CN103443904A - 基座及使用此基座的外延晶片的制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明是一种基座，其在进行外延层的气相生长时支撑半导体基板，其特征在于，在基座的上表面上，形成有内部配置半导体基板的凹坑，该凹坑呈双层结构，具有支撑半导体基板的外周缘部的上层凹坑部、与在该上层凹坑部的下层且形成于中心侧的下层凹坑部，在下层凹坑部中，形成有贯穿至前述基座的背面且在进行气相生长时为敞开状态的贯穿孔，在基座的背面侧，与上层凹坑部相对应的位置处设置有沟槽。由此，提供一种基座及使用此基座的外延晶片的制造方法，所述基座可以降低半导体基板外周部上且基座的背面侧的与上层凹坑部相对应的位置处的温度，使基板背面的外周部与内周部的热条件固定，而抑制基板背面的背面沉积的产生。

Description

基座及使用此基座的外延晶片的制造方法
技术领域
本发明涉及一种基座(susceptor)及外延晶片的制造方法，具体来说，涉及一种在外延气相生长时，可以减少晶片(wafer)背面外周所产生的析出物（沉积物(deposition)）的基座及使用该基座的外延晶片的制造方法。
背景技术
在半导体基板即硅晶片的外延生长中，常常使用设置有贯穿至基座背面且敞开的贯穿孔的基座，目的在于提高外周电阻率分布和改善背面外观等（专利文献1）。利用设置于基座上的贯穿孔，各种品质得以被改善，但与此同时，在晶片的背面外周部将产生局部的沉积物（以下称为“背面沉积”）。
通常，原料气体是在晶片表面侧流动，但在外延制造装置的结构上，原料气体有时也会绕到基座的背面。绕到基座的背面的原料气体，通过基座的贯穿孔再绕到晶片背面，并在晶片背面反应，而产生背面沉积。
此时，晶片的背面沉积是在基座与晶片的接触部附近即晶片背面的外周部分（如果是直径300mm的晶片，则是距离晶片的中心的半径为147～149mm左右的部分）上局部地产生，它的高度根据反应时间而变化，但将达到几百纳米。
当依照背面标准来测定产生了背面沉积的外延晶片的平坦度时，它的厚度形状为在外周部分上急剧增大的形状，而成为平坦度恶化的主要原因。在元件细微化、连晶片外周部分都要求高平坦度的现今，背面沉积对于制造尖端产品来说，成为较大的障碍。
以往，由于背面沉积集中产生在晶片与基座接触或非常贴近以致重合的部分即基座的载置余量的部分上，且背面沉积高度根据基座侧的加热量而变动，因此，主要使用以下方法等对策来应对：尽可能减小前述基座的载置余量；或相反地扩大基座的载置余量，并使背面沉积连续产生；或减少基座下侧由灯管所实施的灯管加热。
然而，上述对策方法，对背面沉积虽然有效，但也存在以下弊病：容易产生滑移位错(slip dislocation)，并损害表面的纳米拓扑结构(nano topology)和外周电阻率分布。
并且，以往是使用以下基座：当以化学气相沉积(Chemical vapordeposition，CVD)冷壁法并利用感应加热型基座来加热基板时，通过在基座中心附近形成沟槽，使高频磁场由该沟槽侵入至基座内，而使基座中心附近成为高温区域，由此可以使基座与晶片的接触面的温度分布均匀（专利文献2）；或，可以通过在基座背面形成多个凹凸，而增大加热器的热量的吸收面积（专利文献3）。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2003-229370
专利文献2：日本特开平10-12364
专利文献3：日本实开平6-23240
发明内容
[发明所要解决的课题]
在基座上，所述基座具有以双层结构的形式而形成的凹坑(counter sink)，且所述双层结构是支撑半导体基板的外周缘部的部分（以下称为上层凹坑部）、与在该上层凹坑部的下层且形成于基座中心侧且具有前述贯穿孔的部分（以下称为下层凹坑部），由于在基板外周部的尤其是上层凹坑部处，基板与基座接触，且除了接触部以外，基板也与基座贴近，因此，一般认为温度高于不容易产生背面沉积的内周部。
因此，本发明鉴于上述状况，推测背面沉积和基板与基座之间的温度环境有密切的关系，本发明的目的在于提供一种基座及使用此基座进行外延层的气相生长的外延晶片的制造方法，所述基座可以降低基板外周部上且基座的背面侧的与上层凹坑部相对应的位置处的温度，使基板背面的外周部与内周部的热条件固定，而抑制基板背面的背面沉积的产生。
[解决课题的方法]
即，在本发明中提供一种基座，其在进行外延层的气相生长时支撑半导体基板，其特征在于，在该基座的上表面上，形成有内部配置前述半导体基板的凹坑，该凹坑呈双层结构，具有支撑前述半导体基板的外周缘部的上层凹坑部、与在该上层凹坑部的下层且形成于中心侧的下层凹坑部，在前述下层凹坑部中，形成有贯穿至前述基座的背面且在进行前述气相生长时为敞开状态的贯穿孔，在前述基座的背面侧，与前述上层凹坑部相对应的位置处设置有沟槽。
如果是这种形成有沟槽的基座，由于基座背面的表面积将增大，且增大的量为该形成的沟槽的侧面积，因此，基座背面的散热增加。并且，由于形成前述沟槽将导致产生台阶（段差），而产生相对于灯管等加热手段的加热光成为背光处的部分，因此，基板外周部的温度降低，可以使基板外周部与内周部的热条件固定。由此，可以抑制背面沉积的产生，提高基板表面的纳米拓扑结构和外周电阻率分布，使品质较高。
并且此时，优选为，前述沟槽是由多个沟槽以放射状排列而成。
如果是这样排列而成的沟槽，就可以更有效且均匀地降低基板外周部的温度，并更确实地使基板外周部与内周部的热条件固定。
并且此时，优选为，前述放射状的多个沟槽分别为，在载置于前述基座上的基板的半径方向上的长度为该基板半径的1/4以下，宽度为5mm以下，深度为与前述上层凹坑部相对应的位置处的基座的厚度的75%以下。
如果是这样形成的沟槽，就可以获得本发明的充分的效果，并且也可以维持基座的强度。
并且，本发明提供一种外延晶片的制造方法，其是制造外延晶片的方法，其特征在于，使用本发明的基座，在该基座的凹坑上载置基板，并一边流入原料气体一边在前述基板上进行外延层的气相生长。
通过像这样进行气相生长，可以降低基板外周部的温度，并使基板背面的外周部与内周部的热条件固定，且通过抑制背面沉积的产生，可以在不损害基板表面的纳米拓扑结构和外周电阻率分布的前提下，制造一种高品质的外延晶片。
[发明的效果]
如上所述，根据本发明，提供一种基座，所述基座当在半导体基板的表面上使外延层气相生长时，可以使基板外周部与内周部的热条件固定，由此可以抑制背面沉积的产生，使基板表面的纳米拓扑结构和外周电阻率分布为高品质。并且，通过使用这种基座在基板表面上进行外延层的气相生长，可以制造一种背面沉积的产生得以被抑制的高品质的外延晶片。
附图说明
图1是表示本发明中所使用的外延生长装置的示意剖面图的一个实例的图。
图2是表示本发明的基座的示意仰视图和上层凹坑部四周的示意剖面图的一个实例的图。
图3是表示基座背面的与上层凹坑部相对应的位置处的表面积比（以无沟槽为1）与制造而成的外延晶片的外周部上的外延层的厚度的高程差(difference of elevation)的相关性的图。
图4是表示基座背面的与上层凹坑部相对应的位置处的表面积比（以无沟槽为1）与半导体基板上的外延层气相生长后的最大背面沉积高度的相关性的图。
图5是表示在实施例和比较例中使用晶片测试仪（WaferSight）测定的结果的图。
图6是表示在实施例和比较例中使用超高精度3D测定仪(Ultra highAccurate3D Profilometer，UA3P)测定的结果的图。
图7是表示示出了本发明的外延晶片的制造方法的处理流程的流程图的图。
具体实施方式
以下，以使用硅晶片作为半导体基板的情况为例，一边参照附图一边对本发明的实施方式进行详细说明，但本发明并不限定于这些实施方式，也可以使用碳化硅晶片、GaP晶片或GaAs晶片等化合物半导体晶片等。
将使用本发明的基座的外延生长装置的一个实例的示意图示于图1。
外延生长装置51由以下部分构成；腔室(chamber)52、配置于腔室52内部的基座71、从下方支撑基座的自由旋转并上下移动的基座支撑手段53、用于将晶片搬入至腔室52内或相反地向外搬出的晶片搬送口54、向腔室52内供给各种气体的气体导入管55、与气体导入管55连接并向腔室52内供给氢气的未图示的氢气供给手段和供给硅烷等原料气体的未图示的原料气体供给手段、将各种气体从腔室52内排出的气体排出管57、备置于腔室52外部的加热手段58、及将硅晶片转移至腔室52内并从腔室52内转移硅晶片的未图示的晶片转移手段等。
而且，在基座71上，还可以形成有顶料销(lift pin)用贯穿孔73。顶料销用贯穿孔73中插通顶料销75。
