TW202325922A - 矽片的處理方法 - Google Patents

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Abstract

本發明公開了一種矽片的處理方法，包括：將矽片放置於反應腔中；向該反應腔中通入還原性氣體還原該矽片表面的氧化層；向該反應腔中通入蝕刻氣體蝕刻該矽片表面。

Description

矽片的處理方法
本發明屬於矽片技術領域，具體屬於一種矽片的處理方法。
磊晶製程是在單晶矽基板上澱積一層薄的矽或鍺矽等單晶層，在半導體器件製作中佔有重要的地位，但步驟較複雜且難控制，在澱積低溫矽或鍺矽磊晶之前需要將矽片表面的雜質進行去除，以保證磊晶在單晶矽基板上直接生長，如果矽片表面具有雜質，會導致磊晶的結晶品質變差，容易生長成為非晶體或多晶體，從而影響器件的性能。相關技術中去除矽片表面雜質的步驟複雜，步驟操作時間長，去除效果不好，容易引入新的雜質。比如，通過鍺的氫化物去除矽片表面雜質時會反應生成易揮發的一氧化鍺及一氧化矽，反應腔內容易殘留鍺金屬，造成矽片金屬汙染，整個步驟操作時間長，成本較高。
本發明實施例的目的是提供一種矽片的處理方法，用以解決去除矽片表面雜質的步驟複雜，去除效果不好的問題。
本發明實施例提供了一種矽片的處理方法，包括： 將矽片放置於反應腔中； 向該反應腔中通入還原性氣體還原該矽片表面的氧化層； 向該反應腔中通入蝕刻氣體蝕刻該矽片表面。
可選地，向該反應腔中通入還原性氣體還原該矽片表面的氧化層的步驟包括： 向該反應腔中通入還原性氣體在1100-1150℃下還原該矽片表面的氧化層。
可選地，向該反應腔中通入還原性氣體在1100-1150℃下還原該矽片表面的氧化層的步驟包括： 向該反應腔中該矽片上表面與該矽片下表面分別通入還原性氣體並在1100-1150℃下還原該矽片表面的氧化層，該矽片上表面的氣體流量為40-80 sccm，該矽片下表面的氣體流量為10-30sccm，還原時間為30-120s。
可選地，向該反應腔中通入蝕刻氣體蝕刻該矽片表面的步驟包括： 向該反應腔中通入蝕刻氣體在1100-1150℃下蝕刻該矽片表面。
可選地，蝕刻氣體的通入流量為0.5-5sccm，蝕刻時間為10-60s。
可選地，該還原性氣體包括氫氣、一氧化碳中的至少一種；和/或 該蝕刻氣體包括氯化氫、氟化氫中的至少一種。
可選地，向該反應腔中通入還原性氣體還原該矽片表面的氧化層的步驟包括： 在500-760Torr的壓力下還原該矽片表面的氧化層；和/或 向該反應腔中通入蝕刻氣體蝕刻該矽片表面的步驟包括： 在500-760Torr的壓力下蝕刻該矽片表面。
可選地，在向該反應腔中通入還原性氣體還原該矽片表面的氧化層的步驟之前，還包括： 通過第一吹掃氣體對該反應腔進行吹掃，該第一吹掃氣體包括惰性氣體、還原性氣體中的至少一種。
可選地，在向該反應腔中通入蝕刻氣體蝕刻該矽片表面的步驟之後，還包括： 通過第二吹掃氣體對該反應腔進行吹掃，該第二吹掃氣體包括惰性氣體、氫氣中的至少一種。
可選地，在通過第二吹掃氣體對該反應腔進行吹掃的步驟之後，還包括： 在該矽片表面進行磊晶生長。
本發明實施例的矽片的處理方法包括：將矽片放置於反應腔中；向該反應腔中通入還原性氣體還原該矽片表面的氧化層；向該反應腔中通入蝕刻氣體蝕刻該矽片表面。通過還原性氣體可以還原該矽片表面的氧化層，比如二氧化矽；通過蝕刻氣體可以蝕刻該矽片表面，以去除矽片表面的有機物雜質，通過蝕刻能夠有效去除有機物雜質，整個矽片表面去除雜質的步驟過程簡單，不會帶來新的雜質，所需時間短，去除效果好，可以提高矽片磊晶的沉積品質。
