CN118407127A - 用于硅片的外延生长的基座、装置及方法、外延硅晶圆 - Google Patents
用于硅片的外延生长的基座、装置及方法、外延硅晶圆 Download PDFInfo
- Publication number
- CN118407127A CN118407127A CN202410508018.6A CN202410508018A CN118407127A CN 118407127 A CN118407127 A CN 118407127A CN 202410508018 A CN202410508018 A CN 202410508018A CN 118407127 A CN118407127 A CN 118407127A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- silicon wafer
- epitaxial
- susceptor
- groove
- crystal
- 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
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 301
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 301
- 239000010703 silicon Substances 0.000 title claims abstract description 301
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 38
- 235000012431 wafers Nutrition 0.000 claims description 313
- 239000013078 crystal Substances 0.000 claims description 156
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 59
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 claims description 13
- NJPPVKZQTLUDBO-UHFFFAOYSA-N novaluron Chemical compound C1=C(Cl)C(OC(F)(F)C(OC(F)(F)F)F)=CC=C1NC(=O)NC(=O)C1=C(F)C=CC=C1F NJPPVKZQTLUDBO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 5
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 abstract description 4
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 72
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 21
- 239000010408 film Substances 0.000 description 15
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 8
- 229910021421 monocrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 8
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 6
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 6
- 239000000047 product Substances 0.000 description 6
- SLLGVCUQYRMELA-UHFFFAOYSA-N chlorosilicon Chemical compound Cl[Si] SLLGVCUQYRMELA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 5
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 5
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000012159 carrier gas Substances 0.000 description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 238000005498 polishing Methods 0.000 description 4
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 3
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 2
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 description 2
- 230000008025 crystallization Effects 0.000 description 2
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 2