并且，也可以在腔室52的内部设置顶料销升降手段，所述顶料销升降手段可以使顶料销75相对于基座11相对地上下移动。
并且，将本发明即基座71的扩大示意图示于图2。在基座71上，形成有将载置的硅晶片加以定位的凹坑72，该凹坑72呈双层结构，具有支撑晶片W的外周缘部的上层凹坑部72a与在该上层凹坑部的下层且形成于中心侧的下层凹坑部72b。并且，在下层凹坑部72b的大致整个表面上，形成有多个贯穿孔74。
并且，在基座71背面的与上层凹坑部72a相对应的位置处设置有沟槽76。
通过设置上述沟槽76，由图2(b)的符号S所表示的基座71的背面与前述上层凹坑部72a相对应的位置处的表面积增大，而使晶片W背面的散热增加。并且，由于还将产生相对于来自灯管等加热手段58的加热光成为背光处的部分，因此，晶片W外周部的温度下降，可以使晶片W外周部与内周部的热条件固定。由此，可以抑制背面沉积的产生，并抑制晶片W主表面的纳米拓扑结构和外周电阻率分布的劣化。
通过如图2(a)所示地在径向上放射状地设置多个这种沟槽76，可以更均匀且有效地增大与晶片W背面外周部相对应的基座71背面的表面积，因此优选。并且，如果使放射状地设置的多个沟槽76的尺寸分别为，晶片W的半径方向上的长度为该晶片半径的1/4以下，宽度为5mm以下，深度为与上层凹坑部72a相对应的位置处的基座71的厚度的75%以下，则更为有效。
而且，作为沟槽76的形状，并非限定于如图2(a)所示的方柱状，也可以是例如圆柱状或半球状。并且，例如也可以设置一个环状的较大的沟槽，且所述沟槽包含基座71的与前述上层凹坑部72a相对应的位置处的所有范围，但如前所述地设置多个沟槽更为有效，在基座的强度上也不容易产生问题。
使用具备这种基座71的外延生长装置51，如下所述地，在硅晶片表面上使外延层气相生长。
将应用本发明的外延晶片的制造方法的次序的流程图示于图7。
首先，在工序(a)中，准备使外延层生长的半导体基板（硅晶片）。
接着，在工序(b)中，对硅晶片适当进行RCA清洗等清洗。
此清洗工序中的清洗法，除了典型的RCA清洗以外，还可以将药液的浓度和种类等在通常进行的范围内变更后再使用。
接着，在工序(c)中，使用未图示的晶片转移手段将硅晶片W转移至腔室52内，并载置于本发明的基座71的凹坑部72上。将硅晶片载置于基座71上的方法，除了使用顶料销75的方法以外，可以应用通常所使用的载置方法。
接着，在工序(d)中，在腔室52内，由氢气供给手段通过气体导入管55，向腔室52内导入氢气，并利用加热手段58加热以进行氢处理，去除硅晶片表面上产生的自然氧化膜。
接着，在工序(e)中，在硅晶片的表面上，进行外延层的气相生长。此外延层的气相生长是通过以下方法进行：将单硅烷或三氯硅烷、四氯化硅等原料气体与作为载气的氢气导入至腔室52内并加热。
这样一来，可以制造一种在硅晶片的表面上形成有外延层的外延晶片。
此时，在本发明中，由于使用在背面的与上层凹坑部相对应的位置处具有沟槽的基座，因此，可以抑制晶片外周部的背面沉积，制造一种高品质的外延晶片。
[实施例]
以下，示出实验例、实施例及比较例，更具体地说明本发明，但本发明并不限定于这些实施例。
在此，针对在以下的实验例、实施例及比较例中，作为评价外延晶片的膜厚和硅晶片的背面沉积的装置而使用的晶片测试仪（WaferSight）（科磊(KLA-Tencor Corporation)制造）和UA3P（松下电器(股)(Panasonic Corporation)制造），加以说明。
晶片测试仪（WaferSight）是指测定器，原理是向晶片上入射光，根据由晶片的反射光与标准面的反射光的光学干扰所产生的干扰条纹的数量与宽度，来测量晶片表面的位移量。在实际测定中，在晶片两面进行前述测量，并根据预先测定的某一特定点的厚度，来计算整体的厚度变化。
并且，UA3P是根据触针式表面位移量来进行测定的测定机。原理是以微弱的固定负载将探针抵压于对象上，并根据对象的凹凸，利用激光来测量动针的位移量。
（实验例）
首先，准备以下基座：基座背面未作任何设置的基座；通过在基座背面的与上层凹坑部相对应的位置处设置多个沟槽，而使背面外周部的表面积相对于未作任何设置的基座增大至3倍的基座；及，同样地使背面外周部的表面积增大至5倍的基座。
使用具备这些基座的外延晶片制造装置，在基座的凹坑上载置硅晶片作为半导体基板，利用灯管加热，并一边流入原料气体，一边在直径300mm的硅晶片表面上进行厚度5μm的外延层的气相生长。