為利 貴審查委員了解本發明之技術特徵、內容與優點及其所能達到之功效，茲將本發明配合附圖及附件，並以實施例之表達形式詳細說明如下，而其中所使用之圖式，其主旨僅為示意及輔助說明書之用，未必為本發明實施後之真實比例與精準配置，故不應就所附之圖式的比例與配置關係解讀、侷限本發明於實際實施上的申請範圍，合先敘明。
在本發明實施例的描述中，需要理解的是，術語“長度”、“寬度”、“上”、“下”、“前”、“後”、“左”、“右”、“垂直”、“水平”、“頂”、“底”“內”、“外”等指示的方位或位置關係為基於附圖所示的方位或位置關係，僅是為了便於描述本發明實施例和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本發明的限制。
此外，術語“第一”、“第二”僅用於描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性或者隱含指明所指示的技術特徵的數量。由此，限定有“第一”、“第二”的特徵可以明示或者隱含地包括一個或者更多個所述特徵。在本發明實施例的描述中，“多個”的含義是兩個或兩個以上，除非另有明確具體的限定。 下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述。
下面結合附圖1至圖2所示，通過具體的實施例及其應用場景對本發明實施例提供的矽片的處理方法進行詳細地說明。
本發明實施例的矽片的處理方法，包括： 將矽片放置於反應腔中； 向該反應腔中通入還原性氣體還原該矽片表面的氧化層； 向該反應腔中通入蝕刻氣體蝕刻該矽片表面。
如圖1所示，a表示吹掃，b表示還原性氣體還原矽片表面的氧化層，c表示蝕刻氣體蝕刻矽片表面。可以將矽片放置於反應腔中，經過吹掃之後，可以向反應腔中通入還原性氣體還原矽片10表面的氧化層11，去除矽片10表面的氧化層11，向反應腔中通入蝕刻氣體蝕刻矽片10表面，去除矽片10表面的有機物雜質12。
在矽片的處理過程中，可以將矽片放置於反應腔中，反應腔中可以設置基座，可以將矽片放置於基座上。在將矽片放置於反應腔中之後，可以對反應腔進行吹掃，吹掃氣體可以為惰性氣體，惰性氣體可以包括氮氣、氦氣中的至少一種，比如氮氣，吹掃氣體可以為惰性氣體與還原矽片表面的氧化層所通入的還原性氣體的混合氣，通過吹掃去除反應腔中的雜質。吹掃氣體可以為還原矽片表面的氧化層所通入的還原性氣體，吹掃之後可以直接通入還原性氣體還原矽片表面的氧化層，不需要更換氣體，簡化步驟過程。
在向該反應腔中通入還原性氣體還原矽片表面的氧化層過程中，可以先將反應腔內進行升溫，升溫至所需的反應溫度時向反應腔中通入還原性氣體還原矽片表面的氧化層；也可以在對反應腔內進行升溫的過程中，向反應腔中通入還原性氣體還原矽片表面的氧化層，反應腔的溫度未達到反應溫度之前，還原性氣體可以具有吹掃作用，可以吹掃反應腔，隨著溫度升高，矽片表面的一些易揮發組分揮發，通過吹掃可以去除揮發的組分，在反應腔中的溫度升至所需的反應溫度時，通入的還原性氣體開始還原矽片表面的氧化層，反應後的氣體隨著氣流從反應腔流出，氣流可以帶出反應腔中的雜質。還原性氣體可以為還原二氧化矽的氣體，比如，還原性氣體可以為氫氣或一氧化碳，或者還原性氣體可以為氫氣與一氧化碳的混合氣體。在還原性氣體中還可以加入惰性氣體，惰性氣體可以包括氮氣、氦氣中的至少一種，比如，在還原性氣體中還可以加入氮氣，通過惰性氣體可以增強氣流的吹掃強度，可以通過氣流將雜質帶出反應腔。