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 description 2
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 2
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 239000006227 byproduct Substances 0.000 description 1
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 1
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 230000005669 field effect Effects 0.000 description 1
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 230000001788 irregular Effects 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 230000000750 progressive effect Effects 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
Abstract
本发明提供了一种用于硅片的外延生长的基座、装置及方法、外延硅晶圆，属于半导体制造技术领域。用于硅片的外延生长的基座，包括：用于承载所述硅片的圆盘形承载部；从所述圆盘形承载部径向向外延伸的环形周缘，所述环形周缘形成有多个间隔排布的沟槽区域，所述沟槽区域沿所述环形周缘的周向均匀分布，所述沟槽区域呈扇环形，每一所述沟槽区域设置有多个阵列排布的凹坑。本发明的技术方案能够提高外延硅晶圆的平坦度。
Description
技术领域
本发明涉及半导体制造技术领域，尤其涉及一种用于硅片的外延生长的基座、装置及方法、外延硅晶圆。
背景技术
在单晶抛光晶圆上生长一层单晶薄膜称为外延硅晶圆。相比抛光晶圆，外延硅晶圆具有表面缺陷少、结晶性优异和电阻率可控的特性，被广泛用于高集成化的集成电路(Integrated Circuit，IC)元件和金属氧化物半导体场效应晶体管(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，MOS)制程中。一般通过化学气相沉积法对晶圆进行外延生长，首先将晶圆传送至反应腔室承载晶圆的基座上，然后反应腔室升温，达到预设的温度后送入清洁气体(比如氢气)去除晶圆表面的自然氧化物，再送入硅源气体在晶圆正面连续均匀的生长外延层。
晶圆外延层制备主要分为2个阶段，第一阶段反应腔室自清洁，通入氢气(H2)和刻蚀气体(HCl)；第二阶段进行外延层生长，通入氢气(H2)、硅源气体(SiHCl3/H2)和掺杂气体(B2H6/H2)。第一阶段中，氢气作为主气流运载刻蚀气体(HCl)与沉积在反应腔室的副产物反应，清洁反应腔室；第二阶段，氢气与晶圆表面的自然氧化层反应可以获得洁净的外延衬底，沉积阶段氢气作为主气流运载成膜气体和掺杂气体在晶圆表面生长电阻率可控的外延层。
随着半导体制程工艺的不断发展，对于外延硅晶圆的平坦度要求越来越严格。平坦度不佳的外延硅晶圆可能导致失焦(Defocus)，甚至可能影响到化学机械抛光(ChemicalMechanical Polishing，CMP)的制程，影响产品良率。当外延硅晶圆局部平坦度不佳时，会产生过度抛光或抛光不足的现象；过度抛光可能导致元件的提早崩溃(Early breakdown)，抛光不足可能导致元件接触上的错误。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供一种用于硅片的外延生长的基座、装置及方法、外延硅晶圆，能够提高外延硅晶圆的平坦度。
为了达到上述目的，本发明实施例采用的技术方案是：
一种用于硅片的外延生长的基座，包括：
用于承载所述硅片的圆盘形承载部；
从所述圆盘形承载部径向向外延伸的环形周缘，所述环形周缘形成有多个间隔排布的沟槽区域，所述沟槽区域沿所述环形周缘的周向均匀分布，所述沟槽区域呈扇环形，每一所述沟槽区域设置有多个阵列排布的凹坑。
一些实施例中，所述沟槽区域所在扇形对应的圆心角为40-60°。
一些实施例中，沿所述环形周缘的周向均匀分布有四个沟槽区域。
一些实施例中，所述凹坑的深度为0.1毫米-1毫米；和/或
所述凹坑的面积为0.1平方毫米-0.4平方毫米。
本发明实施例还提供了一种用于硅片的外延生长的装置，包括：
如上所述的基座；
用于容纳所述基座的反应腔室，其中，所述基座将所述反应腔室分隔成上反应腔室和下反应腔室，所述硅片放置在所述上反应腔室中；
用于将硅源气体输送到所述上反应腔室中以在所述硅片上生长外延层的进气口；
用于将外延生长产生的反应尾气排出所述反应腔室的排气口。
本发明实施例还提供了一种用于硅片的外延生长的方法，所述方法应用于如上所述的装置，所述方法包括：
将所述硅片在所述基座上放置成使得所述硅片的<100>晶体方向与所述环形周缘的沟槽区域的中心轴对准；
经由所述进气口将硅源气体输送到所述上反应腔室中以在所述硅片上生长外延层；
流经所述沟槽区域的所述硅源气体的流量大于流经所述环形周缘其他区域的所述硅源气体的流量，以使在所述硅片上生长的外延层的厚度均匀；
经由所述排气口将外延生长产生的反应尾气排出所述反应腔室。
一些实施例中，所述将所述硅片在所述基座上放置成使得所述硅片的<100>晶体方向与所述环形周缘的沟槽区域的中心轴对准包括：
获取所述硅片的V型槽对应的晶体方向；
若所述V型槽在所述硅片的<110>晶体方向，将所述硅片放置在所述基座上，使得所述V型槽的中心轴与所述沟槽区域的中心轴之间所成的角度为45°。