此时，使前述沟槽成为在晶片半径方向上的长度为10mm、宽度为2mm、深度为2mm的长方体状，且放射状地设置。并且，使反应压力为常压，反应温度为1100℃，生长速度为2.5μm/min。
此时，在距离与本发明的设置有沟槽的基座的背面部分相对应的位置处的硅晶片的中心的半径为147mm和149mm的2点上，利用晶片测试仪（Wafer Sight），测定由具备前述基座的各外延晶片制造装置制造而成的外延晶片的外延层形成前后的晶片厚度变化量，并求出前述2点之间的值（外延层形成前后的晶片厚度变化量）的差。此时的结果示于图3。
并且，使用UA3P测定上述范围中的硅晶片背面的沉积高度。此时的结果示于图4。
由图3和图4得知，基座背面的与上层凹坑部相对应的位置处的表面积与此时所产生的背面沉积的高度有相关性。一般认为原因在于：基座背面的表面积增大而使散热量增加，并且通过设置有沟槽，而产生相对于灯管的加热光的背光处(阴影)。
（实施例）
使用具备基座的外延晶片制造装置，且所述基座背面的与上层凹坑部相对应的位置处设置有沟槽，在基座的凹坑上载置硅晶片作为半导体基板，并一边流入原料气体，一边在直径300mm的硅晶片表面上进行厚度5μm的外延层的气相生长。
此时，使前述沟槽成为在晶片半径方向上的长度为10mm、宽度为2mm、深度为2m的长方体状，且放射状地设置于240处。并且，使反应压力为常压，反应温度为1100℃，生长速度为2.5μm/min。
此时，在距离硅晶片的中心的半径为147mm～149mm左右的范围，即与本发明的设置有沟槽的基座的背面部分相对应的范围内，利用晶片测试仪（WaferSight），测定由具备前述基座的各外延晶片制造装置制造而成的外延晶片的外延层形成前后的晶片厚度变化量，并求出从各测定点的值中减去平均变化量的值。此时的结果示于图5。
并且，使用UA3P测定上述范围中的硅晶片背面的沉积高度。此时的结果示于图6。
（比较例）
除了在基座背面的与上层凹坑部相对应的位置处未设置沟槽以外，与实施例同样地，在直径300mm的硅晶片表面上，进行厚度5μm的外延层的气相生长。
此时，在距离硅晶片的中心的半径为147mm～149mm左右的范围内，利用晶片测试仪（WaferSight），测定由具备前述基座的各外延晶片制造装置制造而成的外延晶片的外延层形成前后的晶片厚度变化量，并求出从各测定点的值中减去平均变化量的值。此时的结果示于图5。
并且，使用UA3P测定上述范围中的硅晶片背面的沉积高度。此时的结果示于图6。
由实施例和比较例得知，在基座背面的与上层凹坑部相对应的位置处设置沟槽，而使基座背面的表面积增大，并且产生相对于灯管的加热光的背光处，由此，可以降低晶片外周部的温度，并使晶片外周部与内周部的热条件固定。并且，由此可以有效地抑制背面沉积的产生，在不损害晶片表面的纳米拓扑结构和外周电阻率分布的前提下，制造一种高品质的外延晶片。
另外，本发明并不限定于上述实施方式。上述实施方式为例示，具有与本发明的权利要求书所述的技术思想实质相同的结构、并发挥相同作用效果的技术方案，均包含在本发明的技术范围内。

Claims (4)

1.一种基座，其在进行外延层的气相生长时支撑半导体基板，其特征在于，在该基座的上表面上，形成有内部配置前述半导体基板的凹坑，该凹坑呈双层结构，具有支撑前述半导体基板的外周缘部的上层凹坑部、与在该上层凹坑部的下层且形成于中心侧的下层凹坑部，在前述下层凹坑部中，形成有贯穿至前述基座的背面且在进行前述气相生长时为敞开状态的贯穿孔，在前述基座的背面侧，与前述上层凹坑部相对应的位置处设置有沟槽。
2.如权利要求1所述的基座，其中，前述沟槽是由多个沟槽以放射状排列而成。
3.如权利要求2所述的基座，其中，前述放射状的多个沟槽分别为，在载置于前述基座上的基板的半径方向上的长度为该基板半径的1/4以下，宽度为5mm以下，深度为与前述上层凹坑部相对应的位置处的基座的厚度的75%以下。
4.一种外延晶片的制造方法，其是制造外延晶片的方法，其特征在于，使用前述权利要求1至3中的任一项所述的基座，在该基座的凹坑上载置半导体基板，并一边流入原料气体一边在前述基板上进行外延层的气相生长。
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