TWI740402B - 磊晶生長裝置和磊晶生長方法（二） - Google Patents

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Abstract

本發明提供了一種磊晶生長裝置和磊晶生長方法。所述磊晶生長裝置的生長腔室上設置有允許用於在晶片上形成磊晶層的反應氣體進入生長腔室內的進氣口，當進行磊晶生長技術的晶片的邊緣部分具有晶向不同的較快區和較慢區且磊晶層在較快區比在較慢區生長更快時，進氣口在較快區旋轉經過時提供的反應氣體的進氣速率小於在較慢區旋轉經過時提供的反應氣體的進氣速率。所述磊晶生長裝置可以調節磊晶層在不同晶向上的沉積，有助於獲得厚度均一的磊晶層，提高磊晶晶片的品質。所述磊晶生長方法與所述磊晶生長裝置具有相同或類似的特點，可以不改變磊晶生長裝置的結構而提高磊晶層的厚度均一性，降低磊晶晶片的局部平直度，靈活性高。

Description

磊晶生長裝置和磊晶生長方法（二）
本發明係關於磊晶生長技術領域，尤其係關於一種磊晶生長裝置和一種磊晶生長方法。
電子元件製造對作為基板的半導體晶片上表面的平整性要求很高，現常用將步進設備在晶片表面所有區域的聚焦能力加入考量的局部平直度（Site Flatness front least-squares Range，SFQR）（部位上表面基準的最小二乘方/範圍）參數來評價。最大局部平直度SFQRmax 的值代表半導體晶片上所有加以考慮的電子元件範圍的最大SFQR值。SFQRmax 值的降低有利於解決製造電子器件時可能遇到的光刻技術散焦問題、化學機械研磨（chemical mechanical polish，CMP）方法的拋光均勻性問題以及絕緣體上矽（silicon on insulator，SOI）黏合技術中的不良黏合問題等等。矽晶片的局部平直度可以利用研磨、拋光等方法優化。
常用的作為基板的半導體晶片為矽磊晶晶片，通常是通過磊晶生長技術即在矽晶片上以相同的晶體取向並以單晶的方式生長磊晶層而獲得。與不包括該磊晶層的矽晶片相比，矽磊晶晶片具有較低的缺陷密度以及較好的抗閂鎖（anti-latch-up）能力等優點，適用於在磊晶層上製造高度集成的電子元件，如微處理器或存儲晶片。矽磊晶晶片的局部平直度與利用磊晶生長技術沉積的磊晶層的均一性有關。
目前製造矽磊晶晶片是將矽晶片放置在磊晶裝置的腔室中，利用熱源進行加熱，並向腔室內通入反應氣體，反應氣體在高溫下在晶片表面分解形成矽，進而沉積到矽晶片表面生長而形成磊晶層，在此過程中，通常使晶片以設定轉速在支架（即襯托器或基座）上旋轉以使磊晶層均勻生長。
研究發現，磊晶層的生長速率與生長取向即矽晶片的晶向有關，具體根據晶向的不同，磊晶層的生長速率會增大或減小，尤其在晶片的邊緣部分，導致了磊晶層的厚度差異。以直徑300 毫米（mm）的矽晶片為例，其上表面例如為（001）晶面，實驗資料表明，在距離晶片中心149 mm遠的邊緣部分，對應於晶片的>110>晶向的一定範圍內，磊晶層的厚度在整個晶片表面內較大，而在對應於晶片的>100>晶向的一定範圍內，磊晶層的厚度在整個晶片表面內較小，邊緣部分的局部平直度SFQR較大，這會使得矽磊晶晶片的最大局部平直度SFQRmax 較大，造成矽磊晶晶片的品質變差，亦會引起在製造電子元件時出現問題。
