TW201837989A - 磊晶晶圓之製造方法與製造設備 - Google Patents

Abstract

依照實施例，一種透過在基座上裝載的晶圓上形成磊晶層的磊晶晶圓之製造方法包含針對晶圓的各個厚度圖案，預先確定磊晶層的磊晶製程條件，磊晶層具有能夠補償晶圓的總厚度變化的配置相匹配的厚度剖面，使用基座上裝載的晶圓之中央區域內的第一厚度變動與邊緣區域內的第二厚度變動，確定晶圓的厚度圖案，以及在預先確定的這些磊晶製程條件中，在確定的厚度圖案所對應的磊晶製程條件下在晶圓上形成磊晶層。這些磊晶製程條件包含載體氣體的供應量、來源氣體的供應量、供氣閥的開/關度、基座的旋轉速度或者基座的高度至少其一。

Description

磊晶晶圓之製造方法與製造設備

本發明係關於一種磊晶晶圓之製造方法與製造設備。

通常，矽晶圓用作製造半導體裝置的材料，透過各種製程被製造為拋光晶圓的形式。這些製程包含切割製程（slicing process）、研磨製程（lapping process）、蝕刻製程以及拋光製程。在切割製程中，單晶矽塊被切割為晶圓形狀。在研磨製程中，晶圓的平坦度被改善且被研磨為期望的厚度。蝕刻製程用於移除晶圓內的受損層。拋光製程用於將晶圓的表面拋光為鏡狀表面，以及改善晶圓的平坦度。此外，矽晶圓透過額外完成熱處理而被製造為退火晶圓的形式從而調節其缺陷密度，或者被製造為磊晶晶圓的形式從而更加適合用於半導體裝置的形成。

依照用於矽磊晶晶圓的一般製造方法，作為基板的矽拋光晶圓（圖未示）被裝載至基座上（圖未示），以及氣體比如來源氣體與摻雜氣體被供應至拋光晶圓。透過磊晶晶圓製造設備的加熱器（圖未示），前述氣體被分解且由此具有反應性，從而在拋光晶圓上沈積矽磊晶層（圖未示），由此製造矽磊晶晶圓。

透過這種製造方法，在矽拋光晶圓上形成具有特定的膜厚度或電阻率的矽磊晶層。因此，矽磊晶晶圓用於製造高性能的半導體裝置。通常，這種矽磊晶晶圓包含的矽磊晶層具有大約幾微米(µm)至幾十微米的厚度範圍。

其間，在半導體裝置的製造製程中，晶圓的幾何構形比如其形狀、厚度、平坦度等對半導體晶片的產量具有極大的影響。因此，必須嚴格保持晶圓的幾何構形。特別地，隨著高度整合式半導體裝置的發展，晶圓的幾何構形在半導體裝置製造製程中變得極為重要。就是說，隨著近來發展的半導體裝置的線寬的減少與整合度的增加，晶圓的平坦度極大地影響半導體製造製程的生產力與產量。特別地，需要高平坦度的晶圓，從而緩解光刻製程中困擾曝光裝置的聚焦等問題。隨著電路的線寬變得更細，半導體製造製程中晶圓的平坦度缺陷的緣故所導致的線畸變（line distortion），進一步劣化裝置的產量。因此，需要發展具有極佳平坦度的高品質磊晶晶圓。

然而，依照矽拋光晶圓的一般製造方法，因為在完成拋光製程後，係在平坦度較差的拋光晶圓上沈積磊晶層，所以磊晶晶圓也具有較差的平坦度，由此需要改進。

本案實施例提供一種具有改良平坦度的磊晶晶圓之製造方法與製造設備。

依照一個實施例，一種透過在基座上裝載的晶圓上形成磊晶層的磊晶晶圓之製造方法包含(a)針對晶圓的各個厚度圖案，預先確定磊晶層的複數個磊晶製程條件，此磊晶層具有能夠補償晶圓的總厚度變化的配置相匹配的厚度剖面，(b)使用基座上裝載的晶圓之中央區域內的第一厚度變動與邊緣區域內的第二厚度變動，確定晶圓的厚度圖案，以及(c)在預先確定的這些磊晶製程條件中，在確定的厚度圖案所對應的磊晶製程條件下在晶圓上形成磊晶層，其中這些磊晶製程條件包含載體氣體的供應量、來源氣體的供應量、供氣閥的開/關度、基座的旋轉速度或者基座的高度至少其一。

舉個例子，載體氣體的供應量包含待被供應至晶圓上方區域的載體氣體的第一供應量或者待被供應至晶圓下方區域的載體氣體的第二供應量至少其一。

舉個例子，晶圓之中央區域被定義為從晶圓之中心至第一點的區域，以及晶圓之邊緣區域被定義為從第二點至晶圓之第三點之區域，以及第二點位於比第一點的位置距離中心更遠或相同的位置，以及第三點位於比第二點的位置距離中心更遠的位置。

舉個例子，第一點位於距離中心80毫米至100毫米的位置，第二點位於距離中心80毫米至100毫米的位置，以及第三點位於距離中心140毫米至148毫米的位置。

舉個例子，透過從中心之第一厚度減去第一點之第二厚度得到第一厚度變動的數值，以及透過從第二點之第三厚度減去第三點之第四厚度得到第二厚度變動的數值。

舉個例子，步驟(b)包含獲得第一厚度變動與第二厚度變動，透過比較第一厚度變動與第一參考厚度值，獲得第一比較值，透過比較第二厚度變動與第二參考厚度值，獲得第二比較值，以及使用第一比較值與第二比較值，確定晶圓之厚度圖案。