一些实施例中，所述将所述硅片在所述基座上放置成使得所述硅片的<100>晶体方向与所述环形周缘的沟槽区域的中心轴对准包括：
获取所述硅片的V型槽对应的晶体方向；
若所述V型槽在所述硅片的<100>晶体方向，将所述硅片放置在所述基座上，使得所述V型槽的中心轴与所述沟槽区域的中心轴之间所成的角度为0°。
本发明实施例还提供了一种外延硅晶圆，采用如上所述的用于硅片的外延生长的方法制作得到，
在所述外延硅晶圆的外延层厚度不大于6微米时，所述外延硅晶圆的边缘部位正面基准最小二乘范围ESFQR值的最大值不大于57.1纳米。
一些实施例中，所述外延硅晶圆的外延层厚度为3-4微米时，所述外延硅晶圆的ESFQR值的范围为23-33.9纳米；所述外延硅晶圆的外延层厚度为4-6微米时，所述外延硅晶圆的ESFQR值的范围为37.4-57.1纳米。
本发明的有益效果是：
本实施例中，在环形周缘形成沟槽区域，沟槽区域设置有多个凹坑，在进行外延生长，向反应腔室通入硅源气体时，由于凹坑的设置，能够使得流经沟槽区域的硅源气体的流量大于流经环形周缘其他区域的硅源气体的流量；硅片不同晶体方向的生长速率不同，在进行外延生长时，可以根据硅片V型槽对应的晶体方向将硅片旋转不同的角度，使得硅片的晶体方向与沟槽区域的位置相匹配，将外延层生长速率较慢的晶体方向对准沟槽区域，提高该晶体方向上的外延层生长速率，这样可以对硅片不同晶体方向的外延层生长速率进行补偿，改善外延硅晶圆的平坦度。
附图说明
图1表示外延反应腔室气体流动的示意图；
图2和图3表示硅片晶体方向的示意图；
图4表示现有技术制备的外延硅晶圆的边缘平坦度示意图；
图5表示现有技术制备外延硅晶圆的流程示意图；
图6表示现有技术中用于硅片的外延生长的基座的示意图；
图7和图8表示本发明实施例用于硅片的外延生长的基座的示意图；
图9表示本发明实施例制备外延硅晶圆的流程示意图；
图10表示本发明实施例将V型槽在<100>晶体方向的硅片放置在基座上的示意图；
图11和图12表示本发明实施例将V型槽在<110>晶体方向的硅片放置在基座上的示意图；
图13表示本发明实施例制备的外延硅晶圆的边缘平坦度示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
外延硅晶圆的平坦度通常包括边缘部位正面基准最小二乘范围(Edge SiteFrontsurface referenced least sQuares/Range，ESFQR)、部位正面基准最小二乘范围(Site Frontsurface referenced least sQuares/Range，SFQR)、整体背面-基准理想平面范围(Global Backsurface-referenced Ideal plane/Range，GBIR)等平坦度指标，其中，ESFQR用于衡量外延硅晶圆的边缘平坦度。
图1表示外延反应腔室气体流动的示意图，其中，箭头所示为气体的流动方向，在将硅片(Wafer)传送至外延反应腔室承载硅片的基座(Susceptor)2上后，基座2承载硅片以一定的速率匀速旋转。反应腔室升温达到预设的温度后，送入清洁气体(H2)经过预热环1和基座2边缘到达硅片表面去除硅片表面的自然氧化物，然后主气流运载成膜气体和掺杂气体经过预热环1和基座2边缘到达硅片表面生长电阻率可控的外延层。
图2和图3表示硅片晶体方向的示意图，如图2所示，如果硅片的三点钟方向是0°/360°的径向方向并且是<110>晶体方向的话，则相对于0°/360°的径向方向顺时针旋转的90°、180°和270°的径向方向也为硅片的<110>晶体方向，而相对于0°/360°的径向方向顺时针旋转的45°、135°、225°和315°的径向方向为硅片的<100>晶体方向。也就是说，对于该硅片而言，4个<110>晶体方向与沿硅片的周向间隔90°分布的4个径向方向相对应，4个<100>晶体方向同样与沿硅片的周向间隔90°分布的4个径向方向相对应，而相邻的<110>晶体方向和<100>晶体方向沿硅片的周向间隔45°。如图3所示，为了对硅片进行定位，在硅片3上设置有V型槽4，V型槽4可以对应硅片的<100>晶体方向，也可以对应硅片的<110>晶体方向。
图4表示现有技术制备的外延硅晶圆的边缘平坦度示意图，图4示出了在使用常规的用于硅片的外延生长的基座的情况下，直径为300mm的硅片在距离径向边缘1mm的位置处的ESFQR结果。在图4中，横坐标表示硅片的径向方向的角度，纵坐标表示硅片在对应角度位置处的ESFQR值(单位为纳米)。如图4所示，0°/360°、90°、180°和270°的径向方向对应硅片的<100>晶体方向区域，45°、135°、225°和315°的径向方向对应硅片的<110>晶体方向区域，可以看出，0°/360°、90°、180°和270°的径向方向位置处的边缘平坦度较好，45°、135°、225°和315°的径向方向位置处的边缘平坦度较差。外延硅晶圆<100>晶体方向和<110>晶体方向的边缘平坦度品质波动较大，这是因为单晶硅片不同晶体方向物理特性不同，硅片不同晶体方向的外延层生长速率不同，硅片<110>晶体方向的外延层生长速率大于硅片<100>晶体方向的外延层生长速率。
为了解决上述问题，本发明提供一种用于硅片的外延生长的基座、装置及方法、外延硅晶圆，能够提高外延硅晶圆的平坦度。
本发明实施例提供一种用于硅片的外延生长的基座，包括：
用于承载所述硅片的圆盘形承载部；
从所述圆盘形承载部径向向外延伸的环形周缘，所述环形周缘形成有多个间隔排布的沟槽区域，所述沟槽区域沿所述环形周缘的周向均匀分布，所述沟槽区域呈扇环形，每一所述沟槽区域设置有多个阵列排布的凹坑。
