專利名稱：外延涂覆的硅晶片以及制造外延涂覆的硅晶片的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及外延涂覆的硅晶片以及制造外延涂覆的硅晶片的方法。
背景技術(shù)：
外延涂覆的硅晶片適用于半導(dǎo)體工業(yè)，尤其適用于制造高度集成的電子元件，如微處理器或存儲(chǔ)芯片。現(xiàn)代微電子技術(shù)對(duì)原材料(基板)在總體及局部平直度、厚度分布、單面基準(zhǔn)的局部平直度(納米布局)及無缺陷性方面具有很高的要求。
總體平直度涉及減去待確定的邊緣切除部分的半導(dǎo)體晶片的整個(gè)表面?？傮w平直度可由GBIR(“總體的背面基準(zhǔn)的理想平面/范圍(globalbacksurface-referenced ideal plane/range)”＝半導(dǎo)體晶片整個(gè)正面與參考背面的理想平面的正誤差及負(fù)誤差)加以說明，GBIR對(duì)應(yīng)于以前常用的TTV(“總厚度變化”)規(guī)范。
現(xiàn)在依照SEMI標(biāo)準(zhǔn)將以前常用的LTV(“局部厚度變化”)規(guī)范稱作SBIR(“位點(diǎn)的背面基準(zhǔn)的理想平面/范圍(site backsurface-referencedideal plane/range)”＝確定尺寸的單個(gè)元件區(qū)域與背面基準(zhǔn)的理想平面的正誤差和負(fù)誤差)，并且對(duì)應(yīng)于元件區(qū)域(“位點(diǎn)”)的GBIR或TTV。所以，與總體平直度GBIR相反，SBIR是指晶片上確定的區(qū)域，例如尺寸為26×8平方毫米的測(cè)量窗口的區(qū)域網(wǎng)格(Flchenraster)的片段(位點(diǎn)幾何形狀)。最大的位點(diǎn)幾何形狀值SBIRmax是指硅晶片上加以考慮的元件區(qū)域的最大SBIR值。
測(cè)定最大位點(diǎn)基準(zhǔn)的平直度或幾何值如SBIRmax時(shí)，通常考慮例如為3毫米的特定邊緣切除部分(EE＝“邊緣切除部分”)。硅晶片上位于名義上的邊緣切除部分以內(nèi)的區(qū)域通常稱作“固定品質(zhì)區(qū)”，縮寫為FQA。那些一部分區(qū)域位于FQA以外但其中心位于FQA以內(nèi)的位點(diǎn)稱作“部分位點(diǎn)”。測(cè)量最大局部平直度時(shí)通常不涉及“部分位點(diǎn)”，而是僅涉及所謂的“全體位點(diǎn)”，即完全位于FQA以內(nèi)的元件區(qū)域。為了能夠比較最大平直度值，說明邊緣切除部分及FQA的尺寸等是否考慮了“部分位點(diǎn)”是至關(guān)重要的。
此外，在優(yōu)化成本方面，目前通常不會(huì)例如僅僅由于元件區(qū)域超過元件制造商所規(guī)定的SBIRmax值而拒收硅晶片，而且允許具有更高數(shù)值的元件區(qū)域的特定百分比，如1％。允許低于幾何形狀參數(shù)的特定極限值的位點(diǎn)的百分比通常由PUA(“可用區(qū)域百分比”)值表示，例如在SBIRmax值小于或等于0.7微米且PUA值為99％的情況下，99％位點(diǎn)的SBIRmax值等于或小于0.7微米，同時(shí)允許1％的位點(diǎn)具有更高的SBIR值(“芯片產(chǎn)率”)。
依照現(xiàn)有技術(shù)，硅晶片是按照以下加工順序制造的將硅單晶切割成晶片，使機(jī)械敏感邊緣變圓，實(shí)施研磨步驟，如磨削或研磨，然后拋光。EP 547 894 A1描述了一種研磨法；專利申請(qǐng)EP 27253 A1及EP 580162 A1中請(qǐng)求保護(hù)磨削法。
最終平直度通常是通過拋光步驟現(xiàn)實(shí)的，在拋光之前任選借助蝕刻步驟除去干擾性的晶體層并去除雜質(zhì)。例如DE 198 33 257 C1公開了一種合適的蝕刻法。傳統(tǒng)單面加工的拋光法(“單面拋光”)通常導(dǎo)致平面平行度較差，而雙面侵蝕的拋光法(“雙面拋光”)可制得具有改進(jìn)的平直度的硅晶片。
對(duì)于經(jīng)拋光的硅晶片，還可嘗試通過合適的加工步驟，如磨削、研磨及拋光，以達(dá)到所需的平直度。
然而，硅晶片的拋光經(jīng)常造成平整硅晶片的厚度朝邊緣方向降低(“邊緣下降(Edge Roll-off)”)。蝕刻方法還傾向于使待處理的硅晶片在邊緣處被更強(qiáng)烈地侵蝕并產(chǎn)生此類邊緣下降現(xiàn)象。
為克服該現(xiàn)象，通常將對(duì)硅晶片實(shí)施凹面拋光。凹面拋光的硅晶片中心較薄，厚度朝邊緣方向增加，而更外部的邊緣區(qū)域的厚度降低。
DE 199 38 340 C1描述了在單晶硅晶片上沉積具有相同晶體取向的單晶硅層，即所謂的外延層，隨后在該層上形成半導(dǎo)體元件。與均勻材料的硅晶片相比，此類系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)例如是雙極性CMOS電路內(nèi)的電荷逆轉(zhuǎn)現(xiàn)象由元件短路(“閂鎖”問題)，更低的缺陷密度(例如降低COPs(“晶體原生顆粒”)的數(shù)量)以及不存在值得一提的氧含量而加以阻止，因此元件相關(guān)區(qū)域內(nèi)的氧析出物可排除短路風(fēng)險(xiǎn)。
依照現(xiàn)有技術(shù)，外延涂覆的硅晶片是由合適的中間產(chǎn)物通過去除材料的拋光-最終拋光-清洗-外延涂覆的加工順序而制得的。
例如DE 100 25 871 A1公開了用于制造正面上具有沉積外延層的硅晶片的方法，該方法包括以下加工步驟(a)作為單獨(dú)的拋光步驟的去除材料的拋光步驟；(b)硅晶片的(親水式)清洗及烘干；(c)于外延反應(yīng)器內(nèi)，在950至1250℃下，預(yù)處理該硅晶片的正面；及(d)在經(jīng)預(yù)處理的硅晶片的正面上沉積外延層。
為保護(hù)硅晶片不被顆粒加載，通常于拋光后對(duì)該硅晶片施加親水性清洗。該親水性清洗作用在該硅晶片的正面及背面上產(chǎn)生自然氧化物，該自然氧化物非常薄(取決于清洗及測(cè)量的類型，約為0.5至2納米)。
于外延反應(yīng)器內(nèi)，在預(yù)處理過程中，在氫氣氛內(nèi)(也稱作“H2烘烤”)將該自然氧化物去除。
在第二步驟中，通常將少量蝕刻介質(zhì)如氣態(tài)氯化氫(HCl)添加至氫氣氛，從而使該硅晶片正面的表面粗糙度降低并從表面去除拋光缺陷。
除蝕刻介質(zhì)如HCl以外，偶爾還添加硅烷化合物，如硅烷(SiH4)、二氯硅烷(SiH2Cl2)、三氯硅烷(TCS、SiHCl3)或四氯硅烷(SiCl4)至氫氣氛中的量，使硅沉積量與硅去除量達(dá)到平衡。但這兩個(gè)反應(yīng)以足夠高的反應(yīng)速率進(jìn)行，從而使表面上的硅移動(dòng)，使表面光滑并去除表面上的缺陷。
現(xiàn)有技術(shù)中描述了外延反應(yīng)器，它們尤其在半導(dǎo)體工業(yè)中用于在硅晶片上沉積外延層。
在所有涂覆或沉積步驟中，對(duì)一個(gè)或更多個(gè)硅晶片利用熱源，優(yōu)選利用上方及下方的熱源，如燈或排燈，進(jìn)行加熱，隨后曝露于由源氣體、載體氣體及任選的摻雜氣體組成的氣體混合物中。
將例如由石墨、SiC或石英組成的基座用作外延反應(yīng)器的加工室內(nèi)的硅晶片支架。在沉積過程，硅晶片位于該基座上或位于基座的銑孔中，以確保加熱均勻并保護(hù)其上通常不進(jìn)行沉積的硅晶片背面不接觸源氣體。依照現(xiàn)有技術(shù)，加工室被設(shè)計(jì)為用于一個(gè)或更多個(gè)硅晶片。
對(duì)于具有更大直徑(大于或等于150毫米)的硅晶片，通常使用單晶片反應(yīng)器并單獨(dú)地對(duì)硅晶片進(jìn)行加工，這是因?yàn)槠渚哂袃?yōu)良的外延層厚度均勻性。層厚度的均勻性可通過不同的措施加以調(diào)節(jié)，例如通過改變氣流(氫、SiHCl3)，通過安裝及調(diào)節(jié)氣體入口裝置(注射器)，通過改變沉積溫度或?qū)M(jìn)行修改。
此外，在外延涂覆中，于硅晶片上實(shí)施一次或更多次外延沉積之后，通常對(duì)無基材的基座進(jìn)行蝕刻處理，其中從基座及加工室的其他部件去除硅沉積物。該蝕刻過程，例如利用氯化氫(HCl)的蝕刻過程，在單晶片反應(yīng)器的情況下通常在加工幾個(gè)硅晶片之后(3至5個(gè)硅晶片)已經(jīng)實(shí)施，而在沉積薄的外延層時(shí)則在加工更多個(gè)硅晶片之后(10至20個(gè)硅晶片)才部分地實(shí)施。通常僅實(shí)施HCl蝕刻處理，或在HCl蝕刻處理之后實(shí)施基座的短暫涂覆。
制造具有優(yōu)良總體平直度的外延涂覆硅晶片極為困難，這是因?yàn)槿缜八鐾ǔＲ园济鎾伖獾墓杈鳛榛?。在現(xiàn)有技術(shù)中，與凹面拋光的硅晶片相比，在外延涂覆之后，外延涂覆硅晶片的總體平直度及局部平直度通常變差。這特別與沉積外延層本身具有一定的不規(guī)則性有關(guān)。
在凹面拋光硅晶片中心沉積更厚的外延層，其中該層的厚度必須朝外向硅晶片邊緣的方向減少，雖然可以補(bǔ)償硅晶片原來的凹面形狀，并因此改善硅晶片的總體平直度。但這在硅晶片的外延涂覆中并未加以考慮，這是因?yàn)闊o法避免超越外延涂覆硅晶片的重要規(guī)范，即外延層規(guī)則性的極限值。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種制造外延涂覆硅晶片的方法，該方法可提供總體平直度改良的外延涂覆硅晶片。
該目的是通過用于制造外延涂覆的硅晶片的方法實(shí)現(xiàn)的，其中提供許多至少在正面上經(jīng)過拋光的硅晶片，并隨后在外延反應(yīng)器內(nèi)均單獨(dú)進(jìn)行涂覆，這是通過以下步驟實(shí)施的，將所提供的硅晶片均放置在外延反應(yīng)器內(nèi)的基座上，在第一步驟中于氫氣氛內(nèi)在第一氫氣流量下實(shí)施預(yù)處理，以及在第二步驟中在將蝕刻介質(zhì)加入氫氣氛的情況下在減少的第二氫氣流量下實(shí)施預(yù)處理，隨后在其經(jīng)拋光的正面上實(shí)施外延涂覆，并從外延反應(yīng)器取出，此外在實(shí)施外延涂覆一定次數(shù)之后，對(duì)該基座實(shí)施蝕刻處理。
在根據(jù)本發(fā)明的方法中，首先提供許多至少于其正面上經(jīng)拋光的硅晶片。
為此，利用已知的切割方法，優(yōu)選通過具有自由顆粒(“漿料”)或固定顆粒(金剛砂線)的線切割，將依照現(xiàn)有技術(shù)，優(yōu)選通過Czochralski坩堝拉晶法制得的硅單晶切割成許多硅晶片。
此外，實(shí)施機(jī)械加工步驟，如順序單面磨削法(SSG)、同時(shí)雙面磨削法(DDG)或研磨。硅晶片的邊緣包含任選存在的機(jī)械標(biāo)記，如取向刻痕，或硅晶片邊緣的基本上呈直線的削平(“平面”)，通常也進(jìn)行加工(邊緣圓化，“邊緣-刻痕-研磨”)。
此外，包括清洗及蝕刻步驟的化學(xué)處理步驟。
在實(shí)施磨削、清洗及蝕刻步驟之后，通過去除材料實(shí)施拋光使該硅晶片的表面平滑化。對(duì)于單面拋光(SSP)，于加工期間，用膠泥通過真空或利用粘接劑將硅晶片的背面固定在載體板上。對(duì)于雙面拋光(DSP)，將硅晶片松散地嵌入鋸齒狀的薄圓盤中，并于覆蓋著拋光布的上拋光盤和下拋光盤之間以“自由浮動(dòng)”的方式同時(shí)拋光正面及背面。
隨后，硅晶片的正面優(yōu)選以不含光霧的方式，例如利用軟拋光布借助于堿性拋光溶膠實(shí)施拋光；為獲得至此步驟所制硅晶片的平直度，在此情況下去除材料的量相對(duì)較少，優(yōu)選為0.05至1.5微米。文獻(xiàn)中通常稱此步驟為CMP拋光(“化學(xué)機(jī)械拋光”)。
所提供的硅晶片優(yōu)選實(shí)施凹面拋光，從而限制由拋光(以及蝕刻步驟)對(duì)硅晶片的外邊緣區(qū)域造成的邊緣下降。
在邊緣去除部分為2毫米的情況下，所提供的硅晶片的總體平直度值GBIR通常為0.3至0.5微米。
在拋光之后，依照現(xiàn)有技術(shù)對(duì)硅晶片實(shí)施親水性清洗及烘干。實(shí)施清洗作用可采用分批法，于洗浴內(nèi)同時(shí)清洗許多硅晶片，或采用噴灑法等實(shí)施單晶片加工。
所提供的硅晶片優(yōu)選為單晶硅材料的晶片、SOI(“絕緣體上硅”)晶片、具有應(yīng)變硅層(“應(yīng)變硅”)的硅晶片或sSOI(“絕緣體上應(yīng)變硅”)晶片。制造SOI或sSOI晶片的方法，如SmartCut，以及制造具有應(yīng)變硅層的晶片的方法在現(xiàn)有技術(shù)中是已知的。
所提供的經(jīng)拋光的硅晶片隨后在外延反應(yīng)器內(nèi)單獨(dú)實(shí)施預(yù)處理。預(yù)處理包括于氫氣氛內(nèi)處理硅晶片(H2烘烤)并在添加蝕劑介質(zhì)至氫氣氛中的情況下對(duì)硅晶片進(jìn)行處理，優(yōu)選在950至1200℃的溫度范圍內(nèi)實(shí)施。
蝕刻介質(zhì)優(yōu)選為氯化氫(HCl)。
優(yōu)選在氫氣流量為20至100slm(標(biāo)準(zhǔn)升/分鐘)，特別優(yōu)選為40至60slm的情況下在氫氣氛內(nèi)實(shí)施預(yù)處理。
氫氣氛內(nèi)的預(yù)處理時(shí)間優(yōu)選為0至120秒。
在用蝕刻介質(zhì)實(shí)施預(yù)處理期間，添加HCl至氫氣氛中的量?jī)?yōu)選為5至20體積％，去除速率為0.01至0.2微米/分鐘。
此外，添加蝕刻介質(zhì)至該氫氣氛中實(shí)施預(yù)處理期間，與H2烘烤預(yù)處理相比，氫氣流量明顯降低。
氫氣流量?jī)?yōu)選降低至0.5至10標(biāo)準(zhǔn)升/分鐘。
氫氣流量特別優(yōu)選降低至0.5至5標(biāo)準(zhǔn)升/分鐘。
發(fā)現(xiàn)降低用蝕刻介質(zhì)實(shí)施預(yù)處理期間的氫氣流量可明顯改善外延涂覆硅晶片的總體平直度。
通過降低HCl蝕刻步驟中的氫氣流量，硅晶片邊緣處的厚度與該硅晶片中心方向相比明顯減少。這克服了硅晶片的凹面起始幾何形狀。
于蝕刻期間在H2流量為50slm(標(biāo)準(zhǔn)升/分鐘)，即常用HCl濃度時(shí)，硅晶片邊緣處觀察不到增加的材料去除量，通過將H2流量降低至0.5至10slm，即HCl濃度明顯提高，取決于用HCl處理的時(shí)間，硅晶片邊緣處的材料去除量為100至300納米。
所以，取決于待實(shí)施外延涂覆的硅晶片邊緣處的預(yù)期材料去除量，HCl蝕刻處理期間，處理時(shí)間優(yōu)選為10至120秒。
該方法的特別優(yōu)點(diǎn)是在預(yù)處理步驟之后，該硅晶片獲得對(duì)于隨后的外延硅層的沉積作用而言的最佳正面形狀，這是因?yàn)橥ㄟ^預(yù)處理使硅晶片的邊緣區(qū)域平整化，并對(duì)硅晶片的凹面形狀至少部分地進(jìn)行補(bǔ)償。
在預(yù)處理步驟之后，至少在硅晶片經(jīng)拋光的正面上沉積外延層。為此，將作為源氣體的硅烷源加入作為載體氣體的氫氣中。取決于所用的硅烷源，在900至1200℃的溫度下沉積外延層。
在1050至1150℃的沉積溫度下，優(yōu)選使用三氯硅烷(TCS)作為硅烷源。
沉積的外延層厚度優(yōu)選為0.5至5微米。
沉積外延層之后，將該外延涂覆硅晶片從外延反應(yīng)器取出。
例如為了清除基座的硅沉積物，于硅晶片上實(shí)施一定次數(shù)的外延沉積之后，用蝕刻介質(zhì)，優(yōu)選為HCl，處理基座。
在對(duì)硅晶片實(shí)施1至5次外延涂覆之后，優(yōu)選實(shí)施基座蝕刻作用。為此，將經(jīng)外延涂覆的硅晶片取出并用HCl處理無基板的基座。
為清除硅沉積物，除了基座表面之外，優(yōu)選用氯化氫清洗整個(gè)加工室。
在基座蝕刻之后并在進(jìn)一步外延加工之前，優(yōu)選用硅涂覆基座。因?yàn)榇龑?shí)施外延涂覆的硅晶片不直接放置在基座上，所以這是有利。
此外，發(fā)現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明的方法適合于制造硅晶片，該硅晶片包括一個(gè)正面及一個(gè)背面，其中至少其正面經(jīng)過拋光且至少正面上涂覆有外延層，基于2毫米的邊緣去除部分，其總體平直度值GBIR為0.07至0.3微米。
至少在硅晶片的正面實(shí)施拋光之后實(shí)施親水性清洗，因此在硅晶片上形成自然氧化物層，隨后在外延反應(yīng)器內(nèi)于氫氣氛中進(jìn)行預(yù)處理，以去除硅晶片的自然氧化物，隨后于第二步驟中添加氯化氫至氫氣氛中而進(jìn)行處理，在第二步中使氫氣流量明顯降低，從而針對(duì)性地將該硅晶片邊緣區(qū)域內(nèi)的硅材料去除，至少部分地補(bǔ)償經(jīng)拋光的硅晶片的凹面起始幾何形狀并使該硅晶片具有更平整的幾何形狀，此外在預(yù)處理步驟之后，至少在其正面上施加外延層。
在依照本發(fā)明外延涂覆的硅晶片的一系列測(cè)量工作過程中，在于蝕刻介質(zhì)內(nèi)實(shí)施預(yù)處理期間均依照本發(fā)明將氫氣流量降低至0.5至10標(biāo)準(zhǔn)升/分鐘，若處理時(shí)間為10至120秒，所得總體平直度值GBIR為以下數(shù)值0.11微米-0.15微米-0.17微米-0.25微米-0.29微米，均以2毫米的邊緣去除部分為基準(zhǔn)。
根據(jù)本發(fā)明的硅晶片的總體平直度值GBIR優(yōu)選為0.07至0.25微米。
發(fā)現(xiàn)通過將氫氣流量降低至5標(biāo)準(zhǔn)升/分鐘或更低可實(shí)現(xiàn)外延涂覆硅晶片的總體平直度值的進(jìn)一步改進(jìn)。
對(duì)依照本發(fā)明外延涂覆的硅晶片的一系列測(cè)量過程中，在于蝕刻介質(zhì)中實(shí)施預(yù)處理期間，均將氫氣流量降低至5標(biāo)準(zhǔn)升/分鐘(與H2烘烤中的流量50標(biāo)準(zhǔn)升/分鐘相比)，所得總體平直度值GBIR為以下的數(shù)值0.07微米-0.09微米-0.12微米-0.14微米，均以2毫米的邊緣去除部分為基準(zhǔn)(參見實(shí)施例)。
所以，該外延涂覆硅晶片的GBIR優(yōu)選為0.07至0.15微米，同樣在2毫米的邊緣去除部分的情況下。
該硅晶片優(yōu)選為單晶硅材料的晶片、SOI(“絕緣體上硅”)晶片、具有應(yīng)變硅層(“應(yīng)變硅”)的硅晶片或具有外延層的sSOI(“絕緣體上應(yīng)變硅”)晶片。
根據(jù)本發(fā)明的硅晶片的GBIR值等于或小于0.3微米，已符合下一代技術(shù)(依照ITRShp45技術(shù)節(jié)點(diǎn))及更下一代技術(shù)(hp32技術(shù)節(jié)點(diǎn))對(duì)起始原料的要求。
這還適合于以SBIRmax表示的局部平直度，根據(jù)本發(fā)明的硅晶片的局部平直度等于或小于0.1微米，優(yōu)選為等于或小于0.05微米，同樣以2毫米的邊緣去除部分為基準(zhǔn)，并基于尺寸為26×8平方毫米的片段的區(qū)域網(wǎng)格的部分區(qū)域。在此情況下制成336個(gè)片段，其中52個(gè)是“部分位點(diǎn)”。測(cè)定SBIRmax時(shí)優(yōu)選考慮“部分位點(diǎn)”。該P(yáng)UA值優(yōu)選為100％。
于直徑300毫米、依照現(xiàn)有技術(shù)制得的、利用化學(xué)機(jī)械拋光法(CMP)于其正面上實(shí)施最終拋光的硅晶片上沉積外延層。對(duì)該待外延涂覆的硅晶片實(shí)施凹面拋光，即具有凹面起始幾何形狀及邊緣下降。
在外延反應(yīng)器內(nèi)對(duì)該硅晶片實(shí)施預(yù)處理期間，首先以50標(biāo)準(zhǔn)升/分鐘的H2流量在氫氣氛中實(shí)施預(yù)處理。
在將氯化氫加入氫氣氛中實(shí)施隨后的預(yù)處理期間，依照本發(fā)明將H2流量降低至5標(biāo)準(zhǔn)升/分鐘。用氯化氫實(shí)施預(yù)處理的時(shí)間為60秒。
隨后在沉積溫度為1120℃且三氯硅烷流量為17標(biāo)準(zhǔn)升/分鐘的情況下沉積外延層。


圖1所示為凹面拋光硅晶片的厚度對(duì)其半徑的變化曲線(線掃描)。
圖2所示為該凹面拋光硅晶片的SBIR值。
圖3所示為外延層的厚度對(duì)線掃描的變化曲線。
圖4所示為外延涂覆硅晶片的SBIR值。
圖5所示為外延涂覆硅晶片的厚度對(duì)線掃描的變化曲線。
圖6所示為外延涂覆硅晶片上各個(gè)元件區(qū)域內(nèi)相對(duì)于該凹面拋光晶片的SBIR值的變化。
具體實(shí)施例方式
參考圖1至6對(duì)所得結(jié)果加以說明，圖2、4及6是以透視方式表示的圓形硅晶片的幾何形狀。
圖1所示為，以線掃描的方式，直徑為300毫米-148毫米至+148毫米的凹面拋光的硅晶片隨半徑變化的厚度分布圖。此處，以2毫米的邊緣去除部分為基準(zhǔn)。該厚度由中心向邊緣方向增加，并在邊緣處顯著下降。
在2毫米的邊緣去除部分的情況下，所得總體平直度值GBIR為0.3微米。
圖2所示為將凹面拋光硅晶片劃分成336個(gè)尺寸為26×8平方毫米的元件區(qū)域(“位點(diǎn)”)的位點(diǎn)幾何形狀值SBIR。這336個(gè)元件區(qū)域中的52個(gè)是“部分位點(diǎn)”。在利用2毫米的邊緣去除部分或296毫米的FQA，并且考慮了所有的“部分位點(diǎn)”的情況下，所得的最大位點(diǎn)幾何形狀值SBIRmax為0.174微米。
圖3所示為，以線掃描的方式，取決于半徑，外延涂覆硅晶片與凹面拋光硅晶片之間的厚度差。該厚度差由中心向晶片邊緣方向減少，并在邊緣區(qū)域內(nèi)再次增大，但并不對(duì)應(yīng)于該沉積外延層的實(shí)際厚度，而應(yīng)考慮由于預(yù)處理步驟所產(chǎn)生的厚度變化。因?yàn)橛梦g刻介質(zhì)實(shí)施預(yù)處理期間，在硅晶片的邊緣去除材料，所以與圖3所示相比在邊緣沉積明顯更多的硅。在邊緣去除材料的量約為150至200納米，隨后由于厚度為2.6微米±1.5％的均勻外延層而超過該材料去除量。因此遵守該外延層的層厚度規(guī)則性的規(guī)范。
圖4所示為該外延涂覆硅晶片的SBIR值。與凹面拋光硅晶片相比，位點(diǎn)幾何形狀值明顯改進(jìn)。對(duì)于336個(gè)尺寸為26×8平方毫米的位點(diǎn)，同樣考慮其中的52個(gè)“部分位點(diǎn)”，并以2毫米的邊緣去除部分或296毫米的FQA為基準(zhǔn)，所得SBIRmax為0.086微米。
圖5所示為，以線掃描的方式，外延涂覆的、CMP拋光的硅晶片隨其半徑變化的厚度分布圖，以2毫米的邊緣去除部分為基準(zhǔn)，所得總體平直度值GBIR為0.12微米，即與凹面拋光的硅晶片的總體平直度相比取得顯著改進(jìn)，這在目前的現(xiàn)有技術(shù)中是不可能的，這是因?yàn)樵诂F(xiàn)有技術(shù)中外延沉積作用很容易使硅晶片的總體及局部平直度變差。
圖6所示為對(duì)于每個(gè)元件區(qū)域，與凹面拋光晶片相比，外延涂覆硅晶片SBIR值的變化。具有正號(hào)的值代表變差，具有負(fù)號(hào)的值代表SBIR值的改進(jìn)。尤其是在外延涂覆硅晶片的邊緣區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生局部平直度的改進(jìn)，這是由于以明顯降低的氫氣流量添加HCl至氫氣氛中而對(duì)硅晶片實(shí)施預(yù)處理在該硅晶片邊緣區(qū)域內(nèi)所產(chǎn)生的調(diào)平作用。
權(quán)利要求
1.用于制造外延涂覆的硅晶片的方法，其中提供許多至少在正面上經(jīng)過拋光的硅晶片，并隨后在外延反應(yīng)器內(nèi)均單獨(dú)進(jìn)行涂覆，這是通過以下步驟實(shí)施的，將所提供的硅晶片均放置在外延反應(yīng)器內(nèi)的基座上，在第一步驟中于氫氣氛內(nèi)在第一氫氣流量下實(shí)施預(yù)處理，以及在第二步驟中在將蝕刻介質(zhì)加入氫氣氛的情況下在減少的第二氫氣流量下實(shí)施預(yù)處理，隨后在其經(jīng)拋光的正面上實(shí)施外延涂覆，并從外延反應(yīng)器取出，此外在實(shí)施外延涂覆一定次數(shù)之后，對(duì)該基座實(shí)施蝕刻處理。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中均在950至1200℃的溫度范圍內(nèi)實(shí)施所述預(yù)處理。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其中添加至氫氣氛中的蝕刻介質(zhì)是氯化氫。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3之一所述的方法，其中于氫氣氛中實(shí)施預(yù)處理期間，所述氫氣流量為20至10標(biāo)準(zhǔn)升/分鐘，而預(yù)處理時(shí)間為0至120秒。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中所述氫氣流量為40至60標(biāo)準(zhǔn)升/分鐘。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5之一所述的方法，其中在添加蝕刻介質(zhì)至氫氣氛的情況下的預(yù)處理期間，使氫氣流量降低至0.5至10標(biāo)準(zhǔn)升/分鐘，而處理時(shí)間為10至120秒。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中使氫氣流量降低至0.5至5標(biāo)準(zhǔn)升/分鐘。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至7之一所述的方法，其中在1050至1150℃的沉積溫度下，用三氯硅烷實(shí)施外延沉積。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至8之一所述的方法，其中在處理所述基座時(shí)使用氯化氫作為所述蝕刻介質(zhì)，并且在1至5次外延沉積之后均對(duì)所述基座實(shí)施蝕刻處理。
10.根據(jù)權(quán)利要求1至9之一所述的方法，其中在用蝕刻介質(zhì)加以處理之后，用硅對(duì)所述基座進(jìn)行涂覆。
11.根據(jù)權(quán)利要求1至10之一所述的方法，其中所提供的硅晶片為單晶硅材料的晶片、SOI(“絕緣體上硅”)晶片、具有應(yīng)變硅層(“應(yīng)變硅”)的硅晶片或sSOI(“絕緣體上應(yīng)變硅”)晶片。
12.硅晶片，其包括一個(gè)正面及一個(gè)背面，其中至少其正面經(jīng)過拋光且至少正面上涂覆有外延層，基于2毫米的邊緣去除部分，其總體平直度值GBIR為0.07至0.3微米。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的硅晶片，該硅晶片的GBIR值為0.07至0.25微米。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的硅晶片，該硅晶片的GBIR值為0.07至0.15微米。
15.根據(jù)權(quán)利要求12至14之一所述的硅晶片，基于尺寸為26×8平方毫米的片段的區(qū)域網(wǎng)格的部分區(qū)域以及2毫米的邊緣去除部分，該硅晶片的最大局部平直度值SBIRmax等于或小于0.1微米。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的硅晶片，其SBIRmax值等于或小于0.05微米。
17.根據(jù)權(quán)利要求12至16之一所述的硅晶片，其中該硅晶片為單晶硅材料的晶片、SOI晶片、具有應(yīng)變硅層的硅晶片或具有外延層的sSOI晶片。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于制造外延涂覆的硅晶片的方法，其中提供許多至少在正面上經(jīng)過拋光的硅晶片，并隨后在外延反應(yīng)器內(nèi)均單獨(dú)進(jìn)行涂覆，這是通過以下步驟實(shí)施的，將所提供的硅晶片均放置在外延反應(yīng)器內(nèi)的基座上，在第一步驟中于氫氣氛內(nèi)在第一氫氣流量下實(shí)施預(yù)處理，以及在第二步驟中在將蝕刻介質(zhì)加入氫氣氛的情況下在減少的第二氫氣流量下實(shí)施預(yù)處理，隨后在其經(jīng)拋光的正面上實(shí)施外延涂覆，并從外延反應(yīng)器取出，此外在實(shí)施外延涂覆一定次數(shù)之后，對(duì)該基座實(shí)施蝕刻處理。本發(fā)明還涉及硅晶片，其包括一個(gè)正面及一個(gè)背面，其中至少其正面經(jīng)過拋光且至少正面上涂覆有外延層，基于2毫米的邊緣去除部分，其總體平直度值GBIR為0.07至0.3微米。
文檔編號(hào)C30B29/06GK1936110SQ20061015435
公開日2007年3月28日 申請(qǐng)日期2006年9月22日 優(yōu)先權(quán)日2005年9月22日
發(fā)明者賴因哈德·紹爾, 諾貝特·維爾納 申請(qǐng)人:硅電子股份公司