DE102009004557A1

DE102009004557A1 - Epitaxierte Siliciumscheibe und Verfahren zur Herstellung von epitaxierten Siliciumscheiben

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Publication number: DE102009004557A1
Application number: DE102009004557A
Authority: DE
Inventors: Jörg Dr. Haberecht; Christian Hager; Georg Brenninger
Original assignee: Siltronic AG
Current assignee: Siltronic AG
Priority date: 2009-01-14
Filing date: 2009-01-14
Publication date: 2010-07-15
Anticipated expiration: 2029-01-15
Also published as: TW201034056A; KR20100083713A; SG163471A1; US20100176491A1; JP5719815B2; KR101206646B1; CN101783288A; DE102009004557B4; US8268708B2; TWI424476B; SG183019A1; CN101783288B; JP2013016841A; JP2010166048A

Abstract

Die Aufgabe wird gelöst durch ein erstes Verfahren zur Herstellung von epitaxierten Siliciumscheiben, bei dem eine Vielzahl von wenigstens auf ihren Vorderseiten polierten Siliciumscheiben bereitgestellt und nacheinander jeweils einzeln in einem Epitaxiereaktor beschichtet werden, indem jeweils eine der bereitgestellten Siliciumscheiben auf einem Suszeptor im Epitaxiereaktor abgelegt, in einem ersten Schritt nur unter Wasserstoffatmosphäre sowie in einem zweiten Schritt unter Zugabe eines Ätzmediums mit einem Fluss von 1,5-5 slm zur Wasserstoffatmosphäre, vorbehandelt wird, wobei bei beiden Schritten der Wasserstofffluss 1-100 slm beträgt, anschließend auf ihrer polierten Vorderseite epitaktisch beschichtet und aus dem Epitaxiereaktor entfernt wird. In einem zweiten erfindungsgemäßen Verfahren werden durch Injektoren in die Reaktorkammer eingebrachte Gasflüsse mittels Ventilen in eine äußere und eine innere Zone der Reaktorkammer verteilt, so dass der Gasfluss in der inneren Zone auf einen Bereich um das Zentrum der Siliciumscheibe und der Gasfluss in der äußeren Zone auf einen Randbereich der Siliciumscheibe wirkt, wobei die Verteilung des Ätzmediums in innerer und äußerer Zone I/O = 0 - 0,75 beträgt. Die Erfindung erlaubt die Herstellung einer Siliciumscheibe mit einer Vorderseite und einer Rückseite, wobei wenigstens ihre Vorderseite poliert und wenigstens auf ihrer Vorderseite eine epitaktische Schicht aufgebracht ist und die einen globalen Ebenheitswert GBIR ...

Description

Die Erfindung betrifft eine epitaxierte Siliciumscheibe und Verfahren zur Herstellung von epitaxierten Siliciumscheiben.
Epitaktisch beschichtete (epitaxierte) Siliciumscheiben eignen sich für die Verwendung in der Halbleiterindustrie, insbesondere zur Fabrikation von hochintegrierten elektronischen Bauelementen wie z. B. Mikroprozessoren oder Speicherchips. Für die moderne Mikroelektronik werden Ausgangsmaterialien (Substrate) mit hohen Anforderungen an globale und lokale Ebenheit, Dickenverteilung, einseitenbezogene lokale Ebenheit (Nanotopologie) und Defektfreiheit benötigt.
Die globale Ebenheit bezieht sich auf die gesamte Oberfläche einer Halbleiterscheibe abzüglich eines zu definierenden Randausschlusses. Sie wird durch den GBIR („global backsurfacereferenced ideal plane/range” = Betrag der positiven und negativen Abweichung von einer rückseitenbezogenen Idealebene für die gesamte Vorderseite der Halbleiterscheibe) beschrieben, welcher der früher gebräuchlichen Angabe TTV („total thickness variation” = Gesamtdickenvarianz) entspricht.
Die früher gebräuchliche Angabe LTV („local thickness variation”) wird heute gemäß SEMI-Norm mit SBIR („site backsurface-referenced ideal plane/range” = Betrag der positiven und negativen Abweichung von einer rückseitenbezogenen Idealebene für eine einzelne Bauelementfläche definierter Dimension) bezeichnet und entspricht dem GBIR bzw. TTV einer Bauelementfläche („site”). Der SBIR ist also im Gegensatz zur globalen Ebenheit GBIR auf definierte Felder auf der Scheibe bezogen, also beispielsweise auf Segmente eines Flächenrasters von Messfenstern der Größe 26 × 8 mm² (Site-Geometrie). Der maximale Site-Geometriewert SBiR_max gibt den höchsten SBIR-Wert für die berücksichtigten Bauelementeflächen auf einer Siliciumscheibe an.
Die Bestimmung von maximalen Site-bezogenen Ebenheits- bzw. Geometriewerten wie dem SBiR_max erfolgt üblicherweise unter Berücksichtigung eines gewissen Randausschlusses (EE = „Edge Exclusion”) von beispielsweise 3 mm. Eine Fläche auf einer Siliciumscheibe innerhalb eines nominalen Randausschlusses wird üblicherweise mit „Fixed Quality Area”, abgekürzt FQA, bezeichnet. Jene Sites, die mit einem Teil ihrer Fläche außerhalb der FQA liegen, deren Zentrum jedoch innerhalb der FQA liegen, werden „partial sites” genannt. Bei der Bestimmung der maximalen lokalen Ebenheit werden die „partial sites” oft nicht herangezogen, sondern nur die sog. „full sites”, also die Bauelementeflächen, die vollständig innerhalb der FQA liegen. Um maximale Ebenheitswerte vergleichen zu können, ist es unverzichtbar, den Randausschluss und damit die Größe der FQA und des Weiteren anzugeben, ob die „partial sites” berücksichtigt wurden oder nicht.
Des Weiteren ist es in Hinblick auf eine Kostenoptimierung heute vielfach üblich, eine Siliciumscheibe nicht wegen beispielsweise nur einer den vom Bauelementehersteller spezifizierten SBIR_max-Wert überschreitenden Bauelementefläche zurückzuweisen, sondern einen definierten Prozentsatz, z. B. 1%, an Bauelementeflächen mit höheren Werten zuzulassen. Üblicherweise wird der prozentuale Anteil der Sites, die unterhalb eines bestimmten Grenzwerts eines Geometrieparameters liegen bzw. liegen dürfen, durch einen PUA(„Percent Useable Area”)-Wert angegeben, der z. B. im Falle eines SBIR_max von kleiner oder gleich 0,7 μm und eines PUA-Wertes von 99% besagt, dass 99% der Sites einen SBIR_max von gleich oder kleiner 0,7 μm aufweisen, während für 1% der Sites auch höhere SBIR-Werte zugelassen werden („chip yield”).
Nach dem Stand der Technik lässt sich eine Siliciumscheibe herstellen durch eine Prozessfolge Trennen eines Einkristalls aus Silicium in Scheiben, Verrunden der mechanisch empfind lichen Kanten, Durchführung eines Abrasivschrittes wie Schleifen oder Läppen, gefolgt von einer Politur. EP 547894 A1 beschreibt ein Läppverfahren; Schleifverfahren sind in den Anmeldungen EP 272531 A1 und EP 580162 A1 beansprucht.
Die endgültige Ebenheit wird in der Regel durch den Polierschritt erzeugt, dem gegebenenfalls ein Ätzschritt zur Entfernung gestörter Kristallschichten und zur Entfernung von Verunreinigungen vorausgehen kann. Ein geeignetes Ätzverfahren ist beispielsweise aus der DE 19833257 C1 bekannt. Während die klassischen einseitig arbeitenden Polierverfahren („single-side polishing”) in der Regel zu schlechteren Planparallelitäten führen, gelingt es mit beidseitig angreifenden Polierverfahren („double-side polishing”), Siliciumscheiben mit verbesserter Ebenheit herzustellen.
Bei polierten Siliciumscheiben wird also versucht, die notwendige Ebenheit durch geeignete Bearbeitungsschritte wie Schleifen, Läppen und Polieren zu erreichen.
Allerdings ergibt sich nach der Politur einer Siliciumscheibe meist ein Abfall der Dicke der ebenen Siliciumscheibe zum Rand hin („Edge Roll-off”). Auch Ätzverfahren neigen dazu, die zu behandelnde Siliciumscheibe am Rand stärker anzugreifen und einen derartigen Randabfall zu erzeugen.
Um dem entgegenzuwirken, ist es üblich, Siliciumscheiben konkav zu polieren. Eine konkav polierte Siliciumscheibe ist in der Mitte dünner, steigt dann zum Rand hin in ihrer Dicke an und weist in einem äußeren Randbereich einen Dickenabfall auf.
In der DE 19938340 C1 ist beschrieben, auf monokristallinen Siliciumscheiben eine monokristalline Schicht aus Silicium mit derselben Kristallorientierung, einer sogenannten epitaktischen Schicht, auf welcher später Halbleiter-Bauelemente aufgebracht werden, abzuscheiden. Derartige Systeme weisen gegenüber Siliciumscheiben aus homogenem Material gewisse Vorteile auf, beispielsweise die Verhinderung einer Ladungsumkehr in bipolaren CMOS-Schaltkreisen gefolgt vom Kurzschluss des Bauelementes („Latch-up”-Problem), niedrigere Defektdichten (beispielsweise reduzierte Anzahl an COPs („crystal-originated particles”) sowie die Abwesenheit eines nennenswerten Sauerstoffgehaltes, wodurch ein Kurzschlussrisiko durch Sauerstoffpräzipitate in Bauelemente-relevanten Bereichen ausgeschlossen werden kann.
Nach dem Stand der Technik werden epitaxierte Siliciumscheiben aus geeigneten Vorprodukten durch eine Prozesssequenz Abtragspolieren-Endpolieren-Reinigen-Epitaxie hergestellt.
Aus DE 10025871 A1 ist beispielsweise ein Verfahren zur Herstellung einer Siliciumscheibe mit einer auf ihrer Vorderseite abgeschiedenen epitaktischen Schicht bekannt, das folgende Prozessschritte umfasst:

(a) als einzigen Polierschritt einen Abtragspolierschritt;
(b) (hydrophiles) Reinigen und Trocknen der Siliciumscheibe;
(c) Vorbehandeln der Vorderseite der Siliciumscheibe bei einer Temperatur von 950 bis 1250 Grad Celsius in einem Epitaxiereaktor; und
(d) Abscheiden einer epitaktischen Schicht auf der Vorderseite der vorbehandelten Siliciumscheibe.

Es ist üblich, um Siliciumscheiben vor Partikelbelastung zu schützen, die Siliciumscheiben nach dem Polieren einer hydrophilen Reinigung zu unterziehen. Diese hydrophile Reinigung erzeugt auf Vorder- und Rückseite der Siliciumscheibe natives Oxid (natürliches Oxid), das sehr dünn ist (etwa 0,5–2 nm, je nach Art der Reinigung und der Messung).
Dieses native Oxid wird bei einer Vorbehandlung in einem Epitaxiereaktor unter Wasserstoffatmosphäre (auch H₂-Bake genannt) entfernt.
In einem zweiten Schritt werden die Oberflächenrauhigkeit der Vorderseite der Siliciumscheibe reduziert und Polierdefekte von der Oberfläche entfernt, indem üblicherweise kleine Mengen eines Ätzmediums, beispielsweise gasförmigen Chlorwasserstoffs (HCl), der Wasserstoffatmosphäre zugegeben werden.
Manchmal wird neben einem Ätzmedium wie HCl auch eine Silanverbindung, beispielsweise Silan (SiH₄), Dichlorsilan (SiH₂CL₂), Trichlorsilan (TCS, SiHCl₃) oder Tetrachlorsilan (SiCl₄) in einer solchen Menge zur Wasserstoffatmosphäre zugegeben, dass Siliciumabscheidung und Siliciumätzabtrag im Gleichgewicht sind. Beide Reaktionen laufen jedoch mit hinreichend hoher Reaktionsrate ab, so dass Silicium auf der Oberfläche mobil ist und es zu einer Glättung der Oberfläche und zum Entfernen von Defekten auf der Oberfläche kommt.
Epitaxiereaktoren, die insbesondere in der Halbleiterindustrie zum Abscheiden einer epitaktischen Schicht auf einer Siliciumscheibe verwendet werden, sind im Stand der Technik beschrieben.
Während sämtlicher Beschichtungs- bzw. Abscheideschritte werden eine oder mehrere Siliciumscheiben mittels Heizquellen, vorzugsweise mittels oberen und unteren Heizquellen, beispielsweise Lampen oder Lampenbänken erwärmt und anschließend einem Gasgemisch, bestehend aus einem Quellengas, einem Trägergas und gegebenenfalls einem Dotiergas, ausgesetzt.
Als Auflage für die Siliciumscheibe in einer Prozesskammer des Epitaxiereaktors dient ein Suszeptor, der beispielsweise aus Graphit, SiC oder Quarz besteht. Die Siliciumscheibe liegt während des Abscheideprozesses auf diesem Suszeptor oder in Ausfräsungen des Suszeptors auf, um eine gleichmäßige Erwärmung zu gewährleisten und die Rückseite der Siliciumscheibe, auf der üblicherweise nicht abgeschieden wird, vor dem Quellengas zu schützen. Gemäß dem Stand der Technik sind die Prozesskammern für eine oder mehrere Siliciumscheiben ausgelegt.
Bei Siliciumscheiben mit größeren Durchmessern (größer oder gleich 150 mm) werden üblicherweise Einzelscheibenreaktoren verwendet und die Siliciumscheiben einzeln prozessiert, da sich dabei eine gute epitaktische Schichtdickengleichförmigkeit ergibt. Die Gleichmäßigkeit der Schichtdicke kann durch verschiedene Maßnahmen eingestellt werden, beispielsweise durch eine Veränderung der Gasflüsse (H₂; SiHCl₃), durch Einbau und Verstellen von Gaseinlassvorrichtungen (Injektoren), durch Änderung der Abscheidetemperatur oder Modifikationen am Suszeptor.
In der Epitaxie ist es weiterhin üblich, nach einer oder mehreren epitaktischen Abscheidungen auf Siliciumscheiben eine Ätzbehandlung des Suszeptors ohne Substrat durchzuführen, bei der der Suszeptor und auch andere Teile der Prozesskammer von Siliciumablagerungen befreit werden. Diese Ätze, beispielsweise mit Chlorwasserstoff (HCl), wird bei Einzelscheibenreaktoren oft schon nach Prozessierung von wenigen Siliciumscheiben (nach 1 bis 5 Siliciumscheiben), bei Abscheidung von dünnen epitaktischen Schichten teilweise erst nach Prozessierung von mehr Siliciumscheiben (nach 10 bis 20 Siliciumscheiben) durchgeführt. Üblicherweise wird nur eine HCl-Ätzbehandlung oder auch eine HCl-Ätzbehandlung mit nachfolgender, kurzer Beschichtung des Suszeptors durchgeführt.
Die Herstellung von epitaxierten Siliciumscheiben mit guter globaler Ebenheit gestaltet sich äußerst schwierig, da wie zuvor erwähnt als Substrat üblicherweise eine konkav polierte Siliciumscheibe vorliegt. Im Stand der Technik sind nach der Epitaxie die globale Ebenheit und auch die lokale Ebenheit der epitaxierten Siliciumscheibe üblicherweise gegenüber denen der konkav polierten Siliciumscheibe verschlechtert. Dies hängt u. a. damit zusammen, dass auch die abgeschiedene epitaktische Schicht selbst eine gewisse Ungleichförmigkeit aufweist.
Das Abscheiden einer dickeren epitaktischen Schicht im Zentrum der konkav polierten Siliciumscheibe, wobei die Dicke dieser Schicht nach außen in Richtung des Randes der Siliciumscheibe abnehmen müsste, könnte zwar die ursprünglich konkave Form der Siliciumscheibe kompensieren und somit auch die globale Ebenheit der Siliciumscheibe verbessern. Da aber nicht vermieden werden kann, dass dabei eine wichtige Spezifikation einer epitaxierten Siliciumscheibe, nämlich ein Grenzwert für eine Gleichförmigkeit der epitaktischen Schicht, überschritten würde, kommt dies in der Epitaxie von Siliciumscheiben nicht in Frage.