本实施例中，在环形周缘形成沟槽区域，沟槽区域设置有多个凹坑，在进行外延生长，向反应腔室通入硅源气体时，由于凹坑的设置，能够使得流经沟槽区域的硅源气体的流量大于流经环形周缘其他区域的硅源气体的流量；硅片不同晶体方向的生长速率不同，在进行外延生长时，可以根据硅片V型槽对应的晶体方向将硅片旋转不同的角度，使得硅片的晶体方向与沟槽区域的位置相匹配，将外延层生长速率较慢的晶体方向对准沟槽区域，提高该晶体方向上的外延层生长速率，这样可以对硅片不同晶体方向的外延层生长速率进行补偿，改善外延硅晶圆的平坦度。
图5表示现有技术制备外延硅晶圆的流程示意图，图6表示现有技术中用于硅片的外延生长的基座的示意图，如图6所示，现有的基座2包括用于承载硅片的圆盘形承载部21和从圆盘形承载部21径向向外延伸的环形周缘22。如图5所示，在制备外延硅晶圆时，先制备单晶硅晶棒，并对单晶硅晶棒进行切段，根据产品需求，在晶段特定结晶方向上加工V型槽，然后对晶段进行切片、研磨、抛光、清洗和测量，得到衬底硅片。对衬底硅片进行判级和分选，如果衬底硅片被判断合格(OK)，将合格的衬底硅片分选至对应的载具，开始外延生长工艺；如果衬底硅片被判断不合格(NG)，则对衬底硅片进行返工或报废。
图7和图8表示本发明实施例用于硅片的外延生长的基座的示意图，基座5包括圆盘形承载部51和从所述圆盘形承载部51径向向外延伸的环形周缘52。如图7所示，与图6所示的基座相比，本发明实施例在基座5的环形周缘52上增加了沟槽区域6，环形周缘52形成有多个间隔排布的沟槽区域6，所述沟槽区域6沿所述环形周缘52的周向均匀分布，所述沟槽区域6呈扇环形，即所述沟槽区域6为轴对称图形，且沟槽区域6的中心轴在基座5的径向上；每一所述沟槽区域6设置有多个阵列排布的凹坑61，凹坑61相比于环形周缘52的其他区域向下凹陷，在进行外延生长时，通过凹坑61的设置可以使得流经沟槽区域6到达硅片的表面的气体量增加，从而增加沟槽区域6对应的硅片区域的外延层生长速率。
本实施例中，在进行外延生长时，可以将硅片的<100>晶体方向对准基座的沟槽区域6，即硅片的<100>晶体方向在沟槽区域6的中心轴所在方向上，这样在进行外延生长时，可以使得硅片的<100>晶体方向所在区域处的外延层生长速率提高，减少硅片<110>晶体方向的外延层生长速率与<100>晶体方向的外延层生长速率之间的差值，进而改善外延硅晶圆的<110>晶体方向处的边缘平坦度。
本实施例的技术方案中，并不局限于硅片的<100>晶体方向一定位于沟槽区域6的中心轴所在方向，只要保证硅片的<100>晶体方向与沟槽区域6的中心轴所在方向之间的夹角不大于20°即可，即硅片的<100>晶体方向与沟槽区域6的中心轴所在方向之间的夹角可以为0°、5°、10°、15°或20°。另外，由于硅片<110>晶体方向的外延层生长速率比较大，为了减少硅片<110>晶体方向的外延层生长速率与<100>晶体方向的外延层生长速率之间的差值，优选地，所述环形周缘52的与所述硅片的<110>晶体方向对应的径向方向上未设置所述沟槽区域6。
一些实施例中，如图7所示，D1、D2、D3或D4为基座的45°方向，外延反应腔室的气体注入口方向、排气口方向、硅片进出口方向或辅助气体主入口方向为基座的0°方向，可以在环形周缘52的周向均匀设置四个沟槽区域6，分别对应外延反应腔室的气体注入口方向、排气口方向、硅片进出口方向和辅助气体主入口方向。如图2和图3所示，硅片包括四个<100>晶体方向，这样将硅片放置在本实施例的基座5上进行外延生长时，可以使得硅片每个<100>晶体方向都对应一个沟槽区域6，提高每个<100>晶体方向外延层的生长速度，有效改善外延硅晶圆的<110>晶体方向处的边缘平坦度。
一些实施例中，如图8所示，所述沟槽区域6所在扇形对应的圆心角a可以为40-60°，比如可以为40°、45°、50°、55°或60°，这样在将硅片<100>晶体方向对准基座的沟槽区域6的中心轴后，能够有效改善硅片<100>晶体方向及附近区域的边缘平坦度。
本实施例中，凹坑61可以沿基座5的径向排布，所述凹坑61的深度可以为0.1毫米-1毫米，比如为0.1毫米、0.2毫米、0.3毫米、0.4毫米、0.5毫米、0.6毫米、0.7毫米、0.8毫米、0.9毫米或1毫米，在凹坑61的深度采用上述尺寸时，可以有效提高外延生长时流经沟槽区域6到达硅片的表面的硅源气体量。
所述凹坑61的面积可以为0.1平方毫米-0.4平方毫米，比如可以为0.1平方毫米、0.2平方毫米、0.3平方毫米或0.4平方毫米，在凹坑61的面积采用上述尺寸时，可以有效提高外延生长时流经沟槽区域6到达硅片的表面的硅源气体量。
本实施例中，凹坑61在水平面上的正投影的形状可以为矩形、圆形、平行四边形等规则形状，也可以为不规则形状。
一些实施例中，沿从所述沟槽区域的中间到所述沟槽区域的边缘的方向，所述凹坑的分布密度逐渐减小，这样在进行外延生长时，在将硅片<100>晶体方向对准基座的沟槽区域6的中心轴后，可以使得硅片从<100>晶体方向至<110>晶体方向生长速率的减小程度逐渐减小，从而使硅片的整个周向上的生长速率更为均衡，在硅片上生长的外延层的厚度更加均匀，由此能够获得平坦度更好的外延硅晶圆。
本发明实施例还提供了一种用于硅片的外延生长的装置，包括：
如上所述的基座；
用于容纳所述基座的反应腔室，其中，所述基座将所述反应腔室分隔成上反应腔室和下反应腔室，所述硅片放置在所述上反应腔室中；
用于将硅源气体输送到所述上反应腔室中以在所述硅片上生长外延层的进气口；
用于将外延生长产生的反应尾气排出所述反应腔室的排气口。
除此以外，与现有的用于硅片的外延生长的装置一样，该装置还可以包括：基座支撑架、一起围闭出反应腔室的上部石英钟罩和下部石英钟罩、多个加热灯泡、安装部件等，并且基座的径向边缘与相邻部件之间也具有较小的间隙，以使基座能够通过基座支撑架的驱动以一定速度绕自身的中心轴线旋转，在此不再赘述。