在向反應腔中通入還原性氣體還原矽片表面的氧化層之後，可以向反應腔中通入蝕刻氣體蝕刻矽片表面，通過蝕刻可以去除矽片表面的有機物雜質，去除效果好。蝕刻氣體蝕刻矽片表面過程中反應腔的溫度與還原性氣體還原矽片表面的氧化層過程中反應腔的溫度可以相同或不同，比如，蝕刻氣體蝕刻矽片表面過程中反應腔的溫度與還原性氣體還原矽片表面的氧化層過程中反應腔的溫度可以相同，不需要調節反應腔的溫度，可以在還原性氣體還原矽片表面的氧化層之後直接通入蝕刻氣體蝕刻矽片表面，簡化步驟過程，減少步驟時間。蝕刻氣體可以為氯化氫氣體與氟化氫氣體中的至少一種，比如，蝕刻氣體可以為氯化氫氣體或氟化氫氣體，或者蝕刻氣體可以為氯化氫氣體與氟化氫氣體的混合氣。在蝕刻氣體中還可以加入惰性氣體，惰性氣體可以包括氮氣、氦氣中的至少一種，比如，在蝕刻氣體中還可以加入氮氣，通過惰性氣體可以增強氣流的吹掃強度，可以通過氣流將蝕刻的雜質帶出反應腔。
在本發明實施例的矽片的處理方法中，將矽片放置於反應腔中，向該反應腔中通入還原性氣體還原該矽片表面的氧化層，向該反應腔中通入蝕刻氣體蝕刻該矽片表面。通過還原性氣體可以還原該矽片表面的氧化層，比如二氧化矽；通過蝕刻氣體可以蝕刻該矽片表面，以去除矽片表面的有機物雜質，通過蝕刻能夠有效去除有機物雜質，整個矽片表面去除雜質的步驟過程簡單，不會帶來新的雜質，所需時間短，去除效果好，可以提高矽片磊晶的沉積品質。
在一些實施例中，向該反應腔中通入還原性氣體還原該矽片表面的氧化層的步驟包括： 向該反應腔中通入還原性氣體在1100-1150℃下還原該矽片表面的氧化層。
在還原性氣體還原矽片表面的氧化層的過程中，還原性氣體可以為氫氣，可以通過氫氣在1100-1150℃下還原矽片表面的氧化層。如果反應腔的溫度過低，氣體與矽片表面接觸時間短，不易充分反應，還原所需時間長，通入的氣體的消耗量大；如果反應腔的溫度過高，能耗高，可能存在一些副反應，因此，還原性氣體可以在1100-1150℃下還原矽片表面的氧化層。而且，該反應腔的溫度與矽片磊晶生長的溫度接近，以便於後續步驟中的矽片磊晶生長。
在一些實施例中，向該反應腔中通入還原性氣體在1100-1150℃下還原該矽片表面的氧化層的步驟包括： 向該反應腔中該矽片上表面與該矽片下表面分別通入還原性氣體並在1100-1150℃下還原該矽片表面的氧化層，該矽片上表面的氣體流量為40-80sccm，該矽片下表面的氣體流量為10-30sccm，還原時間為30-120s。
在還原矽片表面的氧化層過程中，可以分別向反應腔中矽片上表面與矽片下表面通入還原性氣體，使得氣體在1100-1150℃下還原矽片上表面與矽片下表面的氧化層，矽片上表面的氣體流量可以大於矽片下表面的氣體流量，矽片上表面的氣體流量可以為40-80sccm，矽片下表面的氣體流量可以為10-30sccm。氣體流量過小還原反應慢，還原時間過長，還原效率低；氣體流量過大，還原氣體的用量大，因此，矽片上表面的氣體流量可以為40-80 sccm，矽片下表面的氣體流量可以為10-30sccm。還原時間過短還原反應不完全，不能有效去除矽片表面的氧化層，還原時間過長會導致效率低，因此，還原性氣體還原矽片表面的氧化層的時間可以為30-120s。