專利名稱：外延生長基座與外延生長方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及到外延生長基座和外延生長方法，確切地說是涉及到用來促使外延膜在半導(dǎo)體晶片表面上生長的外延生長基座和外延生長方法。
背景技術(shù)：
近年來，外延膜形成在硅晶片表面上的外延晶片，被廣泛地用作MOS器件所用的硅晶片。這些外延晶片改進(jìn)了MOS器件柵氧化膜的成品率，并具有諸如降低寄生電容、防止軟錯誤、改進(jìn)吸雜性能、以及改進(jìn)機(jī)械強(qiáng)度之類的優(yōu)越特性。
采用這種外延晶片結(jié)構(gòu)，在為了同時(shí)在多個硅晶片上執(zhí)行外延生長工藝而實(shí)現(xiàn)批量方法的現(xiàn)有技術(shù)中，已經(jīng)變得難以保持與大直徑硅晶片的兼容性，因而已經(jīng)主要采用處理單個晶片的外延生長設(shè)備。近年來，已經(jīng)開發(fā)了能夠在直徑為300mm或以上的晶片上進(jìn)行外延生長工藝的用于大直徑晶片的外延生長設(shè)備。
對于這些單個晶片型外延生長設(shè)備，將晶片傳送進(jìn)出設(shè)備以及安放基座上的方法能夠被分成二類一類是用Bernoulli吸盤方法或使用傳輸夾具的提升方法來傳送晶片；另一類是用支桿來支持晶片的下表面，借助于提升支桿而獲得傳送。但在二種情況下，半導(dǎo)體晶片被安裝在水平安置在設(shè)備中的單個基座上。然后用位于晶片周圍的諸如紅外燈之類的熱源，將晶片升到高溫。借助于在旋轉(zhuǎn)基座的情況下使反應(yīng)氣體在高溫晶片表面上方流動，外延生長于是就開始。
下面是參照

圖19-23對現(xiàn)有技術(shù)外延生長基座和外延生長方法的描述。
圖19是剖面圖，示意地示出了現(xiàn)有技術(shù)的外延生長設(shè)備。圖20是平面圖，示意地示出了現(xiàn)有技術(shù)的外延生長基座。圖21是另一剖面圖，示意地示出了現(xiàn)有技術(shù)的外延生長基座。圖22是另一剖面圖，示意地示出了現(xiàn)有技術(shù)的外延生長基座的結(jié)構(gòu)。圖23是另一平面圖，示意地示出了現(xiàn)有技術(shù)的外延生長基座。
如圖19-22所示，外延生長設(shè)備(以下稱為“設(shè)備”)1內(nèi)部包含外延膜形成室(以下稱為“成膜室”)2。此成膜室2配備有上罩3、下罩4、以及罩連接件5。上罩3和下罩4由諸如石英之類的透明材料制成，用安置在設(shè)備1上方和下方的多個鹵素?zé)?來加熱基座10和硅晶片W。
由于基座10下表面的外側(cè)部分與連接到基座轉(zhuǎn)軸7的支持臂8接合，基座10就被旋轉(zhuǎn)。表面涂敷有SiC膜的碳基材料被用作基座10?；?0是圖20所示的盤狀，或是圖21所示的具有凹陷的盤狀，并支持著硅晶片W的整個背面。此凹陷包含容納硅晶片W的凹坑10a，并包含基本上圓形的底部壁和環(huán)繞此底部壁的側(cè)壁。制作了總共3個通孔10b，環(huán)繞基座10的外側(cè)每120度一個。用來升降硅晶片W的提升支桿9，被寬松地插入在各個通孔10b中。用提升臂11來進(jìn)行提升支桿9的提升。
供氣口12和排氣口13彼此面對位于面向基座10的罩連接件5的位置處。已經(jīng)借助于用氫氣(載氣)稀釋諸如SiHCl3之類的源氣體而形成的混合有微量摻雜劑的反應(yīng)氣體，從供氣口12被饋送，以便平行于硅晶片W的表面(沿水平方向)而流動。提供的反應(yīng)氣體在通過硅晶片W的表面以引起外延膜生長之后，被排氣出口13排出到設(shè)備外面。
近年來，外延膜表面內(nèi)電阻率的均勻分布已經(jīng)成為外延晶片的一個極為重要的定量要求。但在外延生長過程中需要高溫處理。這引起晶片內(nèi)部的摻雜劑在外延生長過程中向外擴(kuò)散，從而引起所謂的“自摻雜”現(xiàn)象，摻雜劑向外擴(kuò)散并組合到外延膜中。這引起形成的外延膜中摻雜劑濃度的不均勻性，從而引起外延膜外邊沿部分電阻率降低以及表面上電阻率分布不均勻。特別是當(dāng)在濃度低于硅晶片W的摻雜劑濃度下進(jìn)行外延生長時(shí)，這會引起這樣一些區(qū)域，其中外延膜的摻雜劑濃度偏離所要求的指標(biāo)，從而引起器件成品率下降。
為了防止外延膜中的電阻率分布變壞，用保護(hù)膜來涂敷硅晶片W，以便防止來自硅晶片W的自摻雜。典型地用CVD技術(shù)產(chǎn)生的氧化硅膜作為防止自摻雜的保護(hù)膜，且形成在晶片背面上的多晶硅膜有助于吸雜作用，也可以用作降低自摻雜的保護(hù)膜。通常僅僅背面被氧化硅膜涂敷。晶片的邊沿不被涂敷，但由于此表面面積小，故來自晶片邊沿的摻雜劑外擴(kuò)散很小。
因此，使用具有保護(hù)膜的晶片在抑制自摻雜方面是有效的。但這需要諸如CVD加工工具之類的專用設(shè)備，還需要額外的處理。還存在著需要使用必須在外延生長工藝之后從背面清除保護(hù)層的外延晶片的情況。此要求依賴于所需處理的類型。在此情況下，為了在外延生長工藝之后清除保護(hù)膜，必須執(zhí)行諸如拋光和腐蝕之類的額外處理。這一額外處理引起外延晶片生產(chǎn)成本的增加，且近年來這一增加的成本已經(jīng)使得無法生產(chǎn)低成本的外延晶片。
已經(jīng)用氧化物背面密封以及然后剝離氧化物的方法處理過的外延晶片，在背面處的摻雜劑濃度相似于襯底本體的濃度。未曾用氧化物背面密封處理的外延晶片，其背面的摻雜劑濃度被耗盡。這種耗盡的背面可能對器件制造廠家隨后的加工有利。為了解決這些問題，已經(jīng)提出了一種外延生長工藝方法，此方法采用例如圖23所示的在基座10的凹坑10a的底部壁的基本上整個表面上形成有大量通孔10c的基座10。
但當(dāng)存在分散在凹坑底部壁的基本上整個表面上的通孔10c時(shí)，由于形成通孔10c的區(qū)域與不形成通孔10c的區(qū)域之間的溫度差異而出現(xiàn)外延晶片表面的超微形貌退化，且這些超微形貌退化區(qū)域出現(xiàn)在整個晶片表面上。
在現(xiàn)有技術(shù)中，從凹坑底部壁的中心位置到1/2半徑的區(qū)域，是用來測量外延生長設(shè)備中外延生長過程的溫度的區(qū)域。當(dāng)通孔10c被制作在這一區(qū)域中時(shí)，工藝溫度測量中就出現(xiàn)變化，結(jié)果就增加了晶片中出現(xiàn)滑移的可能性。