對於上述磊晶層的局部平直度SFQR較大的問題，現有方法大多是從改變磊晶生長裝置的結構來調節，例如改變進氣口的設計或者改變安裝晶片的襯托器的設計以期改變氣流。但是，調整磊晶生長裝置的結構需要考慮對裝置各個功能部件的影響，比較複雜，並且，對於已投入使用的磊晶裝置，其結構難以根據實際技術狀況及時進行調整，缺乏靈活性。
本發明提供一種磊晶生長裝置和磊晶生長方法，目的是改善晶片上形成的磊晶層的厚度均一性，降低局部平直度（SFQR），以獲得品質較高的磊晶晶片。
根據本發明的一面向，提供一種磊晶生長裝置，所述磊晶生長裝置包括生長腔室及位於生長腔室內的襯托器，所述襯托器用於放置晶片並在磊晶生長過程中帶動晶片旋轉，所述生長腔室上設置有進氣口，所述進氣口允許用於在所述晶片上形成磊晶層的反應氣體進入所述生長腔室內；當所述晶片的邊緣部分具有晶向不同的較快區和較慢區且所述磊晶層在所述較快區比在所述較慢區生長更快時，在磊晶生長過程中，隨著所述晶片的旋轉，所述進氣口在所述較快區旋轉經過時提供的反應氣體的進氣速率小於在所述較慢區旋轉經過時提供的反應氣體的進氣速率。
於一實施例中，所述進氣口提供的反應氣體的進氣速率以脈衝的形式隨時間變化，且所述進氣口在所述較慢區旋轉經過時提供的反應氣體的進氣速率為脈衝的峰值。
於一實施例中，所述較快區和所述較慢區在所述晶片的邊緣部分沿所述晶片的周向間隔交替分佈，所述晶片的邊緣部分還包括過渡區，所述過渡區介於相鄰的一個所述較快區和一個所述較慢區之間，所述過渡區的晶向使得所述磊晶層在所述過渡區的生長速率介於所述較快區和所述較慢區之間。
於一實施例中，隨著所述晶片的旋轉，所述進氣口提供的反應氣體的進氣速率隨著所述較快區、所述過渡區、所述較慢區依次旋轉至所述進氣口而逐漸增加，並且隨著所述較慢區、所述過渡區和所述較快區依次旋轉至所述進氣口而逐漸降低。
於一實施例中，所述晶片為單晶矽晶片、絕緣體上矽晶片、應變矽晶片或者絕緣體上應變矽晶片。
於一實施例中，所述較快區位於晶片的>110>晶向的預定扇面角內，所述較慢區位於晶片的>100>晶向的預定扇面角內。
於一實施例中，所述預定扇面角為0~10度。
於一實施例中，所述反應氣體包括SiH4 、SiH2 Cl2 、SiHCl3 和SiCl4 中的至少一種。
於一實施例中，所述晶片的旋轉速率為40~60轉/分鐘。
根據本發明的另一面向，提供一種磊晶生長方法，包括以下步驟：將晶片放置在磊晶生長裝置的生長腔室中，所述晶片的邊緣部分具有晶向不同的較快區和較慢區且磊晶生長在所述較快區比在所述較慢區更快，所述生長腔室上設置有進氣口；以及使所述晶片旋轉並在所述晶片上進行磊晶生長，其中，通過所述進氣口向所述生長腔室內輸送反應氣體以在所述晶片上形成磊晶層，在磊晶生長過程中，所述反應氣體在所述較快區旋轉經過所述進氣口時的進氣速率小於在所述較慢區旋轉經過所述進氣口時的進氣速率。
於一實施例中，所述反應氣體的進氣速率以脈衝的形式隨時間變化，且在所述較慢區旋轉經過所述進氣口時達到脈衝的峰值。
於一實施例中，所述反應氣體的進氣速率以矩形波、尖脈衝、鋸齒波、三角波、正弦波和階梯波中的一種或者兩種以上的組合形式隨時間變化。