舉個例子，第一參考厚度值為15奈米或30奈米，以及第二參考厚度值為0。

舉個例子，步驟(a)中，載體氣體的供應量、來源氣體的供應量、供氣閥的開/關度、基座的旋轉速度與基座的高度之相對比例被設定為針對晶圓之厚度圖案之對應其一的磊晶製程條件。

舉個例子，晶圓為雙側拋光晶圓。

依照另一實施例，一種透過在晶圓上形成磊晶層之磊晶晶圓之製造設備包含供應載體氣體與來源氣體之供氣單元，支撐其上裝載的晶圓之基座，支撐基座之主動軸，調節主動軸的向上/向下移動與旋轉速度之驅動單元，將來自供氣單元的載體氣體與來源氣體供應至晶圓之供氣閥，儲存磊晶層的複數個磊晶製程條件之存儲單元，針對晶圓之各個厚度圖案，磊晶層具有與能夠補償晶圓之總厚度變化的配置相匹配之厚度剖面，確定基座上裝載的晶圓的厚度之圖案厚度圖案確定單元，以及控制器，用以從存儲單元讀取厚度圖案確定單元所確定的厚度圖案對應的磊晶製程條件，以及控制供氣單元、供氣閥或者驅動單元至少其一以回應讀取的磊晶製程條件，以調節載體氣體的供應量、來源氣體的供應量、供氣閥的開/關度、基座的旋轉速度或者基座的高度至少其一。

舉個例子，控制器更控制摻雜氣體之供氣量作為磊晶製程條件。

依照實施例的磊晶晶圓之製造方法與設備，甚至當晶圓展現出總厚度變化時，透過組合調整磊晶製程條件的因數，在晶圓形成磊晶層，具有能夠補償晶圓的總厚度變化的厚度剖面，從而能夠製造具有改善GBIR與改善SBIR的磊晶晶圓以及因此提高產量。

以下將結合圖式部份對本發明的較佳實施方式作詳細說明。然而，本揭露以多種不同形式被具體化，以及並非限制於本文所述之實施例。相反，這些實施例被提供為使得本揭露完整且充分，以及將本揭露之範圍充分傳達至本領域之普通技術人員。

以下，將結合附圖描述實施例之磊晶晶圓之製造方法100與製造設備200。為了方便描述，將使用笛卡兒坐標系統（x軸、y軸、z軸）描述磊晶晶圓製造設備200。然而，本揭露並非限制於此。就是說，可以使用其他不同的坐標系統。

圖1係為用於解釋實施例之磊晶晶圓製造方法100之流程圖。

圖2係為實施例之磊晶晶圓製造設備200之剖面形狀之示意圖，以及圖3係為圖2所示之供氣閥240之實施例供氣閥240A之平面示意圖。

為了更好地理解本揭露，將使用圖2所示之磊晶晶圓製造設備200完成圖1所示之磊晶晶圓製造方法100之描述；然而，本揭露並非限制於此。就是說，使用與圖2所示磊晶晶圓製造設備200具有不同配置的磊晶晶圓製造設備，可完成圖1所示之磊晶晶圓製造方法100。

在描述圖1所示磊晶晶圓製造方法100之前，以下將簡要地描述圖2所示之磊晶晶圓製造設備200。

圖2所示之磊晶晶圓製造設備200包含腔室210、上腔室框212、下腔室框214、供氣單元230、供氣閥240、驅動單元260、存儲單元270、控制器280以及厚度圖案確定單元290。

腔室210用作完成熱處理的空間，從而在晶圓W的表面上形成一層比如磊晶層E（epi-layer），以及可由石英玻璃形成。舉個例子，晶圓W為拋光晶圓；然而，本揭露并非限制於此。腔室210包含上腔室框212與下腔室框214，以及進氣埠IN1與出氣埠OUT被放置於上腔室框212與下腔室框214之間。需要載體氣體與來源氣體（或者原料氣體或者反應氣體）用於在腔室210內的晶圓W上生長磊晶層E，載體氣體與來源氣體（或者原料氣體或者反應氣體）透過進氣埠IN1被引入腔室210內，從而在晶圓W上形成磊晶層E。形成磊晶層E以後，用於反應的氣體透過出氣埠OUT被排出。因此，進氣埠IN1與出氣埠OUT彼此相對形成，以及透過進氣埠IN1被引入的來源氣體的層流沿晶圓W的表面被誘導。

腔室210包含基座220、提升臂250、支撐單元252、主動軸（driving shaft）（或者支撐軸）254以及支撐銷（support pin）256。

透過載送單元（圖未示），晶圓W以單晶圓處理方式即一個接一個地被引入腔室210內或者從腔室210移出；然而，本揭露並非限制一次傳送的晶圓W的個數。

在晶圓W（或者基板）上形成磊晶層的同時，基座220用於提供在其上裝載晶圓W的空間且支撐晶圓W。基座220由覆蓋碳化矽（silicon carbide）的石墨材料（graphite material）形成，以及具有平面的盤狀。此外，基座220具有多種剖面形狀。晶圓W被裝載到基座220上以後，晶圓W經歷快速的熱處理，或者在晶圓W的主表面上生長磊晶層E。

支撐單元252用於支撐基座220。支撐單元252的材料可以為石英、矽、碳化矽，或者塗佈矽或碳化矽的石英。

提升臂250被放置於主動軸254與支撐銷256之間，以及從主動軸254徑向延伸，從而連接支撐銷256。當主動軸254完成向上/向下移動時，提升臂250用於向上或向下移動支撐銷256。