本发明实施例还提供了一种用于硅片的外延生长的方法，所述方法应用于如上所述的装置，所述方法包括：
将所述硅片在所述基座上放置成使得所述硅片的<100>晶体方向与所述环形周缘的沟槽区域的中心轴对准；
经由所述进气口将硅源气体输送到所述上反应腔室中以在所述硅片上生长外延层；
流经所述沟槽区域的所述硅源气体的流量大于流经所述环形周缘其他区域的所述硅源气体的流量，以使在所述硅片上生长的外延层的厚度均匀；
经由所述排气口将外延生长产生的反应尾气排出所述反应腔室。
本实施例中，在进行外延生长时，可以根据硅片V型槽对应的晶体方向将硅片旋转不同的角度，使得硅片的晶体方向与沟槽区域的位置相匹配，将外延层生长速率较慢的晶体方向对准沟槽区域，提高该晶体方向上的外延层生长速率，这样可以对硅片不同晶体方向的外延层生长速率进行补偿，改善外延硅晶圆的平坦度。
图9表示本发明实施例制备外延硅晶圆的流程示意图，在制备外延硅晶圆时，先制备单晶硅晶棒，并对单晶硅晶棒进行切段，根据产品需求，在晶段特定结晶方向上加工V型槽，然后对晶段进行切片、研磨、抛光、清洗和测量，得到衬底硅片。对衬底硅片进行判级和分选，如果衬底硅片被判断合格(OK)，将合格的衬底硅片分选至对应的载具，开始外延生长工艺；如果衬底硅片被判断不合格(NG)，则对衬底硅片进行返工或报废。
如图9所示，本发明实施例制备外延硅晶圆的方法还包括：
步骤101、根据V型槽方向设定衬底硅片分选规则；
硅片的V型槽被用于判定硅片的结晶方向，根据不同的产品需求，有些硅片的V型槽在<110>晶体方向，有些硅片的V型槽在<100>晶体方向，本实施例中，需要获取硅片的V型槽对应的晶体方向。
步骤102：不同V型槽方向的合格衬底硅片分选至对应的载具时，旋转不同的角度；
相关技术中，在将硅片放置在基座上时，硅片的V型槽一般对准基座的0°方向，也就是外延反应腔室的气体注入口方向、排气口方向、硅片进出口方向或辅助气体主入口方向。
步骤103：将V型槽在<110>晶体方向的衬底硅片旋转45°；
若所述V型槽在所述硅片的<110>晶体方向，在进入外延反应腔室前，将V型槽在<110>晶体方向的衬底硅片旋转45°，使得所述硅片放置在所述基座上后，所述V型槽的中心轴与所述沟槽区域的中心轴之间所成的角度为45°。这样可以使得硅片的<100>晶体方向对准基座的沟槽区域6，即硅片的<100>晶体方向在沟槽区域6的中心轴所在方向上，在进行外延生长时，可以使得硅片的<100>晶体方向所在区域的外延层生长速率提高，减少硅片<110>晶体方向的外延层生长速率与<100>晶体方向的外延层生长速率之间的差值，改善外延硅晶圆的<110>晶体方向位置处的边缘平坦度。
步骤104：将V型槽在<100>晶体方向的衬底硅片旋转0°。
若所述V型槽在所述硅片的<100>晶体方向，在进入外延反应腔室前，将V型槽在<100>晶体方向的衬底硅片旋转0°，即不旋转，使得所述硅片放置在所述基座上，所述V型槽的中心轴与所述沟槽区域的中心轴之间所成的角度为0°。这样可以使得硅片的<100>晶体方向对准基座的沟槽区域6，即硅片的<100>晶体方向在沟槽区域6的中心轴所在方向上，在进行外延生长时，可以使得硅片的<100>晶体方向所在区域的外延层生长速率提高，减少硅片<110>晶体方向的外延层生长速率与<100>晶体方向的外延层生长速率之间的差值，改善外延硅晶圆的<110>晶体方向位置处的边缘平坦度。
图10表示本发明实施例将V型槽在<100>晶体方向的硅片3放置在基座上的示意图；如图2所示，硅片的V型槽4在硅片<100>晶体方向，则该硅片与V型槽4间隔45°和135°的区域为硅片的<110>晶体方向，该硅片与V型槽4间隔90°和180°的区域为硅片的<100>晶体方向。
如图7所示，基座0°方向边缘区域存在沟槽区域6，与基座45°方向相比，在进行外延生长时，该基座0°方向的沟槽区域6的气体流量增加，气体流量增加则外延层生长速率加快。因此，为了保证外延生长时硅片不同区域的生长速率相同，需要使硅片<100>晶体方向和基座0°方向(基座的沟槽区域所在方向)匹配，使硅片<110>晶体方向和基座45°方向匹配，这样在进行外延生长时，硅片<100>晶体方向的外延层生长速率增加，使外延层在硅片<100>晶体方向和<110>晶体方向的厚度相同。
如图10所示，由于在外延反应腔室安装时基座的方向固定，基座边缘存在沟槽区域6的0°方向为外延反应腔室的气体注入口方向、排气口方向、硅片进出口方向或辅助气体主入口方向，将V型槽在<100>晶体方向的硅片旋转0°，即不旋转，这样可以使硅片<100>晶体方向和基座0°方向(基座沟槽区域对应的方向，硅片表面气体流量增加)匹配，使硅片<110>晶体方向和基座45°方向匹配，补偿硅片不同晶体方向导致外延层生长速率的差异，改善硅外延晶圆的边缘平坦度。
图11和图12表示本发明实施例将V型槽在<110>晶体方向的硅片放置在基座上的示意图。如图11所示，硅片3的V型槽4在硅片<110>晶体方向，则该硅片与V型槽4间隔45°和135°的区域为硅片的<100>晶体方向，该硅片与V型槽4间隔90°和180°的区域为硅片的<110>晶体方向。
如图7所示，基座0°方向边缘区域存在沟槽区域6，与基座45°方向相比，在进行外延生长时，该基座0°方向的沟槽区域6的气体流量增加，气体流量增加则外延层生长速率加快。因此，为了保证外延生长时硅片不同区域的生长速率相同，需要使硅片<100>晶体方向和基座0°方向(基座的沟槽区域所在方向)匹配，使硅片<110>晶体方向和基座45°方向匹配，这样在进行外延生长时，硅片<100>晶体方向的外延层生长速率增加，使外延层在硅片<100>晶体方向和<110>晶体方向的厚度相同。
