TWI418648B - Epitaxial wafer and its manufacturing method - Google Patents

Description

磊晶晶圓及其製造方法

本發明係關於一種於兩面具有磊晶膜之磊晶晶圓及其製造方法。

矽晶圓之製造，首先係藉由CZ法拉升單晶晶錠，並藉由對該晶錠實施切片、去角、磨光、蝕刻、鏡面研磨、及洗淨等各步驟來進行。然而，可預見隨著晶圓愈往大口徑發展，在以CZ法拉升之單晶晶錠及以之製作之矽晶圓，會因晶錠拉升之技術性問題、良率等原因，而難以製造無缺陷結晶(無COP(Crystal Originated Particle：晶體原生顆粒)結晶)。

因此，今後為了謀求所要形成元件之晶圓表面的無缺陷化，一般認為利用例如專利文獻1所揭示之氣相磊晶法，使磊晶膜成長於直徑超過300mm之大口徑晶圓之表面(鏡面)的方法會成為主流。

專利文獻1：日本特開平6－112120號公報

然而，在磊晶晶圓中，在矽晶圓與磊晶膜為不同材料時、或在矽晶圓與磊晶膜所含之摻雜物濃度不同時，因形成晶圓之原子的晶格常數與形成磊晶膜之原子的晶格常數不同而容易在晶圓產生翹曲。該翹曲會隨著晶圓之大口徑 化而增大(專利文獻1)。

因此，本發明之目的在於提供一種磊晶晶圓及其製造方法，其係在藉由氣相磊晶法使磊晶膜成長於矽晶圓，特別是直徑超過450mm之大口徑晶圓時，可降低晶圓之翹曲。

申請專利範圍第1項之發明，係一種於矽晶圓之兩面具有藉由氣相磊晶法成長之磊晶膜的磊晶晶圓。特別是針對直徑為450mm以上之大口徑矽晶圓有效之磊晶晶圓。

申請專利範圍第2項之發明，係申請專利範圍第1項之磊晶晶圓，其中，該兩磊晶膜其厚度或電阻率係彼此不同。

申請專利範圍第3項之發明，係申請專利範圍第1項之磊晶晶圓，其中，該兩磊晶膜其至少一方係經過研磨。

申請專利範圍第4項之發明，係申請專利範圍第1項之磊晶晶圓，其中，該兩磊晶膜之一方係由單晶矽所構成，其餘另一方係由多晶矽所構成。

申請專利範圍第5項之發明，係一種磊晶晶圓之製造方法，藉由氣相磊晶法使磊晶膜分別成長於矽晶圓之兩面。特別是針對直徑為450mm以上之大口徑矽晶圓有效之磊晶晶圓之製造方法。

申請專利範圍第6項之發明，係申請專利範圍第5項之磊晶晶圓之製造方法，其係使該磊晶膜同時成長於該矽晶圓之兩面。

申請專利範圍第7項之發明，係申請專利範圍第5項 之磊晶晶圓之製造方法，其係使磊晶膜成長於該矽晶圓之一面之後，再使磊晶膜成長於該矽晶圓之另一面。

申請專利範圍第8項之發明，係申請專利範圍第5至7項中任一項之磊晶晶圓之製造方法，其中，該矽晶圓係使用比電阻值為0.01 Ω．cm以下者。

申請專利範圍第9項之發明，係申請專利範圍第5至7項中任一項之磊晶晶圓之製造方法，其係同時研磨該兩磊晶膜。。

申請專利範圍第10項之發明，係申請專利範圍第5項之磊晶晶圓之製造方法，其係使單晶矽之磊晶膜成長於該矽晶圓之一面，並使多晶矽之磊晶膜成長於該矽晶圓之另一面。

申請專利範圍第11項之發明，係申請專利範圍第5項之磊晶晶圓之製造方法，其係使不同之磊晶膜分別成長於該矽晶圓之兩面。所謂不同之磊晶膜，係指例如兩磊晶膜之厚度不同，或電阻率不同。

根據申請專利範圍第1項之發明、或根據申請專利範圍第5項之發明，由於藉由氣相磊晶法使磊晶膜分別成長於矽晶圓之兩面，因此可降低矽晶圓之翹曲。

特別是，根據申請專利範圍第2項之發明，由於使兩面之磊晶膜的厚度不同，或使兩面之磊晶膜的電阻率不同，因此配合例如矽晶圓與磊晶膜之比電阻值，使最佳厚度之磊晶膜成長於矽晶圓之兩面，或使最佳電阻率之磊晶膜成長於其兩面，藉此可將矽晶圓之翹曲抑制於最小限 度。