支撐銷256從提升臂250的遠端垂直延伸，穿透基座220，以及連接提升臂250，從而隨著提升臂250的向上/向下移動同時向上或向下移動。因此，基座220其中具有通孔（圖未示），支撐銷256透過通孔被插入。

主動軸254連接支撐單元252從而支撐基座220，以及連接提升臂250從而支撐支撐銷256。主動軸254透過驅動單元260完成旋轉運動或者向上/向下運動。就是說，藉由驅動單元260確定主動軸254的向上/向下運動或者旋轉運動。當藉由驅動單元260旋轉主動軸254時，基座220連同支撐單元252旋轉，由此旋轉晶圓W。舉個例子，當在晶圓W上形成磊晶層E時，可高速旋轉晶圓W，這樣磊晶層E的厚度變得均勻。

此外，驅動單元260藉由提升臂250用於向上或向下移動支撐銷256，以及藉由支撐單元252向上或向下移動基座220。驅動單元260可調整主動軸254的向上/向下運動或者旋轉運動至少其一，以回應控制器280產生的第三控制訊號C3。舉個例子，當主動軸254藉由驅動單元260向上或向下移動時，基座220的高度可上升或下降。

供氣單元230用於供應載體氣體、來源氣體與摻雜氣體至供氣閥240。此時，回應於控制器280產生的第一控制訊號C1，供氣單元230調整被供應至供氣閥240的載體氣體的數量、來源氣體的數量與摻雜氣體的數量中的每一個。

供氣閥240 (Accuset)（或者自動計量閥（automated metering valve；AMV））用於注入載體氣體、來源氣體與摻雜氣體，載體氣體、來源氣體與摻雜氣體從供氣單元230透過進氣埠IN1被供應至腔室210內，這樣這些氣體被供應至晶圓W。此時，可調節供氣閥240的開/關程度，以回應控制器280產生的第二控制訊號C2。

請參考圖3，供氣閥240A包含中央噴嘴與周邊噴嘴。中央噴嘴朝晶圓W的中央部IN2的方向噴氣，以及周邊噴嘴朝晶圓W的邊緣部OUT1與OUT2的方向噴氣。具有這種配置的噴嘴也被稱為多通噴射器（multiport injector；MPI）。

現在將簡要地描述上述配置的使用磊晶晶圓製造設備200之磊晶晶圓之製造制程。

晶圓W被裝載到基座220上以後，晶圓W被保持於一個溫度範圍，例如從1100°C至1200°C，以及在氫氣環境下加熱大約10分鐘，從而移除基於碳的雜質或者天然氧化層。

接下來，來源氣體比如三氯矽烷SiHCl₃ （Trichlorosilane；TCS）或者二氯矽烷SiH₂ Cl₂ ，以及載體氣體比如氫氣H₂ （hydrogen）被供應至腔室210。當沈積磊晶層E時，為了給磊晶層E賦予導電性，摻雜氣體比如乙硼烷（B₂ H₆ ）或磷化氢（PH₃ ）連同載體氣體與來源氣體被供應至腔室210。

載體氣體、來源氣體以及摻雜氣體沿箭頭310的方向被供應至腔室210內。此外，還沿箭頭320的方向供應載體氣體。透過磊晶晶圓製造設備200的加熱器（圖未示），這些氣體被分解且由此具有反應性，從而在晶圓W上沈積磊晶層E，因此製造磊晶晶圓EP。

現在結合圖1至圖3描述實施例之磊晶晶圓製造方法100。

對於晶圓W的各自不同的厚度圖案，預先確定磊晶層E的磊晶制程條件，磊晶層E具有與能夠補償晶圓W的總厚度變化的配置相匹配的厚度剖面（thickness profile）（步驟110）。舉個例子，針對晶圓W的各個厚度圖案預先確定的磊晶層的各個不同的磊晶製程條件被儲存於存儲單元270中。

圖1所示的磊晶晶圓製造方法100中，透過將預定的矽塊切割為晶圓形狀的製程、經過切割的晶圓經歷研磨與雙側拋光（double side polishing；DSP）的製程、蝕刻製程與拋光製程，準備其上待形成磊晶層E的晶圓W。接下來，晶圓W經歷最終拋光（final polishing；FP），利用鹼性水溶液（alkaline aqueous solution）比如氨（ammonia）與過氧化氫（hydrogen peroxide）的混合液體與/或酸性水溶液比如氟酸（fluoric acid）被清洗，然後被裝載至基座220上。

此外，晶圓W可為矽晶圓，以及例如具有300毫米的直徑；然而，本揭露并非限制於晶圓W的這種材料或直徑。

圖4A至4C係為用於解釋磊晶層E補償晶圓W之厚度變化之原理之示意圖。每一圖式中，水平軸代表在y軸方向的位置（即，晶圓W之徑向），以及垂直軸代表在z軸方向的位置（例如，晶圓的正規化厚度（Normalized THK））。

特別地，圖4A表示晶圓W之厚度剖面，圖4B表示能夠補償晶圓W之厚度變化之磊晶層E之厚度剖面，以及圖4C表示其中晶圓W之厚度變化藉由磊晶層E被補償的磊晶晶圓EW的厚度剖面。