如图12所示，由于在外延反应腔室安装时基座的方向固定，基座边缘存在沟槽区域6的0°方向为外延反应腔室的气体注入口方向、排气口方向、硅片进出口方向或辅助气体主入口方向，将V型槽在<110>晶体方向的硅片旋转45°，这样可以使硅片<100>晶体方向和基座0°方向(基座沟槽区域对应的方向，硅片表面气体流量增加)匹配，使硅片<110>晶体方向和基座45°方向匹配，补偿硅片不同晶体方向导致外延层生长速率的差异，改善硅外延晶圆的边缘平坦度。
本发明实施例还提供了一种外延硅晶圆，采用如上所述的用于硅片的外延生长的方法制作得到，
在所述外延硅晶圆的外延层厚度不大于6微米时，所述外延硅晶圆的边缘部位正面基准最小二乘范围ESFQR值的最大值不大于57.1纳米。
图13表示本发明实施例制备的外延硅晶圆的边缘平坦度示意图，在图13中，横坐标表示硅片的径向方向的角度，纵坐标表示硅片在对应角度位置处的ESFQR值(单位为纳米)。可以看出，外延硅晶圆边缘平坦度间隔45°周期性波动的现象得到改善，外延硅晶圆边缘平坦度品质得到改善，外延硅晶圆的ESFQR值可以减小14纳米，有效提高了外延硅晶圆的品质和良率。
一些实施例中，所述外延硅晶圆的ESFQR值与所述凹坑的深度成反比，与所述凹坑的面积成反比。在基座其他参数不变的情况下，凹坑的深度增加，外延生长过程中沟槽区域参与成膜反应的气体量增加，对硅片不同晶体方向的外延层生长速率差异的补偿效果更好，ESFQR值更小，制备的外延硅晶圆边缘平坦度品质改善效果更显著。在基座其他参数不变的情况下，凹坑的面积增加，外延生长过程中沟槽区域参与成膜反应的气体量增加，对硅片不同晶体方向的外延层生长速率差异的补偿效果更好，ESFQR值更小，制备的外延硅晶圆边缘平坦度品质改善效果更显著。
一些实施例中，所述外延硅晶圆的外延层厚度为3-4微米时，所述外延硅晶圆的ESFQR值的范围为23-33.9纳米；所述外延硅晶圆的外延层厚度为4-6微米时，所述外延硅晶圆的ESFQR值的范围为37.4-57.1纳米。
具体实施例1中，选用V型槽在<100>晶体方向的硅片，基座的沟槽区域所在扇形对应的圆心角为40°-50°，比如可以为45°；所述凹坑的深度为0.1毫米-1毫米，比如可以为0.48-0.52毫米，进一步，可以为0.5毫米；所述凹坑的面积为0.1平方毫米-0.4平方毫米，比如可以为0.18-0.22平方毫米，进一步，可以为0.2平方毫米；将硅片放置在所述基座上，所述V型槽的中心轴与所述沟槽区域的中心轴之间所成的角度为0°，使得硅片的<100>晶体方向对准基座的沟槽区域，进行外延生长。外延生长过程中，运载气体氢气H2的流量为80000sccm，成膜气体SiHCl3/H2的流量为6000sccm，成膜反应温度为1100℃，生长厚度为3.3-3.5微米的外延层，比如生长厚度为3.5微米的外延层，获得的外延硅晶圆的ESFQR值为29.3±4.6纳米，相比常规技术能够使外延硅晶圆的ESFQR值减小8.6纳米，提高了外延硅晶圆的品质。这是因为，通过沟槽区域设置的凹坑，使得沟槽区域的工艺气体流量增加，使得硅片<100>晶体方向的外延层生长速率加快，补偿了外延层生长过程中<110>晶体方向和<100>晶体方向的生长速率差异。
具体实施例2中，选用V型槽在<100>晶体方向的硅片，基座的沟槽区域所在扇形对应的圆心角为40°-50°，比如可以为45°；所述凹坑的深度为0.78-0.82毫米，比如可以为0.8毫米；所述凹坑的面积为0.38-0.42平方毫米，比如可以为0.4平方毫米；将硅片放置在所述基座上，所述V型槽的中心轴与所述沟槽区域的中心轴之间所成的角度为0°，使得硅片的<100>晶体方向对准基座的沟槽区域，进行外延生长。外延生长过程中，运载气体氢气H2的流量为80000sccm，成膜气体SiHCl3/H2的流量为6000sccm，成膜反应温度为1100℃，生长厚度为3.3-3.5微米的外延层，比如生长厚度为3.5微米的外延层，获得的外延硅晶圆的ESFQR值为26.8±3.8纳米，相比常规技术能够使外延硅晶圆的ESFQR值减小11.1纳米，提高了外延硅晶圆的品质。这是因为，通过沟槽区域设置的凹坑，使得沟槽区域的工艺气体流量增加，使得硅片<100>晶体方向的外延层生长速率加快，补偿了外延层生长过程中<110>晶体方向和<100>晶体方向的生长速率差异。另外，相比具体实施例1，沟槽区域的凹坑的深度和面积增加，外延生长过程中沟槽区域参与成膜反应的气体量增加，对硅片不同晶体方向的外延层生长速率差异的补偿效果更好，ESFQR值更小，制备的外延硅晶圆边缘平坦度品质改善效果更显著。
具体实施例3中，选用V型槽在<100>晶体方向的硅片，基座的沟槽区域所在扇形对应的圆心角为40°-50°，比如可以为45°；所述凹坑的深度为0.1毫米-1毫米，比如可以为0.48-0.52毫米，进一步，可以为0.5毫米；所述凹坑的面积为0.1平方毫米-0.4平方毫米，比如可以为0.18-0.22平方毫米，进一步，可以为0.2平方毫米；将硅片放置在所述基座上，所述V型槽的中心轴与所述沟槽区域的中心轴之间所成的角度为0°，使得硅片的<100>晶体方向对准基座的沟槽区域，进行外延生长。外延生长过程中，运载气体氢气H2的流量为80000sccm，成膜气体SiHCl3/H2的流量为6000sccm，成膜反应温度为1100℃，生长厚度为4.8-5微米的外延层，比如生长厚度为5微米的外延层，获得的外延硅晶圆的ESFQR值为48.4±8.7纳米，相比常规技术能够使外延硅晶圆的ESFQR值减小，提高了外延硅晶圆的品质。这是因为，通过沟槽区域设置的凹坑，使得沟槽区域的工艺气体流量增加，使得硅片<100>晶体方向的外延层生长速率加快，补偿了外延层生长过程中<110>晶体方向和<100>晶体方向的生长速率差异。
