CN118127622A - 一种外延片及其制备方法 - Google Patents
一种外延片及其制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN118127622A CN118127622A CN202410199273.7A CN202410199273A CN118127622A CN 118127622 A CN118127622 A CN 118127622A CN 202410199273 A CN202410199273 A CN 202410199273A CN 118127622 A CN118127622 A CN 118127622A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- etching
- gas
- region
- epitaxial
- polishing sheet
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 21
- 238000005530 etching Methods 0.000 claims abstract description 267
- 238000005498 polishing Methods 0.000 claims abstract description 78
- 239000012808 vapor phase Substances 0.000 claims abstract description 60
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims abstract description 59
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 48
- 239000012071 phase Substances 0.000 claims abstract description 45
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 119
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N Hydrochloric acid Chemical compound Cl VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 33
- 229910000041 hydrogen chloride Inorganic materials 0.000 claims description 33
- IXCSERBJSXMMFS-UHFFFAOYSA-N hydrogen chloride Substances Cl.Cl IXCSERBJSXMMFS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 33
- 230000005764 inhibitory process Effects 0.000 claims description 20
- 230000002401 inhibitory effect Effects 0.000 claims description 13
- 239000012495 reaction gas Substances 0.000 claims description 13
- ZDHXKXAHOVTTAH-UHFFFAOYSA-N trichlorosilane Chemical compound Cl[SiH](Cl)Cl ZDHXKXAHOVTTAH-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 11
- 239000005052 trichlorosilane Substances 0.000 claims description 11
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 7
- 238000010926 purge Methods 0.000 claims description 6
- VXEGSRKPIUDPQT-UHFFFAOYSA-N 4-[4-(4-methoxyphenyl)piperazin-1-yl]aniline Chemical compound C1=CC(OC)=CC=C1N1CCN(C=2C=CC(N)=CC=2)CC1 VXEGSRKPIUDPQT-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- BLRPTPMANUNPDV-UHFFFAOYSA-N Silane Chemical compound [SiH4] BLRPTPMANUNPDV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- MROCJMGDEKINLD-UHFFFAOYSA-N dichlorosilane Chemical compound Cl[SiH2]Cl MROCJMGDEKINLD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910000077 silane Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000005049 silicon tetrachloride Substances 0.000 claims description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 6
