特表 2024-501866 半導体ウエハリアクタ中の輻射熱キャップのためのシステムと方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2024-01-16

(54)【発明の名称】半導体ウエハリアクタ中の輻射熱キャップのためのシステムと方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/205 20060101AFI20240109BHJP

   C23C 16/458 20060101ALI20240109BHJP

   C23C 16/46 20060101ALI20240109BHJP

【ＦＩ】

H01L21/205

C23C16/458

C23C16/46

【審査請求】未請求

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2023540114

(86)(22)【出願日】2021-12-30

(85)【翻訳文提出日】2023-08-28

(86)【国際出願番号】 US2021065665

(87)【国際公開番号】W WO2022147235

(87)【国際公開日】2022-07-07

(31)【優先権主張番号】17/139,387

(32)【優先日】2020-12-31

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】518112516

【氏名又は名称】グローバルウェーハズ カンパニー リミテッド

【氏名又は名称原語表記】ＧｌｏｂａｌＷａｆｅｒｓ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．

(74)【代理人】

【識別番号】100145403

【弁理士】

【氏名又は名称】山尾 憲人

(74)【代理人】

【識別番号】100184343

【弁理士】

【氏名又は名称】川崎 茂雄

(74)【代理人】

【識別番号】100112911

【弁理士】

【氏名又は名称】中野 晴夫

(72)【発明者】

【氏名】ホゥ，チエー

(72)【発明者】

【氏名】トゥ，チュン－チン

(72)【発明者】

【氏名】シュー，ルンシン

【テーマコード（参考）】

4K030

5F045

【Ｆターム（参考）】

4K030AA03

4K030AA06

4K030AA17

4K030BA29

4K030BB02

4K030CA04

4K030GA01

4K030JA10

4K030KA22

5F045AA03

5F045AB02

5F045AC01

5F045AC05

5F045AC13

5F045AD14

5F045AD15

5F045AE29

5F045AF03

5F045BB02

5F045DP04

5F045DP28

5F045DQ10

5F045EB13

5F045EK12

5F045EK14

5F045EK21

5F045EK30

(57)【要約】

反応装置は、ウエハ製造プロセス中に半導体ウエハ上にプロセスガスを接触させる。半導体ウエハは中央領域を規定する。反応装置は、上部ドーム、下部ドーム、シャフト、およびキャップを含む。下部ドームは上部ドームに取り付けられ、上部ドームと下部ドームとは反応チャンバを規定する。キャップは、半導体ウエハの中央領域によって吸収される熱を低減するために、反応チャンバ内のシャフト上に配置される。キャップはシャフトの第１端部に取り付けられる。キャップは管とディスクを含む。管は、シャフトのシャフト径よりも大きな管直径を有する。管はシャフトの第１端部を取り囲む。ディスクは管に取り付けられ、半導体ウエハの中央領域を加熱する輻射熱を遮断するように配置される。

【特許請求の範囲】

【請求項1】

ウエハプロセス中に半導体ウエハ上にプロセスガスを接触させるための反応装置であって、半導体ウエハは中央領域を規定し、この反応装置は：
上部ドーム；
上部ドームに取り付けられた下部ドームであって、上部ドームと下部ドームが反応チャンバを規定している下部ドーム；
反応チャンバ内で半導体ウエハを支持するためのシャフト；および、
半導体ウエハの中央領域によって吸収される熱を減少させるために、反応チャンバ内でシャフト上に配置され、シャフトの第１端部に取り付けられたキャップ、を含み、
さらにこのキャップは：
シャフトのシャフト直径よりも大きな管直径を有する管であって、管がシャフトの第１端部を取り囲む管；および、
管に取り付けられたディスクであって、ディスクは半導体ウエハの中央領域を加熱する輻射熱を遮断するように配置されているディスク；
を含む反応装置。