具体实施例4中，选用V型槽在<100>晶体方向的硅片，基座的沟槽区域所在扇形对应的圆心角为40°-50°，比如可以为45°；所述凹坑的深度为0.78-0.82毫米，比如可以为0.8毫米；所述凹坑的面积为0.38-0.42平方毫米，比如可以为0.4平方毫米；将硅片放置在所述基座上，所述V型槽的中心轴与所述沟槽区域的中心轴之间所成的角度为0°，使得硅片的<100>晶体方向对准基座的沟槽区域，进行外延生长。外延生长过程中，运载气体氢气H2的流量为80000sccm，成膜气体SiHCl3/H2的流量为6000sccm，成膜反应温度为1100℃，生长厚度为4.8-5微米的外延层，比如生长厚度为5微米的外延层，获得的外延硅晶圆的ESFQR值为43.8±6.4纳米，相比常规技术能够使外延硅晶圆的ESFQR值减小，提高了外延硅晶圆的品质。这是因为，通过沟槽区域设置的凹坑，使得沟槽区域的工艺气体流量增加，使得硅片<100>晶体方向的外延层生长速率加快，补偿了外延层生长过程中<110>晶体方向和<100>晶体方向的生长速率差异。另外，相比具体实施例3，沟槽区域的凹坑的深度和面积增加，外延生长过程中沟槽区域参与成膜反应的气体量增加，对硅片不同晶体方向的外延层生长速率差异的补偿效果更好，ESFQR值更小，制备的外延硅晶圆边缘平坦度品质改善效果更显著。
需要说明，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于实施例而言，由于其基本相似于产品实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见产品实施例的部分说明即可。
除非另外定义，本公开使用的技术术语或者科学术语应当为本公开所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本公开中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。
可以理解，当诸如层、膜、区域或基板之类的元件被称作位于另一元件“上”或“下”时，该元件可以“直接”位于另一元件“上”或“下”，或者可以存在中间元件。
在上述实施方式的描述中，具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上所述，仅为本公开的具体实施方式，但本公开的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本公开揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本公开的保护范围之内。因此，本公开的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种用于硅片的外延生长的基座，其特征在于，包括：
用于承载所述硅片的圆盘形承载部；
从所述圆盘形承载部径向向外延伸的环形周缘，所述环形周缘形成有多个间隔排布的沟槽区域，所述沟槽区域沿所述环形周缘的周向均匀分布，所述沟槽区域呈扇环形，每一所述沟槽区域设置有多个阵列排布的凹坑。
2.根据权利要求1所述的基座，其特征在于，所述沟槽区域所在扇形对应的圆心角为40-60°。
3.根据权利要求1所述的基座，其特征在于，沿所述环形周缘的周向均匀分布有四个沟槽区域。
4.根据权利要求1所述的基座，其特征在于，所述凹坑的深度为0.1毫米-1毫米；和/或
所述凹坑的面积为0.1平方毫米-0.4平方毫米。
5.一种用于硅片的外延生长的装置，其特征在于，包括：
如权利要求1至4中任一项所述的基座；
用于容纳所述基座的反应腔室，其中，所述基座将所述反应腔室分隔成上反应腔室和下反应腔室，所述硅片放置在所述上反应腔室中；
用于将硅源气体输送到所述上反应腔室中以在所述硅片上生长外延层的进气口；
用于将外延生长产生的反应尾气排出所述反应腔室的排气口。
6.一种用于硅片的外延生长的方法，其特征在于，所述方法应用于如权利要求5所述的装置，所述方法包括：
将所述硅片在所述基座上放置成使得所述硅片的<100>晶体方向与所述环形周缘的沟槽区域的中心轴对准；
经由所述进气口将硅源气体输送到所述上反应腔室中以在所述硅片上生长外延层；
流经所述沟槽区域的所述硅源气体的流量大于流经所述环形周缘其他区域的所述硅源气体的流量，以使在所述硅片上生长的外延层的厚度均匀；
经由所述排气口将外延生长产生的反应尾气排出所述反应腔室。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述将所述硅片在所述基座上放置成使得所述硅片的<100>晶体方向与所述环形周缘的沟槽区域的中心轴对准包括：
获取所述硅片的V型槽对应的晶体方向；
若所述V型槽在所述硅片的<110>晶体方向，将所述硅片放置在所述基座上，使得所述V型槽的中心轴与所述沟槽区域的中心轴之间所成的角度为45°。
8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述将所述硅片在所述基座上放置成使得所述硅片的<100>晶体方向与所述环形周缘的沟槽区域的中心轴对准包括：
获取所述硅片的V型槽对应的晶体方向；
若所述V型槽在所述硅片的<100>晶体方向，将所述硅片放置在所述基座上，使得所述V型槽的中心轴与所述沟槽区域的中心轴之间所成的角度为0°。
9.一种外延硅晶圆，其特征在于，采用如权利要求6-8中任一项所述的用于硅片的外延生长的方法制作得到，
在所述外延硅晶圆的外延层厚度不大于6微米时，所述外延硅晶圆的边缘部位正面基准最小二乘范围ESFQR值的最大值不大于57.1纳米。
10.根据权利要求9所述的外延硅晶圆，其特征在于，