- 235000012431 wafers Nutrition 0.000 description 54
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 9
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 9
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 8
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 8
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 229910021421 monocrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 7
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 6
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 5
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 5
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical group [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000002829 reductive effect Effects 0.000 description 4
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 4
- 238000012937 correction Methods 0.000 description 3
- 238000005137 deposition process Methods 0.000 description 3
- 238000011065 in-situ storage Methods 0.000 description 3
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 3
- 238000006479 redox reaction Methods 0.000 description 3
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 3
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000000376 reactant Substances 0.000 description 2
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 2
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 2
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 239000012159 carrier gas Substances 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000000407 epitaxy Methods 0.000 description 1
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 description 1
- 230000000670 limiting effect Effects 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 1
- 230000033116 oxidation-reduction process Effects 0.000 description 1
- 230000036961 partial effect Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B25/00—Single-crystal growth by chemical reaction of reactive gases, e.g. chemical vapour-deposition growth
- C30B25/02—Epitaxial-layer growth
- C30B25/18—Epitaxial-layer growth characterised by the substrate
- C30B25/186—Epitaxial-layer growth characterised by the substrate being specially pre-treated by, e.g. chemical or physical means
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B25/00—Single-crystal growth by chemical reaction of reactive gases, e.g. chemical vapour-deposition growth
