TW200301931A - Semiconductor wafer and method of manufacturing the same - Google Patents

Description

200301931 (1) 玖、發明說明 【發明所屬之技術領域】 本發明是有關於具有磊晶層成長於其表面上之半導體 晶圓及其製造方法，且更特別是關於在當成長磊晶層時有 效地防止在晶圓之周圍產生例如微破裂之缺陷發生之技術。 【先前技術】 傳統上，通常在半導體晶圓之周圍實施稱爲切角 （ chamfering )之機器製造過程，以防止在半導體裝置之製 造過程期間發生破損或破裂。此切角方法包括一種方法將 半導體晶圓之周圍以機器製成弧形，以致於此磊晶薄膜成 長於其上之表面（以下稱爲〜主表面〃）與反面以平滑的 曲線連接；以及包括一種方法以機器將半導體晶圓之周圍 製成逐漸變薄之形狀，以防止主表面與反面在周圍之終端以 直角相接。尤其當此周圍以機器製成弧形時，其主表面與背 面是以完美的平滑弧形相連接，而非常有利地防止在晶圓之 周圍發生破裂或破損。 此如此切角之半導體晶圓是將其主表面單獨地或主表 面與背面均磨光成鏡面，且然後在主表面上成長各種成份之 磊晶薄膜。 然而，當半導體晶圓以上述方法切角，且將其磨成鏡 面之主表面側使用作爲基板而在其主表面上成長磊晶薄膜時 ，在主表面與接近主表面之切角部位上形成正常的磊晶薄膜 ，但在此接近磊圓周圍之切角部份之部位經常產生沒有單晶 (2) (2)200301931 體之特殊成長。然而，由於特殊成長所造成之扭曲變形與所 成長磊晶薄膜本身之扭曲變形，經常會發生稱爲微破裂之楔 形缺陷，其從特殊成長元件至磊晶薄膜。 然後，以在晶體中之扭曲或楔形切口 （微破裂）作爲 開始，此基板在磊晶成長之後經常會破裂。應注意的是，此 種現象之發生隨著磊晶薄膜厚度的增加而爲明顯。 本發明之產生是對以上的問題提供解決方案，且其目的 爲提供一種半導體晶圓，而在當在其主表面上實施磊晶成 長時，能夠有效防止在晶圓周圍形成微破裂，且防止此晶圓 以此微破裂作爲開始而破裂；以及提供其製造方法。 發明內容 現在，簡短說明導致完成本發明之關鍵要點。 首先，本案發明人硏究具有磊晶薄膜之半導體晶圓之 破裂機構，它是在當實施磊晶成長時發生，其藉由使用半 導體晶圓作爲基板而將其周圍以機器切割成弧形，以致於 其主表面與背面是由平滑的曲線連接。 更特別的是，實施一項實驗，其中在具有厚度500μιη 且被切角成250μιη半徑之半導體晶圓上實施磊晶成長，並 硏究如此成長之磊晶薄膜。在第4與5圖中顯示此實驗結果 〇 第4圖爲圖示其槪要顯示由以上實驗所獲得具有磊晶薄 膜之半導體晶圓。如同於第4圖中所示，此具有正常單晶 體之磊晶層30是形成於主表面10上，且切角部份20之一 (3) (3)200301931 部份更靠近主表面10，以及在接近此周圍之切角部份20之 部份上形成特殊成長5 0。 第5圖顯示切角部份20之晶圓周圍部份（在磊晶薄膜 3〇與特殊成長50之間的邊界）之放大圖。如同於圖中所示 ，經發現產生微破裂C，其由此特殊成長50與磊晶薄膜30 之間的邊界延伸至磊晶薄膜30之內部。 由此等結果發現當此晶圓周圍被切角成弧形時，在切角 部份（尤其接近此周圍）中產生異常的成長，並且在此特 殊成長與磊晶薄膜之間的邊界產生微破裂C。 此外，本案發明人根據以上實驗結果硏究此特殊成長之 原因，而獲得此槪念：此特殊成長之發生是因爲此接近周圍 之切角部份之部位之平面方向相對於主表面之平面方向是更 爲傾斜。另一方面，假設此由特殊成長所造成之扭曲變形， 以及由於在磊晶薄膜與基板之間晶格匹配不良所造成扭曲變 形，造成在受到此扭曲變形之應力之磊晶薄膜中更容易產生 微破裂。