【請求項2】

半導体ウエハを加熱するために反応チャンバ内でキャップの下方に配置された下部高輝度ランプをさらに含み、ディスクは、半導体ウエハの中央領域を加熱することから、下部高輝度ランプからの輻射熱を遮断する請求項１に記載の反応装置。

【請求項3】

ディスクは、管直径よりも大きな外径を有する請求項１に記載の反応装置。

【請求項4】

ディスクは、高輝度ランプで形成される輻射加熱光を吸収するために大体不透明である請求項１に記載の反応装置。

【請求項5】

ウエハ作製プロセスは、エピタキシャル化学気相成長である請求項１に記載の反応装置。

【請求項6】

ディスクは、ディスク孔を規定する環状ディスクを含み、ディスク孔は内径を有し、環状ディスクは内径より大きい外径を規定する請求項１に記載の反応装置。

【請求項7】

管は、管直径を規定する円筒壁を含み、円筒壁がディスク穴と実質的に同一平面になるように、管直径は内径と実質的に等しい請求項６に記載の反応装置。

【請求項8】

ディスクは、半導体ウエハの中央領域の下方に距離を置いて配置され、その距離は約５ミリメートル未満である請求項１に記載の反応装置。

【請求項9】

ウエハ製造プロセス中に、半導体ウエハの中央領域によって吸収される熱を減少するために、反応装置のシャフト上に配置されるキャップであって、
シャフトのシャフト径よりも大きな管直径を規定する管であって、シャフトの第１端部を取り囲む管；および、
管に取り付けられたディスクであって、半導体ウエハの中央領域を加熱する輻射熱を遮断するディスク、を含むキャップ。

【請求項10】

ディスクは、半導体ウエハの中央領域を加熱する下部高輝度ランプからの輻射熱を遮断する請求項９に記載のキャップ。

【請求項11】

ディスクは、管の直径よりも大きな外径を規定する請求項９に記載のキャップ。

【請求項12】

ディスクは、高輝度ランプで形成される輻射加熱光を吸収するために、大体不透明である請求項９に記載のキャップ。

【請求項13】

ウエハ製造プロセスは、エピタキシャル化学気相成長である請求項９に記載のキャップ。

【請求項14】

ディスクは、ディスク孔を規定する環状ディスクを含み、ディスク孔は内径を有し、環状ディスクは内径より大きい外径を規定する請求項９に記載のキャップ。

【請求項15】

管は、管直径を規定する円筒壁を含み、円筒壁がディスク穴と実質的に同一平面になるように、管直径は内径と実質的に等しい請求項１４に記載のキャップ。

【請求項16】

ディスクは、半導体ウエハの中央領域の下方に距離を置いて配置され、その距離は約５ミリメートル未満である請求項９に記載のキャップ。

【請求項17】

反応装置内で半導体ウエハを製造する方法であって、反応装置は、反応チャンバを規定する上部ドームおよび下部ドームと、半導体ウエハを支持するためのシャフトとを含み、反応装置は、半導体ウエハの中央領域によって吸収される熱を低減するために、反応チャンバ内でシャフト上に配置されたキャップをさらに含み、キャップは、管と、管に取り付けられたディスクとを含み、本方法は、以下の工程：
反応チャンバ内にプロセスガスを流す工程；
反応チャンバ内に配置された高輝度ランプで半導体ウエハを加熱する工程；
高輝度ランプからの輻射熱が半導体ウエハの中央領域を加熱するのをディスクで遮断する工程であって、ディスクは半導体ウエハ上に均一な温度分布を形成するする工程；および、
プロセスガスを用いて半導体ウエハ上に層を堆積させる工程であって、均一な温度分布が半導体ウエハ上に均一な厚さの層を形成する工程、を含む方法。

【請求項18】

堆積させる工程は、エピタキシャル化学気相成長によって行われる請求項１７に記載の方法。

【請求項19】

ディスクは、高輝度ランプによって形成される輻射加熱光を吸収するために、大体不透明である請求項１７に記載の方法。

【請求項20】

反応装置に対して半導体ウエハを回転させる工程をさらに含む請求項１７に記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【関連出願の相互参照】