Aus DE 10 2005 045 339 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung von epitaxierten Siliciumscheiben bekannt, bei dem eine Vielzahl von wenigstens auf ihren Vorderseiten polierten Siliciumscheiben bereitgestellt und nacheinander jeweils einzeln in einem Epitaxiereaktor beschichtet werden, indem jeweils eine der bereitgestellten Siliciumscheiben auf einem Suszeptor im Epitaxiereaktor abgelegt, in einem ersten Schritt unter Wasserstoffatmosphäre bei einem ersten Wasserstofffluss von 20–100 slm sowie in einem zweiten Schritt unter Zugabe eines Ätzmediums zur Wasserstoffatmosphäre bei einem zweiten, reduzierten Wasserstofffluss von 0,5–10 slm vorbehandelt, anschließend auf ihrer polierten Vorderseite epitaktisch beschichtet und aus dem Epitaxiereaktor entfernt wird, und des weiteren jeweils nach einer bestimmten Zahl von epitaktischen Beschichtungen eine Ätzbehandlung des Suszeptors erfolgt.
Ebenfalls bekannt ist aus DE 10 2005 045 339 A1 eine Siliciumscheibe mit einer Vorderseite und einer Rückseite, wobei wenigstens ihre Vorderseite poliert und wenigstens auf ihrer Vorderseite eine epitaktische Schicht aufgebracht ist und die einen globalen Ebenheitswert GBIR von 0,07–0,3 μm aufweist, bezogen auf einen Randausschluss von 2 mm.
Die vergleichsweise gute Geometrie dieser epitaxierten Siliciumscheibe resultiert daraus, dass es durch die Reduktion des Wasserstoffflusses im zweiten Schritt der Vorbehandlung unter Zugabe eines Ätzmediums gelingt, gezielt Material am Rand der Siliciumscheibe abzuätzen und die Siliciumscheibe noch vor dem Epitaxierschritt global einzuebnen. Nachteile des in DE 10 2005 045 339 offenbarten Verfahrens bestehen darin, dass der reduzierte Wasserstofffluss zwar die Ätzwirkung am Rand der polierten Scheibe verstärkt, jedoch die Gasströmung über die Halbleiterscheibe nicht laminar ist. Es hat sich gezeigt, dass gerade dies einer weiteren Optimierung der globalen Ebenheit unter den in DE 10 2005 045 339 A1 beanspruchten GBIR-Wert von 0,07 μm im Wege steht.
Aus US 2008/0182397 A1 ist ein Epitaxierreaktor bekannt, der unterschiedliche Gasflüsse in einer sog. „inner zone” und einer sog. „outer zone” vorsieht. Für eine Scheibe mit einem Durchmesser von 300 mm wird die „inner zone” als zentrale Region der 300 mm Scheibe mit einem Durchmesser von 75 mm angegeben. Die Einstellung der unterschiedlichen Gasflüsse im Reaktor erfolgt durch Einstellung des Durchmessers der Gasrohre, so wird z. B. durch Verringerung des Rohrdurchmessers auch der Gasfluss in Richtung einer der beiden Zonen reduziert. Solche Gasverteilungssysteme sind kommerziell von Applied Materials Inc. unter dem Namen Epi Centura Accusett^TM erhältlich (Epi Centura ist der Name des Epitaxiereaktors von Applied Materials Inc.). Alternativ lassen sich zur Steuerung der Gasflüsse auch sog. „Mass Flow Controller” oder ähnliche Vorrichtungen zur Regelung des Flusses einsetzen. Das Gasverteilung in inner und outer Zone wird in US 2008/0182397 A1 mit I/O bezeichnet. Diese Notation soll auch im Rahmen der vorliegenden Erfindung verwendet werden.
In US 2008/0182397 A1 werden zwei Bereiche für Gasverteilung I/O angegeben, zum einen ein Bereich von I/O = 0,2–1,0 während des Epitaxierens und zum anderen ein I/O von 1,0–6,0 während des Ätzschrittes (Substrat-Vorbehandlung).
In US 2008/0245767 A1 ist ein Verfahren offenbart, bei dem eine kontaminierte oder beschädigte Schicht eine Substrats mittels eines Ätzgases entfernt wird, um eine Substratoberfläche freizulegen. Dieses gereinigte Substrat kann anschließend epitaxiert werden. Der Fluss des Ätzgases beträgt 0,01–15 slm. Wird ein Inertgas (inert gegen das Substratmaterial, z. B. Silicium) wie insbesondere Wasserstoff oder auch Stickstoff, Argon, Helium oder dergleichen zugeführt, liegt der Fluss desselben bei 1–100 slm. Die Temperatur des Substrats liegt bei 600–850°C. Als I/O-Verhältnis des Wasserstoffflusses werden 1,0–7,0 (5/5–35/5) angegeben.
Aus US 2007/0010033 A1 ist bekannt, die Dicke einer epitaktisch abgeschiedenen Schicht durch Regelung der Gasverteilung in einer inneren und einer äußeren Zone zu beeinflussen. Wie oben erwähnt, ist jedoch das Abscheiden einer dickeren epitaktischen Schicht im Zentrum der konkav polierten Siliciumscheibe, um die Eingangsgeometrie der polierten Scheibe zu kompensieren, ungeeignet, da dadurch die Spezifikation der Schichtdickengleichförmigkeit der epitaktischen Schicht überschritten würde.
Die Aufgabe der Erfindung bestand darin, ein Verfahren zur epitaktischen Beschichtung von Siliciumscheiben zur Verfügung zu stellen, dass es ermöglicht, epitaxierte Siliciumscheiben mit gegenüber dem Stand der Technik verbesserter globaler Ebenheit zur Verfügung zu stellen.
Die Aufgabe wird gelöst durch ein erstes Verfahren zur Herstellung von epitaxierten Siliciumscheiben, bei dem eine Vielzahl von wenigstens auf ihren Vorderseiten polierten Siliciumscheiben bereitgestellt und nacheinander jeweils einzeln in einem Epitaxiereaktor beschichtet werden, indem jeweils eine der bereitgestellten Siliciumscheiben auf einem Suszeptor im Epitaxiereaktor abgelegt, in einem ersten Schritt nur unter Wasserstoffatmosphäre sowie in einem zweiten Schritt unter Zugabe eines Ätzmediums mit einem Fluss von 1,5–5 slm zur Wasserstoffatmosphäre, vorbehandelt wird, wobei bei beiden Schritten der Wasserstofffluss 1–100 slm beträgt, anschließend auf ihrer polierten Vorderseite epitaktisch beschichtet und aus dem Epitaxiereaktor entfernt wird.