舉個例子，如圖4A代表性所示，假設晶圓W之中央區域CA被形成為平面，因此此沒有厚度變化，但是晶圓W的邊緣區域EA被形成為向上彎曲，因此具有厚度變化。這種情況下，當具有圖4B所示厚度剖面的磊晶層E形成於晶圓W上時，如圖4C所示，其上形成有磊晶層E的晶圓W（被稱為磊晶晶圓EW）的總厚度的變化則被消除。這是因為磊晶層E補償了晶圓W的總厚度的變化。舉個例子，依照磊晶製程條件實現圖4B所示的磊晶層E。

如上所述，磊晶層E具有能夠補償晶圓W的厚度變化的配置相匹配的厚度剖面，用於形成這種磊晶層E的磊晶製程條件包含載體氣體的供應量、來源氣體的供應量、供氣閥240與240A的開/關度、基座220的旋轉速度或者基座220的高度至少其一。這裡，因為晶圓W在基座220旋轉的同時旋轉，基座220的旋轉速度也被視為晶圓W的旋轉速度。

載體氣體的供應量包含第一供應量或第二供應量至少其一。舉個例子，第一供應量指如圖2的箭頭310所示，被供應至晶圓W上方區域的載體氣體的數量。此外，舉個例子，第二供應量指如圖2的箭頭320所示，被供應至晶圓W下方區域的載體氣體的數量。

此外，磊晶制程條件更包含摻雜氣體的供應量；然而，本揭露並非限制於此。摻雜氣體連同來源氣體被供應至腔室210內，如圖2的箭頭310所示。

此外，依照實施例，針對晶圓W的各個厚度圖案預先確定的各個不同的磊晶處理條件指載體氣體的供應量、來源氣體的供應量、供氣閥240與240A的開/關度、基座220的旋轉速度以及基座220的高度的相對比例。以下將結合表格1解釋代表性的磊晶製程條件。

再次參考圖1，步驟110以後，使用裝載於基座上的晶圓W的中央區域CA內的第一厚度變化ΔT1以及晶圓W的邊緣區域EA內的第二厚度變化ΔT2，確定其上待形成磊晶層E的晶圓W的厚度圖案（步驟120）。舉個例子，透過圖2所示的厚度圖案確定單元290完成步驟120。就是說，厚度圖案確定單元290確定基座220上裝載的晶圓W的厚度圖案，並且將確定的厚度圖案輸出至控制器280。

圖5係為用於解釋圖1所示步驟120之實施例120A之流程圖。

圖6表示晶圓W之剖面形狀以解釋晶圓W之中央區域CA與邊緣區域EA。

在描述圖5所示的步驟120A以前，現在結合圖6描述晶圓W之中央區域CA與邊緣區域EA。

晶圓W之中央區域CA被定義為從晶圓W的中心P0至第一點±P1的區域。另外，晶圓W之邊緣區域EA被定義為從第二點±P2至晶圓W之第三點±P3的區域。第二點±P2位於距離中心P0比第一點±P1更遠的位置，或者位於與第一點±P1相同的位置。第三點±P3位於距離中心P0比第二點±P2更遠的位置。

如果晶圓W為具有300毫米直徑的雙側拋光晶圓，第一點P1位於距離中心P080毫米至100毫米，例如90毫米的位置，第二點P2位於距離中心P080毫米至100毫米，例如100毫米的位置，以及第三點P3位於距離中心P0140毫米至148毫米，例如144毫米的位置；然而，本揭露並非限制於此。

此外，從中心P0的第一厚度T1減去第一點P1處的第二厚度T2得到的數值為第一厚度變動ΔT1，以及從第二點P2處的第三厚度T3減去第三點P3的第四厚度T4得到的數值為第二厚度變動ΔT2；然而，本揭露並非限制於此。

請參考圖5，步驟110以後，得到基座220上裝載的晶圓W的第一厚度變動ΔT1與第二厚度變動ΔT2（步驟121）。

步驟121以後，透過比較第一厚度變動ΔT1與第一參考厚度值RT1得到第一比較值，透過比較第二厚度變動ΔT2與第二參考厚度值RT2得到第二比較值，以及使用第一比較值與第二比較值確定晶圓W的厚度圖案（步驟122至128）。

舉個例子，判定第一厚度變動ΔT1是否小於第一參考厚度值RT1（步驟122）。根據第一厚度變動ΔT1小於第一參考厚度值RT1的判定，判定第二厚度變動ΔT2是否大於第二參考厚度值RT2（步驟123）。然而，根據第一厚度變動ΔT1不小於第一參考厚度值RT1的判定結果，判定第二厚度變動ΔT2是否大於第二參考厚度值RT2（步驟124）。舉個例子，第一參考厚度值RT1為15奈米或30奈米，以及第二參考厚度值RT2為0；然而，本揭露並非限制於此。

根據第一厚度變動ΔT1小於第一參考厚度值RT1以及第二厚度變動ΔT2大於第二參考厚度值RT2的判定，基座220上裝載的晶圓W的厚度圖案被確定為第一圖案TP1（步驟125）。

此外，根據第一厚度變動ΔT1小於第一參考厚度值RT1以及第二厚度變動ΔT2不大於第二參考厚度值RT2的判定，基座220上裝載的晶圓W的厚度圖案被確定為第二圖案TP2（步驟126）。

此外，根據第一厚度變動ΔT1不小於第一參考厚度值RT1以及第二厚度變動ΔT2大於第二參考厚度值RT2的判定，基座220上裝載的晶圓W的厚度圖案被確定為第三圖案TP3（步驟127）。

此外，根據第一厚度變動ΔT1不小於第一參考厚度值RT1以及第二厚度變動ΔT2不大於第二參考厚度值RT2的判定，基座220上裝載的晶圓W的厚度圖案被確定為第四圖案TP4（步驟128）。

