TW201009137A - Method for depositing a layer on a semiconductor wafer by means of cvd and chamber for carrying out the same - Google Patents

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201009137 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於在一室中以化學氣相沉積法（chemical vapor deposition，CVD)在一半導體晶圓上沉積一層的方法，包含將一 沉積氣體自該室的進氣口，經過該半導體晶圓，引導至該室的出 氣口，其中係引導該沉積氣體通過一頂部以一窗為邊界之通道， 該窗能傳遞熱輻射。 【先前技術】 用於以CVD在一半導體晶圓上沉積一層之室的典型結構，係例 如描述於US 6,325,858B1中，該室係分為一上半部及一下半部。該 上半部係用一蓋板（cover)封閉，也稱為一上蓋（dome)。該蓋 板包含一形成該蓋板之側壁的基部，以及一由石英所組成、能透 過熱輻射的窗。該基部係位於該室之一側壁上，該室係配置有一 進氣口及一設置在後者對面之出氣口。一容納待塗覆之半導體晶 圓的感受器係位於該室之上半部及下半部之間，該感受器係以一 具有蜘蛛狀手臂之支架來支撐，且可藉助該支架上升、下降以及 旋轉。該室之下半部係用一類似該蓋板之基板封閉，該基板同樣 能透過熱輻射。設置在該蓋板上面及該基板下面之燈具，係經啟 動以在一置入該室中之半導體晶圓上沉積一層。該沉積氣體係被 引導通過該進氣口到該出氣口，並在此路徑上經過該半導體晶 圓。於此例中，其係流過一頂部以該窗為邊界的通道。 以CVD在一半導體晶圓上沉積一層的挑戰之一，為使該沉積層 能具有一盡可能均勻之層厚度的要求。評估該層厚度之變化的一 個基準為範圍，其係定義為該層之最大厚度tmax與最小厚度。^之 201009137 差。由此所導出之參數R，係以百分率描述該差值的一半與該平均 厚度tm的比，且係根據公式R=l〇〇%*(tmax-tmin)/2s|!tm計算。因此， R值越小，該層厚度越均勻。 US 2002/0020358 A1係致力於改善以CVD沉積之層之厚度均勻 性。所描述的方法包含產生一特定反應區域（“預晶圓反應層 (prewafer reaction layer) 對付在半導體晶圓之邊緣區域之 過度層的生長，即一般所說的“邊緣效應，，。 由於該方法相對地比較複雜，因此本發明之目的即為提出一可 ^ 能方法，能更簡單地改善以CVD在一半導體晶圓上沉積一層之厚 度的均勻性。 【發明内容】 本發明係關於一在一室中以化學氣相沉積法（CVD)在一半導 體晶圓上沉積一層之方法，包含將一沉積氣體自該室的進氣口， 經過該半導體晶圓’引導至該室的出氣口，其中該沉積氣體係通 過一頂部以一窗為邊界且底部以一平面E為邊界之通道來引導，該 φ 窗能透過減射，待塗覆之該半導體晶圓之表㈣位於該平㈣ 中，其中該沉積氣體引導經過半導體晶圓之速度係變化的，其係 由於該平面Ε與該窗之間的距離D係經選取，使得在該窗之一中心 區域及該窗之-邊緣區域中，在外側的距離係大於内側的距離， 且在該中心區域與該邊緣區域之間的交界處，該距離d之徑向分佈 的切線與該平面E形成一不小於15。且不大於乃。的角度其中該窗 之該中心區域係一覆蓋該半導體晶圓之該窗的内部區域，且該窗 之該邊緣區域係-不覆蓋該半導體晶圓之該窗的外部區域。X 發明人發現’該待塗覆之半導體晶圓所在之該平㈣與設置在該 201009137 半導體晶圓上方之該窗之間的距離D，其徑向分佈可用以局部性地 影響沉積速度，即，將層沉積在該半導體晶圓上的速度。該窗與 該平面E之間的距離D，亦會影響該沉積氣體流過該半導體晶圓之 速度。該距離D越小，速度則越高。發明人更發現，在離該平面E 之距離D較大的情況下，該沉積速度則較低。相反地，如果離該平 面E之距離D較小，則該沉積速度較高。