比如，反應腔的溫度為1150℃，矽片上表面的氣體流量可以為80sccm，矽片下表面的氣體流量可以為10sccm，還原時間可以為50s；或者，反應腔的溫度為1150℃，矽片上表面的氣體流量可以為40sccm，矽片下表面的氣體流量可以為30sccm，還原時間可以為120s，或者，反應腔的溫度為1110℃，矽片上表面的氣體流量可以為60sccm，矽片下表面的氣體流量可以為20sccm，還原時間可以為30s。可以通過調節矽片上表面的氣體流量和矽片下表面的氣體流量來調節還原效率，矽片上表面與矽片下表面的氣體流量、溫度以及還原時間可以根據實際情況選擇，通過矽片上表面與矽片下表面通入的還原性氣體可以還原矽片上表面與矽片下表面的氧化層，有效去除矽片表面的氧化層。
可選地，向該反應腔中通入蝕刻氣體蝕刻該矽片表面的步驟包括： 向該反應腔中通入蝕刻氣體在1100-1150℃下蝕刻該矽片表面。
在蝕刻氣體蝕刻矽片表面的過程中，蝕刻氣體可以為氯化氫，可以通過氯化氫在1100-1150℃下蝕刻矽片表面，以去除矽片表面的有機物雜質。如果反應腔的溫度過低，氣體與矽片表面接觸時間短，蝕刻不充分，蝕刻所需時間長，通入的氣體消耗量大，有機物雜質的去除效果不好；如果反應腔的溫度過高，能耗高，可能產生副反應，因此，蝕刻氣體可以在1100-1150℃下蝕刻氣體矽片表面，以有效去除矽片表面的有機物雜質。該反應腔的蝕刻溫度與矽片磊晶生長的溫度接近，以便於後續步驟中的矽片磊晶生長。在蝕刻矽片表面的氧化層過程中，可以分別向反應腔中矽片上表面與矽片下表面通入蝕刻氣體，通過蝕刻氣體蝕刻矽片上表面與矽片下表面，也可以只向反應腔中矽片上表面通入蝕刻氣體，具體可以根據實際情況選擇。
可選地，蝕刻氣體的通入流量為0.5-5sccm，蝕刻時間為10-60s。
在蝕刻過程中，蝕刻氣體的氣體流量過小蝕刻速度慢，蝕刻時間長，蝕刻效率低；氣體流量過大，蝕刻氣體的用量大，因此，蝕刻氣體的通入流量可以為0.5-5sccm。蝕刻時間過短蝕刻不完全，不能有效去除矽片表面的有機物雜質，蝕刻時間過長會導致效率低，因此，蝕刻氣體蝕刻矽片表面的時間可以為10-60s。比如，反應腔的蝕刻溫度可以為1150℃，蝕刻氣體的通入流量可以為0.5sccm，蝕刻時間可以為60s；或者，反應腔的蝕刻溫度可以為1150℃，蝕刻氣體的通入流量可以為5sccm，蝕刻時間可以為10s，或者，反應腔的蝕刻溫度可以為1110℃，蝕刻氣體的通入流量可以為3sccm，蝕刻時間可以為40s。蝕刻氣體的通入流量與蝕刻時間可以根據實際情況進行選擇，通過蝕刻氣體的蝕刻可以去除矽片表面的有機物雜質。
在矽片的處理過程中，如圖2所示，可以將矽片10放置於反應腔中，反應腔中可以設置基座20，基座20可以設置於支撐軸30上，可以將矽片10放置於基座20上，支撐軸30可以旋轉，通過支撐軸30的旋轉可以帶動矽片10旋轉。矽片上表面通入的氣體表示為氣體g1，矽片下表面通入的氣體表示為氣體g2，氣體經過矽片表面後流出。
在一些實施例中，還原性氣體包括氫氣、一氧化碳中的至少一種。比如，還原性氣體可以為氫氣或一氧化碳，或者還原性氣體可以為氫氣與一氧化碳的混合氣。在還原性氣體中還可以加入惰性氣體，惰性氣體可以包括氮氣、氦氣中的至少一種，比如，在還原性氣體中還可以加入氮氣，通過惰性氣體可以增強氣流的吹掃強度，可以通過氣流將雜質帶出反應腔。
該蝕刻氣體包括氯化氫、氟化氫中的至少一種。比如，蝕刻氣體可以為氯化氫氣體或氟化氫氣體，或者蝕刻氣體可以為氯化氫氣體與氟化氫氣體的混合氣。在蝕刻氣體中還可以加入惰性氣體，惰性氣體可以包括氮氣、氦氣中的至少一種，比如，在蝕刻氣體中還可以加入氮氣，通過惰性氣體可以增強氣流的吹掃強度，可以通過氣流將蝕刻的雜質帶出反應腔。