圖5中表示當第一厚度變動ΔT1等於第一參考厚度值RT1時，程序轉向步驟124；然而，本揭露並非限制於此。就是說，依照另一實施例，當步驟122中判定第一厚度變動ΔT1等於第一參考厚度值RT1時，程序可能轉向步驟123，而非步驟124。

與以上類似，當步驟123中判定第二厚度變動ΔT2等於第二參考厚度值RT2時，程序轉向步驟126；然而，本揭露並非限制於此。就是說，依照另一實施例，當步驟123中判定第二厚度變動ΔT2等於第二參考厚度值RT2時，程序可能轉向步驟125，而非步驟126。

此外，當步驟124中判定第二厚度變動ΔT2等於第二參考厚度值RT2時，程序轉向步驟128；然而，本揭露並非限制於此。就是說，依照另一實施例，當步驟124中判定第二厚度變動ΔT2等於第二參考厚度值RT2時，程序可能轉向步驟127，而非步驟128。

藉由圖3所示的厚度圖案確定單元290完成圖5所示的步驟120A。

步驟120或步驟120A以後，在預先確定的磊晶製程條件中與步驟120或步驟120A中確定的厚度圖案對應的磊晶製程條件下，在晶圓W上形成磊晶層（步驟130）。

為了完成步驟130，控制器280從存儲單元270讀取與厚度圖案確定單元290確定的晶圓W的厚度圖案對應的磊晶製程條件，以及產生第一至第三控制訊號C1至C3以回應讀取的磊晶製程條件，從而控制供氣單元230、供氣閥240與驅動單元260。就是說，控制器280產生第一控制訊號C1以控制供氣單元230，從而調節載體氣體的供應量、來源氣體的供應量以及摻雜氣體的供應量。此外，控制器280控制第二控制訊號C2，從而調節供氣閥240的開/關度。另外，控制器280產生第三控制訊號C3，以透過驅動單元260控制主動軸254的向上/向下運動與旋轉速度，從而調節基座220的旋轉速度或者基座220的高度至少其一。

以下，為了更好地理解上述實施例的磊晶晶圓製造方法100與磊晶晶圓製造設備200，將結合附圖描述在根據晶圓W的厚度圖案而改變的磊晶製程條件下，在晶圓W上形成磊晶層E的例子。基於以下假設完成這個在晶圓W上形成磊晶層E的例子，假設第一點P1、第二點P2與第三點P3分別距離中心90毫米、90毫米與148毫米，第一參考厚度值RT1為15奈米或30奈米，以及第二參考厚度值RT2為0奈米。

圖7A至7D係為表示當第一參考厚度值RT1為15奈米時晶圓的第一至第四圖案TP1至TP4之示意圖。每一圖式中，水平軸代表晶圓W的徑向的位置，以及垂直軸代表晶圓W的厚度。

如圖7A所示，當第一厚度變動ΔT1小于15奈米的第一參考厚度值RT1，以及第二厚度變動ΔT2大於0奈米的第二參考厚度值RT2時，基座220上裝載的晶圓W的厚度圖案被確定為第一圖案TP1。

或者，如圖7B所示，當第一厚度變動ΔT1小于15奈米的第一參考厚度值RT1，以及第二厚度變動ΔT2不大於0奈米的第二參考厚度值RT2時，基座220上裝載的晶圓W的厚度圖案被確定為第二圖案TP2。

或者，如圖7C所示，當第一厚度變動ΔT1不小于15奈米的第一參考厚度值RT1，以及第二厚度變動ΔT2大於0奈米的第二參考厚度值RT2時，基座220上裝載的晶圓W的厚度圖案被確定為第三圖案TP3。

或者，如圖7D所示，當第一厚度變動ΔT1不小于15奈米的第一參考厚度值RT1，以及第二厚度變動ΔT2不大於0奈米的第二參考厚度值RT2時，基座220上裝載的晶圓W的厚度圖案被確定為第四圖案TP4。

圖8A至8D係為表示當第一參考厚度RT1為30奈米時晶圓W的第一至第四圖案TP1至TP4之示意圖。每一圖式中，水平軸代表晶圓W的徑向的位置，以及垂直軸代表晶圓W的厚度。

如圖8A所示，當第一厚度變動ΔT1小于30奈米的第一參考厚度值RT1，以及第二厚度變動ΔT2大於0奈米的第二參考厚度值RT2時，基座220上裝載的晶圓W的厚度圖案被確定為第一圖案TP1。

或者，如圖8B所示，當第一厚度變動ΔT1小于30奈米的第一參考厚度值RT1，以及第二厚度變動ΔT2不大於0奈米的第二參考厚度值RT2時，基座220上裝載的晶圓W的厚度圖案被確定為第二圖案TP2。

或者，如圖8C所示，當第一厚度變動ΔT1不小于30奈米的第一參考厚度值RT1，以及第二厚度變動ΔT2大於0奈米的第二參考厚度值RT2時，基座220上裝載的晶圓W的厚度圖案被確定為第三圖案TP3。

或者，如圖8D所示，當第一厚度變動ΔT1不小于30奈米的第一參考厚度值RT1，以及第二厚度變動ΔT2不大於0奈米的第二參考厚度值RT2時，基座220上裝載的晶圓W的厚度圖案被確定為第四圖案TP4。

如上所述，當確定基座220上裝載的晶圓W的厚度圖案時，在與確定的厚度圖案對應的磊晶製程條件下在晶圓W上形成磊晶層E，如以下的表格1所示。 [表格 1]

