TW201128688A - Verfahren zur herstellung einer halbleiterscheibe aus silizium mit einer epitaktisch abgeschiedenen schicht - Google Patents

Description

201128688 六、發明說明：_ 【發明所屬之技術領域】 本發明關於一種製造具有磊晶沉積層之由矽構成的半導體晶圓 的方法，該方法係包含以下步驟： 引導一蝕刻氣體通過磊晶反應器’從而通過蝕刻氣體的作用移 除該磊晶反應器内的表面上的殘留物； 引導一第一沉積氣體通過該蟲晶反應is ’從而在該蟲晶反應益 内的表面上沉積梦； 在該磊晶反應器的基座上放置一由矽構成的基材晶圓；以及 引導一第二沉積氣體’在該基材晶圓上沉積一層蟲晶層。 【先前技術】 在例如EP1533836A1中同樣描述含有該等步驟的方法。因此， 將在基材晶圓上沉積矽的過程中，在適當之情況下以不須加以控 制的方式從磊晶反應器之表面上移除沉積在該等表面上的殘餘物 係有利且必要的。一般而言，此步驟（即下文中所謂的「腔體蝕 刻」）係依污染物程度和所需之品質而酌量進行。如果磊晶沉積 在基材晶圓上的塗層為20微米或者更厚，或者有特別高品質的需 求者，較適合之情況則為在一個基材晶圓上沉積磊晶層之後，在 下一基材晶圓塗佈前進行腔體蝕刻。在其他情況下，腔體蝕刻則 可以較少之頻率進行，例如在每塗佈2個至8個基材晶圓後進行。 EP1533836A1也提出藉由引導沉積氣體通過磊晶反應器，以在磊 晶反應器内的蝕刻表面上塗佈一矽薄膜。該矽薄膜將密封表面， 並阻止污染物於隨後的基材晶圓塗佈過程中從表面擴散進入生長 4 Λ 201128688 中之磊晶層内。在下文中，在腔體钱刻後於磊晶反應器内的表面 上所進行之碎薄膜沉積稱為「腔體塗佈」。 DE102005045337A1描述了腔體蝕刻對於隨後塗佈有磊晶層之 基材晶圓的平整度具有不利效果。因此特別是此種半導體晶圓的 局部平整度將會受到損害°因此’建議以將一親水性晶圓放置在 基座上達一小段時間之方式，在腔體蝕刻後對基座進行親水化。 該步驟之不利之處在於需要一專門方法步驟來親水化基座。 腔體蝕刻亦對於隨後塗佈有磊晶層之基材晶圓之少數電荷載子 (minority charge carrier )的壽命具有不利效果。此種半導體晶圓 中少數電荷載子的哥命係取決於「微波光導衰退（mkr〇wave photoconductivity decay，^PCD )」，若在基材晶圓塗佈前省略腔 體融刻和腔體塗佈，則少數電荷載子的壽命將顯著地更短。 腔體钱刻另外對基座’特別是升降銷（嵌在基座底部，用於升 起和放低晶圓）具有腐蝕效果。由於腐蝕導致的磨損，基座和升 降銷需要相對頻繁地進行更換。 緣此’本發明之目的旨在減少與腔體蝕刻相關的缺點，並且不 用犧牲相關的優點，同時亦不引入新的缺點。 【發明内容】 本發明目的係藉由一種製造具有磊晶沉積層之由矽構成的半導 體晶圓的方法所實現，該方法包括： 在一遙晶反應器的一基座上放置一擋片（dummy wafer); 引導一#刻氣體通過該磊晶反應器，以便通過該蝕刻氣體的作 用來移除該磊晶反應器内之表面上的殘留物； 201128688 引導-第"L積氣體通過衫晶反應器，從而在該蟲晶反應器 内之表面上沉積石夕； 用一由石夕構成的基材晶圓來替代該撞片；以及 導入-第…儿積氣體，從而在該基材晶圓上沉積一蠢晶層。 