在本發明的實施例中，向該反應腔中通入還原性氣體還原該矽片表面的氧化層的步驟包括： 在500-760Torr的壓力下還原該矽片表面的氧化層。壓力過低，氣體與矽片表面接觸少，還原反應慢，壓力過高所需氣體用量大，因此，可以在500-760Torr的壓力下還原矽片表面的氧化層。
向該反應腔中通入蝕刻氣體蝕刻該矽片表面的步驟包括： 在500-760Torr的壓力下蝕刻該矽片表面。壓力過低，氣體與矽片表面接觸少，蝕刻速度慢，壓力過高所需氣體用量大，因此，可以在500-760Torr的壓力下蝕刻該矽片表面，以去除矽片表面的有機物雜質。蝕刻氣體蝕刻矽片表面過程中反應腔的壓力與還原性氣體還原矽片表面的氧化層過程中反應腔的壓力可以相同或不同，比如，蝕刻氣體蝕刻矽片表面過程中反應腔的壓力與還原性氣體還原矽片表面的氧化層過程中反應腔的壓力可以相同，不需要調節反應腔的壓力，可以在還原性氣體還原矽片表面的氧化層之後直接通入蝕刻氣體蝕刻矽片表面，簡化步驟過程，減少步驟時間。
可選地，在向該反應腔中通入還原性氣體還原該矽片表面的氧化層的步驟之前，還包括： 通過第一吹掃氣體對該反應腔進行吹掃，該第一吹掃氣體包括惰性氣體、還原性氣體中的至少一種。
比如，還原性氣體可以為氫氣或一氧化碳，或者，還原性氣體可以為氫氣與一氧化碳的混合氣體。惰性氣體可以包括氮氣、氦氣中的至少一種，比如，惰性氣體可以為氮氣，可以通過第一吹掃氣體將雜質帶出反應腔。第一吹掃氣體與還原矽片表面的氧化層的還原性氣體可以相同，第一吹掃氣體可以為氫氣，還原矽片表面的氧化層的還原性氣體可以為氫氣，通過氫氣對反應腔進行吹掃，氫氣流量可以為10-80sccm，吹掃時間可以為10s-60s，氫氣可以用於後續使用，不會造成汙染，可以直接通過氫氣進行還原，不會引入其他氣體，不需要更換氣體，簡化步驟。
在一些實施例中，在向該反應腔中通入蝕刻氣體蝕刻該矽片表面的步驟之後，還包括： 通過第二吹掃氣體對該反應腔進行吹掃，該第二吹掃氣體包括惰性氣體、氫氣中的至少一種。
還原性氣體可以為氫氣或一氧化碳，或者，還原性氣體可以為氫氣與一氧化碳的混合氣體。惰性氣體可以包括氮氣、氦氣中的至少一種，比如，惰性氣體可以為氮氣，可以通過第二吹掃氣體吹掃反應腔，排出反應腔中的其他氣體組分和雜質，在吹掃過程中，可以對反應腔進行降溫。第二吹掃氣體與矽片表面進行磊晶生長所需的氣體可以相同，比如，第二吹掃氣體可以為氫氣，氫氣流量可以為10-80sccm，吹掃時間可以為10s-60s，通過氫氣對反應腔進行吹掃之後，可以直接在矽片表面進行磊晶生長，不會引入其他氣體，不需要更換氣體，簡化步驟。
在本發明的實施例中，在通過第二吹掃氣體對該反應腔進行吹掃的步驟之後，還包括： 在該矽片表面進行磊晶生長。
通過還原性氣體還原矽片表面的氧化層可以去除矽片表面的氧化層，通過蝕刻氣體可以蝕刻矽片表面，以去除矽片表面的有機物雜質，使得矽片表面滿足磊晶生長的條件，可以在矽片表面進行磊晶生長，提高矽片磊晶的沉積品質。
在矽片處理過程中，可以將矽片放置於反應腔中，通過氫氣對反應腔進行吹掃，排除上步步驟殘留的氣體，同時可以對反應腔進行升溫；向反應腔中矽片上表面與矽片下表面分別通入還原性氣體在1100-1150℃下還原矽片表面的氧化層，在500-760Torr的壓力下還原矽片表面的氧化層，矽片上表面的氣體流量為40-80 sccm，矽片下表面的氣體流量為10-30sccm，還原時間為30-120s，還原性氣體為氫氣；然後，向反應腔中通入蝕刻氣體在1100-1150℃下蝕刻矽片表面，在500-760Torr的壓力下蝕刻矽片表面，蝕刻氣體為氯化氫，蝕刻氣體的通入流量為0.5-5sccm，蝕刻時間為10-60s；在向反應腔中通入蝕刻氣體蝕刻矽片表面的步驟之後，可以通過氫氣對反應腔進行吹掃；通過氫氣對反應腔進行吹掃之後，可以在矽片表面進行磊晶生長，以在矽片表面生長磊晶層。