的厚度之相對值Δtθ 來表示的圖形。另外，Δtθ 依據下記式[2]。另外，縱軸為%表示。 [數學式5]在此，式[2]中，tθ 為邊緣1mm的位置中的周方向之角度θ的位置的磊晶層之厚度、tAve 為邊緣1mm的位置中的周方向之磊晶層的平均厚度。
從圖8C的圖形也可以確認：藉由使用實施例1的晶座，能夠得到周方向膜厚分布的均一性非常良好者。
另外，在比較例1中可以觀察到膜厚分布依45度週期變動。此係因為，開口緣為圓弧形狀的情況下，袋部幅的變動率不足，而且磊晶層的成長速度不足之故。另一方面，在實施例1中袋部幅的變動率較比較例1急遽，因此，能夠使磊晶層追隨矽晶圓的成長速度方位依存性而成長。
＜實驗例2＞ 除了實驗例1中使用的過去例1的晶座之外，還製作以下說明的比較例2、實施例2的晶座。而且，使用這3種晶座，和實驗例1同樣地，在摻雜了硼的直徑300mm的矽晶圓的表面磊晶成長出矽磊晶層，以得到磊晶矽晶圓。
(比較例2) 準備晶座，使得在周方向中的肩口高度HW 按照表2及圖9A所示的變動量依90度週期變化。在比較例2的晶座之徑方向外側投影圖中，錐坑部的開口緣呈現以錐坑部的底面側為凸出的4個圓弧。另外，使得從晶座中心到錐坑的開口緣為止徑方向距離L為一定，為151.25mm(袋部幅1.25mm)。
(實施例2) 準備晶座，使得在周方向中的肩口高度HW 按照表2及圖9A所示的變動量依90度週期變化。在實施例2的晶座的徑方向外側投影圖中，錐坑部的開口緣呈現以錐坑部的底面側為凸出的4個橢圓弧。另外，使得從晶座中心到錐坑的開口緣為止的徑方向距離L為一定，為151.25mm(袋部幅1.25mm)。
[表2]
＜評價＞ 使用膜厚測定裝置(Nanometrics公司製：QS3300)測定使用過去例1、比較例2、實施例2的各個晶座製造的磊晶矽晶圓的晶圓邊緣1mm之位置中的周方向膜厚分布。將結果表示於圖9B的圖形中。從此圖形可清楚確認得知：藉由使用實施例2的晶座，可以得到周方向膜厚分布地均一性非常良好者。
並且，如同圖8B和圖8C的關係一樣，在圖9C顯示：將圖9B的圖形相對於磊晶層的平均膜厚予以相對化厚的圖形，亦即，相對於磊晶層的周方向膜厚分布的厚度平均tAve ，以角度θ中的厚度的相對值Δtθ 來表示的圖形。另外，Δtθ 依據前述的式[2]。另外，和圖8C一樣，縱軸為%表示。
從圖9C的圖形也可以確認：藉由使用實施例1的晶座，能夠得到周方向膜厚分布的均一性非常良好者。
另外，和比較例1一樣，在比較例2中可以觀察到膜厚分布依45度週期變動。此係因為，開口緣為圓弧形狀的情況下，袋部幅的變動率不足，而且磊晶層的成長速度不足之故。另一方面，在實施例2中肩口高度的變動率較比較例2急遽，因此，能夠使磊晶層追隨矽晶圓的成長速度方位依存性而成長。
圖10A的圖形顯示使用以上的過去例1、比較例1及2、實施例1及2的晶座製造的磊晶矽晶圓的晶圓邊緣1mm的位置中的周方向膜厚分布。另外，將圖10A的圖形相對於磊晶層的平均膜厚予以相對化後的圖形顯示於圖10B。確認得知：使袋部幅如實施例1那樣變動、使肩口高度如實施例2那樣變動，都能夠得到良好的結果。
另外，將實施例1及2、比較例1及2和過去例1的膜厚分布之周方向偏差指標Δt0 (依據前述式[1])顯示於下記表3。可以確認：依據實施例1及2，可以得到在過去是不可能之水準的周方向偏差指標非常小的磊晶矽晶圓。
[表3] [產業上的利用可能性]