於一實施例中，所述較快區位於晶片的第一晶向的預定扇面角內，所述較慢區位於晶片的第二晶向的預定扇面角內。
於一實施例中，所述反應氣體的進氣速率為0~20公升/分鐘（L/min）。
本發明提供的磊晶生長裝置，可以對晶片進行磊晶生長，其生長腔室上設置有進氣口，所述進氣口允許用於在晶片上形成磊晶層的反應氣體進入生長腔室內，當晶片的邊緣部分具有晶向不同的較快區和較慢區且所述磊晶層在較快區比在較慢區生長更快時，在磊晶生長過程中，隨著所述晶片的旋轉，所述進氣口在所述較快區旋轉經過時提供的反應氣體的進氣速率小於在所述較慢區旋轉經過時提供的反應氣體的進氣速率。本發明的磊晶生長裝置，其進氣口輸入反應氣體的速率並不是恒定不變的，而是隨著晶片上與生長速率有關的不同晶向區域經過而發生變化，從而可以調節磊晶層在不同晶向區域的的沉積，有助於獲得厚度均一的磊晶層，降低磊晶晶片的局部平直度，提高磊晶晶片的品質。
本發明提供的磊晶生長方法，首先將晶片放置在生長腔室中，晶片的邊緣部分具有晶向不同的較快區和較慢區且磊晶生長在所述較快區比在所述較慢區更快，所述生長腔室上設置有進氣口，然後使晶片旋轉並進行磊晶生長，在磊晶生長過程中，反應氣體在晶片的較快區旋轉經過進氣口時的進氣速率大於在晶片的較慢區旋轉經過進氣口時的進氣速率。通過調節反應氣體的進氣速率，有助於對由於晶向不同而導致的磊晶生長速率變化的狀況進行反向調節，即對磊晶生長慢的較慢區相對增加反應氣體供應，而對磊晶生長快的較快區相對減少反應氣體供應，進而改善在晶片上沉積的磊晶層的厚度均一性，降低磊晶晶片的局部平直度，有助於提高磊晶晶片的品質。本發明提供的磊晶生長方法可以在不改變磊晶生長裝置的結構的條件下達到提高磊晶晶片的品質，調節靈活性高。
以下結合附圖和具體實施例對本發明的磊晶生長裝置和磊晶生長方法作進一步詳細說明。根據下面的說明，本發明的優點和特徵將更清楚。需說明的是，附圖均採用非常簡化的形式且均使用非精准的比例，僅用以方便、明晰地輔助說明本發明實施例。
半導體晶片的製造技術中，切割形成的半導體晶片通常經過研磨步驟，例如磨削或研磨，使機械敏感邊緣變圓，然後進行拋光和清洗，之後在磊晶生長裝置中在晶片的上表面氣相生長形成磊晶層。
在磊晶生長技術中，半導體晶片例如矽晶片被放置在磊晶生長裝置中以一定的速率旋轉，並進行加熱，反應氣體（例如TCS，三氯矽烷）作為源氣體輸送至矽晶片表面，在約600至1250℃的溫度下分解成矽及揮發性的副產物，並在矽晶片上磊晶生長形成矽的磊晶層。所述磊晶層可以是非摻雜的，或者是採用合適的摻雜氣體針對性地用硼、磷、砷或銻進行摻雜的，以調節導電類型以及電阻率。
為了提高通過磊晶生長在半導體晶片上形成的磊晶層的厚度均一性，尤其是優化邊緣部分的局部平直度，以降低磊晶晶片上的最大局部平直度值SFQRmax ，通常採用調整磊晶生長裝置的結構例如改變襯托器的設計來進行優化，然而，調整磊晶生長裝置的結構需要考慮對裝置各個功能部件的影響，並且，由於在生產中根據實際技術狀況及時調整裝置的結構設計的難度較高，這種方法的靈活性較差。