【實施方式】 不同於前述之先前技術中所述及的方法，本發明係同時在腔體 钱刻過程和腔料佈雜巾於録域供-㈣。財驟帶來多 個相關的優點：在腔難刻和腔體塗佈以後，具有蟲晶沉積層的 第半導體曰曰圓之/數電荷載子的壽命係長於在腔體姓刻和腔體 塗佈過程中省略擋片者。同樣的，在此情況下基座和固定銷 (h〇ldhlg㈣）的磨損亦有所下降。在腔體姓刻和腔體塗佈過程 中擋片擋住了基座的大部分，此使得常含於腔體钱刻期間之钱 刻氣體中的氣化氫很難或無法到達基座中被遮㈣部位，尤其是 併於其中的升降銷。因此，基座中被播片遮擋的部分在腔體飯刻 過程中將不又㈣j氣體的腐㈣響。在隨後的腔體塗佈過程中， 撞片仍位於基座上，導致㈣膜亦無法沉積到基座中被撞片阻撐 的』刀上此形成了多種有益效果蓋因避免了以下方面。 如果在腔體㈣和腔體塗佈過程巾省略擋片，财腔體塗佈 後’基座覆蓋有-被氣化氫污染㈣薄膜。在為基材晶圓之正面 塗佈蟲日日層基期間’氣化氫將從薄膜擴散人經沉積的為晶層 中’導致了所觀察到的少數電荷載子壽命縮短。 如果在腔體钱刻和腔體塗佈過程中省略撞片則在為由石夕構成 的基材晶®塗佈㈣晶層時將存在著風險，其邊緣區域承載在基 6 201128688 ' 座架〇edge)上的基材晶圓將在多個點與在腔體塗佈過程中沉積 在基座上的矽薄膜一起生長。在此情況下，經塗佈之半導體晶圓 背面的邊緣區域將產生缺陷，該缺陷將產生晶格應力並引發滑移。 如果在腔體蝕刻和腔體塗佈過程中省略擋片，而所使用的基座 基底由不透氣材料（不含有孔洞或者通孔）構成時，則風險在於， 在基材晶圓塗佈過程中，最終氫將穿過基座之基底與升降銷之間 的間隙並到達基材晶圓背面，使基材晶圓背面所形成的原生氧化 物層被局部分解。此會造成原生氧化物層與無氧區域間之過渡形 態（transitions)，即所謂的「銷環（pinhai〇)」，其在聚光線下 可被看見，該過渡型態將影響基材晶圓背面的奈米形貌，即在〇 5 毫米至10毫米之測定距離下，會造成高達6〇奈米之高度起伏。 如果在腔體蝕刻和腔體塗佈期間存在有擋片，則不會產生該過渡 型態。擋片將遮住下面的基座部分，從而維持基座表面的親水性 特徵。該表面特性將隨後保護基材晶圓背面的原生氧化層不在升 降銷區域中被溶解。 該擋片可以例如由矽構成、或者由碳化矽構成、或者石墨塗佈 的碳化硬構成、或者由石英構成。較佳為由碳切構成或者由石夕 構成的擋片；特佳為至少在其背面上進行氧化或者覆蓋-由經沉 積之一氧化矽構成之層的擋片。舉例而言，該氧化層保護擋片下 方之=不被蝕刻氣體分解，且使基座中被擋片覆蓋的部分親水 右由矽構成或由碳化矽構成的擋片不僅僅是背面，而是全部 被^化層覆蓋，則具有相同的優點。擋片特佳係背面或者全部（也 、疋說在兩面以及邊緣）均塗佈有低熱氧化物（ 201128688 〇xide ’ LTO)層之㈣構成或者由碳切構成者。ltq層較佳達 議奈米至40,000奈米厚。較佳係重複使用擋片即撞片係使用 在至少-另外的腔體_和至少—另外的腔體塗佈上並在另一 基材晶81上塗佈i晶層之前進行該腔驗刻和該腔體塗佈。 圓的磊晶反應器來進 該方法較佳係採用一種能塗佈單一基材晶 行，例如商購自Applied Materials沾r * ,，

temls的Centura型或者商購自ASM