- C30B25/02—Epitaxial-layer growth
- C30B25/14—Feed and outlet means for the gases; Modifying the flow of the reactive gases
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B29/00—Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
- C30B29/02—Elements
- C30B29/06—Silicon
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B33/00—After-treatment of single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure
- C30B33/08—Etching
- C30B33/12—Etching in gas atmosphere or plasma
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/02002—Preparing wafers
- H01L21/02005—Preparing bulk and homogeneous wafers
- H01L21/02008—Multistep processes
- H01L21/0201—Specific process step
- H01L21/02019—Chemical etching
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/02104—Forming layers
- H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
- H01L21/02656—Special treatments
- H01L21/02658—Pretreatments
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
Abstract
本申请公开了一种外延片及其制备方法，包括：提供抛光片置入反应腔中，抛光片具有第一刻蚀区和环绕第一刻蚀区的第二刻蚀区；对第一刻蚀区和第二刻蚀区执行气相刻蚀处理，以使第一刻蚀区的平均厚度小于第二刻蚀区的平均厚度；在执行气相刻蚀处理后的抛光片上生长外延层，得到外延片。本申请通过对抛光片的不同区域进行选择性刻蚀，调整了抛光片在不同区域具有不同的厚度，气相刻蚀处理后使得抛光片表面形成了中间薄边缘后的符合外延生长特性的形貌，这种形貌的差异性使得抛光片的厚度在不同区域上有所调整，使得外延过程可以控制外延层在不同区域的生长速率，以达到改善外延片的表面平整度的效果。
Description
技术领域
本申请涉及半导体制造技术领域，具体涉及一种外延片及其制备方法。
背景技术
外延片是制造半导体器件的一种基础材料。随着半导体器件的发展，外延片进入小线宽的阶段，越小线宽对外延片表面的几何形貌要求越高，尤其是外延片表面的平整度，如过大的SFQR(Site flatness front least-squares range，位置平坦度前面最小二乘范围)会影响器件的加工，造成器件失效，从而影响良率。其中，外延片边缘厚度较其他位置偏高是导致SFQR超标的主要因素，因此需要对外延片的制备工艺进行改进。
发明内容
本申请的目的在于提供一种外延片及其制备方法，旨在利用刻蚀气体进行原位选择性腐蚀，以改善外延片的局部平整度。
本申请实施例提供一种外延片的制备方法，包括：
提供抛光片置入反应腔中，所述抛光片具有第一刻蚀区和环绕所述第一刻蚀区的第二刻蚀区；
对所述第一刻蚀区和所述第二刻蚀区执行气相刻蚀处理，以使所述第一刻蚀区的平均厚度小于所述第二刻蚀区的平均厚度；
在执行气相刻蚀处理后的抛光片上生长外延层，得到所述外延片。
在一些实施例中，所述第一刻蚀区的中心与所述抛光片的中心重合，且所述第一刻蚀区位于离所述抛光片的中心0-80mm的区域内，所述第二刻蚀区位于离所述抛光片的中心130-150mm的区域内。
在一些实施例中，对所述第一刻蚀区和所述第二刻蚀区执行气相刻蚀处理的步骤，进一步包括：
对所述第一刻蚀区执行第一气相刻蚀，且所述第一气相刻蚀通入的刻蚀气体的流量为Q1 sccm；
对所述第二刻蚀区执行第二气相刻蚀，且所述第二气相刻蚀通入的刻蚀气体的流量为Q2 sccm；
满足：Q1:Q2＝2:(1-1.5)。
在一些实施例中，气相刻蚀处理的步骤进一步满足如下特征中的至少一者：
a)2500sccm≤Q1≤3500sccm；
b)1250sccm≤Q2≤2250sccm；
c)所述第一气相刻蚀和/所述第二气相刻蚀通入的刻蚀气体为氯化氢。
在一些实施例中，执行第一气相刻蚀以去除所述第一刻蚀区的平均厚度为60-100nm；和/或
执行第二气相刻蚀以去除所述第二刻蚀区的平均厚度为20-50nm。
在一些实施例中，气相刻蚀处理的步骤进一步满足如下特征中的至少一者：
d)所述第一气相刻蚀和所述第二气相刻蚀同时进行；
e)所述第一气相刻蚀和/所述第二气相刻蚀的刻蚀温度为1100～1130℃；
f)所述第一气相刻蚀和/所述第二气相刻蚀的刻蚀时间为1～2min。
在一些实施例中，在执行气相刻蚀处理后的抛光片上生长外延层的步骤之前，还包括：