尤其特別的是，假設在磊晶薄膜30與特殊成長50 之間的邊界中之單晶體部份與非單晶體部份彼此靠近，且因 此由此等部份所造成之扭曲變形導致微破裂產生，其然後朝 晶圓之中心延伸。 然後，根據此項發現：藉由使用所形成之半導體晶圓， 以致於切角部份之平面方向對於主表面之平面方向並未傾斜 太多，而可以防止特殊成長的發生，且可進一步抑制微破裂 之發生，因此發明此種方法以形成傾斜表面，其所具有平面 方向在此晶圓主表面而周圍之至少預設長度上相對更接近主 (4) (4)200301931 表面之平面方向。這消除了在主表面與切角剖份之間徒峭之 邊界，因此允許大幅改變此表面之結晶方向（平面方向） 〇 其次，本案發明人對於半導體晶圓作實驗，其具有上 述之在主表面的周圍上所形成之傾斜表面，且將其周圍終端 以機器製成弧形以有效地防止在晶圓中產生破損或破裂。更 特別而言，是實施磊晶成長之實驗，其藉由使用半導體晶 圓作爲基板而具有在主表面10之周圍上所形成之傾斜表面 2 1，且更具有如同在第1圖中所示在晶圓之最外周圍部份上 所形成之弧形部份22。因此發現在弧形部份22上產生特殊 的成長。此結果可以由以上描述先前的實驗容易地獲得。 現在硏究一種方法以降低在特殊成長與磊晶薄膜之間之 扭曲變形，並發明一種技術以實施鏡面拋光，以致於此傾斜 表面21之（接近周圍之）部份並未形成鏡子表面。 第2圖爲圖形其槪要顯示具有磊晶薄膜之半導體晶圓 ，其藉由使用半導體晶圓作爲基板（其經歷由上述技術之 鏡面拋光）之磊晶成長而獲得。這即是，當藉由使用半導 體晶圓作爲基板（其藉由上述技術而經歷受到鏡面拋光） 而實施磊晶成長時，在主表面10與鏡面拋光之傾斜表面 21a上形成磊晶薄膜30、在未經鏡面拋光之傾斜表面21b上 形成非完全單晶體之成長薄膜40、並且在弧形部份22上形 成特殊成長50。 在此情形中存在此未鏡面拋光傾斜表面21b其所具有平 面方向是接近主表面10與弧形部份22之間主表面之平面方 -9- (5) (5)200301931 向，且此弧形部份22防止不正常的成長延伸超過未鏡面拋 光部份而至主表面之附近。此外，亦不會在此未經鏡面拋光 傾斜表面21b上所形成之薄膜中產生微破裂。 這即是，即使在弧形部份2 2上形成特殊成長5 0，此在 未經鏡面拋光剖份21b上所形成之成長層40扮演緩衝器之 角色，因而防止由此特殊成長所造成之扭曲變形延伸至磊晶 薄膜30。此外，此並非完全單結晶體之成長層40可以減少 由特殊成長50所造成的扭曲變形，其使得可以防止由扭曲 變形所造成之微破裂。 然後，本案發明人硏究此切角部份20之傾斜表面2 1對 主要表面之角度0、以及在晶圓半徑方向中傾斜表面之長度 L。更特定而言，用以下的方式進行實驗：在第1圖之半導體 晶圓中，將此傾斜表面對主表面之傾斜在0°至45°的範圍 中改變，且在具有不同傾斜角度之各晶圓上實施切角，以致 於此傾斜表面21之長度L是在50至1000μιη的範圍中。在 如此獲得之各晶圓上實施相同的鏡面拋光，並測量未經鏡面 拋光表面之長度L2。此外，硏究使用晶圓作爲基板之磊晶 成長之薄膜。 在第3圖中顯示實驗的結果。從此實驗發現，當此傾斜 表面之傾斜角度大於或等於25 °時，則不論此傾斜表面2 1 在晶圓徑向中之長度L爲何在其上產生特殊成長。 此外發現，當將在晶圓徑向中傾斜表面21之長度L設 定爲ΙΟΟμιη或更短時（由在第3圖中（所塡滿之菱形與方 形塊之）♦與記號所顯示），則在弧形部份22中靠近特 (6) (6)200301931 殊成長5 0所產生之成長薄膜（磊晶薄膜）中產生微破裂。 由此可以假設，當將在晶圓徑向中之傾斜表面2 1之長度L 設疋爲ΙΟΟμιη或更短時’在傾斜表面21上並未形成或形成 非常短的未經鏡面拋光之部份，其允許在整個傾斜表面21 上實質上形成正常單結晶體之磊晶薄膜，且因此在磊晶薄膜 與特殊成長之間產生扭曲變形，而造成微破裂發生。