另一方面，均勻的外延膜厚度也是對外延晶片的一個重要的定量要求。上述的反應(yīng)氣體以平行于硅晶片W表面的方式被饋送到成膜室2(圖22)。流入到成膜室2中的部分反應(yīng)氣體因而與基座10的外壁碰撞。結(jié)果，反應(yīng)氣體的氣流在基座10的上邊沿部分附近被擾亂，反應(yīng)氣體因而難以與硅晶片W的外邊沿表面形成充分的接觸。結(jié)果就引起出現(xiàn)這部分的外延膜變得比表面部分薄的現(xiàn)象。無論在硅晶片W背面處是否存在用來防止自摻雜的保護(hù)膜，都會出現(xiàn)這種現(xiàn)象。
因此，在現(xiàn)有技術(shù)中已經(jīng)公開了各種通過控制外延生長工藝來防止外延膜邊沿部分厚度減小的方法。作為具體的例子，有方法(1)降低外延膜的生長速度，以及方法(2)減小基座10底部壁表面到側(cè)壁上端表面的高度D。此高度D通常為0.55-1.00mm。
然而，根據(jù)降低生長速度的方法(1)，生長外延膜所需的時(shí)間更長，這就影響到硅晶片生產(chǎn)的產(chǎn)率。而且，當(dāng)在(2)中減小基座高度D時(shí)，由于小的振動，被加工的硅晶片W可能在凹坑10a中變得不對中。
而且，現(xiàn)有技術(shù)中的通孔10c被制作成沿垂直于基座10底部壁的方向。當(dāng)通孔垂直于基座凹坑底部壁被制作時(shí)，輻射熱能夠通過通孔，并能夠在硅晶片的背面上被直接吸收。這會引起硅晶片的不均勻加熱。
發(fā)明目的因此，本發(fā)明的目的是提供一種外延生長基座和外延生長方法，它能夠提供外延膜厚度均勻性，以便減小外延晶片表面超微形貌的退化區(qū)域，防止出現(xiàn)由于在凹坑的底部壁中制作通孔而引起的外延膜滑移，消除來自晶片背面的自摻雜的影響，以及能夠改善外延膜表面中的摻雜劑濃度的均勻性。
本發(fā)明的另一目的是提供一種外延生長基座和外延生長方法，它能夠改善從晶片背面釋放摻雜劑的作用。
本發(fā)明的又一目的是提供一種外延生長基座和外延生長方法，它能夠防止起源于基座基質(zhì)材料的晶片沾污。
而且，本發(fā)明的再一目的是提供一種外延生長基座和外延生長方法，其中進(jìn)行外延生長而不在晶片背面上形成保護(hù)膜，從而降低外延晶片的成本。
本發(fā)明的另一目的是提供一種外延晶片，其中在器件加工的熱處理過程中不出現(xiàn)自摻雜。
本發(fā)明的又一目的是提供一種外延生長基座和外延生長方法，它能夠抑制出現(xiàn)在形成通孔的區(qū)域內(nèi)的輻射熱的變化，并能夠抑制半導(dǎo)體晶片背面處出現(xiàn)不均勻的亮度。
發(fā)明概述在本發(fā)明的第一方面，提供了一種外延生長基座(以下有時(shí)簡稱為“基座”)，它具有由基本上圓形底部壁和包圍著底部壁的側(cè)壁組成的凹坑，其中半導(dǎo)體晶片將被安裝在該凹坑中。在沿底部壁外圍到中心的徑向方向的外圍區(qū)域內(nèi)在底部壁中提供了帶基本上為圓形或多角形的開口的通孔，在達(dá)大約1/2半徑的距離內(nèi)，通孔被包括在其上安裝半導(dǎo)體晶片的底部壁區(qū)域的至少一部分內(nèi)。多個通孔的總開口表面積為底部壁表面積的0.05-55％。
圓形、橢圓形、或相似的形狀，可以作為基本上圓形的形狀。三角形、四角形、五角形、或其它的多角形，可以作為多角形。
晶片的類型完全沒有限制。例如，可以采用硅晶片、砷化鎵晶片、或SOI或選擇性生長的外延晶片。若多個通孔的總開口表面積小于底部壁表面積的0.05％，則不能有效地排出從晶片背面向外擴(kuò)散的摻雜劑。而且，當(dāng)總開口表面積超過55％時(shí)，則在外延晶片中開始出現(xiàn)滑移，且由于晶片中心部分與外圍之間的溫度差異大，基座本身的強(qiáng)度也降低，從而存在著外延反應(yīng)過程中基座破裂等問題。
根據(jù)本發(fā)明的第一方面，沿從底部壁外圍到中心的徑向方向，在達(dá)1/2半徑的距離內(nèi)，多個通孔被提供在外圍區(qū)域中。通孔被包括在其上安裝半導(dǎo)體晶片的至少底部壁區(qū)域內(nèi)。通孔開口的總表面積被取為底部壁表面積的0.05-55％。這改善了外延膜的厚度均勻性。此外，能夠減小由于凹坑底部壁中形成多個通孔的區(qū)域與不形成通孔的區(qū)域之間的溫度差異而出現(xiàn)的外延晶片表面的超微形貌劣化區(qū)域。還能夠防止由于在凹坑底部壁中形成通孔而引起的滑移。而且，利用受到來自晶片背面自摻雜影響的半導(dǎo)體晶片，有可能消除自摻雜的影響并改善外延膜中摻雜劑濃度的均勻性。
在本發(fā)明的第二方面，在外延生長基座中還在底部壁或側(cè)壁處提供了支持裝置，用來支持通過僅僅用半導(dǎo)體晶片外圍的表面接觸、線接觸、或點(diǎn)接觸而安裝的半導(dǎo)體晶片。
根據(jù)半導(dǎo)體晶片整個背面被表面支持的基座結(jié)構(gòu)，諸如氫氣之類的載氣難以環(huán)繞晶片的整個背面。摻雜劑從晶片背面釋放以及被排出的效率因而被降低。為此，在基座上形成支持裝置，利用與晶片外圍的表面接觸、線接觸、或點(diǎn)接觸，以便在晶片背面與基座上表面之間形成稍許間隙來支持晶片是有效的。
在本發(fā)明的第三方面，SiC膜被粘合到基座的表面和各個通孔的內(nèi)壁表面。暴露的基座表面和通孔內(nèi)表面被SiC膜涂敷。因而能夠可靠地防止諸如碳沾污之類的來自基座基質(zhì)材料的沾污。
在本發(fā)明的第四方面，包括基座通孔的至少部分基座由致密SiC材料制成。
形成包括致密SiC材料的通孔的基座部分的理由是因?yàn)殡y以均勻地涂敷通孔的全部內(nèi)表面以及因?yàn)樵谕變?nèi)表面部分處容易出現(xiàn)SiC膜剝離。借助于用CVD技術(shù)等由致密SiC制造的致密SiC形成制作通孔的基座區(qū)域，能夠可靠地防止基座基質(zhì)材料引起的沾污。也有可能用SiC材料制作整個基座。
在本發(fā)明的第五方面，基座的通孔相對于底部壁的厚度方向傾斜。
亦即，以各個通孔的中心軸相對于底部壁平面不正交而是有規(guī)定的角度的方式，各個通孔被傾斜制作在底部壁中。通孔相對于底部壁表面的(中心軸的)傾斜角是例如20-70度。通孔的傾斜角完全不受限制。從底部壁上表面到下表面向著底部壁的內(nèi)部或向著外部傾斜都是可能的。
根據(jù)本發(fā)明的第五方面，與通孔不傾斜的情況相比，發(fā)生在制作通孔的底部壁部分處的輻射熱能夠被減少，并能夠抑制半導(dǎo)體晶片背面處不均勻亮度的出現(xiàn)。
在本發(fā)明的第六方面，提供了具有由基本上圓形底部壁和環(huán)繞底部壁的側(cè)壁形成的凹坑的外延生長基座，其中要在凹坑中安裝半導(dǎo)體晶片。多個具有基本上圓形或多角形的開口的通孔被提供在底部壁處沿徑向從外圍到中心達(dá)約1/2半徑的區(qū)域或距離內(nèi)，其通孔被包括在至少其上要安裝半導(dǎo)體晶片的底部壁區(qū)域內(nèi)。各個通孔的開口表面積被取為0.2-3.2mm2，而通孔的密度被取為每平方厘米0.25-25個。
不形成開口表面積小于0.2mm2的通孔的理由是因?yàn)闄C(jī)械加工精度的技術(shù)困難。當(dāng)形成開口表面積超過3.2mm2的通孔時(shí)，由于開口表面積太大，溫度分布變得不均勻，且超微形貌劣化和滑移的出現(xiàn)變得明顯。
另一方面，當(dāng)通孔的密度小于每平方厘米0.25個時(shí)，反應(yīng)氣體的流量減小，因而無法防止外延膜外圍處膜厚度的減小，從晶片背面釋放摻雜劑的效率也低，因而無法消除自摻雜的影響。當(dāng)通孔密度超過每平方厘米25個時(shí)，基座本身的強(qiáng)度降低，基座在外延生長工藝過程中可能彎曲或破裂。
根據(jù)本發(fā)明的第六方面，外延膜的厚度均勻性得到了改善，并減小了由于在凹坑的底部壁中制作多個通孔的區(qū)域與不制作孔的區(qū)域之間的溫度差異而出現(xiàn)的外延晶片表面的超微形貌劣化區(qū)域。因而能夠防止由于在凹坑底部壁中制作通孔而引起的滑移。在受到來自晶片背面的自摻雜的影響的半導(dǎo)體晶片的情況下，也有可能消除這一自摻雜的影響并改進(jìn)外延膜表面內(nèi)的摻雜劑濃度均勻性。
在本發(fā)明的第七方面，根據(jù)本發(fā)明第六方面的外延基座還在底部壁或側(cè)壁處配備有支持裝置，用以通過僅僅與半導(dǎo)體晶片外圍的表面接觸、線接觸、或點(diǎn)接觸來支持安裝的半導(dǎo)體晶片。
在本發(fā)明的第八方面，SiC膜被粘合到本發(fā)明第六方面的基座的表面以及各個通孔的內(nèi)壁表面。
在本發(fā)明的第九方面，至少包括基座通孔的本發(fā)明第六方面的部分基座，由致密SiC材料制成。
在本發(fā)明的第十情況中，本發(fā)明第六情況的基座的通孔相對于底部壁的厚度方向傾斜。
在本發(fā)明的第十一情況中，提供了一種用來在半導(dǎo)體晶片表面上生長外延膜的外延生長方法，此方法將半導(dǎo)體晶片安裝在基座凹坑內(nèi)，并將源氣體和載氣饋送到基座的上表面?zhèn)龋覍⑤d氣饋送到基座的下表面?zhèn)?。凹坑由基本上圓形底部壁和包圍此底部壁的側(cè)壁組成，并在從外圍到中心達(dá)大約1/2半徑的區(qū)域或距離內(nèi)的底部壁處提供多個具有基本上圓形或多角形開口的通孔，通孔被包括在至少其上安裝半導(dǎo)體晶片的底部壁區(qū)域內(nèi)。多個通孔的總開口表面積為底部壁表面積的0.05-55％。
諸如SiH4、SiH2Cl2、SiHCl3、或SiCl4之類的氣體被用作源氣體。
氫氣或惰性氣體可以被用作載氣。
根據(jù)本發(fā)明的第十一方面，在半導(dǎo)體晶片被安裝在凹坑內(nèi)之后，在基座上表面?zhèn)壬狭鲃釉礆怏w和載氣并在下表面?zhèn)壬狭鲃虞d氣的情況下進(jìn)行外延生長。因此，在基座的外圍處，在基座上表面?zhèn)壬狭鲃拥脑礆怏w部分由于基座下表面?zhèn)壬狭鲃拥妮d氣產(chǎn)生的負(fù)壓而經(jīng)由通孔從半導(dǎo)體晶片外圍與基座側(cè)壁之間的間隙向下流到基座的下表面?zhèn)?。因而能夠?qū)⒆銐蛄康脑礆怏w饋送到晶片外圍表面。這改善了外延膜的厚度均勻性，并因?yàn)橥撞槐恢谱髟趶幕撞勘谥行牡诫x中心至少1/2半徑距離的區(qū)域中，故減小了由于在凹坑的底部壁中制作多個通孔的區(qū)域與不制作孔的區(qū)域之間的溫度差異而出現(xiàn)的外延晶片表面的超微形貌劣化區(qū)域。因而能夠防止由于在凹坑的底部壁中制作通孔而引起的滑移。
而且，當(dāng)對正面和背面都由半導(dǎo)體單晶表面構(gòu)成的半導(dǎo)體晶片進(jìn)行外延生長時(shí)，在外延生長過程中摻雜劑就從晶片背面向外擴(kuò)散。但在本發(fā)明的第十一方面，由于這一負(fù)壓的作用，摻雜劑就在基座的下表面?zhèn)缺会尫?，此摻雜劑于是難以被組合到外延膜中。結(jié)果就能夠基本上消除來自晶片背面的這一自摻雜的影響，并能夠改善外延膜中的摻雜劑濃度均勻性。這一外延生長工藝還可以被應(yīng)用于具有形成在其自摻雜影響輕微的背面上的氧化物膜或多晶硅膜的半導(dǎo)體晶片。在此情況下，還能夠抑制外延膜外圍處的膜厚度減小。
在本發(fā)明的第十二方面，還提供了一種外延生長方法，其中，本發(fā)明第十一方面的外延生長基座在底部壁或側(cè)壁處配備有支持裝置，用以通過僅僅與半導(dǎo)體晶片外圍的表面接觸、線接觸、或點(diǎn)接觸來支持安裝的半導(dǎo)體晶片。
在本發(fā)明的第十三方面，SiC膜被粘合到本發(fā)明第十一方面的基座表面以及各個通孔的內(nèi)壁表面。
在本發(fā)明的第十四方面，提供了一種外延生長方法，其中，包括基座通孔的本發(fā)明第十一方面的至少部分基座，由致密SiC材料制成。
在本發(fā)明的第十五方面，提供了一種外延生長方法，其中，饋送到本發(fā)明第十一方面的基座下表面?zhèn)鹊妮d氣是以至少每分鐘3-100升饋送的含氫的氣體。
當(dāng)基座下表面?zhèn)忍幍妮d氣流量小于每分鐘3升時(shí)，產(chǎn)生的負(fù)壓不足，摻雜劑因而不能有效地流過基座通孔。在此情況下，自摻雜就過大。當(dāng)流量超過每分鐘100升時(shí)，摻雜劑的排出效率被提高，但包括摻雜劑的載氣不以恰當(dāng)?shù)姆绞綇呐艢饪卺尫?。部分載氣流入到源氣體中，外延膜中的電阻率分布從而變壞。
在本發(fā)明的第十六方面，提供了一種外延生長方法，其中，本發(fā)明第十一情況的外延生長基座的通孔相對于底部壁的厚度方向傾斜。
在本發(fā)明的第十七方面，提供了一種用來在半導(dǎo)體晶片表面上生長外延膜的外延生長方法，此方法將半導(dǎo)體晶片安裝在基座凹坑內(nèi)，并將源氣體和載氣饋送到基座的上表面?zhèn)?，且將載氣饋送到基座的下表面?zhèn)取０伎佑苫旧蠄A形底部壁和包圍此底部壁的側(cè)壁組成，并在從外圍到中心達(dá)大約1/2半徑的區(qū)域或距離內(nèi)的底部壁處提供多個具有基本上圓形或多角形開口的通孔，通孔被包括在至少其上安裝半導(dǎo)體晶片的底部壁區(qū)域內(nèi)。各個通孔的開口表面積被取為0.2-3.2平方毫米，而通孔的密度被取為每平方厘米0.25-25個。
根據(jù)本發(fā)明的第十七方面，在半導(dǎo)體晶片被安裝在基座凹坑內(nèi)之后，在基座上表面?zhèn)壬狭鲃釉礆怏w和載氣并在下表面?zhèn)壬狭鲃虞d氣的情況下進(jìn)行外延生長。此時(shí)，由于基座下表面?zhèn)壬狭鲃拥妮d氣引起基座上表面?zhèn)壬狭鲃拥牟糠衷礆怏w經(jīng)由通孔流到基座的下表面?zhèn)?，故?fù)壓力作用在基座的外圍部分。結(jié)果，足夠量的源氣體也能夠被饋送到晶片的外圍表面，從而能夠使外延膜的厚度均勻。因而能夠得到外延膜的均勻性而不管硅晶片背面處有無用來防止自摻雜的保護(hù)膜。由于在凹坑的底部壁中制作多個通孔的區(qū)域與不制作孔的區(qū)域之間的溫度差異而出現(xiàn)的外延晶片表面的超微形貌劣化區(qū)域能夠被減小。能夠防止由于在凹坑的底部壁中制作通孔而引起的滑移。
而且，在半導(dǎo)體晶片的正面和背面都由半導(dǎo)體單晶表面構(gòu)成的情況下，在外延生長過程中摻雜劑從晶片背面向外擴(kuò)散。但由于負(fù)壓的作用，向外擴(kuò)散的摻雜劑被排出到基座的下表面?zhèn)取４藫诫s劑于是難以被組合到外延膜中。結(jié)果就能夠消除來自晶片背面的這一自摻雜的影響，并能夠改善外延膜表面中的摻雜劑濃度均勻性。
在本發(fā)明的第十八方面，還提供了一種外延生長方法，其中，本發(fā)明第十七方面的外延生長基座在底部壁或側(cè)壁處配備有支持裝置，用以通過僅僅與半導(dǎo)體晶片外圍的表面接觸、線接觸、或點(diǎn)接觸來支持安裝的半導(dǎo)體晶片。
在本發(fā)明的第十九方面，提供了一種外延生長方法，其中，SiC膜被粘合到本發(fā)明第十七方面的基座表面以及各個通孔的內(nèi)壁表面。
在本發(fā)明的第二十方面，提供了一種外延生長方法，其中，包括基座通孔的本發(fā)明第十七方面的至少部分基座，由致密SiC材料制成。
在本發(fā)明的第二十一方面，提供了一種外延生長方法，其中，饋送到本發(fā)明第十七方面的基座下表面?zhèn)鹊妮d氣是以每分鐘3-100升饋送的含氫的氣體。
在本發(fā)明的第二十二方面，提供了一種外延生長方法，其中，本發(fā)明第十七方面的基座的通孔相對于底部壁的厚度方向傾斜。
附圖簡要說明圖1是剖面圖，示意地示出了其上安裝本發(fā)明第一實(shí)施方案的外延生長基座的外延生長設(shè)備。
圖2是放大的剖面圖，示意地示出了本發(fā)明第一實(shí)施方案的外延生長基座使用狀況的主要部分。
圖3是平面圖，示出了本發(fā)明第一實(shí)施方案的外延生長基座的主要部分。
圖4是放大的剖面圖，示出了本發(fā)明第一實(shí)施方案的外延生長基座的主要部分。
圖5是平面圖，示意地示出了本發(fā)明另一實(shí)施方案的外延生長基座。
圖6是剖面圖，示意地示出了本發(fā)明另一實(shí)施方案的外延生長基座的主要部分。
圖7是剖面圖，示意地示出了本發(fā)明另一實(shí)施方案的外延生長基座的主要部分。
圖8是剖面圖，示意地示出了本發(fā)明另一實(shí)施方案的外延生長基座。
圖9是平面圖，示意地示出了本發(fā)明另一實(shí)施方案的外延生長基座。
圖10是剖面圖，示意地示出了本發(fā)明另一實(shí)施方案的外延生長基座的主要部分。
圖11是平面圖，示意地示出了本發(fā)明另一實(shí)施方案的外延生長基座。
圖12是曲線圖，示出了在測試?yán)雍捅容^例子中得到的外延晶片沿外延膜徑向的摻雜劑濃度分布。
圖13是曲線圖，示出了在測試?yán)雍捅容^例子中得到的外延晶片沿外延膜徑向的電阻率分布。
圖14是曲線圖，示出了在測試?yán)雍捅容^例子中得到的外延晶片的外延膜厚度變化。
圖15是曲線圖，示出了在測試?yán)雍捅容^例子中得到的外延晶片外部出現(xiàn)的峰-谷(P-V)超微形貌。
圖16是曲線圖，示出了在測試?yán)雍捅容^例子中得到的外延晶片通孔開口表面積與P-V超微形貌數(shù)值之間的關(guān)系。
圖17是曲線圖，示出了在測試?yán)雍捅容^例子中得到的外延晶片的提供通孔的晶片邊沿區(qū)域與晶片外邊沿處外延膜厚度下降或減小的范圍之間的關(guān)系。
圖18是曲線圖，示出了在測試?yán)雍捅容^例子中得到的外延晶片的通孔開口表面積與外延膜滑移范圍之間的關(guān)系。
圖19是剖面圖，示意地示出了現(xiàn)有技術(shù)的外延生長設(shè)備。
圖20是平面圖，示意地示出了現(xiàn)有技術(shù)的外延生長基座。
圖21是另一剖面圖，示意地示出了現(xiàn)有技術(shù)的外延生長基座。
圖22是另一剖面圖，示意地示出了現(xiàn)有技術(shù)的外延生長基座的使用狀況。
圖23是另一平面圖，示意地示出了現(xiàn)有技術(shù)的外延生長基座的使用狀況。
本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案下面是對本發(fā)明各個實(shí)施方案的外延生長基座和外延生長方法的描述。本發(fā)明完全不局限于下列各個實(shí)施方案。圖1是剖面圖，示意地示出了其中安裝本發(fā)明第一實(shí)施方案的外延生長基座的外延生長設(shè)備。圖2是放大的剖面圖，示意地示出了本發(fā)明第一實(shí)施方案的外延生長基座使用狀況的主要部分。圖3是平面圖，示出了本發(fā)明第一實(shí)施方案的外延生長基座的主要部分。圖4是放大的剖面圖，示出了本發(fā)明第一實(shí)施方案的外延生長基座的主要部分。