還原性氣體還原矽片表面的氧化層可以去除矽片表面的氧化層，通過蝕刻氣體蝕刻矽片表面可以去除矽片表面的有機物雜質，使得矽片表面的雜質可以有效去除，可以提高矽片磊晶的沉積品質。
以上僅為本發明之較佳實施例，並非用來限定本發明之實施範圍，如果不脫離本發明之精神和範圍，對本發明進行修改或者等同替換，均應涵蓋在本發明申請專利範圍的保護範圍當中。
10:矽片 11:氧化層 12:有機物雜質 20:基座 30:支撐軸 g1:氣體 g2:氣體
圖1為矽片的處理過程示意圖； 圖2為氣體流過矽片表面的一個示意圖。
10:矽片
11:氧化層
20:基座
30:支撐軸
g1:氣體
g2:氣體

Claims (10)

  1. 一種矽片的處理方法，包括： 將矽片放置於反應腔中； 向該反應腔中通入還原性氣體還原該矽片表面的氧化層； 向該反應腔中通入蝕刻氣體蝕刻該矽片表面。
  2. 如請求項1所述之矽片的處理方法，其中，向該反應腔中通入還原性氣體還原該矽片表面的氧化層的步驟包括： 向該反應腔中通入還原性氣體在1100-1150℃下還原該矽片表面的氧化層。
  3. 如請求項2所述之矽片的處理方法，其中，向該反應腔中通入還原性氣體在1100-1150℃下還原該矽片表面的氧化層的步驟包括： 向該反應腔中該矽片上表面與該矽片下表面分別通入還原性氣體並在1100-1150℃下還原該矽片表面的氧化層，該矽片上表面的氣體流量為40-80 sccm，該矽片下表面的氣體流量為10-30sccm，還原時間為30-120s。
  4. 如請求項1所述之矽片的處理方法，其中，向該反應腔中通入蝕刻氣體蝕刻該矽片表面的步驟包括： 向該反應腔中通入蝕刻氣體在1100-1150℃下蝕刻該矽片表面。
  5. 如請求項4所述之矽片的處理方法，其中，蝕刻氣體的通入流量為0.5-5sccm，蝕刻時間為10-60s。
  6. 如請求項1至5中任一項所述之矽片的處理方法，其中， 該還原性氣體包括氫氣、一氧化碳中的至少一種；和/或 該蝕刻氣體包括氯化氫、氟化氫中的至少一種。
  7. 如請求項1至5中任一項所述之矽片的處理方法，其中，向該反應腔中通入還原性氣體還原該矽片表面的氧化層的步驟包括： 在500-760Torr的壓力下還原該矽片表面的氧化層；和/或 向該反應腔中通入蝕刻氣體蝕刻該矽片表面的步驟包括： 在500-760Torr的壓力下蝕刻該矽片表面。
  8. 如請求項1所述之矽片的處理方法，其中，在向該反應腔中通入還原性氣體還原該矽片表面的氧化層的步驟之前，還包括： 通過第一吹掃氣體對該反應腔進行吹掃，該第一吹掃氣體包括惰性氣體、還原性氣體中的至少一種。
  9. 如請求項1所述之矽片的處理方法，其中，在向該反應腔中通入蝕刻氣體蝕刻該矽片表面的步驟之後，還包括： 通過第二吹掃氣體對該反應腔進行吹掃，該第二吹掃氣體包括惰性氣體、氫氣中的至少一種。
  10. 如請求項1所述之矽片的處理方法，其中，在通過第二吹掃氣體對該反應腔進行吹掃的步驟之後，還包括： 在該矽片表面進行磊晶生長。
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