基於此，發明人最後發現， 當以CVD塗覆半導體晶圓時，為了使該沉積層之厚度變化特別 小，應該如何配置與該平面E之距離D的徑向分佈。在此情況中， 他們同時考慮到，在距離D保持固定時，觀察到該沉積速度在該半 導體晶圓之中心處較在該半導體晶圓之邊緣處要低。 本發明亦關於以化學氣相沉積法（CVD)在一半導體晶圓上沉 積一層之室，包含一引導一沉積氣體進入該室之進氣口、一引導 該沉積氣體離開該室之出氣口、一用以容納一待塗覆之半導體晶 圓的感受器、以及一設置在該感受器對面且能透過熱輻射之窗， 其中在該窗之一中心區域及該窗之一邊緣區域中，該待塗覆之半 導體晶圓之表面所位處之一平面E與該窗之間的距離D，係外側大 於内側，且在該中心區域與該邊緣區域之間的交界處，該距離D 之徑向分佈的切線與該平面E係形成一不小於15°且不大於25°的角 度，其中該窗之該中心區域係一覆蓋該半導體晶圓之該窗的内部 區域，且該窗之該邊緣區域係一不覆蓋該半導體晶圓之該窗的外 部區域。 【實施方式】 以下將以附圖更詳細地說明本發明。 第1圖所示之室包含一側壁，其具有一用以供給一沉積氣體進入 201009137 該室之進氣口卜以及一用以引導該沉積氣體自該室離開之出氣口 2; -用以容納一待塗覆之半導體晶圓4之感受器3;以及一設置在 感又器3對面之窗5。囱5係連接至一位於該室之該側壁上的基部6。 其能透過純射，且較佳由石英所組成。該待塗覆之半導體晶圓 之表面定義-離窗5-特定距離D的平面E。距離D較佳在25至城 米之範圍。該基部之下部區域係與平邮平行。覆蓋該待塗覆之半 導體晶圓之該窗的部分區域在此係稱為該窗之中心區域7，其半徑 係對應於該半導體晶圓之半徑。鄰接該中心區域之該窗的外部區 域在此係稱為該窗之邊緣區域8。該中心區域的寬度與邊緣區域的 寬度的比例，一般係在1.5至2.5的範圍。 -沉積氣體經過該半導體晶圓的引導速度並不是固定的，因為 該肉與該待塗覆之半導體晶圓表面所在之平面間的距離是變化 的。該距離之徑向分佈仙自該窗之邊緣區域向該窗之中心區域 減小的方式設置。於第丨圖中，該速度的大小係以箭頭的長度表 示0 〇 帛2 ®係以—離該f之中心之距離L的函數，來顯示該窗與該 平面E之間的距離D，其係以—根據本發明所實施之窗為例，並 因此顯示距離D _向分佈。該分佈的特徵為：在該窗之該中心 區域與該窗之該邊緣區域相鄰接的部位，距離D之徑向分佈的切 線與平面E係形成一不小於丨5。且不大於25。的角度w。 該f之尤佳構造為該距離〇係以如下方式自外側向内側遞減： 在該窗之該中心、區域中，該㈣該平面E之最大與最小距離之差 D_-Dmin係不小於〇.5毫米且不大於2毫米且在該窗之該邊緣 區域處’該窗離該平面E之最大與最小距離之差係不小 201009137 於0.5毫米且不大於2毫米。 由於該窗之該邊緣區域的寬度相對於該窗之該中心區域的寬度 更小，該距離之變化在該窗之該邊緣區域比在該窗之該中心區域 更大。該距離自外向内看不必要連續地減少，還可以保持固定， 尤其是在該中心區域之一内部部分，如第2圊所示之徑向分佈。 實施例/比較例： 在每一情況下，由矽組成之一磊晶層係沉積在由直徑3〇〇毫米之 石夕所構成的半導體晶圓上。測試該窗之實施態樣影響_沉積於該 半導艘晶圓上之層之厚度之徑向分佈的方式。只有距平面E之距離 D的徑向分佈係對應於第2圈的f，係根據本發明所實施。於一包 含此窗之室中所塗覆之半導體晶圓，得到_厚度分佈如第3圖所示 之層（實施例）。 該用以塗覆層厚度分佈如第4圖所示之該半導體晶圓的窗（比較 例1)具有以下特性：該窗離平面E之距離D的徑向分佈，係經設置 使得該中心區域與該邊緣區域之交界處的切線與平面E形成一 9 2( 的角度。在該中心區域中，該窗係經設置，使得該窗離平面E之最 =最小距離之D_Dmin的值為2.3毫米。在該邊緣區域中，該 窗係經設置為使得該窗離平面£之最大與最小距離之 的值為2.9毫米。 左Umax-U— ==塗覆層厚度分佈如第5圖所示之該半導體晶圓的窗（比較 ㈣^ Γ:該窗離平面E之距離D的徑向分佈係_， 〜中心區域和該邊緣區域之交界處的切線與平面 的角度。