对执行气相刻蚀处理后的抛光片进行吹扫，以去除刻蚀气体。
在一些实施例中，在执行气相刻蚀处理后的抛光片上生长外延层的步骤，进一步包括：
将执行气相刻蚀处理后的抛光片置入反应腔中；
对所述反应腔通入反应气体；
对所述抛光片的第二刻蚀区通入反应抑制气体，以在所述抛光片的表面形成外延层；
其中，所述反应抑制气体用于抑制外延层在所述第二刻蚀区的生长。
在一些实施例中，所述反应气体的流量为Q3 sccm，所述反应抑制气体的流量为Q4sccm，满足：Q3:Q4＝10:(1-1.5)。
在一些实施例中，所述反应气体的流量Q3 sccm满足：8000≤Q3≤12000；和/或
所述反应抑制气体的流量Q4 sccm满足：1000≤Q4≤2000；和/或
所述反应气体选自硅烷、二氯二氢硅、三氯氢硅、四氯化硅中的至少一种；和/或
所述反应抑制气体选自氯化氢。
在一些实施例中，所述反应抑制气体抑制外延层在所述第二刻蚀区的生长的平均厚度为0.1～0.3μm。
在一些实施例中，在执行气相刻蚀处理后的抛光片上生长外延层的步骤后，还包括：
在对应所述第二刻蚀区的所述外延层上执行第三气相刻蚀，以调整所述外延片的表面平整度。
在一些实施例中，所述第三气相刻蚀通入的刻蚀气体的流量为Q5 sccm，满足：1000≤Q5≤2000；和/或
所述第三气相刻蚀通入的刻蚀气体为氯化氢。
在一些实施例中，本申请还提供一种外延片，采用所述的外延片的制备方法制备得到。
本申请的有益效果在于：与现有技术相比，本申请提供一种外延片的制备方法，包括：提供抛光片置入反应腔中，抛光片具有第一刻蚀区和环绕第一刻蚀区的第二刻蚀区；对第一刻蚀区和第二刻蚀区执行气相刻蚀处理，以使第一刻蚀区的平均厚度小于第二刻蚀区的平均厚度；在执行气相刻蚀处理后的抛光片上生长外延层，得到外延片。本申请通过对抛光片的不同区域进行选择性刻蚀，调整了抛光片在不同区域具有不同的厚度，气相刻蚀处理后使得抛光片表面形成了中间薄边缘后的符合外延生长特性的形貌，这种形貌的差异性使得抛光片的厚度在不同区域上有所调整，使得外延过程可以控制外延层在不同区域的生长速率，以达到改善外延片的表面平整度的效果。
本申请的方法中，在执行气相刻蚀处理后的抛光片上生长外延层的步骤进一步包括：向反应腔中通入反应气体；对抛光片的第二刻蚀区通入反应抑制气体，以在抛光片的表面形成外延层；其中，反应抑制气体用于抑制外延层在第二刻蚀区的生长。通过通入反应抑制气体，使得外延沉积过程中氧化还原反应存在可逆性，可以有效抑制在第二刻蚀区的外延层生长，降低外延沉积时抛光片边缘的外延层沉积速率。反应抑制气体的引入可以使外延层的生长更加局限于第一刻蚀区，从而精确控制外延层的厚度、提高外延层质量和平整度。
本申请中，在执行气相刻蚀处理后的抛光片上生长外延层的步骤后，还包括在对应所述第二刻蚀区的所述外延层上执行第三气相刻蚀，外延成膜后引入刻蚀气体对外延片进行原位腐蚀，对外延层的边缘生长过快现象进行边缘修正，以进一步调整外延片的表面平整度。本申请的制备方法使得外延层整体生长更趋向均匀，工艺简单、重复性高，制备的外延片平整度优异，满足各类型外延产品的制备要求。
附图说明
图1为本申请提供的一种外延片的制备方法的流程图；
图2为本申请提供的对抛光片处理的示意图；
图3为本申请提供的生长外延层步骤的流程图。
具体实施方式
下面将结合本申请的实施例和附图对本申请的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。本申请的各种实施例可以以一个范围的型式存在；应当理解，以一范围型式的描述仅仅是因为方便及简洁，不应理解为对本申请范围的硬性限制；因此，应当认为所述的范围描述已经具体公开所有可能的子范围以及该范围内的单一数值。例如，应当认为从1到6的范围描述已经具体公开子范围，例如从1到3，从1到4，从1到5，从2到4，从2到6，从3到6等，以及所数范围内的单一数字，例如1、2、3、4、5及6，此不管范围为何皆适用。另外，每当在本文中指出数值范围，是指包括所指范围内的任何引用的数字(分数或整数)。
参见图1的一种外延片的制备方法，包括：
S1：提供抛光片置入反应腔中，抛光片具有第一刻蚀区和环绕第一刻蚀区的第二刻蚀区；
S2：对第一刻蚀区和第二刻蚀区执行气相刻蚀处理，以使第一刻蚀区的平均厚度小于第二刻蚀区的平均厚度；
S3：在执行气相刻蚀处理后的抛光片上生长外延层，得到外延片。
可以理解的是，通过对抛光片的不同区域进行选择性刻蚀，调整了抛光片在不同区域具有不同的厚度，气相刻蚀处理后使得抛光片表面形成了中间薄边缘后的符合外延生长特性的形貌，这种形貌的差异性使得抛光片的厚度在不同区域上有所调整，使得外延过程可以控制外延层在不同区域的生长速率，以达到改善外延片的表面平整度的效果。
进一步地，外延片的平整度参数可以采用SFQR(Site flatness front least-squares range，位置平坦度前面最小二乘范围)、ESFQR(Edge Site flatnessfrontleast-squares range，边缘位置平坦度前面最小二乘范围)、GBIR(Global flatnessbackideal range，总平坦度背面理想范围)、ERO(Edge roll off，边缘印出)等进行评估，这些参数主要是基于外延片的厚度值进行计算的。具体地，基于测得的抛光片厚度值在预定区域内绘制基准线，然后根据实际值与基准线的最大差距计算得到平整度参数。上述的方法中，抛光片优选为硅衬底，在外延层形成之前前利用抛光片与氯化氢高温反应在抛光片表面腐蚀去除部分单晶硅，通入时通过调整气流配比可选择性对抛光片的边缘和中心去除，可有效改善外延后的GBIR和ESFQR。其中，氯化氢可以与硅衬底反应的原理参见下式(1)-(3)：