International N.V.的Epsilon型單一晶圓磊晶反應器。 撞片以及基材晶圓較佳係放置在一由碳化石夕構成且放置在基座 上的環上’從而減少在蟲晶層沉積過程中基材晶圓的熱負載。同 樣較佳的替代方式，可採用—個具有基絲之邊緣支撐體的一體 成形基座（〇ne-partsusceptor)。於該兩情況中，擋片和基材晶圓 僅在邊緣區域與支撐體接觸。 基座的基底較佳係具有通孔或孔隙通道之透氣結構。然而，其 也可以由不透氣材料構成。 在腔體蝕刻之前，係將擋片放置於基座上。在此情況下，擋片 的背面與基座的基底彼此相對。腔體蝕刻較佳係在1〇5〇。匸至 1200°C的溫度下進行。較佳係使用氯化氫和氫氣的混合物作為蝕 刻氣體。氣化氫較佳以5標準升/每分鐘至20標準升/每分鐘的氣 體流率導入通過磊晶反應器，氫氣的氣體流率較佳為5標準升/每 分鐘至20標準升/每分鐘。腔體蝕刻較佳係持續50秒至4〇〇秒。 腔體塗佈較佳係在ll〇〇〇C至1200°C溫度下進行，較佳係採用 一含三氣矽烷的第一沉積氣體。三氣矽烷的氣體流率較佳為1〇標 準升/每分鐘至19標準升/每分鐘。腔體塗佈較佳係持續1〇秒至 201128688 100秒。在腔體塗佈期間同樣也將在腔體蝕刻斯間所使用的擋片放 置於基座上。 在腔體塗佈後，磊晶反應器之溫度係降低至550°c至900°C，並 用一基材晶圓來代替擋片。在此情況下，基材晶圓背面和基座基 底係彼此相對。 基材晶圓較佳為具有一經拋光正面的單晶矽晶圓。基材晶圓的 直徑較佳為150毫米至450毫米，例如為150毫米、200毫米、300 毫米或450毫米。基材晶圓可參酌例如DE102005045337A1中的 方式製備。 在沉積蠢晶層之前，基材晶圓較佳係於磊晶反應器中進行以下 預處理·首先，對基材晶圓進行氫氣處理（'Ή2烘烤（bake ) ”）， 從而移除基材晶圓之正面或正面及背面上的原生氧化物層。然 後，引導氯化氫和氫氣通過磊晶反應器，從而在磊晶層沉積之前 平滑化基材晶圓的正面。 在預處理後’較佳係於11〇()〇c至i細。C溫度下在基材晶圓的 正面藉由引導-第二沉積氣體通過蟲晶反應器之方式塗佈一蟲晶 層。較佳地，也同時對基材晶圓的背面進行氫氣淨化。第二沉積 氣體係S有會刀解出供形成蟲晶層之物質的化合物。該物質較佳 錯W及如蝴、磷或钟之摻雜物。舉例說明，對於沉 、、有㈣妙膜層而s ,沉積氣體較佳係包含有三㈣烧、氮 院。亦可沉積㈣以外之不同材料構成的層，如由鍺構 成的層或者切和鍺構成的層。 201128688 在基材晶圓上沉積磊晶層後進行包括放置擋片於基座上並再次 進行腔體蝕刻之方法；或者，較佳係在下次於擋片存在的情況下 進行腔體蝕刻及腔體塗佈之前，塗佈2個至24個或更多的另外晶 圓。 實施例 在腔體蝕刻和腔體塗佈以後，對數個直徑為300毫米之由矽構 成之基材晶圓塗佈一由妙構成的蟲晶層。其中*係在氣化氮存在 的情況下，以1170°C之溫度進行腔體蝕刻，持續200秒。並在 1150°C溫度進行隨後的腔體塗佈，持續40秒。用於達成此目的之 第一沉積氣體係由三氯矽烷和氫氣的混合物組成，其等分別以17 標準升/每分鐘和30標準升/每分鐘的氣體流率引導通過磊晶反應 器。 用於塗佈基材晶圓正面的第二沉積氣體係由三氣矽烷和氫氣的 混合物組成。三氯矽烷係以17標準升/每分鐘的氣體流率引導通過 磊晶反應器，而氫氣則以50標準升/每分鐘的氣體流率引導通過磊 晶反應器。塗佈持續時間為100秒，塗佈溫度為1150°C。 