圖1是本發明實施例中矽晶片的晶向示意圖。參照圖1，矽晶片的上表面通常為{100}晶面族中的一個晶面，因而後續在矽晶片上經磊晶生長後形成的磊晶層的上表面也為{100}晶面族中的一個晶面，圖1中以矽晶片的上表面為（100）晶面為例。依照晶片的半徑方向，晶片的不同的晶向沿圓周呈週期性分佈，如圖1中每隔90度均出現一次晶向>110>，晶向>110>以順時針或者逆時針旋轉45度（45°）則為晶向>100>。
研究表明，半導體晶片例如矽晶片的磊晶層的生長速率與晶向有關，依照晶向不同（即磊晶層的生長取向不同），磊晶層的生長速率會間隔地增大或減小，這種依賴關係在晶片上表面的邊緣部分表現明顯。以圖1所示的矽晶片為例，邊緣區域的磊晶層選擇性地在晶片的晶向>110>的一定扇面角內生長較快，而在晶片的晶向>100>的一定扇面角內生長較慢，在晶向>110>和晶向>100>之間的晶向（圖中未示出）範圍內，磊晶層整體較晶向>110>角度內的生長減慢而較晶向>110>角度內的生長加快。這種磊晶層的生長速率與晶向有關的規律不是矽晶片的磊晶生長技術所獨有，在其它半導體晶片的磊晶生長中理應也存在。因此，雖然本實施例主要以矽晶片為例進行描述，但應當理解，本發明的構思和內涵同樣適用於其它半導體晶片的磊晶生長技術。示例的，以下所描述的半導體晶片可以是單晶矽晶片、絕緣體上矽晶片、應變矽晶片或者絕緣體上應變矽晶片等，半導體晶片的材質也可以採用其它元素例如鍺的晶體。
圖2是本發明實施例中矽晶片上較快區和較慢區的分佈示意圖。參照圖2，由於矽晶片上邊緣部分的磊晶層的生長速率與晶片的晶向即生長取向有關，當矽晶片在旋轉狀態下進行磊晶生長時，對應不同晶向的一定角度記憶體在沿周向分佈的磊晶層生長較快的較快區Ⅰ、磊晶層生長較慢的較慢區Ⅲ以及生長速率介於較快區Ⅰ和較慢區Ⅲ之間的過渡區Ⅱ。如果不作調整，由於邊緣部分這幾個位置的磊晶層生長速率的不同，會引起較為明顯的磊晶層厚度差異，這會造成晶片平整性變差以及磊晶晶片的品質和成品率下降的問題。因而，需要對晶片上磊晶生長速率有差異的區域尤其是較快區Ⅰ和較慢區Ⅲ的生長厚度差異進行調整。
以下首先介紹本實施例的磊晶生長裝置。本實施例的磊晶生長裝置對於上述的磊晶層生長速率的差異，使進氣口提供的反應氣體的進氣速率隨著晶片的轉動而調整，可以達到調節磊晶層厚度的目的，並且可以不改變磊晶生長裝置的構造，相較於改變襯托器結構的方法，調整反應氣體的供應具有較高的靈活性。
圖3是本發明實施例的磊晶生長裝置的局部剖面示意圖。參照圖2和圖3，本實施例的磊晶生長裝置包括生長腔室10（僅示出部分）及位元於生長腔室10內的襯托器20（僅示出部分），所述襯托器20用於放置晶片30並在磊晶生長過程中帶動晶片30旋轉，襯托器通常帶動晶片30以自身中心線為軸在水平面內旋轉。所述晶片30具有不同的晶向，從而邊緣部分包括依照晶向生長差異所區分的較快區Ⅰ和較慢區Ⅲ，即在晶片30上沉積的磊晶層在所述較快區Ⅰ比在所述較慢區Ⅲ生長更快。所述生長腔室10上設置有用於向生長腔室10內輸送反應氣體的進氣口11，所述反應氣體用於通過氣相沉積在所述晶片30上表面形成磊晶層，具體的，在磊晶生長過程中，隨著所述晶片30的旋轉，所述進氣口11在所述較快區Ⅰ旋轉經過時提供的反應氣體的進氣速率小於在所述較慢區Ⅲ旋轉經過時提供的反應氣體的進氣速率。