利用这一特性，可在外延层形成之前利用单晶硅与氯化氢高温反应在抛光片表面去腐蚀一层单晶硅。
在一些实施例中，第一刻蚀区的中心与抛光片的中心重合，且第一刻蚀区位于离抛光片的中心0-80mm的区域内，第二刻蚀区位于离抛光片的中心130-150mm的区域内。可以理解的是，参见图2，第一刻蚀区可以是抛光片的中心区域，第二刻蚀区可以是抛光片的边缘区域。其中，标号1是通过管路通入刻蚀气体对第一刻蚀区(中心区域)执行第一气相刻蚀，标号2是通过管路通入刻蚀气体对第二刻蚀区(边缘区域)执行第二气相刻蚀；且抛光片自身可以旋转，通过控制第一刻蚀区的平均厚度小于第二刻蚀区的平均厚度，使得抛光片表面通过氯化氢的腐蚀出形成了符合外延生长特性的形貌，以实现了提高外延片的表面平整度。
在一些实施例中，对第一刻蚀区和第二刻蚀区执行气相刻蚀处理的步骤，进一步包括：对第一刻蚀区执行第一气相刻蚀，且第一气相刻蚀通入的刻蚀气体的流量为Q1sccm；对第二刻蚀区执行第二气相刻蚀，且第二气相刻蚀通入的刻蚀气体的流量为Q2sccm；满足：Q1:Q2＝2:(1-1.5)。
可以理解的是，为了简化工艺步骤，提高制备效率，第一气相刻蚀和第二气相刻蚀同时进行，此时，通过控制第一气相刻蚀通入的刻蚀气体的流量Q1sccm和第二气相刻蚀通入的刻蚀气体的流量Q2 sccm的比例，可以达到外延过程中形成理想的腐蚀形貌和控制不同程度沉积抑制效率的效果。其中，Q1:Q2可以是2:1、2:1.1、2:1.2、2:1.3、2:1.4、2:1.5中的任意一者或任意两者之间的范围。
在一些实施例中，第一气相刻蚀通入的刻蚀气体的流量Q1 sccm满足：2500sccm≤Q1≤3500sccm。例如，Q1 sccm可以是2500sccm、2600sccm、2700sccm、2800sccm、2900sccm、3000sccm、3100sccm、3200sccm、3300sccm、3400sccm、3500sccm中的任意一值或任意两值之间的范围。Q1 sccm优选的值为3000sccm。
在一些实施例中，第二气相刻蚀通入的刻蚀气体的流量Q2 sccm满足：1250sccm≤Q2≤2250sccm。例如，Q2 sccm可以是1250sccm、1300sccm、1350sccm、1400sccm、1450sccm、1500sccm、1550sccm、1600sccm、1650sccm、1700sccm、1750sccm、1800sccm、1850sccm、1900sccm、1950sccm、2000sccm、2050sccm、2100sccm、2150sccm、2200sccm、2250sccm中的任意一值或任意两值之间的范围。Q2 sccm优选的值为2000sccm。
在一些实施例中，第一气相刻蚀、第二气相刻蚀通入的刻蚀气体为氯化氢。
在一些实施例中，执行第一气相刻蚀以去除第一刻蚀区的平均厚度为60-100nm；例如，可以是60nm、70nm、80nm、90nm、100nm中的任意一值或任意两值之间的范围。
在一些实施例中，执行第二气相刻蚀以去除第二刻蚀区的平均厚度为20-50nm；例如，可以是20nm、30nm、40nm、50nm中的任意一值或任意两值之间的范围。
在一些实施例中，本实施例中平均厚度是指在一个区域上各个测量点的厚度值的平均数。测量点的个数至少为三个及以上。
在一些实施例中，第一气相刻蚀和第二气相刻蚀同时进行可以提高制备工艺的效率；或者，在一些其它实施例中，可以先执行第一气相刻蚀，再执行第二气相刻蚀；或者，在一些其它实施例中，可以先执行第二气相刻蚀，再执行第一气相刻蚀，通过对不同区域的单独刻蚀，可以进一步提高刻蚀的精度。
在一些实施例中，第一气相刻蚀、第二气相刻蚀的刻蚀温度为1100～1130℃；例如，可以是1100℃、1110℃、1120℃、1130℃中的任意一值或任意两值之间的范围。通过控制刻蚀温度在1100～1130℃之间，可以提供足够的热能，促使刻蚀过程更彻底、更均匀，从而获得更精确的刻蚀结果。
在一些实施例中，第一气相刻蚀、第二气相刻蚀的刻蚀时间为1～2min；例如，可以是1min、1.5min、2min中的任意一值或任意两值之间的范围
在一些实施例中，在执行气相刻蚀处理后的抛光片上生长外延层的步骤之前，还包括：对执行气相刻蚀处理后的抛光片进行吹扫，以去除刻蚀气体。可以理解的是，通过直接向反应腔通入氮气或惰性气体，以吹扫抛光片，可以有效地去除刻蚀残留物和残留的刻蚀气体，提供一个干净的表面供外延层生长，还可以减少外界的污染和杂质进入生长室，维持生长环境的纯净度，避免对外延片质量的不利影响。。
在一些实施例中，进一步参见图3，在执行气相刻蚀处理后的抛光片上生长外延层的步骤，进一步包括：
S31：向所述反应腔中通入反应气体；
S32：对抛光片的第二刻蚀区通入反应抑制气体，以在抛光片的表面形成外延层。
其中，反应抑制气体用于抑制外延层在第二刻蚀区的生长。
可以理解的是，通过通入反应抑制气体，使得外延沉积过程中氧化还原反应存在可逆性，可以有效抑制在第二刻蚀区的外延层生长，降低外延沉积时抛光片边缘的外延层沉积速率。反应抑制气体的引入可以使外延层的生长更加局限于第一刻蚀区，从而精确控制外延层的厚度、提高外延层质量和平整度。
在一些实施例中，反应气体的流量为Q3 sccm，反应抑制气体的流量为Q4sccm，满足：Q3:Q4＝10:(1-1.5)。例如，Q3:Q4可以是10:1、10:1.1、10:1.2、10:1.3、10:1.4、10:1.5中的任意一者或任意两者之间的范围。当满足以上的流量比例时，可以保证有足够的反应气体来形成外延层，同时还可以使得反应抑制气体具有抑制外延层在抛光片边缘的生长的作用，降低外延层在边缘的沉积效率。
