CN109545653A - 改善外延硅片边缘平坦度的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种改善外延硅片边缘平坦度的方法，包括如下步骤：1）提供一硅晶片；2）将所述硅晶片置于外延设备的反应腔室内；3）于预设外延温度下向所述反应腔室内通入反应气体，以在所述硅晶片的表面形成外延单晶硅薄膜，其中，位于所述硅晶片边缘区域的所述外延单晶硅薄膜的厚度自靠近所述硅晶片中心的一侧至所述硅晶片的边缘逐渐递增。本发明的通过在外延过程中控制外延形成于所述硅晶片边缘区域的所述外延单晶硅薄膜的厚度自靠近所述硅晶片中心的一侧至所述硅晶片的边缘逐渐递增，可以补偿外延前硅晶片边缘区域厚度减薄现象，从而使得最终得到的外延硅片的表面具有较高的边缘平坦度。

Description

改善外延硅片边缘平坦度的方法
技术领域
本发明属于半导体工艺技术领域，特别是涉及一种改善外延硅片边缘平坦度的方法。
背景技术
硅外延片通过采用化学气相沉积方法，在抛光硅片上再生长一层外延单晶硅薄膜，实现对硅晶片表面质量以及导电性能的改善调控。硅外延片表面平坦度是半导体器件性能的重要影响参数，平坦度越好，器件良率与性能越高，因而平坦度改善是硅外延片研究的一项重要内容。晶片平坦度通常采用SFQR(Site Front Quotient Range)参数进行评价，SFQR是在局部区域基于厚度值作出基准线，计算出最高点与最低点差值，通常12寸晶片选用26mm×8mm作为局部区域(Site)，将一片晶片划分出324个Site，每个Site对应一个值，再选出其中较大值来评价整个晶片。将外延前后晶片的SFQR值进行整理，并用外延后的SFQR值减去外延前SFQR值，作出SFQR变化图，将较差区域进行标记，观察可以发现平坦度较差的区域主要在以下三个区域：1.Pin Mark区域，2.边缘区域，3.中心区域。对于所述晶片的区域平坦度较差的原因，经分析可知，晶片在外延前需要经过研磨、抛光、清洗及干燥等多个工艺，其中，在抛光过程中晶片需要旋转处理，抛光过程中抛光液很容易聚集在晶片的边缘，从而对晶片的边缘造成腐蚀，进而导致所述晶片的边缘的厚度较薄。在此情况下进行外延时，由于晶片边缘的厚度比其他区域的厚度要薄，且在外延过程中，在晶片的边缘区域及其他区域外延形成的薄膜厚度大致相同，这就使得外延后得到的外延硅片的边缘厚度也会较薄，进而造成边缘的SFQR数值较差。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种改善外延硅片边缘平坦度的方法，用于解决现有技术中由于外延之前晶片经过抛光等工艺后边缘的厚度相较于其他区域的厚度较薄而导致的外延后得到的外延硅片的边缘厚度较薄，使得外延硅片的SFQR数值较差，外延片具有较差的边缘平坦度，从而影响器件的性能的问题。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种改善外延硅片边缘平坦度的方法，所述改善外延硅片边缘平坦度的方法包括如下步骤：
1)提供一硅晶片；
2)将所述硅晶片置于外延设备的反应腔室内；
3)于预设外延温度下向所述反应腔室内通入反应气体，以在所述硅晶片的表面形成外延单晶硅薄膜，其中，位于所述硅晶片边缘区域的所述外延单晶硅薄膜的厚度自靠近所述硅晶片中心的一侧至所述硅晶片的边缘逐渐递增。
作为本发明的改善外延硅片边缘平坦度的方法的一种优选方案，步骤1)与步骤2)之间还包括依次将所述硅晶片进行研磨、抛光、清洗及干燥的步骤。
作为本发明的改善外延硅片边缘平坦度的方法的一种优选方案，所述硅晶片的边缘区域的宽度为0mm～26mm。
作为本发明的改善外延硅片边缘平坦度的方法的一种优选方案，步骤2)中，将所述硅晶片置于所述反应腔室内的旋转基座上，所述硅晶片在所述旋转基座的带动下旋转；步骤3)中，所述硅晶片旋转的同时，于所述预设外延温度下向所述反应腔室内通入反应气体，以在所述硅晶片的表面形成所述外延单晶硅薄膜。
作为本发明的改善外延硅片边缘平坦度的方法的一种优选方案，所述预设外延温度为1140℃～1190℃。
作为本发明的改善外延硅片边缘平坦度的方法的一种优选方案，所述预设外延温度为1150℃。