經塗佈的半導體晶圓被區分為：在有擋片存在下進行腔體蝕刻 和腔體塗佈後再進行塗佈的半導體晶圓（按實施例所得半導體晶 圓）；和在無擋片存在下進行腔體蝕刻和腔體塗佈後再進行塗佈 的半導體晶圓（按比較例所得半導體晶圓）。在擋片存在下進行 腔體蝕刻和腔體塗佈期間，係採用由碳化矽構成的擋片，且其在 背面塗佈有LTO層。 對該等經塗佈之半導體晶圓進行後續之檢測，並發現以下結果： 201128688 比較按比較例所得半導體晶圓之少數電荷載子的壽命（藉由 μ-PCD方式所測得）平均較按實施例所得半導體晶圓縮短了⑽ 與。 根據SEMTM43定義的方法測量並以臨界值丁表示背面的奈米 形貌，例如㈣奈米與T=55奈米相比，按實施例所得半導：晶 圓要顯著優於㈣㈣所得半導體晶圓。其中，該測量係使用商 購自鐵@ Wafersight型儀器所進行的。臨界值τ為計算所有 FQA (固定品質區）之PV值（ρν=峰至谷之值）分佈中之達㈣ 準差（sigma)之PV值。正方形之測量區域之邊長為ι〇毫米。 第1圖和第2圖顯示經塗佈的半導體晶圓背面在奈米形貌測量 期間所測得的高度起伏。通過該等圖片之比較可辨別出經改進的 :米形貌。13此’尤其是，在按比較例所得之半導體晶圓背面的 「銷環」在第1圖中係清晰可見，而在按實施例中所得之半導體 晶圓背面上則不存在（第2圖）。 藉由商購自Rudolph 0 NSX®型儀器檢測背面邊緣區域的缺 陷。對應之缺陷影像（第3圖和第4圖）顯示按比較例所製得之 半導體晶BU第3圖）引發「滑移」的缺陷數量和密度係顯著高 於按實施例所製得之半導體晶圓（第4圖）。 第5圖和第6圖的比較清楚揭示了本發明方法的另一優點。其 二圖各已顯示沿經塗佈之半導體晶圓之直徑方向上的磊晶沉積層 厚度的差異。減㈣所製得之半導體晶圓（第5圖）在邊緣處 厚度顯著增加。而在按實施例所製得之半導體晶圓（第6圖）之 情況下，邊緣處之厚度增加則顯著較小。 201128688 【圖式簡單說明】、 第1圖顯示按比較例所製得之經塗佈的半導體晶圓背面的高度起 伏； 第2圖顯示按實施例所製得之經塗佈的半導體晶圓背面的高度起 伏； 第3圖顯示按比較例所製得之半導體晶圓的背面邊緣區域中引發 .「滑移」的缺陷數量和密度； 第4圖顯示按實施例所製得之半導體晶圓的背面邊緣區域中引發 「滑移」的缺陷數量和密度； 第5圖顯示沿按比較例所製得之經塗佈之半導體晶圓的直徑方向 上之磊晶沉積層之厚度；以及 第6圖顯示沿按實施例所製得之經塗佈之半導體晶圓的直徑方向 上磊晶沉積層之厚度。 【主要元件符號說明】 (無）

Claims (1)

1. 201128688 七、申請專利範圍： 、 L 一種製造具有磊晶沉積層之由矽構成的半導體晶圓的方法， 其包括： 在一磊晶反應器的一基座上放置一擋片（dummy wafer );引導一蝕刻氣體通過該磊晶反應器，從而通過該# 刻氣徵的作用來移除該磊晶反應器内之表面上的殘留物； 弓丨導一第一沉積氣體通過該磊晶反應器，從而在該磊晶 反應器内之表面上沉積矽； 用〜由矽構成的基材晶圓來替代該擂片；以及 弓丨導一第二沉積氣體通過該磊晶反應器，從而在該基材 晶圓上沉積一磊晶層。 2.如研求項1所述之方法，其包括： 在至少2至24個另外的基材晶圓上沉積一磊晶層，而在 這期間沒有擋片放置於該基座上。 3. 如請求項1或2所述之方法，其切擋片_賴成，或者 碳化石夕構成，或者由塗佈石墨的喊化碎構成，或者由石 構成；或者係㈣或碳㈣㈣ 有一氧化物層。 可玉。P覆蓋 中任一項所述之方法 4. 如請求項1至 使用。 其中該擋片係被重複 13