【0001】

本出願は、２０２０年１２月３１日に出願された米国特許出願第１７／１３９，３８７号の優先権を主張するものであり、その開示内容は参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。

【技術分野】

【0002】

この分野は、一般に、ウエハ処理のための装置および方法に関し、特に、半導体ウエハエッチングプロセスまたは半導体ウエハ化学気相成長プロセスのための装置および方法に関する。

【背景技術】

【0003】

エピタキシャル化学気相成長（ＣＶＤ）は、格子構造がウエハと同一になるように半導体ウエハ上に材料の薄層を成長させるプロセスである。エピタキシャルＣＶＤは、エピタキシャル層上にデバイスが直接作製できるようなエピタキシャル層を形成するために、半導体ウエハ製造において広く使用されている。エピタキシャル成長プロセスは、水素または水素と塩化水素との混合ガスなどのクリーニングガスをウエハの表面（すなわち、サセプタに背を向けた面）に導入し、ウエハの表面を予熱およびクリーニングすることから始まる。洗浄ガスは、表面から酸化物を除去し、エピタキシャルシリコン層が、その後の成膜プロセスにおいて、表面上で連続的かつ均一に成長することを可能にする。エピタキシャル成長工程は、シランや塩素化シランなどの気化性シリコン源ガスをウエハの表面に導入して、表面にシリコンのエピタキシャル層を堆積成長させることによって継続される。サセプタの表面と反対側の裏面には、同時に水素ガスが供給される。エピタキシャル成長中に半導体ウエハを成膜チャンバ内で支持するサセプタは、エピタキシャル層が均一に成長するようにプロセス中に回転する。

【0004】

しかしながら、エピタキシャルＣＶＤ成長速度は、半導体ウエハの温度プロファイルが一様でないため、一般に各ウエハの表面全体で一様ではない。均一性の欠如は、ウエハの平坦性の低下を引き起こし、高輝度ランプによる半導体ウエハの不均一な加熱によって引き起こされる、半導体ウエハ内のばらつきまたは局所的な温度偏差の結果である可能性がある。従って、エピタキシャルＣＶＤ成長速度の均一性を向上させるために、局所的な温度偏差を改善する実用的で費用対効果の高い装置が必要性とされる。

【0005】

この背景技術のセクションは、以下に説明および／または特許請求される本開示の様々な態様に関連し得る技術の様々な態様を読者に紹介することを意図している。この考察は、本開示の様々な態様の理解を促進するための背景情報を読者に提供する上で有用であると考えられる。従って、これらの記載は、このような観点から読まれるべきであり、先行技術を認めるものではないと理解されるべきである。

【発明の概要】

【0006】

一態様では、ウエハ製造プロセス（wafering process）中に半導体ウエハ上にプロセスガスを接触させるための反応装置が提供される。半導体ウエハは中央領域を規定する。反応装置は、上部ドーム、下部ドーム、シャフト、およびキャップを含む。下部ドームは上部ドームに取り付けられ、上部ドームと下部ドームは反応チャンバを規定する。シャフトは反応室内で半導体ウエハを支持する。キャップは、半導体ウエハの中央領域によって吸収される熱を低減するために、反応チャンバ内でシャフト上に配置される。キャップはシャフトの第１端部に取り付けられている。キャップは管とディスクを含む。管は、シャフトのシャフト径よりも大きな管直径を有する。管はシャフトの第１端部を取り囲む。ディスクは管に取り付けられ、半導体ウエハの中央領域を加熱する輻射熱を遮断するように配置される。

【0007】

他の態様では、ウエハ製造プロセス中に半導体ウエハの中央領域によって吸収される熱を低減するための、反応装置のシャフト上に配置されるキャップが提供される。キャップは、管とディスクとを含む。管は、シャフトのシャフト径よりも大きな管直径を規定する。管は、シャフトの第１端部を取り囲む。ディスクは管に取り付けられ、半導体ウエハの中央領域を加熱する輻射熱を遮断する。