根據申請專利範圍第3項之發明、或根據申請專利範圍第9項之發明，由於分別研磨兩面之磊晶膜(包含在申請專利範圍第3項之發明中，於矽晶圓兩面研磨磊晶膜之情況)，因此可提升磊晶晶圓兩面之平坦度。其中，在申請專利範圍第9項之情況下，由於對矽晶圓兩面之磊晶膜同時實施研磨，因此可縮短兩面之磊晶膜之研磨步驟所須的時間而提高生產性。

根據申請專利範圍第4項之發明、或根據申請專利範圍第10項之發明，由於係使一方之磊晶膜為單晶矽而另一方之磊晶膜為多晶矽，因此相較於兩面之磊晶膜皆為單晶矽磊晶晶圓之情況，可容易控制晶圓之翹曲。又，亦可期待多晶矽所產生之外部除氣(EG)效果。

根據申請專利範圍第6項之發明，由於使磊晶膜同時成長於矽晶圓之兩面，因此可縮短磊晶膜成長步驟所須的時間而提高生產性。

而且，由於同時使磊晶膜成長於兩面，因此亦可抑制摻雜物從晶圓背面往外側擴散而迂迴擴展至元件形成面之磊晶膜所產生之自動摻雜現象，並可期待在元件形成步驟中能抑制摻雜物從高濃度基板之轉印。

根據申請專利範圍第7項之發明，由於係使磊晶膜成長於該矽晶圓之一面後，再使磊晶膜成長於矽晶圓之另一面，因此在兩面之磊晶膜中可簡單地分別使例如厚度、材料等不同。

又，磊晶膜往晶圓之一面之成長中，摻雜物會從另一面往外側擴散，而迂迴擴展至一面之外周部。且，之後磊晶膜往晶圓另一面之成長中，迂迴擴展至前述一面之磊晶膜的摻雜物雖會往外側擴散，而再次迂迴擴展至另一面之磊晶膜，但相較於使磊晶膜僅成長於矽晶圓之另一面之情形，該摻雜物量有減少。

以下，具體說明本發明之實施例。

[實施例1]

圖1中，10係本發明之實施例1之磊晶晶圓。磊晶晶圓10，係藉由氣相磊晶法使由單晶矽構成之磊晶膜12,13分別以相同厚度成長於藉由摻硼使比電阻值為0.01 Ω．cm之單晶矽晶圓11之兩面的晶圓。此時，係假設矽晶圓之直徑為450mm。

如圖2之流程圖所示，矽晶圓11係從在坩堝內摻雜有既定量之硼的矽熔液，藉由CZ法拉升單晶矽晶錠後，將晶錠切成多數片晶圓(S100)，並對各晶圓依序實施去角(S101)、磨光(S102)、蝕刻(S103)、及兩面研磨(S104)而製成。

接著，藉由氣相磊晶法使例如矽之磊晶膜分別成長於矽晶圓11之兩面(S105)，之後同時研磨兩面之磊晶膜12,13(S106)，藉此製成磊晶晶圓10(S107)。

在切片步驟(S100)中，係使用於設置成側視呈三角形 之3支槽滾筒捲掛有鋼絲的鋼絲鋸。藉由該鋼絲鋸從晶錠切片成多數片矽晶圓11。

此後之去角步驟(S101)中，係將旋轉中之去角用磨石按壓於矽晶圓11之外周部以進行去角。

磨光步驟(S102)中，係藉由行星齒輪式兩面磨光裝置，同時磨光矽晶圓11之兩面。亦即，將矽晶圓11保持於行星托架，並使行星托架在上下磨光平台之間自轉及公轉。

蝕刻步驟(S103)中，係將磨光後之矽晶圓11浸漬於儲留於蝕刻槽之酸性蝕刻液進行蝕刻，以除去去角及磨光之損傷。

兩面研磨步驟(S104)中，係使用行星齒輪式兩面研磨裝置，同時進行矽晶圓11之兩面的鏡面研磨。

以下，參照圖3~圖5具體說明使用兩面氣相磊晶成長裝置20的磊晶成長步驟(S105)。

兩面氣相磊晶成長裝置20，係具有俯視為橢圓形之外腔室21、及收納於外腔室21之內部空間且俯視大致為長方形之內腔室22的雙重構造。於內腔室22內部形成有A室，於外腔室21與內腔室22之間形成有B室。

於內腔室22之兩內側壁22a的中央部，形成有一對晶圓保持孔24，透過一對晶座23以豎立(直)狀態保持一對矽晶圓11。一對晶座23係外徑與晶圓保持孔24之直徑大致相同的環狀體。將保持矽晶圓11之一對晶座23卡止於一對晶圓保持孔24，藉此以縱向且使表面(元件形成面)相對向來保持一對矽晶圓11。此時，一對矽晶圓11之表面 係曝露於A室，一對矽晶圓11之背面則曝露於B室。