本實施例以矽晶片為例，結合圖1，由於磊晶層的生長速率與矽晶片的晶向有關，因而根據晶向生長差異，矽晶片的邊緣部分包括週期性分佈的所述較快區Ⅰ、過渡區Ⅱ、較慢區Ⅲ，同一週期內包括一個所述較快區Ⅰ、一個較慢區Ⅲ以及兩個過渡區Ⅱ，並且較快區Ⅰ、過渡區Ⅱ、較慢區Ⅲ以及過渡區Ⅱ的順序沿周向依次連接，相鄰兩個週期相差90度。上述晶片邊緣部分的較快區Ⅰ可以設置為晶片30邊緣部分的>110>晶向的預定扇面角範圍，較慢區Ⅲ可以設置為晶片30邊緣部分的>100>晶向的預定扇面角範圍，過渡區Ⅱ可以設置為介於較快區Ⅰ和所述較慢區Ⅲ之間的晶片上表面邊緣區域。邊緣部分可以根據晶片的規格以及實驗資料具體設置，例如對於300 mm直徑的矽晶片，可以將距中心點在145 mm~150 mm的區域作為晶片的邊緣部分。每個區間的具體範圍大小可以根據類似結構的磊晶裝置進行常規磊晶生長技術（磊晶生長過程中反應氣體以穩定的進氣速率被輸入技術腔室）的實驗資料進行設定，例如可以將晶片的邊緣部分內厚度超過平均厚度5%的範圍定義為較快區Ⅰ，而將厚度低於平均厚度5%的範圍定義為較慢區Ⅲ，所述較快區Ⅰ和較慢區Ⅲ的厚度差異主要是由於晶向不同導致的。作為示例，所述較快區Ⅰ可以在以>110>晶向為中心線的的±5度範圍內設置，所述較慢區Ⅲ可以在以>100>晶向為中心線的±5度範圍內設置，即所述較快區Ⅰ和較慢區Ⅲ所在的扇面角均可以在0~10度範圍。
襯托器20可以由石墨、碳化矽或者石英製成。在磊晶生長技術中，晶片30通常固定於襯托器20上的凹槽21內，凹槽21的邊緣上表面可以高於晶片30的上表面或者與之齊平。凹槽21的形狀也可以是考量氣體流動的因素之後的特殊形狀，例如凹槽21的底面可以設計成一定斜率的斜面，以通過改變氣流的阻力來調整磊晶層的生長速率。另外，磊晶生長裝置在生長腔室10的上下方可以設置有加熱部件，以對生長腔室10內的晶片30以及反應氣體進行加熱，促使反應氣體分解而在晶片30上進行氣相沉積形成磊晶層。本實施例的襯托器和加熱部件可以採用習知的設計。
磊晶生長裝置的生長腔室10的腔壁上可以設置不止一個的進氣口，以在磊晶生長技術中從腔室外部向生長腔室10內輸送包括反應氣體（即源氣體）和載氣的技術氣體。針對矽晶片的磊晶生長技術用到的反應氣體可包括矽烷（SiH4 ）、二氯矽烷（SiH2 Cl2 ，DCS）、三氯矽烷（SiHCl3 (TCS)）或四氯矽烷（SiCl4 ）等矽類化合物氣體，氫氣（H2 ）或惰性氣體可以被用作載氣，載氣主要起稀釋反應氣體的作用，技術氣體內還可以包括微量的摻雜劑氣體，例如B2 H4 。本實施例中反應氣體例如是三氯矽烷(TCS)，載氣例如是H2 。技術氣體中的多種氣體可以通過一個進氣口輸送，也可以分為不同的進氣口輸送，此外，生長腔室上還可以設置用於輸送（例如氣態HCl）的進氣口，蝕刻氣體用於對放置在襯托器上的晶片進行預處理，以及對移除晶片後的襯托器進行處理，以去除多餘的沉積物。