【0008】

さらに他の態様では、反応装置内で半導体ウエハを製造する方法が提供される。反応装置は、反応チャンバを規定する上部ドームおよび下部ドームと、半導体ウエハを支持するためのシャフトとを含む。反応装置はさらに、半導体ウエハの中央領域によって吸収される熱を低減するために、反応チャンバ内のシャフト上に配置されたキャップを含む。キャップは、管と、管に取り付けられたディスクとを含む。本方法は、反応チャンバ内にプロセスガスを流すことを含む。本方法はまた、反応チャンバ内に配置された高輝度ランプで半導体ウエハを加熱することを含む。本方法はさらに、高輝度ランプからの輻射熱がディスクで半導体ウエハの中央領域を加熱するのを遮断することを含む。ディスクは、半導体ウエハ上に均一な温度分布を形成する。本方法はまた、プロセスガスを用いて半導体ウエハ上に層を堆積させることを含む。均一な温度分布は、半導体ウエハ上に均一な厚さの層を形成する。

【0009】

本開示の上述の態様に関連して指摘された特徴の様々な改良が存在する。さらなる特徴もまた、同様に本開示の上述の態様に組み込まれ得る。これらの改良および追加の特徴は、個々に、または任意の組み合わせで存在し得る。例えば、本開示の図示された実施形態のいずれかに関連して後述される様々な特徴は、単独でまたは任意の組み合わせで、本開示の上述の態様のいずれかに組み込まれ得る。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】半導体ウエハのような基板を処理するための装置の正面図である。

【図2】図１に示す装置の斜視図である。

【図3】図１に示す装置の断面図である。

【図4】図１に示す装置の分解斜視図である。

【図5】図３に示すシャフト上に配置されたキャップの斜視図である。

【図6】図３～５に示すキャップの斜視図である。

【図7】図６に示すディスクの側面図である。

【図8】図６に示すディスクの上面図である。

【図9】図６に示す管の側面図である。

【図10】図６に示す管の上面図である。

【図11】図１に示す反応装置における半導体ウエハの製造方法のフロー図である。

【図12】実施例１にかかるウエハの半径方向の距離を関数とした、エピタキシャルウエハの輻射温度のグラフである。

【0011】

対応する参照符号は、図面全体を通して対応する部分を示す。

【発明を実施するための形態】

【0012】

ここで図１を参照すると、本開示の実施形態にかかる半導体ウエハをエッチングするための、または半導体基板上にエピタキシャル層を堆積するための装置が、全体が１００で示されている。図示された装置は、単一ウエハリアクタであるが、より均一なエピタキシャル層を提供するための本明細書に開示された装置および方法は、例えば、複数ウエハリアクタを含む他のリアクタ設計での使用に適している。装置１００は、上部ドーム１０４、下部ドーム１０６、上部ライナー１０８、および下部ライナー１１０を含む反応チャンバ１０２を含む。集合的に、上部ドーム１０４、下部ドーム１０６、上部ライナー１０８、および下部ライナー１１０は、プロセスガスが半導体ウエハ１１４に接触する反応チャンバ１０２の内部空間１１２を規定する。ガスマニホールド１１６は、プロセスガスを反応チャンバ１０２に導くために使用される。反応チャンバ１０２とガスマニホールド１１６の斜視図を図２に示す。

【0013】

装置１００は、エピタキシャルＣＶＤまたは多結晶ＣＶＤなどの化学気相成長（ＣＶＤ）プロセスによって実行されるウエハ上の任意のタイプの材料の堆積を含むが、これらに限定されることなく、ウエハプロセスでウエハを処理するために使用することができる。この点に関して、本明細書におけるエピタキシおよび／またはＣＶＤプロセスへの言及は、装置１００が、ウエハ上でエッチングまたは平滑化プロセスを実行するなどの他の目的にも使用され得るので、限定的であると考えられるべきではない。また、本明細書で示すウエハは一般に円形であるが、他の形状のウエハも本開示の範囲内で想定される。