依據本發明，可提供能夠提高磊晶矽晶圓的磊晶層的平坦度之周方向均一性的晶座。依據本發明，能夠提供具備此晶座的磊晶成長裝置。再者，依據本發明，能夠提供使用此晶座的磊晶矽晶圓的製造方法、以及藉其所得到的平坦度的周方向均一性已獲得改善的磊晶矽晶圓。
100、200、300‧‧‧晶座
110、210、310‧‧‧錐坑部
110A、210A、310A‧‧‧內周壁面
110B、210B、310B‧‧‧低面
110C、210C、310C‧‧‧開口緣
110L、210L、310L‧‧‧壁架部
W‧‧‧矽晶圓
L‧‧‧晶座的中心和錐坑部的開口緣之間的徑方向距離
LP‧‧‧袋部幅
H‧‧‧內周壁面的上端和下端的高度之差
Hw‧‧‧肩口高度
圖1為過去公知的晶座之模式平面圖及其A-A剖面圖。 圖2為說明以主面為{100}面的矽晶圓的結晶方位的模式圖。 圖3為錐坑部的開口緣呈現4個圓弧之晶座的模式圖。 圖4A為依據本發明的第1實施形態之晶座的模式平面圖。 圖4B為圖4A的0度~90度範圍附近的放大模式圖。 圖4C為圖4A中的B-B剖面圖。 圖4D為圖4A中的C-C剖面圖。 圖5A為依據本發明的第2實施形態之晶座的模式平面圖。 圖5B為圖5A的徑方向外側投影圖中的錐坑部之開口緣的軌跡之模式圖。 圖5C為圖5A中的D-D剖面圖。 圖5D為圖5A中的E-E剖面圖。 圖6為依據本發明的其他實施形態的晶座之模式剖面圖。 圖7為具備依據本發明之一實施形態的晶座的磊晶成長裝置。 圖8A為表示依據實施例1、比較例1及過去例1的晶座之周方向角度、及從晶座中心到錐坑部的開口緣為止的徑方向距離之關係的圖形。 圖8B為表示使用依據實施例1、比較例1及過去例1的晶座所得到的磊晶矽晶圓的邊緣1mm的位置中的磊晶層之周方向膜厚分布的圖形。 圖8C為表示使用依據實施例1、比較例1及過去例1的晶座所得到的磊晶矽晶圓的相對於邊緣1mm的位置中的磊晶層的周方向膜厚分布之厚度平均tAve 的相對值Δtθ 的圖形。 圖9A為表示依據實施例2、比較例2及過去例1的晶座的周方向角度及肩口高度的關係之圖形。 圖9B為表示使用依據實施例2、比較例2及過去例1的晶座所得到的磊晶矽晶圓的邊緣1mm的位置中的磊晶層的周方向膜厚分布的圖形。 圖9C為表示使用依據實施例2、比較例2及過去例1的晶座所得到的磊晶矽晶圓的相對於邊緣1mm的位置中的磊晶層的周方向膜厚分布的厚度平均tAve 的相對值Δtθ 之圖形。 圖10A為表示使用依據實施例1,2、比較例1,2及過去例1的晶座所得到的磊晶矽晶圓的邊緣1mm的位置中的磊晶層的周方向膜厚分布的圖形。 圖10B為表示使用依據實施例1,2、比較例1,2及過去例1的晶座所得到的磊晶矽晶圓的相對於邊緣1mm的位置中的磊晶層的周方向膜厚分布的厚度平均tAve 的相對值Δtθ 的圖形。

Claims (8)

  1. 一種晶座，其係為在磊晶成長裝置內用以載置矽晶圓的晶座，其特徵在於： 在前述晶座上設置載置前述矽晶圓的凹形狀的錐坑部， 前述晶座的中心和前述錐坑部的開口緣之間的徑方向距離依90度週期在周方向上變動，並且，以前述徑方向距離為最小之位置的角度為0度時，分別在90度、180度、270度之前述徑方向距離為最小，同時分別在45度、135度、225度、315度之前述徑方向距離為最大， 從上面觀看前述晶座時的前述開口緣呈現以徑方向外側為凸出的4個橢圓弧。