將一對晶座23卡止於一對晶圓保持孔24之手段，係採用所謂卡銷方式。亦即，於晶座23分別在晶圓之保持區域的外周上以等角度間隔形成有複數個爪部23a。又，於晶圓保持孔24之形成部分，分別在沿內周對應於爪部23a之配置的等角度間隔位置，突設有與爪部23a相同數目之條片部24a。

爪部23a與條片部24a係構成為在晶座23卡止時彼此嵌合且彼此可滑動。

亦即，在晶座23卡止時，係在平面上爪部23a與條片部24a以彼此不同之位置，將一對晶座23嵌入晶圓保持孔24，使之往既定方向旋轉。藉此，使各爪部23a沿所對應之條片部24a滑動。

又，於各條片部24a表面(A室側面)之一端側，分別配備有彈簧式鎖銷，並於各爪部23a背面(B室側面)之一端側，形成有可嵌合於未圖示之鎖銷的凹部。只要各爪部23a沿條片部24a之滑動進行，爪部23a之各凹部即在位於各別對應之鎖銷上的時點彼此嵌合，藉此一對晶座23便卡止於各晶圓保持孔24。

又，於一對晶座23配置有複數個彈簧式按壓部23c，用以將晶圓外周部按壓於晶圓載置區域之周邊上以保持矽晶圓11。

於外腔室21之上部，設有未圖示之第2氣體流通手段，從上方向下方僅往A室內供應包含材料氣體之層流反應氣 體(通常為了藉由磊晶成長使矽膜形成於矽晶圓11所使用之氣體)，於外腔室21之下部，配備有未圖示之第1氣體流通手段，從下方向上方從底部往B室內供應包含材料氣體之反應氣體。連接於A,B室之兩氣體流通手段，係彼此獨立並可任意調整反應氣體之濃度、流量等，而可任意調整磊晶厚度及電阻率。於內腔室22設有流路26，用以將從A室上方接受之反應氣體，從底部沿側壁送往上方，以排放至外腔室21之外。

另一方面，於外腔室21之外側配置有一對加熱器25，用以從背面將輻射熱照射至各矽晶圓11。該等加熱器25係配置成分別面對一方之矽晶圓11的背面，且面對另一方之矽晶圓11的表面。

又，各加熱器25之輻射熱照射面與各別對應之晶座23及矽晶圓11之背面係平行並能涵蓋晶圓全面進行均勻加熱。

其次，說明使用該磊晶成長裝置使磊晶膜12,13成長於矽晶圓11之兩面的成長方法。

首先，將已裝設2片矽晶圓11之一對晶座23，卡止於相對應之晶圓保持孔24。之後，藉由一對加熱器25將矽晶圓11加熱至磊晶成長條件所須之溫度。接著，藉由第1氣體流通手段與第2氣體流通手段，將反應氣體從下方向上方供應至B室，並以既定時間將層流反應氣體從上方向下方供應至A室，藉此使相同厚度之例如矽之磊晶膜12,13同時成長於兩矽晶圓11之兩面。

在兩面之磊晶膜12,13的同時研磨步驟(S106)中，使用兩面研磨步驟(S104)所使用之行星齒輪式兩面研磨裝置，同時鏡面研磨兩面之磊晶膜12,13表面。具體而言，係將矽晶圓11保持於行星托架，使行星托架在展開研磨布之上下研磨平台之間自轉及公轉。藉此，兩面之磊晶膜12,13表面即同時受研磨。如此，即可製成磊晶晶圓10(S107)。

以此方式，由於係藉由氣相磊晶法使磊晶膜12,13分別成長於矽晶圓11之兩面，因此相較於使磊晶膜成長(氣相成長)於矽晶圓11之一面的情況，即可降低矽晶圓11之翹曲。

而且，由於在磊晶膜12成長於矽晶圓11之形成元件之表面的同時，亦使磊晶膜13成長於矽晶圓11之背面，因此可抑制因在磊晶膜12成長中，硼從晶圓背面往外側擴散而迂迴擴展至晶圓表面所產生之自動摻雜現象。

又，由於分別研磨兩面之磊晶膜12,13的表面，因此可提高兩面之磊晶膜12,13的平坦度，進一步而言可提高磊晶晶圓10兩面的平坦度。而且，由於對磊晶膜12,13同時實施研磨，因此可縮短研磨所須之時間以提高生產性。

此外，由於矽晶圓11係使用高度摻雜硼使比電阻值低至0.01 Ω．cm以下，因此可藉由硼之除氣作用於矽晶圓11形成IG層。

此外，如圖6所示，亦可使磊晶膜12A,13之厚度不 同。亦即，配合矽晶圓11與磊晶膜12A,13之比電阻值，使最適當厚度之磊晶膜12A,13分別成長於該晶圓之兩面，藉此可將矽晶圓11之翹曲抑制於最低限度。又，亦可在使相同厚度之磊晶膜成長後之各面的研磨量不同，藉此使兩磊晶膜12A,13之厚度不同。