在一些实施例中，反应气体的流量Q3 sccm满足：8000≤Q3≤12000；例如Q3可以是8000、8500、9000、9500、10000、10500、11000、11500、12000中的任意一值或任意两值之间的范围。
在一些实施例中，反应抑制气体的流量Q4 sccm满足：1000≤Q4≤2000；例如Q4可以是1000、1100、1200、1300、1400、1500、1600、1700、1800、1900、2000中的任意一值或任意两值之间的范围。
在一些实施例中，反应气体选自硅烷、二氯二氢硅、三氯氢硅、四氯化硅中的至少一种。反应气体优选为三氯氢硅，以及反应气体还包括载气如氢气。
在一些实施例中，反应抑制气体选自氯化氢。
需要说明的是，可采用任何合适的外延方法在处理后的抛光片上生长外延层。例如，将执行气相刻蚀处理后的抛光片放置于外延炉的反应腔的旋转基座上，在旋转基座的带动下旋转。使外延炉内保持常压，并于预设外延温度下向反应腔室内通入三氯氢硅和氢气，同时在第二刻蚀区附近通入反应抑制气体氯化氢，这里通入反应抑制气体的管路与之前对第二刻蚀区通入刻蚀气体的管路共用同一个管路，最终可以在处理后的抛光片表面形成外延单晶硅层。
其中，外延沉积过程中发生了一系列氧化还原反应，其中主要还是氢气与三氯氢硅氧化还原单晶硅沉积在抛光片表面形成外延层，反应式参见下式：当通入反应抑制气体氯化氢后，可以抑制单晶硅沉积反应的正向进行，通过降低硅在边缘的沉积速率，进而优化硅片局部平整度。
在一些实施例中，反应抑制气体抑制外延层在第二刻蚀区的生长的平均厚度为0.1～0.3μm。例如，抑制的平均厚度可以为0.1μm、0.2μm和0.3μm中的任意一值或任意两值之间的范围。
在一些实施例中，在执行气相刻蚀处理后的抛光片上生长外延层的步骤后，还包括：在对应第二刻蚀区的外延层上执行第三气相刻蚀，以调整外延片的表面平整度。
可以理解的是，外延成膜后引入刻蚀气体对外延片进行原位腐蚀，对外延层的边缘生长过快现象进行边缘修正，以进一步调整外延片的表面平整度。同样利用了单晶硅与氯化氢高温反应的这一特性，针对外延层形成后存在边缘生长过快影响边缘局部平整度这一现象，沉积后通过通入氯化氢对外延层的边缘进行腐蚀，通过选择性腐蚀外延片边缘来提高边缘局部平整度。
在一些实施例中，第三气相刻蚀通入的刻蚀气体的流量为Q5 sccm，满足：1000≤Q5≤2000。例如，Q5可以是1000、1100、1200、1300、1400、1500、1600、1700、1800、1900、2000中的任意一值或任意两值之间的范围。
在一些实施例中，第三气相刻蚀通入的刻蚀气体为氯化氢。
在一些实施例中，本申请还提供一种外延片，采用上述的外延片的制备方法制备得到。
本实施例的外延片整体生长更趋向均匀，其制备工艺简单、重复性高，满足28nm和14nm外延产品的平坦度要求，还可作为7nm产品优化的工艺基础。
为使本申请上述实施细节和操作能清楚地被本领域技术人员理解，以及本申请实施例外延片及其制备方法的进步性能显著的体现，以下通过多个实施例来举例说明上述技术方案。
实施例1
先以直径300mm的抛光片为刻蚀对象，抛光片具有第一刻蚀区和第二刻蚀区，第一刻蚀区位于离所述抛光片的中心0-80mm的区域内，第二刻蚀区位于离所述抛光片的中心130-150mm的区域内。
设置第一管路对第一刻蚀区执行第一气相刻蚀，刻蚀气体为氯化氢，流量为3000sccm，刻蚀温度为1120℃，刻蚀时间为1min；同时设置第二管路对第二刻蚀区执行第二气相刻蚀，刻蚀气体为氯化氢，流量为2000sccm，刻蚀温度为1120℃，刻蚀时间为1min。刻蚀后第一刻蚀区被去除的平均厚度为80nm，第二刻蚀区被刻蚀的平均厚度为40nm；刻蚀完毕后通入氢气对抛光片进行吹扫，去除残留的氯化氢。
将气相刻蚀处理后的抛光片置于外延炉的反应腔中，控制抛光片转速，并向反应腔中通入反应气体三氯氢硅和氢气，同时利用之前设置的第二管路对第二刻蚀区通入反应抑制气体氯化氢，控制三氯氢硅的流量为10000sccm，并控制反应抑制气体氯化氢的流量为1500sccm，抑制外延层在边缘的生长平均厚度为0.2μm，最后可以在抛光片的表面生长形成外延层。
在形成外延层后，继续使用之前设置的第二管路，通入刻蚀气体氯化氢，对外延层对应第二刻蚀区的区域执行第三气相刻蚀，控制氯化氢流量为1500sccm，以调整外延片的表面平整度，腐蚀后边缘处的ESFQR存在20-30nm优化。
实施例2-5
具体制备工艺与实施例1相同，不同之处在于，各实施例制备中的工艺参数不同，具体参数参见表1。
实施例6-7
具体工艺与实施例相同，不同之处在于，实施例6中在生长外延层的过程中不通入反应抑制气体；实施例7中在生长外延层后不对外延层对应第二刻蚀区的部分执行第三气相刻蚀。具体参数参见表1。
表1
对比例1
以直径300mm的抛光片为刻蚀对象。
直接将抛光片置于外延炉的反应腔中，并向反应腔中通入反应气体三氯氢硅和氢气，形成外延层。
对比例2
以直径300mm的抛光片为刻蚀对象。抛光片具有第一刻蚀区和第二刻蚀区，第一刻蚀区位于离所述抛光片的中心0-80mm的区域内，第二刻蚀区位于离所述抛光片的中心130-150mm的区域内。
设置第一管路对第一刻蚀区执行第一气相刻蚀，刻蚀气体为氯化氢，流量为1000sccm，刻蚀温度为1120℃，刻蚀时间为1min；同时设置第二管路对第二刻蚀区执行第二气相刻蚀，刻蚀气体为氯化氢，流量为3000sccm，刻蚀温度为1120℃，刻蚀时间为1min。刻蚀后第一刻蚀区被去除的平均厚度为20nm，第二刻蚀区被刻蚀的平均厚度为80nm；刻蚀完毕后通入氢气对抛光片进行吹扫，去除刻残留的氯化氢。此时，第一刻蚀区的平均厚度大于第二刻蚀区的平均厚度。
