用于在衬底晶圆上沉积外延层的方法与流程

本发明涉及一种用于在衬底晶圆上沉积外延层的方法。

背景技术：

1、对于电子工业中的高需求应用，需要外延涂覆后的半导体晶圆，特别是外延涂覆有硅层的由单晶硅制成的衬底晶圆。

2、用于沉积该层的常用方法是化学气相沉积。用于该层的材料由工艺气体提供，该工艺气体在包含于工艺气体中并包含所述材料的前体化合物被化学裂解的温度下在待涂覆的衬底晶圆的侧面上方通过。在该层的沉积期间，衬底晶圆位于基座的袋状部(凹口)中，同时被基座的环形边界包围。该工艺通常在被设计为单晶圆反应器的装置中进行。例如，ep0 870 852 a1中描述了这种单晶圆反应器。

3、为了使外延层在衬底晶圆上尽可能均匀地生长，特别重要的是，衬底晶圆相对于所述边界居中地位于袋状部中。

4、在us 2010 0216261a1中，提出借助于摄像机系统监测衬底晶圆在接受器(容座)上的正确位置。

5、wo17 135 604a1提出在外延层沉积之后测量边缘区域中的厚度特征值并依据测量结果为后续沉积工艺修改某些工艺参数。

6、wo 14 103 657 a1和jp2015 201 599a公开了一些方法，在这些方法中，基于具有外延沉积层的半导体晶圆的边缘区域中的厚度特征值的分布来计算偏心度，以便作为该偏心度的函数(根据该偏心度)来修正后续衬底晶圆在基座上的位置。

7、us2009 252 942a1和jp2002 043 230a提出在沉积外延层之前测量衬底晶圆的平整度，并在沉积工艺期间修改某些工艺参数，以使得衬底晶圆的涂层减少边缘滚降(edgeroll-off)。

8、然而，如果衬底晶圆本身在边缘区域中已经具有厚度差异，则这种程序并不能防止在外延涂覆后的衬底晶圆的边缘区域中出现厚度差异。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种针对所述问题的解决方案，其使得外延层的厚度可以在衬底晶圆的圆周上的不同位置处进行不同的调整。

2、本发明的目的通过一种用于由气相在衬底晶圆上沉积外延层的方法实现，所述方法包括：

3、测量所述衬底晶圆的边缘几何形状，其中所述边缘几何形状将厚度特征值作为边缘位置的函数指派给所述衬底晶圆的边缘；

4、将所述衬底晶圆放置在用于沉积所述外延层的装置的基座的袋状部中，所述袋状部被具有圆形的圆周的边界包围；

5、加热所述衬底晶圆；以及

6、使工艺气体在所述衬底晶圆上方通过；

7、其特征在于，

8、将所述衬底晶圆放置在所述袋状部中，使得在具有较厚边缘的厚度特征值的边缘位置处从所述衬底晶圆到所述袋状部的边界的距离比在具有较薄边缘的厚度特征值的边缘位置处从所述衬底晶圆到所述袋状部的边界的距离小。

9、本发明基于以下发现：衬底晶圆在袋状部中的居中放置基于衬底晶圆具有均匀的边缘几何形状的假设。然而，在实践中，这种情况很少发生，因为诸如研磨和抛光的机加工步骤无法产生具有完全均匀的边缘厚度的衬底晶圆。与未涂覆的衬底晶圆相比，根据本发明的方法能够给予外延涂覆后的半导体晶圆的均匀的边缘几何形状，特别是如果衬底晶圆在一个边缘区段(部段)中具有相对低的边缘厚度而在相对的边缘区段中具有相对高的边缘厚度的话更是如此。然而，如果例如仅存在一个具有相对低的边缘厚度的边缘区段的话，也可以实现边缘厚度的均匀化。