這裡，「H」表示氫氣，為載體氣體H₂ ，「H₂ Main」表示作為載體氣體的氫氣的第一供應量，「H₂ Slit」表示作為載體氣體的氫氣的第二供應量，「TCS」表示來源氣體，「Accuset (In/Out)」表示供氣閥240與240A之開/關度，「HT」表示基座220的高度，以及「RPM」表示基座220的旋轉速度。

以上表格1表示針對步驟110中晶圓W的各個厚度圖案TP1至TP4預先確定的磊晶製程條件。從表格1中可看出，晶圓W之厚度圖案TP1至TP4對應其一的每一磊晶製程條件的因數的相對比例不同於另一磊晶製程條件的因數的相對比例。舉個例子，表格1可依照查找表（look-up table；LUT）的形式被儲存於圖3所示的存儲單元270中。

請參考表格1，當在步驟120或步驟120A中，晶圓W的厚度圖案被確定為第一圖案TP1時，對應磊晶製程條件的因數的相對比例如下：總計100%，H₂ Main占40%，H₂ Slit占30%，TCS占10%，Accuset (In/Out) 占10%，HT占7%，以及RPM占3%。

然而，當晶圓W的厚度圖案被確定為第二圖案TP2時，對應磊晶製程條件的因數的相對比例如下：總計100%，H₂ Main占42%，H₂ Slit占31%，TCS占6%，Accuset (In/Out) 占10%，HT占10%，以及RPM占1%。

然而，當晶圓W的厚度圖案被確定為第三圖案TP3時，對應磊晶製程條件的因數的相對比例如下：總計100%，H₂ Main占42%，H₂ Slit占30%，TCS占8%，Accuset (In/Out) 占10%，HT占7%，以及RPM占3%。

然而，當晶圓W的厚度圖案被確定為第四圖案TP4時，對應磊晶製程條件的因數的相對比例如下：總計100%，H₂ Main占42%，H₂ Slit占31%，TCS占6%，Accuset (In/Out) 占10%，HT占10%，以及RPM占1%。

如以上表格1所示，根據晶圓W的厚度圖案，磊晶製程條件的各個因數的使用程度隨之改變。

藉由磊晶層E補償晶圓W的厚度變化。舉個例子，圖7A、7C、8A或8C所示的晶圓W的邊緣區域EA的厚度從第二點P2到第三點P3下降。此時，如果形成磊晶層E，使得其厚度從第二點P2到第三點P3增加，則磊晶層E補償晶圓W的厚度變化。因此，最終製造的磊晶晶圓EW的邊緣區域EA內的厚度變化被最小化。

此外，實施例之磊晶晶圓製造方法100與磊晶晶圓製造設備200用以依照厚度圖案將其上待形成磊晶層的複數個晶圓分類，以在具有最大數目晶圓特征的厚度圖案的晶圓W上形成磊晶層，然後透過改變磊晶製程條件，在具有第二大數目晶圓特征的厚度圖案的晶圓W上形成磊晶層。就是說，這種配置使得在具有最大數目晶圓特征的厚度圖案的晶圓W上較佳地形成磊晶層E；然而，本揭露並非限制於此。

通常，總體背面理想範圍（Global Backside Ideal Range；GBIR）或者局部背面理想範圍（Site Backside Ideal Range；SBIR）用作測量指標，以評價晶圓W或磊晶晶圓EW之厚度變化即平坦度。

圖9A係為用於解釋GBIR之示意圖，以及圖9B係為用於解釋SBIR之示意圖。

請參考圖9A，GBIR為基於理想背面參考平面400的晶圓W的最大厚度Tmax與最小厚度Tmin之間的差值，以及其單位為微米/晶圓（或者奈米/晶圓或者簡稱為微米或奈米）。GBIR由以下方程1表示。 [方程 1]

請參考圖9B，SBIR為基於理想背面參考平面410的晶圓位置WS（wafer site）的最大厚度STmax與最小厚度STmin之間的差值，其單位為微米/晶圓（或者奈米/晶圓或者簡稱為微米或奈米）。SBIR由以下方程2表示。 [方程 2]

這裡，晶圓位置WS指晶圓W被切分的每一小片例如為矩形。

圖10A至10C係為用於解釋使用磊晶層E補償晶圓W的總厚度的變化，從而總厚度的變化得到改善的磊晶晶圓的製造製程的例子之示意圖。

特別地，圖10A表示晶圓W的三維地圖，圖10B表示具有能夠補償晶圓W的厚度變化的厚度剖面的磊晶層E的三維地圖，以及圖10C表示其中藉由磊晶層E補償晶圓W的厚度變化的磊晶晶圓EW的三維地圖。

當圖10A中表示的晶圓W具有94.6奈米的GBIR與51.3奈米的SBIR時，如果具有圖10B所示形狀的磊晶層E透過實施例之磊晶晶圓製造方法100形成於圖10A所示的晶圓W上時，則可製造出具有89.4奈米的改善GBIR與35.2奈米的改善SBIR的磊晶晶圓，如圖10C所示。

以下，將結合附圖描述傳統磊晶晶圓製造方法M1所製造的磊晶晶圓之平坦度與實施例之磊晶晶圓製造方法M2所製造的磊晶晶圓之平坦度之間的比較，其中傳統磊晶晶圓製造方法M1不考量晶圓W的厚度變化，以及實施例之磊晶晶圓製造方法M2考量晶圓W的厚度變化。

圖11A表示傳統方法製造的磊晶晶圓之GBIR與實施例之方法所製造之磊晶晶圓之GBIR，以及圖11B表示傳統方法製造之磊晶晶圓之SBIR與實施例之方法所製造之磊晶晶圓之SBIR。

從圖11A可看出，其中藉由實施例之方法在晶圓W上形成具有能夠補償晶圓W的厚度變化的厚度剖面的磊晶層E的若干磊晶晶圓的GBIR M2，小於其中透過傳統方法未考慮量圓W的厚度變化在晶圓W上形成磊晶層E的若干磊晶晶圓的GBIR M1。

從圖11B可看出，其中透過實施例之方法在晶圓W上形成具有能夠用於補償晶圓W的厚度變化的厚度剖面的磊晶層E的若干磊晶晶圓的SBIR M2，小於其中透過傳統方法未考量晶圓W平坦度的在晶圓W上形成磊晶層E的若干磊晶晶圓的SBIR M1。圖11B所示的各點表示各個磊晶晶圓的SBIR的最大值。

圖12A係為表示傳統方法製造之若干磊晶晶圓之GBIR與實施例之方法製造之若干磊晶晶圓之GBIR之直方圖，以及圖12B係為表示傳統方法製造之若干磊晶晶圓之SBIR與實施例之方法製造之若干磊晶晶圓之SBIR之直方圖。

請參考圖12A，當比較其中透過傳統方法未考量晶圓W的平坦度在晶圓W上形成磊晶層E的具有低GBIR M1的磊晶晶圓的出現次數，與其中透過考量晶圓W的平坦度依照實施例之方法在晶圓W上形成具有能夠補償晶圓W的厚度變化的厚度剖面的磊晶層E的具有低GBIR M2的磊晶晶圓的出現次數時，可看出相較於當依照傳統方法M1製造時，當依照實施例的方法M2製造時，具有低GBIR的磊晶晶圓的數量較大。

請參考圖12B，當比較其中透過傳統方法未考量晶圓W的平坦度在晶圓W上形成磊晶層E的具有低SBIR M1的磊晶晶圓的出現次數，與其中透過考量晶圓W的平坦度依照實施例之方法在晶圓W上形成具有能夠補償晶圓W的厚度變化的厚度剖面的磊晶層E的具有低SBIR M2的磊晶晶圓的出現次數時，可看出，相較於當依照傳統方法M1製造時，當依照實施例的方法M2製造時，具有低SBIR的磊晶晶圓的數量較大。

依照上述實施例的磊晶晶圓製造方法100與磊晶晶圓製造設備200，甚至當晶圓W展現出總厚度變化時，透過組合調整磊晶製程條件的因數（H₂ Main、H₂ Slit、TCS、Accuset (In/Out)、HT、RPM），在晶圓W形成磊晶層E，具有能夠補償晶圓W的總厚度變化的厚度剖面，從而改善最終製造的磊晶晶圓EW的GBIR與SBIR以及提高產量。

雖然本發明以前述之實施例揭露如上，應該理解的是，本領域技術人員所設計的多種其他修正與應用將落入實施例之本質方面內。舉個例子，實施例之具體組成元件中可能存在各種變動與修正。此外，可以理解的是，變動與修正相關的差異落入所附申請專利範圍所定義的本揭露之精神和範圍內。