将气相刻蚀处理后的抛光片置于外延炉的反应腔中，控制抛光片转速，并向反应腔中通入反应气体三氯氢硅和氢气，同时利用之前设置的第二管路对第二刻蚀区通入反应抑制气体氯化氢，控制三氯氢硅的流量为15000sccm，并控制反应抑制气体氯化氢的流量为1500sccm，抑制外延层在边缘的生长平均厚度为0.2μm，最后可以在抛光片的表面生长形成外延层。
在形成外延层后，继续使用之前设置的第二管路，通入刻蚀气体氯化氢，对外延层对应第二刻蚀区的区域执行第三气相刻蚀，控制氯化氢流量为1500sccm，以调整外延片的表面平整度。
将实施例1-7和对比例1-2的外延片进行平整度测试，测试结果参见表2。
表2
| SFQR | ESFQR | GBIR | |
| 实施例1 | 19.14 | 26.80 | 135.12 |
| 实施例2 | 19.85 | 27.62 | 111.34 |
| 实施例3 | 20.50 | 27.94 | 144.17 |
| 实施例4 | 19.89 | 27.67 | 119.25 |
| 实施例5 | 20.69 | 27.93 | 156.58 |
| 实施例6 | 20.90 | 24.76 | 104.13 |
| 实施例7 | 20.80 | 27.18 | 105.26 |
| 对比例1 | 28.64 | 38.30 | 321.97 |
| 对比例2 | 31.08 | 41.16 | 272.71 |
由表2可知，相比于对比例1-2，本申请实施例1-7制备的外延片具有更低的SFQR、ESFQR和GBIR值，说明通过本申请的方法可以选择性改善外延片的局部平整度；本实施例通过在外延加工前、外延加工中以及外延加工后的各个过程中引入氯化氢气体，腐蚀出更适合外延生长的形貌，同时氯化氢也可对外延边缘生长过快现象进行一定的边缘修正，使得外延层整体生长更趋向均匀，工艺简单、重复性高，满足外延片制备优化的工艺基础。
以上对本申请的一种外延片及其制备方法进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想；同时，对于本领域的技术人员，依据本申请的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。
Claims (14)
1.一种外延片的制备方法，其特征在于，包括：
提供抛光片置入反应腔中，所述抛光片具有第一刻蚀区和环绕所述第一刻蚀区的第二刻蚀区；
对所述第一刻蚀区和所述第二刻蚀区执行气相刻蚀处理，以使所述第一刻蚀区的平均厚度小于所述第二刻蚀区的平均厚度；
在执行气相刻蚀处理后的抛光片上生长外延层，得到所述外延片。
2.根据权利要求1所述的一种外延片的制备方法，其特征在于，所述第一刻蚀区的中心与所述抛光片的中心重合，且所述第一刻蚀区位于离所述抛光片的中心0-80mm的区域内，所述第二刻蚀区位于离所述抛光片的中心130-150mm的区域内。
3.根据权利要求1所述的一种外延片的制备方法，其特征在于，对所述第一刻蚀区和所述第二刻蚀区执行气相刻蚀处理的步骤，进一步包括：
对所述第一刻蚀区执行第一气相刻蚀，且所述第一气相刻蚀通入的刻蚀气体的流量为Q1 sccm；
对所述第二刻蚀区执行第二气相刻蚀，且所述第二气相刻蚀通入的刻蚀气体的流量为Q2 sccm；
满足：Q1:Q2＝2:(1-1.5)。
4.根据权利要求3所述的一种外延片的制备方法，其特征在于，气相刻蚀处理的步骤进一步满足如下特征中的至少一者：
a)2500sccm≤Q1≤3500sccm；
b)1250sccm≤Q2≤2250sccm；
c)所述第一气相刻蚀和/所述第二气相刻蚀通入的刻蚀气体为氯化氢。
5.根据权利要求3所述的一种外延片的制备方法，其特征在于，执行第一气相刻蚀以去除所述第一刻蚀区的平均厚度为60-100nm；和/或
执行第二气相刻蚀以去除所述第二刻蚀区的平均厚度为20-50nm。
6.根据权利要求3所述的一种外延片的制备方法，其特征在于，气相刻蚀处理的步骤进一步满足如下特征中的至少一者：
d)所述第一气相刻蚀和所述第二气相刻蚀同时进行；
e)所述第一气相刻蚀和/所述第二气相刻蚀的刻蚀温度为1100～1130℃；
f)所述第一气相刻蚀和/所述第二气相刻蚀的刻蚀时间为1～2min。
7.根据权利要求1所述的一种外延片的制备方法，其特征在于，在执行气相刻蚀处理后的抛光片上生长外延层的步骤之前，还包括：
对执行气相刻蚀处理后的抛光片进行吹扫，以去除刻蚀气体。
8.根据权利要求1所述的一种外延片的制备方法，其特征在于，在执行气相刻蚀处理后的抛光片上生长外延层的步骤，进一步包括：
向所述反应腔中通入反应气体；
对所述抛光片的第二刻蚀区通入反应抑制气体，以在所述抛光片的表面形成外延层；
其中，所述反应抑制气体用于抑制外延层在所述第二刻蚀区的生长。
9.根据权利要求8所述的一种外延片的制备方法，其特征在于，所述反应气体的流量为Q3 sccm，所述反应抑制气体的流量为Q4 sccm，满足：Q3:Q4＝10:(1-1.5)。
10.根据权利要求8所述的一种外延片的制备方法，其特征在于，所述反应气体的流量Q3sccm满足：8000≤Q3≤12000；和/或
所述反应抑制气体的流量Q4 sccm满足：1000≤Q4≤2000；和/或
所述反应气体选自硅烷、二氯二氢硅、三氯氢硅、四氯化硅中的至少一种；和/或
所述反应抑制气体选自氯化氢。
11.根据权利要求8所述的一种外延片的制备方法，其特征在于，所述反应抑制气体抑制外延层在所述第二刻蚀区的生长的平均厚度为0.1～0.3μm。