有鑑於 此，將鏡面拋光設計成其實施留下長度爲50μιη或更長之未 經鏡面拋光部份。 由以上實驗之結果終於發現，藉由切角形成傾斜表面 21以致於產生不小於5°且不大於25°之傾斜角度，而可以 在防止在傾斜表面21中產生特殊成長；而在同時藉由實施 鏡面拋光以致於存留在傾斜表面2 1上未經鏡面拋光部份 21b爲50μιη或更長而可有效防止微破裂之發生，其歸因於 由特殊成長所造成之扭曲變形。 本發明根據以上之發現而完成，且提供一種半導體晶 圓，其具有被切角之周圍且具有至少一受到鏡面拋光之主 表面，其中此晶圓周圍具有傾斜角不小於5°且不大於25° 之傾斜表面。 這使得可以在晶圓周圍上所形成切角部份（傾斜表面） 中產生特殊成長，且因此亦防止由磊晶薄膜與特殊成長之扭 曲變形所造成之微破裂。 此外，藉由將在晶圓徑向中傾斜表面之長度設定爲 ΙΟΟμιη或更長，而可以在半導體裝置之製造過程期間有效 避免破損或破裂。 _ 11 - (7) (7)200301931 此外，將傾斜表面設計成具有朝向晶圓周圍之非鏡面拋 光部份。這即是，藉由在非鏡面光部份上形成並非完全單晶 體（單結晶與非單結晶晶體之混和）之成長薄膜，則可減 少在此薄膜與特殊成長部份（非單結晶晶體）之間之扭曲 變形，因此可以避免由於此種扭曲變形所產生之微破裂。此 非鏡面拋光部份之長度較佳爲5 0 μ m或更長。 此外，當半導體晶圓之製造過程包括切角步驟時（其 形成傾斜表面、此表面對主表面之傾斜角度不小於5°且不 大於25° 、且其在晶圓之周圍在此晶圓徑向中之長度不小 於1 0 0 μιη)，並且實施鏡面拋光步驟拋光，以致於在接 近晶圓周圍之主表面上之傾斜表面之一部份上存留非鏡面拋 光部份，而可以產生半導體晶圓其適合作爲用於磊晶成長 之基板使用。 此外，藉由在以上使用作爲基板之半導體晶圓之主表 面上形成磊晶成長薄膜，可以獲得具有磊晶薄膜之高品質 半導體晶圓。 【實施方式】 以下將參考圖式說明本發明之較佳實施例。

首先，藉由'ν液體封包丘克拉斯基〃法（LEC:liquid encapsulated Czochralski )在（100)方向半成長 n-型 inP 單晶體，將此單晶體以機器切割成具有兩英吋直徑之圓錐形 ’藉由切成薄片而由它切出半導體晶圓W，以致於晶圓W 之表面形成（100)表面。 (8) (8)200301931 然後，藉由將它磨成如同在第1圖中所示之切角形狀而 將半導體晶圓W之周圍切角。在此時在主表面上形成傾斜 表面21，其對作爲主表面10之（100)表面以11°之角度 傾斜。此外，在此傾斜表面之外側形成弧形部份22。 其次，使半導體晶圓W之表面受到鏡面拋光。將此由 切角過程所形成傾斜表面21之長度L設定，以致於在此時 點完成鏡面拋光，此傾斜表面21之長度L等於300μιη。在 此時之未鏡面拋光部份L2之長度爲50μιη。此設定値可藉由 將切角後被移除表面部份之深度設定爲固定値而以幾何的方 法確定。 其次，藉由使用如同上述經切角與鏡面拋光之半導體 晶圓W作爲基板而成長磊晶薄膜，其具有藉由有機金屬氣 相磊晶（MOCVO )之 ΙηΡ (Ιμιη) /InGaAs (4μιη) /InP (1 μιη)之組成成份。此結構廣泛地使用於例如是PIN光二 極體之光學裝置。 然後，在磊晶成長之後觀察磊晶薄膜之表面，但並未 發現例如是特殊成長或微破裂之缺陷。 其次，同樣用於與實施例比較，藉由以下方式形成半 導體晶圓：將此由ΙηΡ單晶體塊所切割出的晶圓經歷受到 傳統之切角而形成半導體晶圓，以致於此晶圓之主表面與 背面藉由平滑弧形邊緣連接，並且進一步作鏡面拋光，且 藉由使用半導體晶圓作爲基板而實施例磊晶成長。然後觀 察磊晶薄膜之表面。因此，在晶圓周圍（切角部份）中之 各處發現特殊的成長。