【0014】

図３に装置１００の断面に示されている。反応チャンバ１０２の内部空間１１２内には、半導体ウエハ１１４と接触する前にプロセスガスを加熱するための予熱リング１１８がある。予熱リング１１８の外周は下部ライナー１１０の内周に取り付けられている。例えば、予熱リング１１８は、下部ライナー１１０の環状レッジ（図示せず）によって支持されてもよい。予熱リング１１８の内部の空間を横断するサセプタ１２０（本明細書では「サセプタ本体」とも呼ばれる）は、半導体ウエハ１１４を支持する。

【0015】

プロセスガスは、半導体ウエハ１１４に接触する前に加熱されてもよい。予熱リング１１８とサセプタ１２０の両方は、半導体ウエハ１１４を加熱するために反応チャンバ１０２の上下に配置され得る高輝度ランプ１２２、１２４によって形成される輻射加熱光を吸収するために、大体不透明である。予熱リング１１８およびサセプタ１２０を周囲温度より高い温度に維持することにより、プロセスガスが予熱リングおよびサセプタ上を通過する際に、予熱リング１１８およびサセプタ１２０がプロセスガスに熱を伝達することができる。典型的には、半導体ウエハ１１４の直径は、サセプタ１２０の直径よりも小さく、ウエハに接触する前にサセプタがプロセスガスを加熱できるようにする。

【0016】

予熱リング１１８とサセプタ１２０は、好適には炭化ケイ素でコーティングされた不透明グラファイトで構成することができるが、他の材料も考えられる。上部ドーム１０４と下部ドーム１０６は、典型的には、輻射加熱光が反応チャンバ１０２内へ、そして予熱リング１１８とサセプタ１２０上へ通過することを可能にするために、透明材料で作られる。上部ドーム１０４と下部ドーム１０６は透明な石英で構成してもよい。石英は一般に赤外光および可視光に対して透明であり、蒸着反応の反応条件下で化学的に安定である。高輝度ランプ１２２、１２４以外の装置を使用して、例えば抵抗ヒータや誘導ヒータなどの熱を反応チャンバに供給してもよい。パイロメータのような赤外線温度センサ（図示せず）を反応チャンバ１０２に取り付けて、サセプタ、予熱リング、またはウエハによって放射される赤外線を受信することによって、サセプタ１２０、予熱リング１１８、または半導体ウエハ１１４の温度を監視してもよい。

【0017】

次に、装置をより良く説明するために装置１００のいくつかの構成要素が取り除かれている図３～５を参照すると、装置１００は、サセプタ１２０を支持し得るシャフト１２６を含む。シャフト１２６は、中心柱１２８を通って延びている。シャフト１２６は、中心柱１２８に取り付けられた第１端部１３０と、半導体ウエハ１１４の中央領域１３４に近接して配置された第２端部１３２とを含む。シャフト１２６は、約５ミリｍｍ～約２０ｍｍのシャフト直径１３６を有する。

【0018】

シャフト１２６は、シャフト１２６、サセプタ１２０、および半導体ウエハ１１４を装置１００に対して長手方向軸Ｘを中心に回転させるための、適当な回転機構（図示せず）に接続されている。サセプタ１２０の外縁と予熱リング１１８の内縁（図３に示す）は、サセプタの回転を可能にするために隙間１３８によって隔てられている。半導体ウエハ１１４を回転させることにより、ウエハ前縁に過剰な材料が堆積するのを防止し、より均一なエピタキシャル層を提供することができる。

【0019】

装置１００はまた、半導体ウエハ１１４の中央領域１３４によって吸収される熱を低減するために、反応チャンバ１０２内のシャフト１２６上に配置されたキャップ１４０を含む。キャップ１４０は、半導体ウエハ１１４の中央領域１３４に近接するシャフト１２６の第１端部１３０に取り付けられ、半導体ウエハの中央領域の加熱から、下部高輝度ランプ１２４からの輻射熱を遮断する。半導体ウエハ１１４の中央領域１３４への輻射熱を低減することにより、半導体ウエハ１１４の半径方向外側領域１４２の温度を維持しながら中央領域の温度を低下させ、半導体ウエハの均一な温度プロファイルを形成する。

【0020】

キャップ１４０は、管１４４と、管に取り付けられたディスク１４６とを含む。図示の実施形態では、管１４４とディスク１４６は、キャップ１４０が一体構造を有するように一体的に形成されている。代替の実施形態では、管１４４とディスク１４６は、別々に形成され、互いに取り付けられてもよい。管１４４は、第１端部１５０、第２端部１５２、および管長さ１５４を有し、管導管１５６および管直径１５８を規定する円筒壁１４８を含む。第１端部１５０は第１端部開口部１６０を規定し、第２端部１５２は第２端部開口部１６２を規定する。管直径１５８は、シャフト１２６の第１端部１３０が第１端部開口部１６０に挿入され、第１端部１５０がシャフトの第１端部を取り囲むように、シャフトの直径１３６よりも大きい。第２端部１５２はディスク１４６に取り付けられる。

【0021】

ディスク１４６は、ディスク孔１６６、内径１６８、外径１７０、およびディスク厚さ１７２を規定する環状ディスク１６４を含む。管直径１５８と内径１６８は、円筒壁１４８がディスク孔１６６と実質的に同一平面であり、管導管１５６とディスク孔がキャップ１４０を通って延びるキャップ導管１７４を規定するように、同一であるか、実質的に等しい。代替の実施形態では、管直径１５８は内径１６８より大きく、管導管１５６とディスク孔１６６はキャップ導管１７４を規定する。

【0022】

環状ディスク１６４は、第１側面１７６および第２側面１７８を有し、環状ディスクの第１側面は、管１４４の第２端部１５２に取り付けられる。環状ディスク１６４の第１側面１７６は下部高輝度ランプ１２４の方を向いており、第２側面１７８は半導体ウエハ１１４の中央領域１３４の方を向いている。環状ディスク１６４は、任意の適切な方法で管１４４に取り付けることができる。さらに、環状ディスク１６４は、他の形状、その中に形成された１つ以上の凹部、および／またはその中に形成された複数の開口を有してもよい。

【0023】

環状ディスク１６４が下部高輝度ランプ１２４からの輻射熱が半導体ウエハの中央領域を加熱するのを遮断するように、外径１７０は、管直径１５８および内径１６８よりも大きい。環状ディスク１６４は、ディスク孔１６６および円筒壁１４８から、環状ディスクが円筒壁およびディスク孔から遮断距離１８０だけ延びるように、延びる。遮断距離１８０は、半導体ウエハ１１４の均一な温度プロファイルを形成するために所定量の輻射熱を遮断するように構成される。

【0024】

キャップ１４０は、好適には、可視光および赤外光が半導体ウエハ１１４の中央領域１３４に透過するのを遮断するように不透明な材料で作られる。他の実施形態では、キャップ１４０は、不透明であるよりもむしろ透光性材料で作られて、半導体ウエハ１１４に局所的な冷却を提供し、局所的または全体的な最大エピタキシャル層厚さを減少させて、エピタキシャル層および／または半導体ウエハ１１４の均一な厚さプロファイルを形成しても良い。

【0025】

一般に、キャップ１４０は、不均一性を緩和するために、エピタキシャル堆積などの処理中に、半導体ウエハ１１４の半径方向の温度プロファイルを修正および／または影響を与える。キャップ１４０は、キャップの上方の半導体ウエハ１１４の中央領域１３４の温度を（キャップが使用されないときと比較して）低下させ、それにより、エピタキシャルＣＶＤプロセス中に半導体ウエハの中央領域に堆積する材料（例えば、シリコン）の量を減少させることができる。従って、キャップ１４０は、好適には、局所的または全体的な最大層厚が生じる半導体ウエハ１１４の中央領域１３４の下方に距離を置いて配置され、中央領域での堆積を減少させ、より均一な半径方向堆積プロファイルを作製する。この最大層厚は、局所的または全体的な最大であってもよく、一般には不均一性と呼ばれる。

【0026】

厚さプロファイルは、例えば、フーリエ変換赤外（ＦＴＩＲ）分光計の使用またはウエハ平坦度ツール（例えば、ＫＬＡ－Ｔｅｎｃｏｒ ＷａｆｅｒｓｉｇｈｔまたはＷａｆｅｒＳｉｇｈｔ２；Ｍｉｌｐｉｔａｓ、Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ）の使用を含む、当業者に利用可能な任意の適切な方法の使用によって決定することができる。一部の実施形態では、材料の堆積前（例えば、エピタキシャル層の堆積前）に基板の半径方向の厚さプロファイルを決定し、その後、層構造の厚さプロファイルを測定することができる。堆積された層の厚さプロファイルは、層構造の厚さから基板の厚さを差し引くことによって決定することができる。

【0027】

具体的には、図示の実施形態では、管長さ１５４は約１０ｍｍ～約３０ｍｍであり、管直径１５８は約５ｍｍ～約２０ｍｍであり、内径１６８は約５ｍｍ～約２０ｍｍであり、外径１７０は約１０ｍｍ～約４０ｍｍであり、ディスク厚さ１７２は約３ｍｍ～約１０ｍｍであり、遮断距離１８０は約５ｍｍ～約３５ｍｍである。代替の実施形態では、シャフト直径１３６、管長さ１５４、管直径１５８、内径１６８、外径１７０、ディスク厚さ１７２、および遮断距離１８０は、キャップ１４０が本明細書に記載されるように動作することを可能にする任意の距離であってよい。より具体的には、シャフト直径１３６、管長さ１５４、管直径１５８、内径１６８、外径１７０、ディスク厚さ１７２、および遮断距離１８０は、局所的または全体的なエピタキシャル層厚さの最小値または最大値の位置およびサイズに応じて好適に選択される。

【0028】

キャップ１４０とサセプタ１２０との間の距離１８２は、約４０ｍｍ未満、約２０ｍｍ未満、またはさらに約１ｍｍ未満である。キャップ１４０とサセプタ１２０との間の距離１８２を減少させると、一般に、リングの上方のウエハの部分においてウエハ上により多くの材料の堆積が生じ、距離を増加させると、一般に、堆積が少なくなる。従って、キャップ１４０の上方のウエハの部分に堆積される材料の量は、この距離を変化させることによって調整され得る。

【0029】

シャフトの直径１３６、管の長さ１５４、管の直径１５８、内径１６８、外径１７０、ディスクの厚さ１７２、遮断距離１８０、距離１８２等に関して、上述の範囲は例示的なものであり、記載した範囲外の値を制限なく使用することができる。図８に示すように、ディスク１４６は、実質的に均一な円形形状を有する。他の実施形態では、ディスク１４６は、様々な突起、および／または切り欠きまたは凹部を含む形状であってもよい。ディスク１４６はまた、面取りまたは丸みを帯びていてもよい。このような不均一な形状は、ディスク１４６が、半導体ウエハ１１４の中央領域１３４の外側の領域を加熱することから、下部高輝度ランプ１２４からの輻射熱を遮断することを可能にし得る。例えば、半導体ウエハ１１４の温度プロファイルの分析により、中央領域１３４の外側にも、それらの領域における材料の堆積が不均一になるように温度が上昇した領域が特定される場合がある。ディスク１４６の形状は、それらの領域内の材料堆積を減少させるために、それらの領域を加熱することから下部高輝度ランプ１２４からの輻射熱を遮断するように調整され得る。