12.根据权利要求3所述的一种外延片的制备方法，其特征在于，在执行气相刻蚀处理后的抛光片上生长外延层的步骤后，还包括：
在对应所述第二刻蚀区的所述外延层上执行第三气相刻蚀，以调整所述外延片的表面平整度。
13.根据权利要求12所述的一种外延片的制备方法，其特征在于，所述第三气相刻蚀通入的刻蚀气体的流量为Q5 sccm，满足：1000≤Q5≤2000；和/或
所述第三气相刻蚀通入的刻蚀气体为氯化氢。
14.一种外延片，其特征在于，采用权利要求1-13中任一项所述的外延片的制备方法制备得到。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202410199273.7A CN118127622A (zh) | 2024-02-22 | 2024-02-22 | 一种外延片及其制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202410199273.7A CN118127622A (zh) | 2024-02-22 | 2024-02-22 | 一种外延片及其制备方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN118127622A true CN118127622A (zh) | 2024-06-04 |
Family
ID=91239913
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202410199273.7A Pending CN118127622A (zh) | 2024-02-22 | 2024-02-22 | 一种外延片及其制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN118127622A (zh) |
-
2024
- 2024-02-22 CN CN202410199273.7A patent/CN118127622A/zh active Pending
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP4417625B2 (ja) | トリシランを用いる混合基板への成膜方法、および、ベース構造の製造方法 | |
| JP4723446B2 (ja) | エピタキシャルシリコンウェハおよびエピタキシャルシリコンウェハの製造方法 | |
| KR101077324B1 (ko) | 에피택셜 코팅 실리콘 웨이퍼의 제조 방법 | |
| US11043392B2 (en) | Method of manufacturing semiconductor device, substrate processing apparatus and recording medium | |
| US10450672B2 (en) | Method for producing epitaxial silicon carbide wafers | |
| US8038793B2 (en) | Epitaxial growth method | |
| JP3454033B2 (ja) | シリコンウェーハおよびその製造方法 | |
| JP2014058411A (ja) | エピタキシャル炭化珪素ウエハの製造方法 | |
| US11075114B2 (en) | Method of manufacturing semiconductor device, substrate processing apparatus, and recording medium | |
| JP5786759B2 (ja) | エピタキシャル炭化珪素ウエハの製造方法 | |
| CN115928203A (zh) | 外延晶圆生产设备、外延晶圆生产方法和装置 | |
| CN117672815A (zh) | 一种SiC外延片及其制备方法 | |
| CN207362367U (zh) | 外延涂覆的硅晶片 | |
| CN118127622A (zh) | 一种外延片及其制备方法 | |
| JP5267361B2 (ja) | エピタキシャル成長方法 | |
| JP7255473B2 (ja) | 炭化ケイ素多結晶基板の製造方法 | |
| CN105671631B (zh) | 一种原位清洗200mm-300mm外延设备基座背面的方法 | |
| JP7400337B2 (ja) | 炭化ケイ素多結晶基板の製造方法 | |
| JP7273267B2 (ja) | 炭化ケイ素多結晶基板の製造方法 | |
| JP7322408B2 (ja) | 炭化珪素多結晶基板、炭化珪素多結晶膜の製造方法および炭化珪素多結晶基板の製造方法 | |
| JP2003188107A (ja) | 半導体エピタキシャルウエーハの製造方法および半導体エピタキシャルウエーハ | |
| TWI679678B (zh) | 半導體裝置之製造方法、基板處理裝置及記錄媒體 | |
| WO2022075369A1 (ja) | シリコンエピタキシャルウェーハの製造方法 | |
| JP2022067844A (ja) | 炭化珪素多結晶膜の成膜方法および炭化珪素多結晶基板の製造方法 | |
| CN118127623B (zh) | 一种vdmos器件用重掺衬底n型硅外延片及其制备方法和应用 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |