在沉积室中制备具有由气相沉积的外延层的半导体晶圆的工艺

技术领域

本发明涉及一种在沉积室中制备具有由气相沉积的外延层的半导体晶圆的工艺。电子部件的生产需要具有外延层的半导体晶圆。通常在采用单晶圆反应器形式的沉积室中沉积外延层。待涂布的衬底晶圆放置在基座上，使沉积气体在沉积温度下从该衬底晶圆上方通过沉积室，该衬底晶圆随基座旋转。

具有外延层的半导体晶圆的一个质量标准是外延层厚度的均匀性，尤其是在半导体晶圆的边缘区域。

背景技术

WO2017102597A1特别致力于改善具有外延层的半导体晶圆的边缘几何形状的问题。发现在沉积室中定期进行典型蚀刻(室蚀刻)以去除在先前涂布操作过程中沉积在沉积室中的材料之后，连续的后续涂布操作导致随后在该沉积室中制备的具有外延层的半导体晶圆的边缘滚降增加。

JP2016213218A描述了一种制备具有由单晶硅制成的外延层的单晶硅半导体晶圆的工艺。推荐使将衬底晶圆放置到沉积反应器的基座上的机器人移动到放置位置，在该放置位置，由于纠偏规则，衬底晶圆的中心不位于基座的中心的上方。否则，已经发现，在外延层的沉积期间，衬底晶圆通常不位于基座中心上方。如果在外延层的沉积期间衬底晶圆没有同心地位于基座的凹槽(pocket)中，则会对外延层厚度的均匀性产生不利影响。此外，任何此类错位都可能导致不需要的颗粒形成，尤其是当它使衬底晶圆的边缘与基座接触时。纠偏规则源自平均值，该平均值描述了在先前的涂布操作期间衬底晶圆的中心与基座的中心的位置的平均偏差。与纠偏规则相关联的是期望在涂布操作期间实现衬底晶圆的中心位置比没有纠偏规则时以平均偏差量更接近基座的中心。

本发明的发明人已经确定，仅由在先前的涂布操作期间衬底晶圆的位置偏差引导的纠偏规则的规范是值得改进的。

发明内容

本发明的目的通过一种在沉积室中制备具有由气相沉积的外延层的半导体晶圆的工艺来实现，包括：

通过沉积室的蚀刻，从沉积室中去除在先前的涂布操作过程中沉积在沉积室中的材料；

在经过蚀刻的沉积室中连续进行涂布操作，在每种情况下包括：

由机器人将衬底晶圆放置在具有圆形周边的基座上，其中机器人将衬底晶圆移动到放置位置处并将其放置在基座上，纠偏规则使得在放置位置处衬底晶圆的中心不位于基座的中心的上方；以及

在衬底晶圆上沉积外延层以形成具有外延层的半导体晶圆，其中，

对于在沉积室的蚀刻之后由机器人移动到放置位置处的每个第一衬底晶圆，纠偏规则的量对应于多个先前涂布的衬底晶圆的位置偏差的平均值，衬底晶圆本身各自为先前的沉积室蚀刻之后首个待涂布的衬底晶圆。

在沉积室蚀刻之后的第一涂布操作之前，沉积室的状态使得入射辐射能产生比第二和随后的涂布操作之前更快的温升。结果，衬底晶圆的预期错位比其后涂布的衬底晶圆更明显，特别是对于沉积室蚀刻之后的第一衬底晶圆。

因此，建议在计算沉积室蚀刻之后待涂布的第一衬底晶圆的纠偏规则时，仅考虑衬底晶圆与之前的涂布操作的位置偏差，这些位置偏差是针对本身各自为在沉积室蚀刻之后的第一衬底晶圆的衬底晶圆测量的。这种衬底晶圆在下文中称为第一类别衬底晶圆。通过对位置偏差进行平均来计算纠偏规则。术语“位置偏差”描述了放置的衬底晶圆的中心相对于基座的中心的位置上的偏差。

对于平均值(算术平均)的计算，使用优选至少3个第一类别衬底晶圆的位置偏差，更优选5至10个此类衬底晶圆的位置偏差。分别在第一类别衬底晶圆之前的沉积室蚀刻本身优选地紧接在待涂布的第一衬底晶圆的沉积室蚀刻之前，并在其后进行待涂布的第一衬底晶圆的涂布。

原则上可以基于第一类别衬底晶圆的模式对每个衬底晶圆类别计算独立的纠偏规则。然而，一般而言，对于不是在沉积室蚀刻之后的第一晶圆的衬底晶圆，基于衬底晶圆与先前的不同涂布操作的位置偏差计算纠偏规则就足够了，这些涂布操作不是在沉积室蚀刻后的第一涂布操作。

根据本发明的在其上沉积外延层的衬底晶圆是包括掺杂剂的半导体晶圆，优选由单晶硅制成的衬底晶圆。

下面参考附图更详细地描述本发明。

附图说明

图1以截面图示出了用于由气相将外延层沉积到衬底晶圆上的装置，具有典型特征。

图2示出了第一类别衬底晶圆和不同类别的衬底晶圆相对于基座的中心的位置偏差的第一和第二平均值的位置。

图3在极坐标点阵中示出了放置在基座上之后的第一类别衬底晶圆的中心相对于基座的中心的分布。

图4在极坐标点阵中示出了放置在基座上之后的不同类别的衬底晶圆的中心相对于基座的中心的分布。

使用的附图标记说明：

1 上盖

2 下盖

3 沉积室

4 衬底晶圆

5 基座

6 预热环

7 上衬里

8 下衬里

9 上进气孔

10 基座的中心

11 上出气口

12 下进气孔

13下出气口

14放置的衬底晶圆的中心的第二平均位置

15放置的衬底晶圆的中心的第一平均位置

16 向量

17 向量

具体实施方式

如图1所示的用于在衬底晶圆上沉积外延层的装置包括沉积室3，该沉积室具有上盖1和下盖2，以及包围反应空间的上衬里7和下衬里8。未描绘存在于沉积室3外部的上灯阵列和下灯阵列。灯的辐射能使沉积室达到气相(gas-phase，vapor)沉积所需的温度。

对于涂布操作，将衬底晶圆4放置在基座5上，该基座由载体的臂从下方可旋转地保持。预先将衬底晶圆放置到机器人的末端执行器上并由机器人将其移动到放置位置。围绕基座布置的是预热环6。衬底晶圆4可以放置在基座5上，并且在涂布之后，通过穿过基座5的抬升销从基座5上抬起。

在衬底晶圆4的涂布中，沉积气体通过设置于上衬里7中的上进气孔9，沿衬底晶圆上方的流动方向进入沉积室3，到达上出气口11。此外，任选地，可以设置下进气孔12和下出气口13，以便吹扫气体从基座5下方通过到达下出气口13。

如果将机器人的放置位置确定为使得衬底晶圆的中心垂直地位于基座的中心的上方，则衬底晶圆放置后其中心不会位于基座的中心的概率较高。造成这种情况的特殊原因是热应力，热应力会分解，使得衬底晶圆的中心偏离预期位置。

现在已经发现，自上一次沉积室蚀刻以来完成的涂布操作的次数越少，从基座的中心的偏移量就越大。根据本发明，在计算纠偏规则时考虑到这一发现，从而共同确定机器人在将衬底晶圆放置到基座上之前将其移动到的放置位置。对于在沉积室蚀刻之后分别待涂布的第一衬底晶圆，通过对先前涂布的衬底晶圆的位置偏差进行平均来计算纠偏规则，其中用于计算的位置偏差仅是第一类别衬底晶圆(即本身各自为沉积室蚀刻之后首个待涂布的衬底晶圆)的那些位置偏差。

在没有所建议的基于属于第一类别成员的平均的情况下，位置偏差的非特定平均将导致不太准确的纠偏规则，因为紧接着沉积室蚀刻之后的位置偏差的特定影响将被平均化。然而，纠偏规则应该非常精确，因为衬底晶圆在基座上的中心位置对所得的具有外延层的半导体晶圆的边缘几何形状具有有利的影响，并且还降低了在外延层沉积期间产生颗粒的风险。

图2示出了放置在基座5上的衬底晶圆4，使得基座5的中心10与衬底晶圆4的中心重合。在该目标位置，衬底晶圆4相对于基座5和预热环6同心。在没有纠偏规则的情况下，取决于其属于第一类别或不同类别，衬底晶圆的中心将位于针对该类别计算的平均位置上或附近—例如，在属于第一类别的情况下位于第一平均位置15上或附近，或者在属于不同类别的情况下位于第二平均位置14上或附近。在附图中，位置14和15与基座的中心10相距非现实的距离，以便能够说明本发明。实际上，通常的位置偏差距离基座的中心10不超过1000μm。

第一平均位置15与基座5的中心10之间的距离对应于矢量17的长度。第二平均位置14与基座5的中心10之间的距离对应于矢量16的长度。如果移动矢量16或矢量17，使得其起点与基座的中心10重合，则矢量的点指向机器人需要将衬底晶圆以其中心移动到的放置位置，以便补偿预期的位置偏差。因此，向量17代表机器人关于在沉积室蚀刻之后待涂布的第一衬底晶圆的纠偏规则，矢量16代表机器人关于不同类别的衬底晶圆的纠偏规则。

分别对于第一类别衬底晶圆(自上次沉积室蚀刻以来已发生的涂布操作的次数为零)和不同类别的衬底晶圆(自上次沉积室蚀刻以来已发生的涂布操作的次数为7)，图3和图4在极坐标点阵中示出了由单晶硅制成的直径300mm的掺硼衬底晶圆的测量位置偏差。对所描绘的位置偏差的分布的对比清楚地表明，如果所讨论的衬底晶圆是在沉积室蚀刻之后立即涂布的第一类别晶圆，则位置偏差的量显著地为更明显的。