作为本发明的改善外延硅片边缘平坦度的方法的一种优选方案，步骤3)中，使用主喷气管路及边缘喷气管路同时向所述反应腔室内通入反应气体；其中，所述主喷气管路喷射的反应气体自所述硅晶片的边缘延伸至所述硅晶片的中心，所述边缘喷气管路喷射的反应气体位于所述硅晶片的边缘区域。
作为本发明的改善外延硅片边缘平坦度的方法的一种优选方案，所述主喷气管路喷射的反应气体的气体流量为12000sccm～16000sccm，所述边缘喷气管路喷射的反应气体的气体流量为1200sccm～1600sccm。
作为本发明的改善外延硅片边缘平坦度的方法的一种优选方案，所述主喷气管路喷射的反应气体的气体流量为15000sccm；所述边缘喷气管路喷射的反应气体的气体流量为1500sccm。
作为本发明的改善外延硅片边缘平坦度的方法的一种优选方案，所述预设外延温度为1130℃。
如上所述，本发明的改善外延硅片边缘平坦度的方法具有如下有益效果：
本发明的通过在外延过程中控制外延形成于所述硅晶片边缘区域的所述外延单晶硅薄膜的厚度自靠近所述硅晶片中心的一侧至所述硅晶片的边缘逐渐递增，可以补偿外延前硅晶片边缘区域减薄现象，从而使得最终得到的外延硅片的表面具有较高的边缘平坦度；
若外延温度不够高，譬如1130℃以下，由于在外延过程中位于所述硅晶片中心的外延中心的温度较高(接近1130℃)，而位于所述硅晶片边缘区域的温度会相较于所述硅晶片中心的温度低几十度，边缘区域的温度会达不到1130℃；硅外延在1130℃的生长速率已接近最大值，本发明通过将预设外延温度设置于1140-1190℃，中间区域速率不会有较大增加，边缘区域因为温度提高生长速率会有较大提升，从而增加硅晶片边缘区域薄膜厚度。
本发明通过增设边缘喷气管路，可以增加喷射至硅晶片边缘区域的反应气体，从而增加硅晶片边缘区域形成的外延单晶硅薄膜的厚度。
附图说明
图1为本发明的改善外延硅片边缘平坦度的方法的流程图。
图2为本发明的改善外延硅片边缘平坦度的方法中预设外延温度为1130℃时的厚度分布图，其中，(a)为外延前的硅晶片的厚度分布图，(b)为外延过程中形成的外延单晶硅薄膜的厚度分布图，(c)为外延后得到的外延硅片的厚度分布图。
图3为本发明的改善外延硅片边缘平坦度的方法中预设外延温度为1140℃时的厚度分布图，其中，(a)为外延前的硅晶片的厚度分布图，(b)为外延过程中形成的外延单晶硅薄膜的厚度分布图，(c)为外延后得到的外延硅片的厚度分布图。
图4为本发明的改善外延硅片边缘平坦度的方法中预设外延温度为1150℃时的厚度分布图，其中，(a)为外延前的硅晶片的厚度分布图，(b)为外延过程中形成的外延单晶硅薄膜的厚度分布图，(c)为外延后得到的外延硅片的厚度分布图。
图5为本发明的改善外延硅片边缘平坦度的方法中所述边缘喷气管路喷射不同气体流量的反应气体进行外延前的硅晶片的厚度分布图；其中，曲线①对应所述边缘喷气管路喷射1200sccm气体流量的反应气体，曲线②对应所述边缘喷气管路喷射1500sccm气体流量的反应气体，曲线③对应所述边缘喷气管路喷射1800sccm气体流量的反应气体，曲线④对应所述边缘喷气管路喷射2100sccm气体流量的反应气体。
图6为本发明的改善外延硅片边缘平坦度的方法中所述边缘喷气管路喷射不同气体流量的反应气体进行外延过程中形成的外延单晶硅薄膜的厚度分布图；其中，曲线①对应所述边缘喷气管路喷射1200sccm气体流量的反应气体，曲线②对应所述边缘喷气管路喷射1500sccm气体流量的反应气体，曲线③对应所述边缘喷气管路喷射1800sccm气体流量的反应气体，曲线④对应所述边缘喷气管路喷射2100sccm气体流量的反应气体。
图7为本发明的改善外延硅片边缘平坦度的方法中所述边缘喷气管路喷射不同气体流量的反应气体进行外延后得到的外延硅片的厚度分布图；其中，曲线①对应所述边缘喷气管路喷射1200sccm气体流量的反应气体，曲线②对应所述边缘喷气管路喷射1500sccm气体流量的反应气体，曲线③对应所述边缘喷气管路喷射1800sccm气体流量的反应气体，曲线④对应所述边缘喷气管路喷射2100sccm气体流量的反应气体。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