【0030】

図１１は、反応装置において半導体ウエハを製造する方法２００のフロー図である。方法２００は、反応チャンバ内にプロセスガスを流す工程２０２を含む。方法２００はまた、反応チャンバ内に配置された高輝度ランプで半導体ウエハを加熱する工程２０４を含む。方法２００はさらに、高輝度ランプからの輻射熱が半導体ウエハの中央領域を加熱するのをディスクで遮断する工程を含む。ディスクは、半導体ウエハ上に均一な温度分布を形成する。方法２００はまた、プロセスガスを用いて半導体ウエハ上に層を堆積させる工程２０８を含む。均一な温度分布は、半導体ウエハ上に層の均一な厚さを形成する。

【0031】

実施例
本開示のプロセスは、以下の実施例によってさらに説明される。この実施例は、限定的な意味で捉えられるべきではない。

【0032】

実施例１．半導体ウエハの半径方向温度プロファイルに対するキャップ使用の効果の決定
本明細書に記載の不透明キャップを枚葉式エピタキシャルリアクタで試験して、エピタキシャルウエハの温度プロファイルに対するその効果を決定した。エピタキシャルウエハは、チョクラルスキ法により製造された単結晶シリコンウエハを、１０５０℃から１１５０℃の間のウエハ温度でプロセスガスにさらすことにより調製した。キャップのディスクの外径は１０ｍｍであった。

【0033】

キャップを使用しないコントロールランを行った。図１２は、ウエハ半径方向の距離を関数とした、エピタキシャルウエハの半径方向温度のグラフ３００である。図１２から分かるように、コントロールでは不均一なエピタキシャルウエハの半径方向温度プロファイル３０２が得られ、キャップでは均一なエピタキシャルウエハ半径方向の温度プロファイル３０４が得られた。均一なエピタキシャルウエハの半径方向温度プロファイル３０４は、プロファイルの両端における局所的な温度の最大値が、不均一なエピタキシャルウエハの半径方向温度プロファイル３０２の両端における局所的な温度の最大値よりも小さいため、より均一である。従って、キャップは、エピタキシャルウエハの均一な温度プロファイルを形成した。

【0034】

シリコンウエハを製造するための従来の方法と比較して、本開示のシステムおよび方法はいくつかの利点を有する。例えば、記載したようなキャップを含むリアクタは、堆積中に均一な温度プロファイルを有する半導体ウエハの費用対効果の良い製造を容易にする。均一な温度プロファイルは、より均一な堆積厚さプロファイルを形成する。従って、キャップは、均一な厚さプロファイルを有する半導体ウエハの製造を可能にする。キャップの一例は、ウエハの中央領域またはその周囲にディスクを有し、ウエハの中央領域を加熱する輻射熱を遮断する。これにより、中央領域の温度が低下し、均一な温度プロファイルと均一な厚みプロファイルが形成される。従って、本実施例のキャップは、従来技術と比較して局所的な温度偏差を排除または低減し、ウエハ上のエピタキシャルＣＶＤ成長の均一性を向上させる。さらに、上述の実施例の使用により、エピタキシャルＣＶＤ装置の生産速度を向上させることができ、廃棄物の削減により操作コストを低減することができる。

【0035】

本発明の要素またはその実施形態を紹介する場合、冠詞「１つ（ａ）」、「１つ（ａｎ）」、「その（ｔｈｅ）」および「該（ｓａｉｄ）」は、要素が１つ以上あることを意味することを意図している。用語「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」、「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」、「含む（ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ）」、および「有する（ｈａｖｉｎｇ）」は、包括的であることを意図しており、列挙された要素以外の追加の要素が存在し得ることを意味する。特定の方向を示す用語（例えば、「上部」、「下部」、「側部」など）の使用は、説明の便宜のためであり、記載される項目の特定の方向を必要とするものではない。

【0036】

本開示の範囲から逸脱することなく、上述の構成および方法において様々な変更がなされ得るので、上記説明に含まれ、添付の図面に示される全ての事項は、例示的なものとして解釈され、限定的な意味において解釈されないことが意図される。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【国際調査報告】