此外，發現產生從此特殊成長延伸 -13 - (9) (9)200301931 至晶圓中心之微破裂。 在本實施例中在晶圓的周圍形成傾斜表面，其具有對 主表面1 1 °之傾斜角，並且然後將此晶圓徑向中傾斜表面 之長度設定爲3 00 μιη。這使得可以防止在晶圓周圍之主表 面側之切角部份（傾斜表面）產生特殊之成長，並且避免 由於磊晶薄膜與特殊成長之扭曲變形而產生微破裂。 以上根據較佳實施例而說明本案發明人之本發明。然而 ，本發明之並不受限於以上之實施例，但可作改變或修正而 不會偏離本發明之標的。 例如，傾斜表面之傾斜角度可在5°至25°的範圍中改 變，且藉由形成傾斜表面以致於在鏡面拋光之後其徑向長度 成爲ΙΟΟμιη或更長，而可獲相同有利的效果。 應注意此在鏡面拋光之後所存留作爲未被鏡面拋光表面 之傾斜表面之部份較佳等於50μιη或更長，並且只要滿足此 條件，則鏡面拋光之處理條件並未受到特殊限制。 根據本發明，在具有被切角之周圍之半導體晶圓中， 且具有其至少一主表面側受到鏡面拋光，且晶圓之周圍具有 傾斜表面其對主表面之傾斜角度不小於5 °且不大於2 5 ° ， 且同時將此晶圓徑向中傾斜表面之長度設定爲ΙΟΟμιη或更 長。此外，將傾斜表面設計成具有接近晶圓周圍未被鏡面拋 光之部份。因此，本發明具有以下有利之效果：能夠防止在 晶圓周圍之切角部份（傾斜表面）中產生特殊成長，且同 時防止由於磊晶薄膜與特殊成長之扭曲變形而產生微破裂。 (10) (10)200301931 雖然以上之說明主要是關於：使用IP單晶體之半導體晶 圓作爲基板，且在其主表面上磊晶成長InP/InGaAs/InP，然 < 而本發明並不受限於此，而可廣泛地應用於以下之情形：使 用m - v族元件之半導體單晶體或其他半導體單晶體作爲 4 基板，且在基板之主表面上磊晶成長複合半導體層，其晶 格常數相當接近基板之晶格常數。 【圖式簡單說明】 · 第1圖爲根據本發明之半導體晶圓之槪要圖； 第2圖爲根據本發明之半導體晶圓主表面之槪要圖， 此晶圓作爲基板在其上實施磊晶成長； 第3圖顯示在傾斜平面之傾斜角度0、比平面在晶圓 徑向中之長度L、以及非鏡面拋光部份之長度L2之間之 關係。 第4圖爲具有磊晶薄膜之半導體晶圓之槪要圖，此薄 膜是使用以習知技術切角之半導體晶圓作爲基板藉由實施 · 磊晶成長而獲得；以及 桌5圖爲第4圖中所不切角部份20之放大圖，其顯示 晶圓主表面之周圍部份（介於磊晶薄膜3〇與特殊成長50之 · 間之邊界）之細節。 主要元件對照表 10 主表面 20 切角部份 (11) (11)200301931 21 傾斜表面 21a 鏡面拋光傾斜表面 \ 21b 未經鏡面拋光傾斜表面 22 弧形部份 * 30 單結晶薄膜（磊晶薄膜） 40 成長層 50 特殊成長 W 半導體晶圓 · C 微破裂

-16-

Claims (1)

1. (1) (1)200301931 拾、申請專利範圍 1· 一種半導體晶圓，具有被切角之周圍，以及具有 至少一受到鏡面拋光之主表面，其特徵爲 _ 此周圍具有傾斜表面，其對於主表面之傾斜角不小於 、 5°且不大於25° 。 2·如申請專利範圍第1項之半導體晶圓，其中 此晶圓在倥向中傾斜表面之長度大於或等於l〇〇pm。 3·如申請專利範圍第1項之半導體晶圓，其中 | 將傾斜表面設計成具有接近晶圓周圍之未鏡面拋光部份 〇 4. 一種半導體晶圓，其特徵爲 具有在以如申請專利範圍第1至3項中任一項半導體 晶圓作爲基板上所形成之磊晶成長薄膜。 5· —種製造半導體晶圓之方法，其特徵爲包括以下步 驟： •切角步驟：形成傾斜表面，其對主表面之傾斜角度不 · 小於5°且不大於25° ，且其在晶圓周圍上之晶圓徑向中之 長度不小於ΙΟΟμιη;以及 •鏡面拋光步驟：其實施拋光，以致於未鏡面拋光部份 存留在接近晶圓周圍之主表面上之傾斜表面之部份上。 -17-