Die Aufgabe wird auch gelöst durch ein zweites Verfahren zur Herstellung von epitaxierten Siliciumscheiben, bei dem eine Vielzahl von wenigstens auf ihren Vorderseiten polierten Siliciumscheiben bereitgestellt und nacheinander jeweils einzeln in einem Epitaxiereaktor beschichtet werden, indem jeweils eine der bereitgestellten Siliciumscheiben auf einem Suszeptor in einer Reaktorkammer des Epitaxiereaktors abgelegt wird, wobei mittels Injektoren in die Reaktorkammer eingebrachte Gasflüsse mittels Ventilen in eine äußere und eine innern Zone der Reaktorkammer verteilt werden können, so dass der Gasfluss in der inneren Zone auf einen Bereich um das Zentrum der Siliciumscheibe und der Gasfluss in der äußeren Zone auf einen Randbereich der Siliciumscheibe wirkt, wobei die Siliciumscheibe in einem ersten Schritt nur unter Wasserstoffatmosphäre bei einem Wasserstofffluss von 1–100 slm sowie in einem zweiten Schritt unter Zugabe eines Ätzmediums mit einem Fluss von 1,5–5 slm zur Wasserstoffatmosphäre, wobei auch im zweiten Schritt der Wasserstofffluss 1–100 slm beträgt und die Verteilung des Ätzmediums in innerer und äußerer Zone I/O = 0–0,75 beträgt, vorbehandelt wird und anschließend auf ihrer polierten Vorderseite epitaktisch beschichtet und aus dem Epitaxiereaktor entfernt wird.
Im erfindungsgemäßen Verfahren wird zunächst eine Vielzahl von wenigstens auf ihrer Vorderseite polierten Siliciumscheiben bereitgestellt.
Dazu wird ein nach dem Stand der Technik, vorzugsweise durch Tiegelziehen nach Czochralski, hergestellter Silicium-Einkristall mittels bekannter Trennverfahren, vorzugsweise durch Drahtsägen mit freiem („Slurry”) oder gebundenem Korn (Diamantdraht) in eine Vielzahl von Siliciumscheiben zersägt.
Des Weiteren erfolgen mechanische Bearbeitungsschritte wie sequentielle Einseiten-Schleifverfahren („single-side grinding, SSG), simultane Doppelseiten-Schleifverfahren („double-disc grinding”, DDG) oder Läppen. Die Kante der Siliciumscheibe einschließlich von gegebenenfalls vorhanden mechanischen Markierungen wie einer Orientierungskerbe („notch”) oder einer im wesentlichen geradlinigen Abflachung des Siliciumscheibenrandes („flat”) werden in der Regel auch bearbeitet (Kantenverrunden, „edge-notch-grinding”).
Außerdem sind chemische Behandlungsschritte vorgesehen, die Reinigungs- und Ätzschritte umfassen.
Nach den Schleif-, Reinigungs- und Ätzschritten erfolgt eine Glättung der Oberfläche der Siliciumscheiben durch Abtragspolitur. Beim Einseitenpolieren („single-side polishing”, SSP) werden Siliciumscheiben während der Bearbeitung rückseitig auf einer Trägerplatte mit Kitt, durch Vakuum oder mittels Adhäsion gehalten. Beim Doppelseitenpolieren (DSP) werden Siliciumscheiben lose in eine dünne Zahnscheibe eingelegt und vorder- und rückseitig simultan „frei schwimmend” zwischen einem oberen und einem unteren, mit einem Poliertuch belegten Polierteller poliert.
Anschließend werden die Vorderseiten der Siliciumscheiben vorzugsweise schleierfrei poliert, beispielsweise mit einem weichen Poliertuch unter Zuhilfenahme eines alkalischen Poliersols; zum Erhalt der bis zu diesem Schritt erzeugten Ebenheit der Siliciumscheiben liegen die Materialabträge dabei relativ niedrig, bevorzugt 0,05 bis 1,5 μm. In der Literatur wird dieser Schritt oft als CMP-Politur (chemo-mechanical polishing) bezeichnet.
Vorzugsweise sind die bereitgestellten Siliciumscheiben konkav poliert, um den durch Polier- (und auch Ätzschritte) verursachten Randabfall (Roll-off) auf einen äußeren Randbereich der Siliciumscheibe zu beschränken.
Der globale Ebenheitswert GBIR der bereit gestellten polierten Siliciumscheiben beträgt üblicherweise 0,2–0,5 μm bei einem Randausschluss von 2 mm.
Nach der Politur werden die Siliciumscheiben einer hydrophilen Reinigung und Trocknung nach dem Stand der Technik unterzogen. Die Reinigung kann entweder als Batchverfahren unter gleichzeitiger Reinigung einer Vielzahl von Siliciumscheiben in Bädern oder mit Sprühverfahren oder auch als Einzelscheibenprozess ausgeführt werden.
Bei den bereitgestellten Siliciumscheiben handelt es sich vorzugsweise um Scheiben aus monokristallinem Siliciummaterial, SOI(„silicon-on-insulator”)-Scheiben, Siliciumscheiben mit verspannten Siliciumschichten („strained silicon”) oder sSOI(„strained silicon-on-insulator”)-Scheiben. Verfahren zur Herstellung von SOI- oder sSOI-Scheiben wie SmartCut sowie Verfahren zur Herstellung von Scheiben mit verspannten Siliciumschichten sind im Stand der Technik bekannt.
Die bereit gestellten polierten Siliciumscheiben werden anschließend in einem Epitaxiereaktor jeweils einzeln vorbehandelt. Die Vorbehandlung umfasst jeweils eine Behandlung der Siliciumscheibe in Wasserstoffatmosphäre (H₂-Bake) und eine Behandlung der Siliciumscheibe unter Zugabe eines Ätzmediums zur Wasserstoffatmosphäre, vorzugsweise jeweils in einem Temperaturbereich von 950 bis 1200°C.
Beim Ätzmedium handelt es sich vorzugsweise um Chlorwasserstoff (HCl).
Die Vorbehandlung in Wasserstoffatmosphäre erfolgt bei einem Wasserstofffluss von 1–100 slm (Standard Liter pro Minute), besonders bevorzugt 40–60 slm.
Die Dauer der Vorbehandlung in Wasserstoffatmosphäre beträgt vorzugsweise 10–120 s.
Bei der Vorbehandlung mit dem Ätzmedium beträgt der Fluss des Ätzmediums 1,5–5 slm.
Der Wasserstofffluss beträgt auch bei der Vorbehandlung mit dem Ätzmedium 1–100 slm, besonders bevorzugt 40–60 slm.
Es hat sich gezeigt, dass sich die globale Ebenheit einer epitaxierten Siliciumscheibe durch den gegenüber dem Stand der Technik erhöhten Fluss des Ätzmediums deutlich verbessern lässt.
Dadurch, dass der HCl-Fluss auf 1,5–5 slm erhöht wird und der Wasserstofffluss wie beim ersten Vorbehandlungsschritt bei 1–100 slm liegt, wird die Dicke der Siliciumscheibe am Rand stärker reduziert als in Richtung eines Zentrums der Siliciumscheibe. Dies wirkt der konkaven Eingangsgeometrie der Siliciumscheibe entgegen.
Während bei einem H₂-Fluss von 50 slm (Standardliter pro Minute) und einem HCl-Fluss von 0,9 slm, d. h. dem im Stand der Technik üblichen HCl-Fluss, kein erhöhter Materialabtrag am Rand der Siliciumscheibe beobachtet wird (der Materialabtrag ist über die gesamte Scheibe gleichmäßig), kommt es durch eine Erhöhung des HCl-Flusses auf 1,5–5 slm, d. h. mit deutlich erhöhter HCl-Konzentration, je nach Dauer der Behandlung mit HCl zu einem Materialabtrag von bis zu 500–700 nm am Rand der Siliciumscheibe.
Bei der HCl-Ätzbehandlung ist – je nach gewünschtem Materialabtrag am Rand der zu epitaxierenden Siliciumscheibe – eine Behandlungsdauer von 10–0 s bevorzugt, ganz besonders bevorzugt 20–60 s.
Der besondere Vorteil dieses Verfahrens besteht darin, dass die Siliciumscheibe nach den Vorbehandlungsschritten eine für die nachfolgende Abscheidung einer epitaktischen Siliciumschicht optimale Form der Vorderseite erhält, da durch die Vorbehandlung die Siliciumscheibe in ihrem Randbereich eingeebnet und die konkave Form der Siliciumscheibe kompensiert wird. Es ist sogar möglich, die Geometrie in eine konvexe Form überzuführen, wie später an Beispielen gezeigt werden wird.
Besonders vorteilhaft ist, dass durch den gegenüber dem nächstliegenden Stand der Technik erhöhten H₂-Fluss beim zweiten Vorbehandlungsschritt eine laminare Gasströmung vorherrscht.
Es hat sich gezeigt, dass dies einen zusätzlichen positiven Effekt auf die globale Ebenheit der epitaxierten Siliciumscheibe hat, die über den im Stand der Technik (durch Reduktion des H₂-Flusses im zweiten Vorbehandlungsschritt) beobachteten Effekt hinausgeht.
Im zweiten erfindungsgemäßen Verfahren wird die Verteilung des HCl-Flusses in der Reaktorkammer gesteuert. Wie bereits im Stand der Technik beschrieben, ist für die Epi Centura-Reaktoren von Applied Materials eine Vorrichtung namens Accusett^TM erhältlich, umfassend Ventile („metering valves”), die dies zulässt. Der Fluss des Ätzmediums wird in eine innere und in eine äußere Zone der Reaktorkammer verteilt. Die Steuerung erfolgt vorzugsweise mittels geeigneter Software.
Das Ätzmedium, das in die innere Zone verteilt wird, wirkt auf einen Bereich um das Zentrum der sich auf einem Suszeptor befindlichen Siliciumscheibe. Der Teil des Ätzmediums, der in die äußere Zone der Kammer verteilt wird, wirkt auf einen äußeren Bereich der Siliciumscheibe, also insbesondere auf den Randbereich. Insgesamt entsprechen innere und äußere Zone insgesamt in etwa der Größe der zu behandelnden Siliciumscheibe.
Gemäß dem zweiten erfindungsgemäßen Verfahren beträgt der Fluss des Ätzmediums 1,5–5 slm. Die Verteilung des Ätzmediums zwischen innerer und äußerer Zone beträgt 0 bis maximal 0,75. Dieses Verhältnis ergibt sich aus der Menge an Ätzmedium in innerer Zone zu Menge an Ätzmedium in äußerer Zone. Hier zeigt sich ein deutlicher Unterschied zum Stand der Technik, der wie in US 2008/0182397 A1 bei der Ätzbehandlung eine Verteilung 1,0 bis zu 6,0 vorschreibt.
Die Größe der inneren und äußeren Zone bezogen auf die Siliciumscheibe lässt sich ebenfalls steuern, am einfachsten durch entsprechende Anordnung und Gestaltung der Gaseinlass-Vorrichtungen („Injektoren”), die die Gase in die Reaktorkammer leiten. Beispielweise könnte es sich bei der inneren Zone um eine kreisförmige Region von 75 mm Durchmesser in der Mitte der Siliciumscheibe handeln, bei einem Scheibendurchmesser von 300 mm, wie bereits in US 2008/0182397 A1 beschrieben.
Im erfindungsgemäßen Verfahren entspricht die innere Zone vorzugsweise einem Kreis von 100 mm Durchmesser im Zentrum der Siliciumscheibe, während die äußere Zone einem Ring von 100 mm Breite, die den Rand der Siliciumscheibe umfasst, entspricht. Bei diesen Werten wird ebenfalls von Siliciumscheiben mit einem Durchmesser von 300 mm ausgegangen. Bei Verwendung von Siliciumscheiben der nächsten, gerade in Entwicklung befindlichen Generation mit einem Substratdurchmesser von 450 mm, werden innere und äußere Zone analog dazu gewählt, ebenso bei kleineren Substraten wie 200 mm- oder 150 mm-Scheiben.
Die Menge des Ätzmediums wird vorzugsweise durch Veränderung des Durchmessers der Gasrohrleitungen für innere und äußere Zone bewerkstelligt. Durch Verringerung des Leitungsdurchmessers wird die Menge des Ätzmediums reduziert.
Grundsätzlich ist folgender Aufbau beim zweiten erfindungsgemäßen Verfahren bevorzugt: Die Einstellung der Gasmenge erfolgt mittels eines Mass Flow Controllers (MFC), der in der Lage ist, einen Fluss zwischen 1 und 5 slm einzustellen. Dies ist neu, da der im Stand der Technik benutzte MFC auf 1 slm begrenzt war. Diese Gasmenge wird dann über eine Hauptgasleitung zu zwei Nadelventilen geführt (innere und äußere Zone) und dort verteilt. Die Regelung erfolgt durch Einstellung der Ventile (Regelung des Leitungsdurchmessers innere und äußere Zone unabhängig voneinander). Die verteilten Gasmengen werden dann über einen Injektor in die Reaktorkammer eingebracht. Dieser Aufbau hat den Vorteil, dass eine automatische Steuerung über geeignete Software möglich ist.
Bezüglich der Behandlungsdauern und der Behandlungstemperaturen sind die im ersten erfindungsgemäßen Verfahren bevorzugten Wertebereiche auch im zweiten erfindungsgemäßen Verfahren bevorzugt.
Nach den Vorbehandlungsschritten wird eine epitaktische Schicht wenigstens auf der polierten Vorderseite der Siliciumscheibe abgeschieden. Dazu wird Wasserstoff als Trägergas eine Silanquelle als Quellengas zugegeben. Die Abscheidung der epitaktischen Schicht erfolgt abhängig von der verwendeten Silanquelle bei einer Temperatur von 900–1200°C.
Vorzugsweise wird als Silanquelle Trichlorsilan (TCS) verwendet bei einer Abscheidetemperatur von 1050–1150°C.
Die Dicke der abgeschiedenen epitaktischen Schicht beträgt vorzugsweise 0,5–5 μm.
Nach Abscheidung der epitaktischen Schicht wird die epitaxierte Siliciumscheibe aus dem Epitaxiereaktor entfernt.