又，亦可使用板片型磊晶成長裝置，如圖7所示，使磊晶膜12成長於矽晶圓11之表面後，翻轉矽晶圓11再使磊晶膜13成長於晶圓之背面。藉此，可在兩面之磊晶膜12,13中，簡單地使例如厚度、電阻率、及材料(矽、多晶矽等)等各不同。

再者，亦可使用該板片型磊晶成長裝置(兩面磊晶成長裝置亦可)，使一方之磊晶膜(例如晶圓表面之磊晶膜12)為單晶矽製，另一方之磊晶膜(例如晶圓背面之磊晶膜13)為多晶矽製。藉此，相較於使兩面之磊晶膜12,13皆為單晶矽之情況，可容易控制晶圓之翹曲。又，亦可期待多晶矽所產生之外部除氣(EG)效果。

磊晶膜之材料可採用與晶圓相同之矽。或者，與晶圓不同之例如砷化鎵等亦可。

晶圓表面之磊晶膜與晶圓背面之磊晶膜，可為相同材料或不同材料。

磊晶膜之厚度，係配合元件之種類而設定於數μm~數百μm之範圍。

又，在研磨後，元件形成面之磊晶膜的表面粗糙度及與其相反側之磊晶膜的表面粗糙度，可分別根據其研磨條 件控制於AFMRma值為10nm~0.1nm之範圍。兩面之磊晶膜可同時研磨，或逐面研磨。

又，氣相磊晶法可為使與矽晶圓相同之材料磊晶成長之同質磊晶，亦可為使與矽晶圓不同之材料(砷化鎵等)磊晶成長之異質磊晶。

磊晶膜亦可使之同時成長於矽晶圓之兩面。又，亦可於形成於晶圓表面(元件形成面)後，使磊晶膜成長於晶圓背面。或其相反順序亦可。

氣相磊晶成長裝置可採用使磊晶膜同時磊晶成長於矽晶圓之兩面的兩面氣相磊晶成長裝置。又，可使磊晶膜僅成長於矽晶圓一面的單面氣相磊晶成長裝置亦可。

氣相磊晶成長裝置可為板片型，或能同時處理複數片矽晶圓之扁圓餅型、桶型、熱壁型、及群集型亦可。

10‧‧‧磊晶晶圓

11‧‧‧矽晶圓

12,12A,13‧‧‧磊晶膜

圖1係本發明之實施例1之磊晶晶圓的截面圖。

圖2係本發明之實施例1之磊晶晶圓之製造方法的流程圖。

圖3係本發明之實施例1之磊晶晶圓之製造方法所使用之兩面氣相磊晶成長裝置的縱截面圖。

圖4係與兩面氣相磊晶成長裝置之圖3之截面正交之面的縱截面圖。

圖5係兩面氣相磊晶成長裝置的橫截面圖。

圖6係本發明之實施例1之另一磊晶晶圓的截面圖。

圖7係表示本發明之實施例1之又另一磊晶晶圓製造方法的流程圖。

10‧‧‧磊晶晶圓

11‧‧‧矽晶圓

12,13‧‧‧磊晶膜

Claims (3)

1. 一種磊晶晶圓之製造方法，係於矽晶圓之兩面藉由氣相磊晶法使磊晶膜分別成長，藉此製造於其兩面具有磊晶膜之磊晶晶圓，其特徵在於，使用兩面氣相磊晶裝置，於該矽晶圓之兩面，使該磊晶膜同時成長，之後對至少一方之磊晶膜之表面進行研磨；該兩面氣相磊晶裝置具有：外腔室，具有內部空間；及長方體狀之內腔室，收納於該外腔室之內部空間；且於該內腔室之內部，形成A室；於該外腔室與該內腔室之間，形成B室；於分隔該A室與該B室之該內腔室之兩側壁之中央部，分別形成垂直地保持矽晶圓之晶圓保持孔，藉由使該矽晶圓分別保持於該等之晶圓保持孔，該等之矽晶圓之表面曝露於A室，該等之矽晶圓之背面曝露於B室；且該B室具備第1氣體流通手段；該A室具備與第1氣體流通手段獨立之第2氣體流通手段。
2. 如申請專利範圍第1項之磊晶晶圓之製造方法，其中，該矽晶圓係使用比電阻值為0.01Ω．cm以下者。
3. 如申請專利範圍第1或2項之磊晶晶圓之製造方法，其係使不同之磊晶膜分別成長於該矽晶圓之兩面。