100‧‧‧製造方法

110、120、130‧‧‧步驟

200‧‧‧製造設備

210‧‧‧腔室

212‧‧‧上腔室框

214‧‧‧下腔室框

220‧‧‧基座

230‧‧‧供氣單元

240、240A‧‧‧供氣閥

250‧‧‧提升臂

252‧‧‧支撐單元

254‧‧‧主動軸

256‧‧‧支撐銷

260‧‧‧驅動單元

270‧‧‧存儲單元

280‧‧‧控制器

290‧‧‧厚度圖案確定單元

310、320‧‧‧箭頭

IN1‧‧‧進氣埠

OUT‧‧‧出氣埠

IN2‧‧‧中央部

OUT1、OUT2‧‧‧邊緣部

C1‧‧‧第一控制訊號

C2‧‧‧第二控制訊號

C3‧‧‧第三控制訊號

W‧‧‧晶圓

E‧‧‧磊晶層

CA‧‧‧中央區域

EA‧‧‧邊緣區域

EW‧‧‧磊晶晶圓

ΔT1‧‧‧第一厚度變動

ΔT2‧‧‧第二厚度變動

RT1‧‧‧第一參考厚度值

RT2‧‧‧第二參考厚度值

P0‧‧‧中心

P1‧‧‧第一點

P2‧‧‧第二點

P3‧‧‧第三點

Tmax‧‧‧最大厚度

Tmin‧‧‧最小厚度

400‧‧‧理想背面參考平面

410‧‧‧理想背面參考平面

STmax‧‧‧最大厚度

STmin‧‧‧最小厚度

WS‧‧‧晶圓位置

M1‧‧‧傳統方法

M2‧‧‧實施例的方法

圖1係為用於解釋實施例之磊晶晶圓製造方法之流程圖。 圖2係為實施例之磊晶晶圓製造設備之剖面形狀之示意圖。 圖3係為圖2所示之供氣閥之實施例之平面示意圖。 圖4A至4C係為用於解釋磊晶層補償晶圓之厚度變化之原理之示意圖。 圖5係為用於解釋圖1所示之步驟120之實施例之流程圖。 圖6表示晶圓之剖面形狀以解釋晶圓之中央區域與邊緣區域。 圖7A至7D係為表示當第一參考厚度值為15奈米時晶圓的第一至第四圖案之示意圖。 圖8A至8D係為表示當第一參考厚度值為30奈米時晶圓的第一至第四圖案之示意圖。 圖9A係為解釋GBIR之示意圖。 圖9B係為解釋SBIR之示意圖。 圖10A至10C係為用於解釋使用磊晶層補償晶圓的總厚度的變化從而總厚度的變化得到改善的磊晶晶圓的製造製程的例子之示意圖。 圖11A表示傳統方法製造之磊晶晶圓之GBIR與實施例之方法所製造之磊晶晶圓之GBIR。 圖11B表示傳統方法製造之磊晶晶圓之SBIR與實施例之方法所製造之磊晶晶圓之SBIR。 圖12A係為表示傳統方法製造之若干磊晶晶圓之GBIR與實施例之方法製造之若干磊晶晶圓之GBIR之直方圖。 圖12B係為表示傳統方法製造之若干磊晶晶圓之SBIR與實施例之方法製造之若干磊晶晶圓之SBIR之直方圖。

Claims (12)

1. 一種磊晶晶圓之製造方法，在一基座上裝載的一晶圓上形成一磊晶層，該方法包含：(a)針對該晶圓的各個厚度圖案，預先確定該磊晶層的複數個磊晶製程條件，該磊晶層具有能夠補償該晶圓的總厚度變化的一配置相匹配的一厚度剖面；(b)使用該基座上裝載的該晶圓之一中央區域內的一第一厚度變動與一邊緣區域內的一第二厚度變動，確定該晶圓的一厚度圖案；以及(c)在預先確定的該些磊晶製程條件中，在確定的該厚度圖案所對應的一磊晶製程條件下在該晶圓上形成該磊晶層，其中該些磊晶製程條件包含載體氣體的供應量、來源氣體的供應量、供氣閥的開/關度、該基座的旋轉速度或者該基座的高度至少其一。
2. 如請求項1所述之磊晶晶圓之製造方法，其中載體氣體的供應量包含待被供應至該晶圓上方區域的載體氣體的一第一供應量或者待被供應至該晶圓下方區域的載體氣體的一第二供應量至少其一。
3. 如請求項1所述之磊晶晶圓之製造方法，其中該晶圓之該中央區域被定義為從晶圓之中心至一第一點的區域，以及該晶圓之該邊緣區域被定義為從一第二點至該晶圓之一第三點之區域，以及其中該第二點位於比該第一點的位置距離該中心更遠或相同的位置，以及該第三點位於比該第二點的位置距離該中心更遠的位置。
4. 如請求項3所述之磊晶晶圓之製造方法，其中該第一點位於距離該中心80毫米至100毫米的位置，該第二點位於距離該中心80毫米至100毫米的位置，以及該第三點位於距離該中心140毫米至148毫米的位置。
5. 如請求項3所述之磊晶晶圓之製造方法，其中透過從該中心之一第一厚度減去該第一點之一第二厚度得到該第一厚度變動的數值，以及透過從該第二點之一第三厚度減去該第三點之一第四厚度得到該第二厚度變動的數值。
6. 如請求項5所述之磊晶晶圓之製造方法，其中步驟(b)包含： 獲得該第一厚度變動與該第二厚度變動； 透過比較該第一厚度變動與一第一參考厚度值，獲得一第一比較值； 透過比較該第二厚度變動與一第二參考厚度值，獲得一第二比較值；以及 使用該第一比較值與該第二比較值，確定該晶圓之一厚度圖案。
7. 如請求項6所述之磊晶晶圓之製造方法，其中該第一參考厚度值為15奈米或30奈米，以及該第二參考厚度值為0。
8. 如請求項1所述之磊晶晶圓之製造方法，其中步驟(a)中，載體氣體的供應量、來源氣體的供應量、供氣閥的開/關度、該基座的旋轉速度與該基座的高度之相對比例被設定為針對該晶圓之各個厚度圖案之對應其一的該磊晶製程條件。
9. 如請求項4所述之磊晶晶圓之製造方法，其中該晶圓為雙側拋光晶圓。
10. 如請求項1所述之磊晶晶圓之製造方法，其中該磊晶製程條件更包含摻雜氣體的供應量。
11. 一種磊晶晶圓之製造設備，在一晶圓上形成一磊晶層，該設備包含： 一供氣單元，供應載體氣體與來源氣體； 一基座，支撐其上裝載的該晶圓； 一主動軸，支撐該基座； 一驅動單元，調節該主動軸的向上/向下移動與一旋轉速度； 一供氣閥，供應來自該供氣單元的該載體氣體與該來源氣體至該晶圓； 一存儲單元，儲存該磊晶層的複數個磊晶製程條件，針對該晶圓之各個厚度圖案，該磊晶層具有一厚度剖面，該厚度剖面與能夠補償該晶圓之總厚度變化的一配置相匹配； 一厚度圖案確定單元，確定該基座上裝載的該晶圓的一厚度圖案；以及 一控制器，用以從該存儲單元讀取該厚度圖案確定單元所確定的該厚度圖案對應的一磊晶製程條件，以及控制該供氣單元、該供氣閥或者該驅動單元至少其一以回應讀取的該磊晶製程條件，調節該載體氣體的供應量、該來源氣體的供應量、該供氣閥的開/關度、該基座的旋轉速度或者該基座的高度至少其一。
12. 如請求項11所述之磊晶晶圓之製造設備，其中該控制器更控制摻雜氣體之供氣量作為該磊晶製程條件。