Nach einer bestimmten Zahl an epitaktischen Abscheidungen auf Siliciumscheiben erfolgt eine Behandlung des Suszeptors mit einem Ätzmedium, vorzugsweise mit HCl, um den Suszeptor beispielsweise von Siliciumablagerungen zu befreien.
Vorzugsweise erfolgt ein Suszeptorätzen jeweils nach 1–5 epitaktischen Beschichtungen von Siliciumscheiben. Dazu wird die epitaxierte Siliciumscheibe entfernt und der substratfreie Suszeptor mit HCl behandelt.
Vorzugsweise wird neben der Suszeptoroberfläche die gesamte Prozesskammer mit Chlorwasserstoff gespült, um Siliciumablagerungen zu entfernen.
Vorzugsweise erfolgt nach dem Suszeptorätzen vor weiteren epitaktischen Prozessen eine Beschichtung des Suszeptors mit Silicium. Dies kann vorteilhaft sein, da die zu epitaxierende Siliciumscheibe dann nicht direkt auf dem Suszeptor aufliegt.
Außerdem hat sich gezeigt, dass das erfindungsgemäße Verfahren geeignet ist, eine Siliciumscheibe herzustellen, die eine Vorderseite und eine Rückseite umfasst, wobei wenigstens ihre Vorderseite poliert und wenigstens auf ihrer Vorderseite eine epitaktische Schicht aufgebracht ist und die einen globalen Ebenheitswert GBIR von 0,02–0,06 μm aufweist, bezogen auf einen Randausschluss von 2 mm.
Wird ein Randausschluss von 1 mm herangezogen, also ein verschärftes Kriterium, ergeben sich GBIR-Werte von 0,04 bis 0,08 μm.
Die Siliciumscheibe, die nach der Politur wenigstens ihrer Vorderseite einer hydrophilen Reinigung unterzogen wurde, wodurch sich eine native Oxidschicht auf der Siliciumscheibe ausbildete, wurde anschließend in einem Epitaxiereaktor in Wasserstoffatmosphäre vorbehandelt, um natives Oxid von der Siliciumscheibe zu entfernen, und anschließend in einem zweiten Schritt unter Zugabe von Chlorwasserstoff zur Wasserstoffatmosphäre behandelt, wobei der HCl-Fluss im zweiten Schritt 1,5–5 slm beträgt, was es ermöglicht, gezielt Siliciummaterial im Randbereich der Siliciumscheibe zu entfernen, die konkave Eingangsgeometrie der polierten Siliciumscheibe zu kompensieren oder zu überkompensieren (konvexe Geometrie) und der Siliciumscheibe nach epitaktischer Abscheidung eine flachere geometrische Form zu geben.
Es hat sich gezeigt, dass durch eine Erhöhung des HCl-Flusses auf 2 slm oder mehr (bis zu 5 slm) eine weitere Verbesserung der globalen Ebenheitswerte der epitaxierten Siliciumscheiben erreicht wird.
Dies gilt auch für die lokale Ebenheit, ausgedrückt durch den SBIR_max, der bei der erfindungsgemäßen Siliciumscheibe bei größer oder gleich 0,02 μm und kleiner oder gleich 0,05 μm liegt, ebenfalls bei einem Randausschluss von 2 mm und bezogen auf Teilbereiche eines Flächenrasters von Segmenten der Größe 26 × 8 mm². Dabei ergeben sich 336 Segmente, davon 52 „partial sites”. Die „partial sites” werden bei der Bestimmung des SBIR_max vorzugsweise berücksichtigt. Der PUA-Wert beträgt vorzugsweise 100%.
Bezogen auf einen Randausschluss von 1 mm ergibt sich ein SBIR_max von 0,04 bis 0,07 μm.
Die Siliciumscheibe ist vorzugsweise eine Scheibe aus monokristallinem Siliciummaterial, eine SOI(„silicon-on-insulator”)-Scheibe, eine Siliciumscheibe mit einer verspannten Siliciumschicht („strained silicon”) oder eine sSOI(„strained silicon-on-insulator”)-Scheibe, die mit einer epitaktischen Schicht versehen ist.
Die erfindungsgemäße epitaxierte Siliciumscheibe weist vorzugsweise eine Epi-Schichtdickengleichförmigkeit von höchstens 2,0% auf. Die Epi-Schichtdickengleichförmigkeit lässt sich durch Messung von Mittelwert t und Range Δt = t_max – t_min der Epi-Schichtdicke ermitteln. Besonders bevorzugt liegt Δt/t bei 0,5%–2,0%, ganz besonders bevorzugt bei 1,0%–1,5%. Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt bei den beanspruchten Gasflüssen und Gasflussverteilungen die Herstellung von epitaxierten Siliciumscheiben mit diesen Epi-Schichtdickengleichförmigkeiten.
Wenn im Stand der Technik versucht wird, die konkave Eingangsgeometrie der polierten Siliciumscheibe dadurch zu korrigieren, dass bei der Epitaxie in der Mitte der Siliciumscheibe eine dickere Epitaxieschicht abgeschieden wird, oder dadurch, dass zwar zunächst eine weitgehend gleichförmige Epitaxieschicht abgeschieden wird, die konkave Geometrie der epitaxierten Siliciumscheibe jedoch anschließend durch Ätzabtrag an der Epitaxieschicht korrigiert wird, ist es unmöglich, den für die Bauelementehersteller äußerst wichtigen und kritischen Parameter Epi-Schichtdickengleichförmigkeit in jenem engen Bereich von kleiner oder gleich 2% zu halten.
Beispiel:
Auf einer gemäß dem Stand der Technik hergestellten und abschließend auf ihrer Vorderseite mittels CMP polierten Siliciumscheibe mit einem Durchmesser von 300 mm wurde eine epitaktische Schicht abgeschieden. Die zu epitaxierende Siliciumscheibe war konkav poliert, wies also eine konkave Eingangsgeometrie und einen Randabfall auf.
Bei der Vorbehandlung dieser Siliciumscheibe im Epitaxiereaktor erfolgte zunächst eine Vorbehandlung in Wasserstoffatmosphäre bei einem H₂-Fluss von 50 slm.
Bei der nachfolgenden Vorbehandlung mit in die Wasserstoffatmosphäre zugegebenem Chlorwasserstoff betrug der HCl-Fluss 2,5 slm. Es wurden unterschiedliche Gasverteilungen gemäß zweitem erfindungsgemäßen Verfahren untersucht. Die Dauer der Vorbehandlung mit Chlorwasserstoff betrug jeweils 60 s.
Anschließend wurde bei einer Abscheidetemperatur von 1120°C und einem Trichlorsilan-Fluss von 17 slm eine epitaktische Schicht abgeschieden.
Die Ergebnisse werden nachfolgend anhand der 1 bis 8 erläutert.
1 zeigt den Verlauf der Dicke einer konkav polierten Siliciumscheibe über ihren Durchmesser („Line-Scan”).
2 zeigt den Materialabtrag bei einer Ätzvorbehandlung einer polierten Siliciumscheibe im Epitaxiereaktor über ihren Durchmesser.
3 zeigt im Wesentlichen die Dicke der abgeschiedenen epitaktischen Schicht über einen Line-Scan.
4 zeigt die Dicke der epitaxierten Siliciumscheibe über einen Line-Scan.
5 zeigt den Einfluss unterschiedlicher Prozessparameter bei der Ätzvorbehandlung auf die Scheibengeometrie, insbesondere bezüglich des Materialabtrags im Randbereich.
6 zeigt die Änderung der Dicke der Siliciumscheibe bei einer Ätzvorbehandlung im Epitaxiereaktor.
7 zeigt die Änderung der Dicke der Siliciumscheibe bei einer Ätzvorbehandlung im Epitaxiereaktor mit geänderter Gasverteilung.
8 zeigt SBIR-Werte einer erfindungsgemäß epitaxierten Siliciumscheibe für jede Bauelementfläche.
In 1 ist die Dickenverteilung einer konkav polierten Siliciumscheibe mit einem Durchmesser von 300 mm in Abhängigkeit vom Durchmesser als Line-Scan dargestellt. Hier ist ein Randausschluss von 2 mm zugrunde gelegt. Die Dicke nimmt vom Zentrum in Richtung Rand zu und zeigt am Rand einen Abfall.
Es ergibt sich ein globaler Ebenheitswert GBIR von 0,3 μm bei einem Randausschluss von 2 mm.
2 zeigt den Materialabtrag bei der Ätzvorbehandlung in Abhängigkeit vom Durchmesser der Siliciumscheibe. Während im Zentrum der Siliciumscheibe etwa 0,13 μm an Silicium abgetragen werden, steigt der Materialabtrag zum Rand hin an und zeigt insgesamt einen konkaven Verlauf, genau wie die Eingangsgeometrie der polierten Siliciumscheibe, so dass eine Kompensation der konkaven Eingangsgeometrie durch Abätzen von Siliciummaterial erreicht wird.
In 3 ist die Dickendifferenz zwischen epitaxierter und konkav polierter Siliciumscheibe abhängig vom Durchmesser als Line-Scan dargstellt. Diese Dickendifferenz steigt im Randbereich lokal an. Sie entspricht jedoch nicht der tatsächlichen Dicke der abgeschiedenen epitaktischen Schicht, sondern berücksichtigt auch die Veränderungen in der Dicke durch Vorbehandlungsschritte. Da am Rand der Siliciumscheibe während der Vorbehandlung mit dem Ätzmedium Material abgetragen wurde, wurde demzufolge am Rand deutlich mehr Silicium abgeschieden als in 3 dargestellt. Der Materialabtrag am Rand betrug bis zu 700 nm, der dann durch eine gleichmäßige epitaktische Schicht einer Dicke von 2,6 μm ± 1,5% überwachsen wurde. Damit wird eine Spezifikation für die Schichtdickengleichförmigkeit der epitaktischen Schicht eingehalten.
In 4 ist der Dickenverlauf der epitaxierten, CMP-polierten Siliciumscheibe in Abhängigkeit von ihrem Durchmesser als Line-Scan dargestellt, woraus sich bei einem Randausschluss von 2 mm ein globaler Ebenheitswert GBIR von 0,056 μm ergibt, also eine deutliche Verbesserung gegenüber der globalen Ebenheit der konkav polierten Siliciumscheibe. Es zeigt sich auch eine deutliche Verbesserung zum nächsten Stand der Technik.
5 zeigt die Eingangsgeometrie einer polierten Siliciumscheibe 51. Dargestellt ist die Dicke der Siliciumscheibe in Abhängigkeit von ihrem Durchmesser. Es zeigt sich ein konkaver Verlauf sowie ein Abfall der Dicke am Rand. 52 zeigt die Dicke der Siliciumscheibe nach Vorbehandlung mit 0,9 slm HCl-Fluss (Stand der Technik). Dies entspricht einer Standardätze mit durch den herkömmlichen Mass Flow Controller begrenztem HCl-Fluss.
53 zeigt die Geometrie der Scheibe nach erfindungsgemäßer Behandlung mit 2,5 slm HCl-Fluss (erstes erfindungsgemäßes Verfahren).
54 zeigt die Geometrie der Scheibe nach erfindungsgemäßer Behandlung mit 2,5 slm HCl-Fluss und erfindungsgemäßer Gasverteilung I/O = 0/200 = 0 (zweites erfindungsgemäßes Verfahren).
Bei 53 und insbesondere bei 54 zeigt sich eine Erhöhung des Ätzabtrags insbesondere im Randbereich. Durch die erfindungsgemäßen Verfahren sind noch deutlichere Veränderungen der Eingangsgeometrie der polierten Scheibe möglich, die die konkave Geometrie in eine konvexe Geometrie überführen und der Scheibe vor der nachfolgenden epitaktischen Abscheidung eine den jeweiligen Anforderungen gemäße und – abhängig von der Eingangsgeometrie – optimale Geometrie zu geben vermögen.
6 zeigt die Veränderung der Geometrie der polierten Siliciumscheibe durch eine erfindungsgemäße Ätzvorbehandlung. Hier wurde ein HCl-Fluss von 2,5 slm gewählt und als Flussverteilung I/O = 131/180 = 0,73. Hier zeigt sich ein Materialabtrag am Rand von bis zu 500 nm. Dargestellt ist die Dickendifferenz Δt (= Materialabtrag) zwischen polierter und im Epitaxiereaktor vorbehandelter Scheibe in Abhängigkeit vom Durchmesser.
7 zeigt die Veränderung der Geometrie der Scheibe, wobei im Vergleich zum Beispiel von 6 eine andere Flussverteilung von I/O = 0/200 = 0 gewählt wurde bei konstantem HCl-Fluss von 2,5 slm. Dargestellt ist auch hier die Dickendifferenz Δt bzw. der Materialabtrag durch die Ätzvorbehandlung in Abhängigkeit vom Durchmesser der Scheibe. Durch die geänderte Gasverteilung wird der Materialabtrag am Rand verstärkt auf bis zu 700 nm.
Im Stand der Technik waren auch bei Reduktion des H₂-Flusses während der Ätzvorbehandlung, die wie bereits erwähnt andere Nachteile mit sich bringt, nur Materialabträge von bis zu 300 nm am Rand möglich (vgl. DE 10 2005 045 339 A1 ).
In 8 sind Site-Geometriewerte SBIR für eine epitaxierte Siliciumscheibe bei einer Unterteilung in 336 Bauelementflächen („sites”) der Größe 26 × 8 mm² dargestellt. 52 von diesen 336 Bauelementflächen sind „partial sites”. Unter Verwendung eines Randausschlusses von 2 mm bzw. einer FQA von 296 mm sowie Berücksichtigung aller „partial sites” ergibt sich in diesem Fall ein maximaler Site-Geometriewert SBIR_max von 0,044 μm. Bei diesem Beispiel kamen folgende Prozessparameter zur Anwendung:

Schritt 1 Schritt 2 Schritt 3

H₂-Bake Ätzen Abscheidung

Verteilung I/O 110/157 0/200 110/157

HCl in slm - 3,5 -

H₂ in slm 60 20 50

Temperatur 1150 1150 1120
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- EP 547894 A1 [0007]
- EP 272531 A1 [0007]
- EP 580162 A1 [0007]
- DE 19833257 C1 [0008]
- DE 19938340 C1 [0012]
- DE 10025871 A1 [0014]
- DE 102005045339 A1 [0026, 0027, 0028, 0108]
- DE 102005045339 [0028]
- US 2008/0182397 A1 [0029, 0029, 0030, 0061, 0062]
- US 2008/0245767 A1 [0031]
- US 2007/0010033 A1 [0032]

Claims

Verfahren zur Herstellung von epitaxierten Siliciumscheiben, bei dem eine Vielzahl von wenigstens auf ihren Vorderseiten polierten Siliciumscheiben bereitgestellt und nacheinander jeweils einzeln in einem Epitaxiereaktor beschichtet werden, indem jeweils eine der bereitgestellten Siliciumscheiben auf einem Suszeptor im Epitaxiereaktor abgelegt, in einem ersten Schritt nur unter Wasserstoffatmosphäre sowie in einem zweiten Schritt unter Zugabe eines Ätzmediums mit einem Fluss von 1,5–5 slm zur Wasserstoffatmosphäre, vorbehandelt wird, wobei bei beiden Schritten der Wasserstofffluss 1–100 slm beträgt, anschließend auf ihrer polierten Vorderseite epitaktisch beschichtet und aus dem Epitaxiereaktor entfernt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die beiden Vorbehandlungsschritte jeweils in einem Temperaturbereich von 950 bis 1200°C erfolgen.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei es sich bei dem der Wasserstoffatmosphäre zugegebenen Ätzmedium um Chlorwasserstoff handelt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei bei beiden Vorbehandlungsschritten der Wasserstofffluss 40–60 slm beträgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei bei beiden Vorbehandlungsschritten die Dauer der Vorbehandlung 10–120 s beträgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei bei beiden Vorbehandlungsschritten die Dauer der Vorbehandlung 20–60 s beträgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei es sich bei den bereitgestellten Siliciumscheiben um Scheiben aus monokristallinem Siliciummaterial, SOI(„silicon-on-insulator”)-Scheiben, Siliciumscheiben mit verspannten Siliciumschichten („strained silicon”) oder sSOI(„strained silicon-on-insulator”)-Scheiben.
Verfahren zur Herstellung von epitaxierten Siliciumscheiben, bei dem eine Vielzahl von wenigstens auf ihren Vorderseiten polierten Siliciumscheiben bereitgestellt und nacheinander jeweils einzeln in einem Epitaxiereaktor beschichtet werden, indem jeweils eine der bereitgestellten Siliciumscheiben auf einem Suszeptor in einer Reaktorkammer des Epitaxiereaktors abgelegt wird, wobei mittels Injektoren in die Reaktorkammer eingebrachte Gasflüsse mittels Ventilen in eine äußere und eine innern Zone der Reaktorkammer verteilt werden können, so dass der Gasfluss in der inneren Zone auf einen Bereich um das Zentrum der Siliciumscheibe und der Gasfluss in der äußeren Zone auf einen Randbereich der Siliciumscheibe wirkt, wobei die Siliciumscheibe in einem ersten Schritt nur unter Wasserstoffatmosphäre bei einem Wasserstofffluss von 1–100 slm sowie in einem zweiten Schritt unter Zugabe eines Ätzmediums mit einem Fluss von 1,5–5 slm zur Wasserstoffatmosphäre, wobei auch im zweiten Schritt der Wasserstofffluss 1–100 slm beträgt und die Verteilung des Ätzmediums in innerer und äußerer Zone I/O = 0–0,75 beträgt, vorbehandelt wird und anschließend auf ihrer polierten Vorderseite epitaktisch beschichtet und aus dem Epitaxiereaktor entfernt wird.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei die beiden Vorbehandlungsschritte jeweils in einem Temperaturbereich von 950 bis 1200°C erfolgen.
Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, wobei es sich bei dem der Wasserstoffatmosphäre zugegebenen Ätzmedium um Chlorwasserstoff handelt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, wobei bei beiden Vorbehandlungsschritten der Wasserstofffluss 40–60 slm beträgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 11, wobei bei beiden Vorbehandlungsschritten die Dauer der Vorbehandlung 10–120 s beträgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 12, wobei bei beiden Vorbehandlungsschritten die Dauer der Vorbehandlung 20–60 s beträgt.
Siliciumscheibe mit einer Vorderseite und einer Rückseite, wobei wenigstens ihre Vorderseite poliert und wenigstens auf ihrer Vorderseite eine epitaktische Schicht aufgebracht ist und die einen globalen Ebenheitswert GBIR von 0,02–0,06 μm aufweist, bezogen auf einen Randausschluss von 2 mm.
Siliciumscheibe mit einer Vorderseite und einer Rückseite, wobei wenigstens ihre Vorderseite poliert und wenigstens auf ihrer Vorderseite eine epitaktische Schicht aufgebracht ist und die einen globalen Ebenheitswert 0,04 bis 0,08 μm aufweist, bezogen auf einen Randausschluss von 1 mm.
Siliciumscheibe nach Anspruch 14 mit einer lokalen Ebenheit, ausgedrückt als SBIR_max von größer oder gleich 0,02 μm und kleiner oder gleich 0,05 μm, bei einem Randausschluss von 2 mm und bezogen auf Teilbereiche eines Flächenrasters von Segmenten der Größe 26 × 8 mm².
Siliciumscheibe nach Anspruch 15 mit einer lokalen Ebenheit, ausgedrückt als SBIR_max von größer oder gleich 0,04 μm und kleiner oder gleich 0,07 μm, bei einem Randausschluss von 1 mm und bezogen auf Teilbereiche eines Flächenrasters von Segmenten der Größe 26 × 8 mm².
Siliciumscheibe nach einem der Ansprüche 14 bis 17, wobei es sich bei der Siliciumscheibe um eine Scheibe aus monokristallinem Siliciummaterial, eine SOI-Scheibe, eine Siliciumscheibe mit einer verspannten Siliciumschicht oder eine sSOI-Scheibe handelt, die mit einer epitaktischen Schicht versehen ist.
Siliciumscheibe nach einem der Ansprüche 14–18, weiterhin gekennzeichnet durch eine Schichtdicken-Gleichförmigkeit der epitaktischen Schicht von 0,5%–2%.
Siliciumscheibe nach Anspruch 19, gekennzeichnet durch eine Schichtdicken-Gleichförmigkeit der epitaktischen Schicht von 1,0%–1,5%.