圖5是平面圖，示意地示出了本發(fā)明另一實(shí)施方案的外延生長基座。圖6是剖面圖，示意地示出了本發(fā)明另一實(shí)施方案的外延生長基座的主要部分。圖7是剖面圖，示意地示出了本發(fā)明另一實(shí)施方案的外延生長基座的主要部分。
如圖1-4所示，外延生長設(shè)備(以下稱為“設(shè)備”)1內(nèi)部包含外延膜形成室2。此成膜室2配備有上罩3、下罩4、以及罩連接件5。上罩3和下罩4由諸如石英之類的透明材料制成，用來加熱基座10和硅晶片W的多個鹵素?zé)?被安置在設(shè)備1上方和下方。所用的硅晶片是例如P型硅單晶晶片，直徑為200mm，厚度為740微米，表面平面取向?yàn)?100)，電阻率為15mΩcm(毫歐姆厘米)，且一側(cè)被鏡面拋光。硅晶片背面上沒有形成氧化硅膜(保護(hù)膜)，且晶片二側(cè)為單晶硅表面。
供氣口12和排氣口13彼此面對位于面向基座10的罩連接件5的位置處。用氫氣(載氣)稀釋諸如SiHCl3之類的源氣體而形成的混合有微量摻雜劑的反應(yīng)氣體從供氣口12被饋送，以便平行于硅晶片W的表面(沿水平方向)而流動。提供的反應(yīng)氣體在通過硅晶片W的表面上方以引起外延膜生長之后，被排氣出口13排出到設(shè)備外面。
而且，在罩連接件5處，用來饋送諸如氫氣之類的載氣的氣體供應(yīng)開口14被制作在氣體供應(yīng)開口12下方的基座下表面?zhèn)?。而且，用來將饋?zhàn)詺怏w供應(yīng)開口14的氫氣排出到外面的排氣開口15，也被提供在排氣出口13下方附近的罩連接件5處。也可以不提供排氣開口15而代之以排氣出口13來排出外延生長的載氣等。
下面參照圖2-4來描述本實(shí)施方案的基座10。但本發(fā)明完全不局限于基座10。
由于基座10的下表面邊沿部分與連接到基座轉(zhuǎn)軸7的支持臂8接合，故基座10被旋轉(zhuǎn)。此基座10具有由直徑直至215mm的稍許大于硅晶片W的直徑的圓形底部壁和環(huán)繞此底部壁的柱形側(cè)壁組成。底部壁和側(cè)壁由表面粘合有SiC膜的碳材料組成。然后將硅晶片安置并安裝在此凹坑10a上?；某叽缈梢愿鶕?jù)硅晶片W的直徑以適當(dāng)?shù)姆绞礁淖?。總之，基?0的尺寸最好使凹坑10a外邊沿與硅晶片W外邊沿之間有約為1-10mm的間隙。凹坑10a的深度，亦即從基座10底部壁的上表面到側(cè)壁的上邊沿表面的高度，基本上與硅晶片的厚度800微米相同。而且，以120度的間隔，沿周邊方向在底部壁外圍處安置總共3個用來支持和升降硅晶片W的支桿的通孔10b。用來升降硅晶片W的提升支桿9被寬松地插入在3個通孔10b各個處。各個提升支桿9被用來相對于支持臂8自由地升降。以這種方式，用與支持臂8分開提供在基座轉(zhuǎn)軸7處的多個提升臂11來實(shí)現(xiàn)升降，從而升降提升支桿9。
而且，提供了多個通孔10c，用來防止生長在晶片表面外圍處的外延膜減少以及用來釋放發(fā)生在底部壁外圍的來自硅晶片W背面的摻雜劑。具體地說，通孔10c被制作在沿晶片徑向從凹坑10a底部壁外邊沿向內(nèi)的20mm范圍內(nèi)。
首先來描述通孔10b。在外延生長過程中，提升支桿9被保持在通孔10b中，致使通孔10b內(nèi)部基本上被封蓋。通孔10b因而很少起釋放摻雜劑的通孔的作用。對于用Bernoulli吸盤方法等來傳輸晶片的外延生長設(shè)備來說，用來升降晶片的通孔10b是不必要的。
借助于在用來升降晶片的通孔10b中提供凹陷，使氣體流過(圖5)，也能夠得到如用來釋放摻雜劑的通孔10b那樣的組合功能。具體地說，如圖6所示，存在著以接觸方式支持提升支桿9的頭部二端(沿Y軸方向)的窄縫，且如圖7所示，存在著以非接觸方式支持提升支桿9的頭部二端(沿X軸方向)的窄縫。在此情況下，最好對凹坑10a的底部壁表面層部分進(jìn)行網(wǎng)眼處理，以便促進(jìn)通孔10b中的氣流。
接著來描述通孔10c。通孔10c被制作在(直徑為216mm的)底部壁中，以便俯視時(shí)呈現(xiàn)圓形孔。在圖3所示的實(shí)施方案中，有7行總共834個孔。各個孔的直徑為1mm，開口表面積為0.79平方毫米，孔的密度為每平方厘米7.3個。通孔10c的總開口表面積為底部壁面積的1.8％。通孔10c至少被制作在其上放置硅晶片的基座10區(qū)域內(nèi)。在這一區(qū)域內(nèi)提供具有如上所述尺寸和密度的至少1行孔，最好是至少2行孔。當(dāng)通孔10c被制作在尺寸超過晶片尺寸的基座10的外圍區(qū)域(僅僅晶片的外邊沿區(qū)域)中時(shí)，釋放從晶片背面放出的摻雜劑氣體的效果被降低，從而無法消除自摻雜的影響。
如圖2和圖4所示，用來以線接觸狀態(tài)支持硅晶片W外圍部分的支持裝置10d，以沿從外向內(nèi)的方向傾斜的錐狀(傾斜表面)的方式，被提供在凹坑10a的底部壁處。因此，在晶片背面與凹坑10a的底部壁之間在被安裝硅晶片W的中心部分處形成了至少100微米的間隙。這有助于氫氣圍繞晶片背面，從而增強(qiáng)摻雜劑從晶片背面的釋放。
圖8是剖面圖，示意地示出了本發(fā)明另一實(shí)施方案的外延生長基座。圖9是平面圖，示意地示出了圖8的外延生長基座。圖11是平面圖，示意地示出了本發(fā)明另一實(shí)施方案的外延生長基座，其中，在凹坑10a的底部壁處制作了通孔，并被淺溝道10f連接。
如圖8所示，還構(gòu)造了支持單元10d，以便借助于與表面在正好硅晶片外圍部分處形成接觸而支持硅晶片W。可以在支持單元10d的表面上提供不平坦的部分，用以利用表面與硅晶片W外圍部分之間的點(diǎn)接觸來實(shí)現(xiàn)支持。
可以對底部壁和側(cè)壁分別用不同的材料來制作圖8和9的基座10。亦即，用致密SiC材料制作通孔10c處的凹坑10a的整個底部壁以及凹坑10a的側(cè)壁是涂敷有SiC(碳化硅)膜的碳基材料。利用這一涂層，能夠有效地消除來自基座10的基質(zhì)材料的碳沾污。
為了考慮到基座10內(nèi)表面的溫度分布，通孔被制作在沿從外到凹坑10底部壁的中心達(dá)大約1/2半徑距離的整個外圍區(qū)域。
圖10是制作在基座外圍區(qū)域中的通孔10c相對于底部壁厚度方向被傾斜45度的例子。因此，借助于使通孔10c相對于底部壁的厚度方向傾斜20-70度，能夠抑制通孔10c被制作在底部壁中的區(qū)域處的輻射熱，從而能夠抑制硅晶片W背面處不均勻亮度的出現(xiàn)。
圖11是本發(fā)明的基座的實(shí)施方案，其中，一行通孔被提供在其上安裝晶片的基座區(qū)中的基座外圍區(qū)域中，這些孔被淺溝道或溝槽連接。溝槽的寬度通常為稍許大于通孔的直徑，直至約為直徑的1.5倍。溝槽的深度使溝槽的剖面面積約為通孔開口表面積的50-100％，最好接近通孔的表面積。從制造的觀點(diǎn)看，溝槽的底部通常是平坦的?；倪@一實(shí)施方案提供了下列優(yōu)點(diǎn)。(1)借助于將通孔僅僅置于晶片的外圍處，能夠有效地控制晶片外圍處由于摻雜劑從晶片背面向外擴(kuò)散而引起的自摻雜。(2)借助于將通孔僅僅置于外圍處，能夠改善晶片中心處的超微形貌，亦即，通孔的減少產(chǎn)生了改進(jìn)的超微形貌。(3)溝槽在晶片外圍處提供了晶片與基座之間的間隙，這就提供了改善待要排出通孔的摻雜劑氣體遷移性的通路。(4)由于溝槽改善了摻雜劑氣體的遷移性，故能夠進(jìn)一步減小通孔的密度，從而進(jìn)一步改善超微形貌。(5)由于仍然有足夠的基座質(zhì)量來保持為超微形貌劣化原因的均勻熱分布，故淺溝槽對超微形貌劣化的影響比通孔對超微形貌劣化的影響更小。要指出的是，雖然在圖11中僅僅示出了一行孔，但也能夠提供一行以上的孔。
測試?yán)雍捅容^例子如圖3所示，下面描述安裝在基座10中的單個晶片外延生長設(shè)備的外延生長方法。
首先，表面以通常方式拋光成鏡面的CZ硅晶片W，被安裝在基座10的凹坑10a中。
然后，在硅晶片W于1150℃的氫氣中被烘焙處理20秒鐘之后，硅源氣體SiHCl3和硼源氣體B2H2在氫氣中被稀釋的混合反應(yīng)氣體，以每分鐘50升的速率被饋送到設(shè)備1，致使厚度約為6微米而電阻率為10歐姆厘米的P型外延膜，在1070℃的外延生長溫度下，被形成在晶片表面上。
饋?zhàn)苑磻?yīng)氣體供應(yīng)開口12的反應(yīng)氣體，通過成膜室2，其中基座10和硅晶片W被排列在設(shè)備1上方和下方的多個鹵素?zé)?加熱，并在外延膜形成在硅晶片W表面上的過程中從排氣口13被排出設(shè)備1。氫氣以每分鐘15升的流速從供氣口14被饋送到成膜室2中，從而通過基座10的下表面?zhèn)?，然后從排氣開口15被排出。
在此情況下，采用基座10(如圖3所示)，它具有多個提供在底部壁外圍區(qū)域中的通孔10c，使通孔10c的總開口表面積為底部壁表面積的1.8％。亦即，在硅晶片W被安裝在凹坑10a中之后，使反應(yīng)氣體在基座10的上表面?zhèn)壬狭鲃?，同時(shí)在使氫氣于下表面?zhèn)壬狭鲃訒r(shí)發(fā)生外延生長。此時(shí)，如圖2所示，由于氫氣流動于基座10的下表面?zhèn)?，且部分流動于基?0的上表面?zhèn)鹊姆磻?yīng)氣體經(jīng)由通孔10c而流動到基座10的下表面?zhèn)?，故?fù)壓力作用在基座10的外圍部分處。結(jié)果，大量反應(yīng)氣體與晶片外圍部分的表面接觸。這就改善了外延膜的均勻性，并減小了由于在凹坑底部壁中制作多個通孔的區(qū)域與不制作通孔的區(qū)域之間的溫度差異而出現(xiàn)的外延晶片的超微形貌劣化區(qū)域。因而能夠防止出現(xiàn)在凹坑底部壁中制作通孔時(shí)能夠出現(xiàn)的外延膜的滑移。
而且，在硅晶片W背面處不形成防止自摻雜的氧化硅膜，晶片的正面和背面二者都能夠由硅單晶表面構(gòu)成。摻雜劑(硼)因而在外延生長工藝過程中從晶片背面向外擴(kuò)散。但由于上述負(fù)壓力的作用，向外擴(kuò)散的摻雜劑被排出到基座10的下側(cè)。摻雜劑因而難以組合到外延膜中。結(jié)果，外延膜的摻雜劑濃度低于硅晶片W的摻雜劑濃度。因此，即使在來自晶片背面的自摻雜的影響明顯的情況下，這一影響也被消除，從而改善了外延膜表面中摻雜劑濃度的均勻性。
下面描述根據(jù)本發(fā)明上述實(shí)施方案對本發(fā)明的測試?yán)优c現(xiàn)有技術(shù)的比較例子進(jìn)行比較的結(jié)果。
如同本發(fā)明測試?yán)幽菢?，在比較例子中，采用了圖1所示的單個晶片外延生長設(shè)備，且氫氣以每分鐘15升的速率從供氣口14被供應(yīng)，以便防止硅淀積在諸如基座10的轉(zhuǎn)軸7之類的成膜室2下方的爐子部件上。所用的基座10如圖20所示。
用表面電荷分布儀分別測量在本發(fā)明測試?yán)又泻捅容^例子中得到的外延硅晶片外延膜中除離外圍3mm區(qū)域之外的摻雜劑濃度沿徑向的分布。結(jié)果示于圖12的曲線中。根據(jù)這些測量結(jié)果得到的外延膜中電阻率沿徑向的分布結(jié)果示于圖13中。圖12的曲線示出了在測試?yán)雍捅容^例子中得到的外延膜摻雜劑濃度沿外延膜徑向方向的分布，而圖13的曲線示出了在測試?yán)雍捅容^例子中得到的外延膜電阻率沿外延膜徑向方向的分布。
如從圖12和圖13可見，在本發(fā)明的例子中，摻雜劑以這樣一種方式被組合，即外延膜中摻雜劑沿徑向的濃度是均勻的，并在表面內(nèi)均勻地得到了目標(biāo)電阻率為10歐姆厘米的P型外延膜。另一方面，在比較例子中，外圍處的摻雜劑濃度高。還可以理解的是，電阻率分布因而在外圍處明顯下降。
而且，如圖14中的曲線所示，在晶片外圍，確切地說是在離外邊沿2-3mm的區(qū)域內(nèi)，外延膜的厚度減小。這一變壞主要與外延成膜的成膜步驟中平整度的變壞有關(guān)。圖14的曲線示出了在測試?yán)雍捅容^例子中得到的外延晶片外延膜的厚度變化。
利用現(xiàn)有技術(shù)的基座，在離晶片外邊沿2-10mm的區(qū)域內(nèi)，更確切地說是在離外邊沿2-5mm的區(qū)域內(nèi)，外延膜的厚度均勻性變壞，且外延膜急劇地變得更薄。其結(jié)果是外延生長之后硅晶片的平整度(SFQR等)與外延生長之前的平整度相比明顯地變壞。關(guān)于這一點(diǎn)，由于采用本發(fā)明的基座，足夠量的反應(yīng)氣體被饋送到邊沿區(qū)域，故本發(fā)明的基座能夠大幅度減小否則會出現(xiàn)在晶片外圍的外延膜的厚度下降。
接著，根據(jù)圖15來描述如何借助于僅僅在基座外圍區(qū)域中制作多個通孔來改善晶片表面的超微形貌劣化。