在該中心區域，該窗係經設置，使得 7 距離與最小距離之机ax_Dmin的值為 f邊面E之最大 ^在该邊緣區域處， 201009137 該窗係經設置，使得該窗離平面E之最大距離與最小距離之差 Dmax-Dmin的值為2.2毫米。 如該層厚度分佈之比較所顯示，在根據本發明之情況下所塗覆 之該半導體晶圓，在直徑d分佈中，該沉積層之厚度t的波動程度顯 著較在比較例之情況下小。此外，關於比較例，特別明顯的是層 厚度在外側係顯著減小（比較例丨），以及層厚度在外側係顯著增 加（比較例2)。為了量化該沉積層之厚度變化，測量在前文中所 Ο 描述之該參數R ’其中係以在考量3毫米之邊緣排除的96個分佈位 置所測得之層厚度的算術平均值作為平均層厚度屯。結果係歸納於 下表中： 實施例 比較例1 比較例2 R 0.48% 0.82% 0.80% ----1 【圖式簡單說明】 第1圖係-顯示根據本發明所設置之室之特徵的剖面圖； 第2圖係顯示窗與平面丑間之距離D的徑向分佈，其係以一根據本 發明所實施之窗為例；以及 第3圖至第5圖係顯示應用及不應用本發明塗覆之半導體晶圓之 層厚度的徑向分佈，其中係考慮3毫米的邊緣排除。 【主要元件符號說明】 出氣口 半導體晶圓 基部 1 進氣口 3 感受器 201009137 7 中心區域 8 邊緣區域 D，L 距離 E 平面 W 角度 t 厚度 d 直徑

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Claims (1)

1. 201009137 七、申請專利範圍： 1. 一種在一室中以化學氣相沉積法（CVD)在一半導體晶圓上沉 積一層之方法，包含將一沉積氣體自該室的進氣口，經過該半 導體晶圓，引導至該室的出氣口，其中該沉積氣體係通過一頂 部以一窗為邊界且底部以一平面E為邊界之通道來引導，該窗 能透過熱轄射’待塗覆之該半導體晶圓之表面係位於該平面E 中’其中該沉積氣體引導經過半導體晶圓之速度係變化的，其 係由於該平面E與該窗之間的距離D係經選取 ，使得在該窗之一 〇 巾心區域及該窗之—邊緣區域巾，在外側的距離係大於内側的 距離’且在該中心區域與該邊緣區域之間的交界處，該距離D 之徑向分佈的切線與該平面E形成一不小於15。且不大於25。的 角度’其中該窗之該中心區域係一覆蓋該半導體晶圓之該窗的 内區域，且該窗之該邊緣區域係一不覆蓋該半導體晶圓之該 窗的外部區域。 月求項1之方法’其中在該窗之該中心區域中該窗離該平 ΦΕ之最大與最小距離的差Dmax-Dmin係不小於0.5毫米且不大於 2毫米。 3.如π求項1或2之方法，其中在該窗之該邊緣區域中，該窗離該 平面Ε之最大與最小距離的差n』不小於〇5毫米且不大 於2毫米。 種用於以化學氣相沉積法（CVD)在-半導體晶圓上沉積一 層之室，勺人 匕含一引導一沉積氣體進入該室之進氣口、一引導該 、氣體離開该室之出氣口、一用以容納一待塗覆之半導體晶 圓的域f 、 又σ以及一設置在該感受器對面且能透過熱輻射之 201009137 窗’其中在該窗之一中心區域及該窗之一邊緣區域中，該待塗 覆之半導艘晶圓之表面所位處之一平面E與該窗之間的距離 D，係外侧大於内側，且在該中心區域與該邊緣區域之間的邊 界處，該距離D之徑向分佈的切線與該平面£係形成一不小於 15且不大於25。的角度，其中該窗之該中心區域係一覆蓋該半 導體晶圓之該窗的内部區域，且該窗之該邊緣區域係一不覆蓋 該半導體晶圓之該窗的外部區域。 5.如請求項4之室，其t在該窗之該中心區域中，該窗離該平面e 之最大與最小距離的差D__Dmin係不小於〇 5毫米且不大於2毫❹ 米。 6. 如。月长項4或5之至’其中在該窗之該邊緣區域中，該窗離該平 面e之最大與最小距離的差u-係不小於〇·5毫#且不大於 2毫米。 7. 如凊求項4或5之室，其中該距離£)為25至35毫米。 8. 如請求項6之室，其中該距離〇為25至35毫米。 ❹ 9· -包含-蟲晶層之半導體晶圓，其中該層之厚度係、不均句的， 其中描述層厚度變化且由公式R=1〇〇%*(t_ _ t_)/心所計算 出的參數⑽小於〇.5%，其中於該公式中，U示層之最大厚 度’ t-表示層之最小厚度，‘表示層之平均厚度。 12