请参阅图1至图7。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，虽图示中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的形态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
请参阅图1，本发明提供一种改善外延硅片边缘平坦度的方法，所述改善外延硅片边缘平坦度的方法包括如下步骤：
1)提供一硅晶片；
2)将所述硅晶片置于外延设备的反应腔室内；
3)于预设外延温度下向所述反应腔室内通入反应气体，以在所述硅晶片的表面形成外延单晶硅薄膜，其中，位于所述硅晶片边缘区域的所述外延单晶硅薄膜的厚度自靠近所述硅晶片中心的一侧至所述硅晶片的边缘逐渐递增。
在步骤1)中，请参阅图1中的S1步骤，提供一硅晶片。
作为示例，所述硅晶片可以为现有的任意一种尺寸的硅晶片，优选地，本实施例中，所述硅晶片为直径为300mm的硅晶片。
作为示例，在执行步骤2)之前，还包括依次将所述硅晶片进行研磨、抛光、清洗及干燥等处理的步骤。
在步骤2)中，请参阅图1中的S2步骤，将所述硅晶片置于外延设备的反应腔室内。
作为示例，将所述硅晶片置于所述反应腔室内的旋转基座上，所述硅晶片在所述旋转基座的带动下旋转。
在步骤3)中，请参阅图1中的S3步骤，于预设外延温度下向所述反应腔室内通入反应气体，以在所述硅晶片的表面形成外延单晶硅薄膜，其中，位于所述硅晶片边缘区域的所述外延单晶硅薄膜的厚度大于位于所述硅晶片其他区域的所述外延单晶硅薄膜的厚度。
作为示例，所述硅晶片的边缘区域的宽度可以为但不仅限于0mm～26mm。
在一示例中，可以通过提高预设外延温度以得到位于所述硅晶片边缘区域的所述外延单晶硅薄膜的厚度自靠近所述硅晶片中心的一侧至所述硅晶片的边缘逐渐递增的外延硅片；在本示例中，所述预设外延温度为1140℃～1190℃，优选地，所述预设外延温度为1150℃。
请参阅图2至图4，由图2至图4可知，将所述预设外延温度相较于图2中所示的1130℃提高至1140℃～1190℃(譬如，如图3中所示的1140℃及如图4中所示的1150℃)，所述硅晶片边缘区域形成的所述外延单晶硅薄膜的厚度明显提高，从而补偿硅晶片本身存在的厚度差，使得最终得到的所述外延硅片具有较好的边缘平坦度。
同时，由如下表1亦可得知，随着预设外延温度的升高，边缘SFQR值越小，即随着预设外延温度的升高，得到的外延硅片的边缘平坦度越好。
表1.不同预设外延温度下边缘SFQR数据表
在另一示例中，可以通过增加所述硅晶片边缘区域的反应气体的流量以得到位于所述硅晶片边缘区域的所述外延单晶硅薄膜的厚度自靠近所述硅晶片中心的一侧至所述硅晶片的边缘逐渐递增的外延硅片，此时，所述预设外延温度可以为但不仅限于1130℃；本实施例中，使用主喷气管路及边缘喷气管路同时向所述反应腔室内通入反应气体；其中，所述主喷气管路喷射的反应气体自所述硅晶片的边缘延伸至所述硅晶片的中心，所述边缘喷气管路喷射的反应气体位于所述硅晶片的边缘区域。
作为示例，所述主喷气管路喷射的反应气体的气体流量为12000sccm～16000sccm，所述边缘喷气管路喷射的反应气体的气体流量为1200sccm～1600sccm。优选地，所述主喷气管路喷射的反应气体的气体流量为15000sccm；所述边缘喷气管路喷射的反应气体的气体流量为1500sccm。
请参阅图5至图7，由图5至图7可知，将所述边缘喷气管路喷射的反应气体的气体流量控制在1200sccm～1600sccm(如图5至图7的1200sccm及1500sccm)，所述硅晶片边缘区域形成的所述外延单晶硅薄膜的厚度明显提高，从而补偿硅晶片本身存在的厚度差，使得最终得到的所述外延硅片具有较好的边缘平坦度。但是，随着所述边缘喷气管路喷射的反应气体的气体流量的继续增大(譬如，达到1800sccm及2100sccm)，所述硅晶片边缘区域形成的所述外延单晶硅薄膜的厚度会过高，从而恶化边缘，影响得到的所述外延硅片的边缘平坦度。