圖15的曲線示出了出現(xiàn)在測試?yán)雍捅容^例子中得到的外延晶片外圍部分中的超微形貌。用晶片表面的激光反射角來測量超微形貌(如SEMI標(biāo)準(zhǔn)m43所述)。在圖15中，S＝0的曲線示出了當(dāng)采用具有開口表面積為0平方毫米的，亦即不存在制作于底部壁外圍中的通孔的基座情況下的超微形貌，而S＝3.14的曲線示出了當(dāng)采用具有制作在底部壁外圍中的開口表面積為3.14平方毫米(直徑為2mm)的通孔的基座時(shí)的超微形貌。例如，當(dāng)各個通孔被分散在凹坑底部壁的整個面積上時(shí)，由于其中制作通孔的區(qū)域與其中不制作通孔的區(qū)域之間的溫度差異而出現(xiàn)的超微形貌變壞，就出現(xiàn)在外延晶片的整個表面上。但在本發(fā)明中，通孔僅僅被制作在從底部壁外側(cè)到中心沿徑向達(dá)1/2半徑距離的區(qū)域內(nèi)。外延晶片表面中不存在超微形貌變壞區(qū)域的部分因而增大，從而得到超微形貌劣化區(qū)域的數(shù)目已被減少了的高質(zhì)量外延晶片。從基座底部壁中心到1/2半徑的區(qū)域，是用來測量外延生長設(shè)備的工藝溫度的區(qū)域。在本發(fā)明中，通孔被制作在此區(qū)域外面，因而能夠抑制外延膜滑移的出現(xiàn)。
接著，圖16示出了本發(fā)明的基座和現(xiàn)有技術(shù)基座的通孔開口表面積與通孔形成部分P-V數(shù)值之間的關(guān)系。如從開口表面積與通孔形成部分P-V數(shù)值之間的關(guān)系可見，通孔開口表面積最好盡可能小，以便盡量減小超微形貌劣化的危險(xiǎn)。
接著，用圖17來描述存在通孔的區(qū)域與晶片邊沿區(qū)域中外延膜厚度減小的范圍之間的關(guān)系。圖17的曲線示出了通孔形成區(qū)與晶片外圍部分中外延膜厚度下降的范圍之間的關(guān)系。
從圖17的曲線可以知道，當(dāng)通孔被提供在從基座凹坑外邊沿直至向內(nèi)至少50mm(亦即從基座底部壁的外側(cè)到中心達(dá)大約半徑長度的一半)、附近時(shí)，能夠防止膜厚度的下降。
接著，用圖18所示的表示通孔開口表面積與外延晶片滑移范圍之間的關(guān)系的曲線，來描述通孔開口表面積和滑移量。
關(guān)于通孔的開口表面積，由于制作通孔時(shí)的機(jī)械加工精度限制而考慮柱形通孔，認(rèn)為不可能制作小于0.2平方毫米的通孔。有關(guān)超微形貌劣化和出現(xiàn)滑移的問題也對3.2平方毫米或更大的通孔有限制。因此，為了提供10nm或更小的超微形貌劣化以及為了防止出現(xiàn)滑移，3.2平方毫米或更小的開口表面積是必須的。
反應(yīng)氣體饋送到晶片外圍的速率也明顯地由于通孔開口表面積與通孔密度之間的關(guān)系而被改變。因此，最好盡可能密集地安置通孔，以便反應(yīng)氣體流對圖1所示的基座的下側(cè)的影響相對于晶片的周邊方向大而均勻，并大幅度抑制自摻雜的影響和抑制晶片外圍處外延膜厚度的減小。因此，為了考慮有關(guān)基座強(qiáng)度和通孔加工精度的問題，最佳的通孔密度范圍是每平方厘米0.25-25個。
在單個晶片外延生長設(shè)備的實(shí)驗(yàn)例子中已經(jīng)進(jìn)行了描述，但本發(fā)明完全不局限于此，而是如在相關(guān)技術(shù)中所實(shí)現(xiàn)的那樣，也可以被應(yīng)用于批量方法的外延生長設(shè)備來同時(shí)處理多個晶片。此外，本發(fā)明的方法也能夠被應(yīng)用于Bernorlli吸盤傳送設(shè)備。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明，多個通孔被提供在沿徑向方向從底部壁外圍到中心覆蓋達(dá)1/2半徑的外圍區(qū)域內(nèi)，各個通孔被至少包括在其上安裝半導(dǎo)體晶片的底部壁區(qū)域內(nèi)。通孔開口的總表面積為底部壁表面積的0.05-55％，各個通孔的開口面積為0.2-3.2平方毫米，而通孔的開口密度為每平方厘米0.25-25個。其結(jié)果因而是能夠改善外延膜的厚度均勻性，并能夠減小由于在凹坑底部壁中制作多個通孔的區(qū)域與不制作通孔的區(qū)域之間的溫度差異而出現(xiàn)的外延晶片表面的超微形貌劣化區(qū)域。此外，能夠防止由于在凹坑底部壁中制作通孔而引起的外延膜滑移，并能夠消除來自晶片背面的自摻雜的影響。因此，能夠改善外延膜表面中的摻雜劑濃度均勻性。
在本發(fā)明中，用來通過僅僅與半導(dǎo)體晶片外圍的表面接觸、線接觸、或點(diǎn)接觸而支持被安裝的半導(dǎo)體晶片的支持單元，被提供在基座的側(cè)壁處。通孔被提供在基座中從這一接觸位置向著中心的區(qū)域內(nèi)。這提供了晶片邊沿處的大致密封，從晶片背面釋放出來的摻雜劑因而擴(kuò)散到通孔外面。結(jié)果，能夠盡可能減小來自背面的自摻雜的影響。
而且，SiC膜被粘合到基座的表面和各個通孔的內(nèi)壁表面，或至少基座的各個通孔的內(nèi)壁由SiC材料形成。因而能夠防止由基座基質(zhì)材料引起的晶片沾污。
而且，在本發(fā)明中，外延晶片能夠被制作成即使不在晶片背面形成用來防止自摻雜的保護(hù)膜，且即使在具有高濃度摻雜劑的半導(dǎo)體晶片經(jīng)受外延生長工藝的情況下，也不受自摻雜的影響，從而能夠降低外延晶片的生產(chǎn)成本。
根據(jù)本發(fā)明的外延生長方法，在外延反應(yīng)過程中，摻雜劑從晶片背面被釋放到外面，從而有可能提供晶片背面處摻雜劑濃度非常低的外延晶片。這一耗盡的背面可能有利于器件制造者的后續(xù)加工。當(dāng)采用本發(fā)明的外延生長基座時(shí)，基本上解決了有關(guān)自摻雜的問題和對基座結(jié)構(gòu)的可查出的雜質(zhì)沾污問題。
根據(jù)本發(fā)明，通孔可以相對于底部壁的厚度方向傾斜。因而能夠抑制出現(xiàn)在制作通孔的底部壁部分處的輻射熱，同樣能夠抑制半導(dǎo)體晶片背面處不均勻亮度的出現(xiàn)。
權(quán)利要求
1.一種外延生長基座，它包含基本上圓形的底部壁和包圍此底部壁的側(cè)壁，以便形成用來安裝半導(dǎo)體晶片的凹坑，其中，具有基本上圓形或多角形開口的多個通孔被提供在底部壁中沿徑向從外圍到中心達(dá)大約底部壁半徑一半的區(qū)域內(nèi)，各個通孔被包括在至少其上安裝半導(dǎo)體晶片的底部壁區(qū)域內(nèi)；且多個通孔的總開口表面積為底部壁表面積的0.05-55％。
2.按照權(quán)利要求1的外延生長基座，還在底部壁或側(cè)壁處配備有支持裝置，用來通過僅僅與半導(dǎo)體晶片外圍的表面接觸、線接觸、或點(diǎn)接觸而支持半導(dǎo)體晶片。
3.按照權(quán)利要求1的外延生長基座，其中，SiC膜被粘合到基座的表面以及各個通孔的內(nèi)壁表面。
4.按照權(quán)利要求1的外延生長基座，其中，包括通孔的至少部分底部壁由致密SiC材料制成。
5.按照權(quán)利要求1的外延生長基座，其中，通孔相對于底部壁的厚度方向傾斜。
6.一種外延生長基座，它包含基本上圓形的底部壁和包圍此底部壁的側(cè)壁，以便形成用來安裝半導(dǎo)體晶片的凹坑，其中，具有基本上圓形或多角形開口的多個通孔被提供在底部壁中沿徑向從外圍到中心達(dá)大約底部壁半徑一半的區(qū)域內(nèi)，各個通孔被包括在至少其上安裝半導(dǎo)體晶片的底部壁區(qū)域內(nèi)；且各個通孔的開口表面積被取為0.2-3.2平方毫米，且通孔的密度被取為每平方厘米0.25-25個。
7.按照權(quán)利要求6的外延生長基座，還在底部壁或側(cè)壁處配備有支持裝置，用來通過僅僅與半導(dǎo)體晶片外圍的表面接觸、線接觸、或點(diǎn)接觸而支持半導(dǎo)體晶片。
8.按照權(quán)利要求6的外延生長基座，其中，SiC膜被粘合到基座的表面以及各個通孔的內(nèi)壁表面。
9.按照權(quán)利要求6的外延生長基座，其中，包括通孔的至少部分底部壁由致密SiC材料制成。
10.按照權(quán)利要求6的外延生長基座，其中，通孔相對于底部壁的厚度方向傾斜。
11.一種用來在半導(dǎo)體晶片表面上生長外延膜的外延生長方法，此方法是將半導(dǎo)體晶片安裝在基座凹坑內(nèi)，并將源氣體和載氣饋送到基座的上表面?zhèn)龋覍⑤d氣饋送到基座的下表面?zhèn)?，其中基座包含基本上圓形的底部壁和包圍此底部壁的側(cè)壁，以便形成用來安裝半導(dǎo)體晶片的凹坑，其中，在沿徑向方向從外圍到中心達(dá)大約半徑一半的區(qū)域內(nèi)在底部壁中提供具有基本上圓形或多角形開口的多個通孔，各個通孔被包括在至少其上安裝半導(dǎo)體晶片的底部壁區(qū)域內(nèi)。
12.按照權(quán)利要求11的外延生長方法，還在底部壁或側(cè)壁處配備有支持裝置，用來通過僅僅與半導(dǎo)體晶片外圍的表面接觸、線接觸、或點(diǎn)接觸而支持半導(dǎo)體晶片。
13.按照權(quán)利要求11的外延生長方法，其中，SiC膜被粘合到基座的表面以及各個通孔的內(nèi)壁表面。
14.按照權(quán)利要求11的外延生長方法，其中，包括通孔的至少部分底部壁由致密SiC材料制成。
15.按照權(quán)利要求11的外延生長方法，其中，饋送到基座下表面?zhèn)鹊妮d氣是以每分鐘3-100升饋送的含氫氣體。
16.按照權(quán)利要求11的外延生長方法，其中，通孔相對于底部壁的厚度方向傾斜。
17.一種用來在半導(dǎo)體晶片表面上生長外延膜的外延生長方法，此方法是將半導(dǎo)體晶片安裝在基座凹坑內(nèi)，并將源氣體和載氣饋送到基座的上表面?zhèn)?，且將載氣饋送到基座的下表面?zhèn)?，其中基座包含基本上圓形的底部壁和包圍此底部壁的側(cè)壁，以便形成用來安裝半導(dǎo)體晶片的凹坑，其中，在沿徑向方向從外圍到中心達(dá)大約半徑一半的區(qū)域內(nèi)在底部壁中提供具有基本上圓形或多角形圖形的多個通孔，各個通孔被包括在至少其上安裝半導(dǎo)體晶片的底部壁區(qū)域內(nèi)；且各個通孔的開口表面積被取為0.2-3.2平方毫米，而通孔的密度被取為每平方厘米0.25-25個。
18.按照權(quán)利要求17的外延生長方法，還在底部壁或側(cè)壁處配備有支持裝置，用來通過僅僅與半導(dǎo)體晶片外圍的表面接觸、線接觸、或點(diǎn)接觸而支持半導(dǎo)體晶片。
19.按照權(quán)利要求17的外延生長方法，其中，SiC膜被粘合到基座的表面以及各個通孔的內(nèi)壁表面。
20.按照權(quán)利要求17的外延生長方法，其中，包括通孔的至少部分底部壁由致密SiC材料制成。
21.按照權(quán)利要求17的外延生長方法，其中，饋送到基座下表面?zhèn)鹊妮d氣是以每分鐘3-100升饋送的含氫氣體。
22.按照權(quán)利要求17的外延生長方法，其中，通孔相對于底部壁的厚度方向傾斜。
23.一種外延生長基座，它包含基本上圓形的底部壁和包圍此底部壁的側(cè)壁，以便形成用來安裝半導(dǎo)體晶片的凹坑，其中，具有基本上圓形或多角形開口的多個通孔被提供在底部壁中沿徑向從外圍到中心達(dá)大約底部壁半徑一半的區(qū)域內(nèi)，其中，至少一行通孔被包括在至少其上安裝半導(dǎo)體晶片的底部壁區(qū)域內(nèi)，所述至少一行通孔的一行中相鄰的孔被溝道連接。
24.按照權(quán)利要求23的外延生長基座，其中，所述溝道的寬度達(dá)通孔直徑的1.5倍，且深度使溝道的剖面積約為通孔開口表面積的大約50-100％。
全文摘要
一種用于外延生長設(shè)備和方法中的基座，其中，多個圓形通孔被制作在凹坑底部壁中向著圓形底部壁的中心達(dá)大約1/2半徑距離的外圍區(qū)域中。這些通孔的總開口表面積為底部壁表面積的0.05－55％。提供在這一外圍區(qū)域處的各個通孔的開口表面積為0.2－3.2平方毫米，且通孔的密度為每平方厘米0.25－25個。在半導(dǎo)體晶片被安裝在凹坑中之后，在使源氣體和載氣(亦即反應(yīng)氣體)在基座的上表面?zhèn)攘鲃?，并使載氣在下表面?zhèn)攘鲃拥那闆r下，進(jìn)行外延生長。
文檔編號H01L21/20GK1526158SQ02809679
公開日2004年9月1日 申請日期2002年12月23日 優(yōu)先權(quán)日2001年12月21日
發(fā)明者石橋昌幸, J·F·克魯格, 土肥敬幸, 堀江大造, 藤川孝, 克魯格, 幸, 造 申請人:三菱住友硅晶株式會社