所述外延硅晶圆的外延层厚度为3-4微米时，所述外延硅晶圆的ESFQR值的范围为23-33.9纳米；所述外延硅晶圆的外延层厚度为4-6微米时，所述外延硅晶圆的ESFQR值的范围为37.4-57.1纳米。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202410508018.6A CN118407127A (zh) | 2024-04-25 | 2024-04-25 | 用于硅片的外延生长的基座、装置及方法、外延硅晶圆 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202410508018.6A CN118407127A (zh) | 2024-04-25 | 2024-04-25 | 用于硅片的外延生长的基座、装置及方法、外延硅晶圆 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN118407127A true CN118407127A (zh) | 2024-07-30 |
Family
ID=92004055
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202410508018.6A Pending CN118407127A (zh) | 2024-04-25 | 2024-04-25 | 用于硅片的外延生长的基座、装置及方法、外延硅晶圆 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN118407127A (zh) |
-
2024
- 2024-04-25 CN CN202410508018.6A patent/CN118407127A/zh active Pending
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR100779970B1 (ko) | 에피택셜 성장용 서셉터 및 에피택셜 성장방법 | |
| US10494737B2 (en) | Apparatus for producing SiC epitaxial wafer and method for producing SiC epitaxial wafer | |
| US7579261B2 (en) | Epitaxially coated silicon wafer and method for producing epitaxially coated silicon wafers | |
| TWI420003B (zh) | 經磊晶塗覆的矽晶圓的製造方法 | |
| CN100541727C (zh) | 外延晶片的制造方法 | |
| TWI424476B (zh) | 磊晶塗覆的矽晶圓及製造磊晶塗覆的矽晶圓的方法 | |
| CN107004583B (zh) | 晶片支承台、化学气相生长装置、外延晶片及其制造方法 | |
| EP0953659A2 (en) | Apparatus for thin film growth | |
| JP5834632B2 (ja) | サセプタ、該サセプタを用いた気相成長装置およびエピタキシャルウェーハの製造方法 | |
| JP5757088B2 (ja) | エピタキシャルウェーハの製造方法、エピタキシャルウェーハ | |
| WO2019098033A1 (ja) | サセプタ、エピタキシャルウェーハの製造方法 | |
| JP2019169743A (ja) | ＳｉＣエピタキシャルウェハの製造方法 | |
| US20200347513A1 (en) | Epitaxial wafer processing method | |
| CN118407127A (zh) | 用于硅片的外延生长的基座、装置及方法、外延硅晶圆 | |
| TW202117063A (zh) | 磊晶生長設備和磊晶生長方法（一） | |
| US10170312B2 (en) | Semiconductor substrate and manufacturing method of the same | |
| CN113496869A (zh) | 一种外延基底用硅晶片之背面膜层及制造方法 | |
| JP2021082793A (ja) | ＳｉＣエピタキシャルウェハの製造装置及びＳｉＣエピタキシャルウェハの製造方法 | |
| TW202117064A (zh) | 磊晶生長裝置和磊晶生長方法（二） | |
| US11990336B2 (en) | Silicon epitaxial wafer production method and silicon epitaxial wafer | |
| US12119375B2 (en) | Silicon epitaxial wafer production method and silicon epitaxial wafer | |
| JP2004099415A (ja) | 単結晶、単結晶ウエーハ及びエピタキシャルウエーハ、並びに単結晶育成方法 | |
| US20240006225A1 (en) | Susceptor for epitaxial processing and epitaxial reactor including the susceptor | |
| CN113279055B (zh) | 一种外延基座 | |
| FI129826B (en) | Manufacturing method of high-resistive silicon wafer intended for hybrid substrate structure |
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 |