同时，由如下表2亦可得知，当反应气体为TCS(SiHCl3，三氯硅烷)时，刚开始，随着边缘喷气管路喷射的反应气体的气体流量的增大(譬如，达到1200sccm及1500sccm)，边缘SFQR值越小，即边缘膜厚可以有效提高，可以得到的外延硅片的边缘平坦度越好；然而，随着边缘喷气管路喷射的反应气体的气体流量的继续增大(譬如，达到1800sccm及2100sccm)，边缘SFQR值反而急剧增大，此时，外延硅片的边缘平坦度反而变得比较差。
表2.不同边缘喷气管路喷射的反应气体的气体流量下边缘SFQR数据表
综上所述，本发明提供一种改善外延硅片边缘平坦度的方法，所述改善外延硅片边缘平坦度的方法包括如下步骤：1)提供一硅晶片；2)将所述硅晶片置于外延设备的反应腔室内；3)于预设外延温度下向所述反应腔室内通入反应气体，以在所述硅晶片的表面形成外延单晶硅薄膜，其中，位于所述硅晶片边缘区域的所述外延单晶硅薄膜的厚度自靠近所述硅晶片中心的一侧至所述硅晶片的边缘逐渐递增。本发明的通过在外延过程中控制外延形成于所述硅晶片边缘区域的所述外延单晶硅薄膜的厚度自靠近所述硅晶片中心的一侧至所述硅晶片的边缘逐渐递增，可以补偿外延前硅晶片边缘区域减薄现象，从而使得最终得到的外延硅片的表面具有较高的边缘平坦度；若外延温度不够高，譬如1130℃以下，由于在外延过程中位于所述硅晶片中心的外延中心的温度较高(接近1130℃)，而位于所述硅晶片边缘区域的温度会相较于所述硅晶片中心的温度低几十度，边缘区域的温度会达不到1130℃；硅外延在1130℃的生长速率已接近最大值，本发明通过将预设外延温度设置于1140-1190℃，中间区域速率不会有较大增加，边缘区域因为温度提高生长速率会有较大提升，从而增加硅晶片边缘区域薄膜厚度；本发明通过增设边缘喷气管路，可以增加喷射至硅晶片边缘区域的反应气体，从而增加硅晶片边缘区域形成的外延单晶硅薄膜的厚度。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种改善外延硅片边缘平坦度的方法，其特征在于，所述改善外延硅片边缘平坦度的方法包括如下步骤：
1)提供一硅晶片；
2)将所述硅晶片置于外延设备的反应腔室内；
3)于预设外延温度下向所述反应腔室内通入反应气体，以在所述硅晶片的表面形成外延单晶硅薄膜，其中，位于所述硅晶片边缘区域的所述外延单晶硅薄膜的厚度自靠近所述硅晶片中心的一侧至所述硅晶片的边缘逐渐递增。
2.根据权利要求1所述的改善外延硅片边缘平坦度的方法，其特征在于：步骤1)与步骤2)之间还包括依次将所述硅晶片进行研磨、抛光、清洗及干燥的步骤。
3.根据权利要求1所述的改善外延硅片边缘平坦度的方法，其特征在于：所述硅晶片的边缘区域的宽度为0mm～26mm。
4.根据权利要求1所述的改善外延硅片边缘平坦度的方法，其特征在于：步骤2)中，将所述硅晶片置于所述反应腔室内的旋转基座上，所述硅晶片在所述旋转基座的带动下旋转；步骤3)中，所述硅晶片旋转的同时，于所述预设外延温度下向所述反应腔室内通入反应气体，以在所述硅晶片表面形成所述外延单晶硅薄膜。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的改善外延硅片边缘平坦度的方法，其特征在于：所述预设外延温度为1140℃～1190℃。
6.根据权利要求5所述的改善外延硅片边缘平坦度的方法，其特征在于：所述预设外延温度为1150℃。
7.根据权利要求1至4中任一项所述的改善外延硅片边缘平坦度的方法，其特征在于：步骤3)中，使用主喷气管路及边缘喷气管路同时向所述反应腔室内通入反应气体；其中，所述主喷气管路喷射的反应气体自所述硅晶片的边缘延伸至所述硅晶片的中心，所述边缘喷气管路喷射的反应气体位于所述硅晶片的边缘区域。
8.根据权利要求7所述的改善外延硅片边缘平坦度的方法，其特征在于：所述主喷气管路喷射的反应气体的气体流量为12000sccm～16000sccm，所述边缘喷气管路喷射的反应气体的气体流量为1200sccm～1600sccm。
9.根据权利要求8所述的改善外延硅片边缘平坦度的方法，其特征在于：所述主喷气管路喷射的反应气体的气体流量为15000sccm；所述边缘喷气管路喷射的反应气体的气体流量为1500sccm。
10.根据权利要求7所述的改善外延硅片边缘平坦度的方法，其特征在于：所述预设外延温度为1130℃。
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