TW229324B - Low cost method of fabricating epitaxial semiconductor devices - Google Patents
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Description
22SZ24 A6 B6 經濟部中央標準局s工消費合作社印製 五、發明説明（1 ) 本發明係鼹於一種在基板上製造磊晶半導體装置的新_ 方法，此方法係比先前技蕕拋光方法更低成本，又其產生 的裝置與習知方法產生的装置是相等功能的。 矽S晶曆係習知地成長在一僩似鏡的抛光表面，藉此產 生希望的無損壊磊晶暦。此種抛光表面之生產是昂貴且勞 力密集的，但是縱使其經濟上的缺點，拋光程序依然有時 用於習知的程序。得到先前技蓊的似鏡拋光表面需要許多 步驟。工業上牽涉到的標準步驟包括鋸片、櫬械研磨、清 洗、邊緣刨圃、鹼性蝕刻、另一次濟洗、緊接著化學和機 械的多重步驟、拋光、最後一次清洗及姐裝。因此產生的 拋光表面非常容易受到觸横或其他損壊。 當然，基板研磨是已知的。基板之背面研磨係習知地為 了降低矽晶圓之總厚度而進行。然而，躭已知而言，使用 研磨產生需要的磊晶裝置之似鏡表面在過去並未實行。 根據本發明，為了在僅僅一部份應用拋光所需之時間內 於晶圓上產生需要的最佳似鏡表面，本發明已改良習知的 背而研磨遇程a應用及調整其他製造步驟。以機械拋光裝 置而言，基板之缌遇程時間是大約2天，但是κ本文揭示 的過程而言，大約只需要1天的加工時間。在先前技藝中 ，單單抛光就花費1至2小時，而本方法之研磨只花費2 至4分鏔。在本方法中，研磨之後緊接著是蝕刻步驟，但 是蝕刻步驟R花費大約9分鐘。因此本方法對拋光方法的 時間比較是U分鐘和1至2小時之間的比較。由此製造成 本降低是顯然的。 -3- (請先閲讀背面之注意事項再塡寫本頁) -裝. 訂. -線· 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)甲4規格（210 X 297公梦） 22B324 A6 B6 五、發明説明（2 ) 本發明之首要目的是設計一 置之形成的過程，其比先前技 成本，又其產生與先前技藝抛 能品質的半専體裝置。 如同已指出的•本發明方法 拋光，Μ產生需要的形成磊晶 化，研磨最好是在高轉速的切 生且降低內部结構應力。頃發 度是逋當的。此外，頃發現使 砂輪的i步睞過程是較佳的。 有40-46微米尺寸的顆粒Μ產 在第二步驟中，研磨砂輪具有 磨步睇。粗磨的進行產生不少 磨的進行除去15-30或40微米 速率較佳地為不超過每秒1微 率可更低，每秒1至0.5微米 涸研磨期間，研磨的表面必須 每分鏞至少4加侖的速率的遇 加侖的速率是較佳的。此外， 法之使用而產生的剌餘表面損 枏磨步驟结束時而R在细磨步 去需要的材料最後的最後位置 粗磨步驟結束時的停留時間是 1 0秒，K及细磨步揉结束時的 種用Μ基板上磊晶半導鴉裝 «花費較少的時間及較低的 光過程所製造的裝置相同功 之第一步驟是使用研磨而不 層的表面。為了使表面最佳 割砂輪中進行，最後表面產 現每分鐘4000-4300轉的速 用不同精细程度的鑽石研磨 在第一步驟中，研磨砂輪具 生比較粗糙的研磨步驟，而 4-6微米的顆粒Κ產生细研 於50微米的深度縮減，而細 。在每一個步嫌中材料去除 米。在許多情形中，去除速 的去除速率是最佳的。在這 是潤滑且冷卻的，因此提供 最去離子冷卻水，每分鐘5 頃發現為了使其他從研磨方 壊為最小•研磨砂輪不僅在 驟结束時停留在相當於其除 的一個固定位置是必須的。 至少10-30秒，較佳地為 停留時間是20秒或更久，較 (請先《讀背面之注意事項再塡寫表頁) --裝_ 訂· 衣紙很尺詹i布用伞圃闻堂设迆窜a相技rom v 〇〇7 經濟部中央標準局R工消費合作社印製 232324 A6 _____B6_ 五、發明説明（3 ) 佳地為20秒。 在研麽之後，矽表面應保持濕獮Μ防止任何殘餘污染停 留在上而。因此將晶画及較佳地一姐研磨晶圚用去離子水 琪哨洗•然後轉移至超音波清洗器接受界面活性酬型態的 清洗處理至少30分鐘。在最後清洗是一棰一般檷示為百萬 音波（攝Κ 40-60度）的SCI和SC2之後’接著利用較佳地具 有約18百萬歐姆的霄胆的去離子水清洗掉界面活性劑。 SCI清洗較佳地是由1體積過氧扣氫、1糖積氫氧化銨和 10髀積水所姐成，而SC2清洗較佳地是由10體積水中含有 1體積遇氧化氮和1賭積氣化氪所姐成。 現在晶圓已準備好進行磊晶沉積遇程。其較佳地具有絕 對的每百萬份中約25-40份之間的氧含量，較佳地為絕對 的每百萬份中約30份的含量。 磊晶沉積遇程較佳地亦是一種二步驟過程。在第一步驟 中晶圃於約攝氐1150度的高溫下接受表面蝕刻W除去任何 剌餘刮痕及可能的殘餘污染。此種蝕刻是在約攝氏1150度 的溫度下於氫氣中Μ氯化氫氣體完成，且較佳地是Μ二步 驟進行*第一步驟牽涉到高速的氯化氫氣體流最（90%噴 氣），第二步驟牽涉到約40%唄氣的降低流最。蝕刻的進 行除去材料約6-10微米，較佳地為7微米，蝕刻结束時似 鏡的成品準備好接受磊晶沉積處理。 磊晶遇程之第二部份是一醑或多_摻雑的矽層之成長， 目·可注意到因為晶圓逋受到特殊的初步步驟，所以成長過 稃之速率可藉由控制產生磊晶層的氣艄之流量而有效地加 -5- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)甲4规格（210 X 297公楚：> (請先閲讀背面之注意事項再埸寫本頁) 丨装- 訂. 線_ 220324 A6 B6 經濟部中央標準局®:工消費合作社印製 五、發明説明（4 ) 速。雖然在磊晶«程期間習知的氣《流速是每秒100呎，’ 但是頃發現本方法產生的晶圓可實現於每秒350-450呎之 間的氣髑速度之處理，較佳地為每秒400呎。此種較高的 氣流速度增加磊晶曆製造材料之效果•因此將每分鐘約 1-0.5微米正規成長速率增加至每分鏞約2.7微米的總沉 積成長速率。此種較快的成長速率降低成長時間，即更進 一步降低循環時間和過程之结！成本。 當然*應注意的是在同一時間内磊晶曆成長且摻雜形成 於其中，其本身沒有一點是新穎的，但是本發明所牽涉到 的氛化氫氣體蝕刻最是新穎的。 可注意到在習知的拋光過程中，晶圖背面係習知地研磨 *緊接著鹼性蝕刻除去材料至達到只有2-4微米的深度。 此结果使得晶圓在加熱或冷卻太快時對剌餘應力非常敏感 。頃發現當應用本發明過程時，晶圓背面之研磨不需太久 ，目.實際上，是禁It的。對本發明過程而言，較佳的是晶 圓背面維持”剛切片”的狀態，其不足降低裝置對剌餘應力 的敏感性，而且因為背面之相對粗糙度，其改進裝置之” 吸氣”傾向，其中在高溫過程步驟期間雜質趨向於遷移到 背面。 當如上所述的加工及製造成分離的裝置時，晶圓產生的 裝置在品質、產率和功能方面相當於在標準拋光（化學的 /機械的）晶圓上磊晶成長所製成的裝置。然而，根據本 發明製成的裝置之製造成本可比習知拋光晶圓之製造成本 低 5 0 %。 -6 - 本·紙張尺度適用中國a家標準（CNS)甲4 «格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再項寫本頁) ·_裝·
I .丨線. 22dd24 A6 B6 五、發明説明（5) 雖然在這裡只特別地揭示有限的具體實施例，但是明_ 的在其中可產生許多變化，所有的變化皆在如下列申請專 利範阐所定義的本發明範圍内。 (請先閲讀背面之注意事項再塥寫本頁) 丨裝_ 訂. 丨線卜 經濟部中央標準局WT工消費合作社印製 7- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)甲4規格（210 X 297公釐）
Claims (1)
- 六、申請專利範® 1. 一種在基質上製造磊晶半導體裝置的方法，包括： ⑴ 使發生磊晶成長的該基質之表面接受研磨過程，其 從該基質除去材料達至少65微米的深度； (2) 清洗該基質； ⑶ 氣體蝕刻掉該基霣達約6-10微米的深度；和 ⑷ 使該*霣接受化學蒸氣沉積過程，賴此在該基質上 成長一層摻雜層。 2. 根據申請專利範圍第1項之方法，其中步驟4之化學氣 流係W每秒約350-450呎之速度输送。 I , 3. 根據申請專利範圍第1項或第2項中任一項之方法，其 中在該磊晶成長發生時該基質之背面維挎其”剛切片"之 狀況。 4. 根據申請專利範围第1項或第2項之方法，其中該基質 是具有絕對的每百萬份約20-40份之間的氧含量的矽。 5. 根據申請專利範圍第4項之方法，其中該基質之氧含量 是大約絕對的每百萬份30份。 6. 根據申請專利範困第1項或第2項之方法，其中該研磨 過程包含一個粗酹步驟，其中研磨元件具有約40-60微 米之間的顥粒尺寸，緊接著是一個细磨步驟*其中該研 醱元件具有約4-6微米的頼粒尺寸。 7. 根據申請専利範園第6項之方法，其中該粗磨步驟從該 表面除去材料達至少約50微米的深度，Μ及其中該细磨 步驟從該表面除去材料達約15-40微米的深度。 8. 根據申誚專利範園第6項之方法，其中在該研磨遇程期 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) -装· •故. 甲 4(210 X 297公 «) 229324 A7 B7 C7 _D7__ 六、申請專利範困 間的材料去除速率是低於約每秒1微米。 9. 根據申請專利範園第6項之方法，其中使用在該研磨過 程的研磨元件之旋轉速率是約至少每秒4000-4300轉。 10. 根據申請專利範圍第6項之方法，其中，在每一個該研 磨步驟中研磨元件從該表面除去需要的材料量之後，使 旋轉元件在粗磨步驟之後停留在其最後研磨位置至少約 10-30秒和在细磨步驟之後至少約10-20秒。 11. 根據申請專利範園第7項之方法，其中•在每一個該研 磨步驟中研磨元件從該表面除去窬要的材料量之後，使 旋轉元件在粗磨步驟之後停留在其最後研磨位置至少約 10-30秒和在细磨步驟之後至少約10-20秒。 12. 根據申請專利範圍第8項之方法，其中，在每一個該研 磨步驟中研磨元件從該表面除去需要的材料量之後，使 旋轉元件在粗磨步驟之後停留在其最後研磨位置至少約 10-30秒和在佃磨步驟之後至少約10-20秒。 13. 根據申請專利範圍第9項之方法•其中，在每一個該研 磨步驟中研磨元件從該表面除去需要的材料量之後，使 旋轉元件在粗磨步驟之後停留在其最後研磨位置至少約 10-30秒和在细磨步驟之後至少約10-20秒。 14. 根據申謫專利範困第6項之方法，其中，在該研磨期間 *冷卻水是Μ每分鐘至少4加侖的速率行進於該表面。 15. 根據申請專利範園第1項或第2項之方法，其中淸洗遇 程包含具有高純度界面活性劑的超音波清洗和在摄氐 40-60度下⑶大約同份的過氧化氬和氫氧化銨及1〇分水 甲 4(210 X 297公 «) .......:::...............................^..............................订..................·〆........♦ (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 禮 2 3 C 7 7 7 7 ABCD 六、申請專利範固 之混合物和其後<b>同份的遇氧化氫和氫氯酸及10份水之 結合物的百萬音波清洗。 16. 根據申請專利範園第1項或第2項之方法•其中該蝕刻 步驟從該基霣除去材料至達到約7微米的深度。 17. 根據申講專利範圍第6項之方法.其中該蝕刻步思從該 基霣除去材料達約7微米的深度。 18. 根據申請專利範圃第1項或第2項之方法，其中該蝕刻 步驟利用氫氛酸氣體作為牲刻劑，氫《酸氣體是以二步 在高灌下於氪氣環境中應用，第一步驟牽涉到約90% 的氫氯酸濃度* Μ及第二步骤牽涉到約40%的S氣酸哦 氣0 19. 一種在基質上製造磊晶半等鱧装置的方法，包括： ⑴ 使發生磊晶成長的該基質之表面接受粗磨步驟，其 中研磨元件具有約40-6 0微米之間的顆粒尺寸，其 從基質除去材料達至少約50微米的深度，接著接受 畑磨步驟*其中研磨元件具有約4-6微米之間的顆 粒尺寸*其除去材料達約15-40微米的深度，在該 研磨過程期間材料去除速率是低於每秒約1微米， Μ及使用於該研磨邊程的研磨元件之旋轉速度是約 每分鐘至少4000-4300轉； ⑵ 使用高純度界面活性劑清洗該基》，接著使用化學 清洗遇程，此過程包含大約同份的過氧化氫和氳氧 化銨及10份水之混合物和其後同份的過氧化氳和氫 氣酸及10份水之混合物的百萬音波淸洙。 装..............................訂..................J.........線 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 肀 4(210x297公麓） 7 7 7 7 ABCD 六、申請專利範团 ⑶ 在高溫下於氫氣環境中Μ氫氛酸氣體蝕刻該表面至 達到約6 -10微米的深度；和 ⑷ 使該表面接受化學蒸氣沉積過程，藉此在該表面上 成長一曆摻雜層。 20. 根據申謫專利範圍第19項之方法，其中在該蝕刻步驟中 氫氩酸氣體係Μ二步驟施加，第一步驟包括約90%之氣 氯酸氣體啧氣及第二步驟牽涉到約40%之氫氰酸漉度。 21. 根據申請專利範園第19項或第20項之方法•其中，在化 學蒸氣沉積遇程期間，化學蒸氣是Κ每秒約350-450沢 的速率施加。 22. 根據申請專利範圍第19或20項之方法，其中，在每一個 該研磨步驟中研磨元件從該表面除去需要的材料量之後 ，使旋轉元件在粗磨步驟之後停留在其最後研磨位置至 少約10-30秒和在细磨步Κ之後至少約10-20秒。 23·根據申請專利範圍第19或20項之方法，其中，在該研磨 期間，冷卻水是Κ每分鐘至少4加侖的速率行進於該表 面。 24. 根據申請専利範園第19項或20項之方法，其中該基質是 具有涵對的每百萬份約20-40份之間的氧含量的矽。 25. 根據申誚專利範圃第19或20項之方法，其中在該磊晶成 長發生時該基質之背面維持其"剛切片"之狀況。 26. 根據申請專利範画第22項之方法，其中•在化學蒸氣沉 積過程期間，化學蒸氣是Μ每秒約350-450呎的速率腌 加0 -4- 肀 4(210X297公发） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本页) •装· •線· ass324 A7 B7 C7 -------D7__ 六、申請專利範固 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本页) 27.根據申請專利範園第23項之方法，其中，在化學蒸氣沉 積過程期間，化學蒸氣是以每秒約350-450呎的速率施 加。 28·根據申請專利範圍第2 4項之方法，其中，在化學蒸氣沉 積遇程期間，化學蒸氣是以每秒約350-450呎的速率施 加。 29. 根據申講專利範圆第25項之方法，其中•在化學蒸氣沉 積過程期間，化學蒸氣是Μ每秒約350-450呎的速率施 加。 30. 根據申請專利範画第22項之方法，其中•在該研磨期間 ’冷卻水是以每分鏟至少4加侖的速率行進於該表面。 31. 根據申請專利範圃第24項之方法，其中，在該研磨期間 ，冷卻水是以每分鐘至少4加侖的速率行進於該表面。 32. 根據申諝專利範圍第23項之方法，其中在該磊晶成長發 生時該基質之背面維持其”刚切片”之吠況。 33. 根據申講專利範团第22項之方法，其中該基質是具有絕 對的每百萬份約20-40份之間的氧含量的矽。 34. 根據申請專利範麵第22項之方法·其中在該磊晶成長發 生時該基質之背面維持其”剛切片”之狀況。 肀 4(210x297公度）
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