  2. 一種晶座，其係為在磊晶成長裝置內用以載置矽晶圓的晶座，其特徵在於： 在前述晶座上設置載置前述矽晶圓的凹形狀的錐坑部， 前述錐坑部的開口緣側之內周壁面的上端和下端的高度之差依90度週期在周方向上變動，並且，以前述高度之差為最大的位置的角度為0度時，分別在90度、180度、270度的前述高度之差為最大，同時分別在45度、135度、225度、315度的前述高度之差為最小， 在前述晶座的徑方向外側投影圖中，前述錐坑部的開口緣呈現以前述錐坑部的底面側為凸出的4個橢圓弧。
  3. 如申請專利範圍第1或2項所記載的晶座，前述橢圓弧設置為： 載置矽晶圓使得矽晶圓的＜110＞方位之位置在前述晶座的前述0度的方向後，在前述矽晶圓的表面形成磊晶層後的磊晶矽晶圓的依據下記式[1]的邊緣1mm的位置中的周方向之前述磊晶層的膜厚分布的周方向偏差指標Δt為0.75%以下， [數學式1](前述式[1]中，tMax 為邊緣1mm的位置中的周方向之磊晶層的最大厚度、tMin 為邊緣1mm的位置中的周方向之磊晶層的最小厚度，tAve 為邊緣1mm的位置中的周方向之磊晶層的平均厚度)。
  4. 一種晶座，其係為在磊晶成長裝置內用以載置矽晶圓的晶座，其特徵在於： 在前述晶座上設置載置前述矽晶圓的凹形狀的錐坑部， 前述晶座的中心和前述錐坑部的開口緣之間的徑方向距離依90度週期在周方向上變動，並且，以前述徑方向距離為最小之位置的角度為0度時，分別在90度、180度、270度之前述徑方向距離為最小，同時分別在45度、135度、225度、315度之前述徑方向距離為最大， 從上面觀看前述晶座時的前述開口緣呈現以徑方向外側為凸出的4個第1橢圓弧， 前述錐坑部的開口緣側之內周壁面的上端和下端的高度之差依90度週期在周方向上變動，並且，以前述高度之差為最大的位置的角度為0度時，分別在90度、180度、270度的前述高度之差為最大，同時分別在45度、135度、225度、315度的前述高度之差為最小， 在前述晶座的徑方向外側投影圖中，前述錐坑部的開口緣呈現以前述錐坑部的底面側為凸出的4個第2橢圓弧。
  5. 如申請專利範圍第4項所記載的晶座，前述第1橢圓弧及前述第2橢圓弧設置為： 載置矽晶圓使得矽晶圓的＜110＞方位之位置在前述晶座的前述0度的方向後，在前述矽晶圓的表面形成磊晶層後的磊晶矽晶圓的依據下記式[1]的邊緣1mm的位置中的周方向之前述磊晶層的膜厚分布的周方向偏差指標Δt為0.75%以下， [數學式2](前述式[1]中，tMax 為邊緣1mm的位置中的周方向之磊晶層的最大厚度、tMin 為邊緣1mm的位置中的周方向之磊晶層的最小厚度，tAve 為邊緣1mm的位置中的周方向之磊晶層的平均厚度)。
  6. 一種磊晶成長裝置，其具備如申請專利範圍第1~5項中任一項記載的晶座。
  7. 一種磊晶矽晶圓的製造方法，其包括： 載置矽晶圓的程序，使得該矽晶圓的＜110＞方位之位置在申請專利範圍第1、2、4項中任一項記載的晶座的前述0度之方向；及 在前述矽晶圓的表面形成磊晶層的程序。
  8. 一種磊晶矽晶圓，其係為在矽晶圓的表面形成磊晶層的磊晶矽晶圓，其特徵在於： 依據下記式[1]的邊緣1mm的位置中的周方向之前述磊晶層的膜厚分布的周方向偏差指標Δt為0.75%以下， [數學式3](前述式[1]中，tMax 為邊緣1mm的位置中的周方向之磊晶層的最大厚度、tMin 為邊緣1mm的位置中的周方向之磊晶層的最小厚度，tAve 為邊緣1mm的位置中的周方向之磊晶層的平均厚度)。
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