10、首先，测量衬底晶圆的边缘几何形状，使得其能够以厚度特征值的形式获得。优选地，作为边缘排除，径向长度为1mm或2mm的最外侧边缘部分被排除在测量之外。原则上，任何允许对衬底晶圆的边缘区域中的两个不同区段处的相对厚度给出表述(说明)的测量值均可以被视为厚度参数。例如，用于厚度特征值的适宜参数为正面的zdd(z双导数)，其描述了边缘滚降的曲率，并在semi标准m68-0720中被定义，或者为esfqr，其量化了边缘区域中的扇区(部位)的平整度，并在semi标准m67-0720中被定义。说明书的剩余部分使用esfqr来代表厚度特征。

11、根据本发明的方法提出在衬底晶圆被涂覆外延层之前测量其边缘几何形状。例如，提供分布图(地图)，该分布图将esfqr值指派给每个扇区，从而指示出衬底晶圆沿其圆周的厚度轮廓(曲线)。具有类似楔形的横截面形状的衬底晶圆或那些在一个边缘处比其他边缘处薄的衬底晶圆是特别适宜的。边缘区段是指沿圆周方向在圆周的最高达到50％、优选为圆周的7％至42％的距离上延伸的边缘区域。具有类似楔形的形状的衬底晶圆具有彼此相对、即彼此之间具有最大可能距离的较厚边缘区段和较薄边缘区段。

12、为用于涂覆衬底晶圆的沉积室、即单晶圆反应器创建相关函数。该函数将厚度特征值指派给位移矢量。该位移矢量指示出，为了被放置在基座的袋状部中以便使得在沉积外延层时与在较厚边缘区段上相比更多的材料被沉积在相对的、较薄边缘区段上，衬底晶圆的较厚边缘区段必须从居中位置偏移的方向和幅度。因此，在衬底晶圆的较薄边缘区段中沉积之后，厚度特征值通过指派的厚度特征值而比其中衬底晶圆居中地位于基座的袋状部中的外延层沉积之后将产生的厚度特征值更大。位移矢量由此代表了放置在基座上的衬底晶圆的中心点的位置与衬底晶圆居中地位于基座的袋状部中的情况下中心点将具有的位置相比的偏心度。所述相关函数通过确定何种偏心度导致厚度特征值的何种变化在涂覆衬底晶圆之前通过实验确定。

13、将衬底晶圆放置在基座的袋状部中有利地由机器人实施，该机器人按照相关函数的指定执行该任务。替代地或附加地，机器人可以被配置为自主学习系统，该自主学习系统使用测得的衬底晶圆的几何形状数据和所产生的外延涂覆后的半导体晶圆来确定和实施用于后续衬底晶圆的涂覆的必要偏心度。此外，优选的是，借助于摄像机系统来监测衬底晶圆在基座上的放置以及其在基座的袋状部中的位置。

14、衬底晶圆和沉积在其上的外延层优选地基本上由半导体材料、例如单晶硅构成。衬底晶圆优选地具有至少200mm、特别优选地至少300mm的直径。外延层优选地具有1μm至20μm的厚度。

15、下面将参照附图进一步详细描述本发明。

技术特征：

1.一种用于由气相在衬底晶圆上沉积外延层的方法，包括：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，测量esfqr或zdd以作为所述厚度特征值。

3.根据权利要求1或权利要求2所述的方法，其特征在于，

4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，

5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，

技术总结
本发明涉及一种用于由气相在衬底晶圆上沉积外延层的方法，包括：测量衬底晶圆的边缘几何形状，其中所述边缘几何形状基于边缘位置将厚度特征值指派给衬底晶圆的边缘；将衬底晶圆放置在用于沉积外延层的装置的基座的袋状部中，其中袋状部被具有圆形的圆周的边界包围；加热衬底晶圆；以及使工艺气体在衬底晶圆上方通过；其特征在于，衬底晶圆被放置在袋状部中，使得在具有较厚边缘的厚度特征值的边缘位置处从衬底晶圆到袋状部的边界的距离比在具有较薄边缘的厚度特征值的边缘位置处从衬底晶圆到袋状部的边界的距离小。

技术研发人员：T·施泰特纳,M·文鲍尔
受保护的技术使用者：硅电子股份公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12