本實施例中，磊晶生長裝置的生長腔室10上設置的輸送反應氣體的進氣口11可以設置為僅允許反應氣體進入生長腔室10，也可以設置為允許包括其它氣體的混合技術氣體進入生長腔室10，並且，進氣口11所提供的反應氣體並非是持續性的保持恒定的進氣速率，而是在磊晶生長過程中根據旋轉經過的晶片30的區域不同而調節進氣速率，若進氣口11還輸送其它技術氣體，則其它氣體可以是連續輸送也可以依照與反應氣體類似的進氣速率變化進行輸送。在另一實施例中，生長腔室10上可以設置有不止一個允許反應氣體進入生長腔室的進氣口，在磊晶生長過程中，有的進氣口提供的反應氣體具有穩定的進氣速率，而其中進氣口11是在磊晶生長過程中根據所面對的晶片30的區域不同所提供的反應氣體的進氣速率發生變化。腔壁上的多個進氣口可以按照一定角度和間距設置。
本實施例中，進氣口11與晶片30邊緣的水平距離L例如約5cm~15cm，進氣口11的下邊緣距離襯托器20的凹槽21的上表面之間的垂直距離H例如約1mm~10mm。在實際應用中進氣口11的設置主要考慮使反應氣體較均勻地輸送至晶片上表面。
本實施例的磊晶生長裝置，進氣口11提供的反應氣體（例如TCS）的進氣速率（或流速）的範圍約0~20L/分鐘，在該範圍內反應氣體的進氣速率根據旋轉經過進氣口11的晶片30的區域不同而發生變化，使得進氣口11允許通過的反應氣體的量隨著晶片30的旋轉也在增大或減小。為了彌合反應氣體在分解並在晶片30上磊晶生長的過程中在晶片30的邊緣部分由於晶向不同而產生的磊晶生長速率差異，本實施例中，所述進氣口11在晶片30的較快區Ⅰ旋轉經過時提供的反應氣體的進氣速率小於在晶片30的較慢區Ⅲ旋轉經過時提供的反應氣體的進氣速率，從而使反應氣體對較快區Ⅰ的供應量小於在較慢區Ⅲ的供應量，具有調節較快區Ⅰ和較慢區Ⅲ的磊晶生長速率的作用，便於達到提高磊晶層的厚度均一性的效果。
作為示例，可以將晶片30旋轉過一個晶向週期（本實施例包括相鄰連接的較快區、過渡區、較慢區以及過渡區）的時間作為反應氣體的一個輸送週期，其中，當晶片邊緣部分的較快區Ⅰ旋轉經過進氣口11時（即較快區Ⅰ的晶片邊緣面對進氣口11下方的腔壁時），進氣口提供的反應氣體的進氣速率在一個輸送週期內達到最小，以減少反應氣體的供應量（例如減小TCS分解後形成的矽元素），從而降低磊晶層在較快區Ⅰ的沉積厚度，而當晶片邊緣部分的較慢區Ⅲ旋轉經過進氣口11時，進氣口提供的反應氣體的進氣速率在一個輸送週期內達到最大，以增加反應氣體的供應量，從而提高磊晶層在較慢區Ⅲ的沉積厚度。
為了使進氣口11提供的反應氣體的進氣速率在較快區Ⅰ旋轉經過進氣口11時的值小於在較慢區Ⅲ旋轉經過進氣口11時的值，進氣口11提供的反應氣體的進氣速率可以按照脈衝的形式隨時間變化，並且使得在較慢區Ⅲ旋轉經過進氣口11時，進氣口11提供的反應氣體的進氣速率為脈衝的峰值。具體可採用的脈衝形式可以是矩形波、尖脈衝、鋸齒波、三角波、正弦波和階梯波中的一種或者兩種以上的組合。參照圖2，本實施例中，晶片30旋轉一圈的時間內（即一個旋轉週期內）旋轉經過進氣口11的區域包括四個較快區Ⅰ、四個較慢區Ⅲ以及介於它們之間的八個過渡區Ⅱ，從而在每個旋轉週期內，進氣口11提供的反應氣體的進氣速率可以根據較慢區Ⅲ旋轉經過進氣口11的時間點分別按照四個脈衝的方式變化。脈衝頻率可以在1赫茲（Hz）~200 Hz範圍內變化，具體取值可以根據晶片的晶向以及旋轉速率而定，作為示例，晶片30的旋轉速率約40~60轉/分鐘。另外，考慮到進氣口11和晶片30的距離以及反應氣體從進氣口到達晶片所經過的時間，進氣口11提供的反應氣體的輸送脈衝的開始時間可以較晶片30的較慢區Ⅲ旋轉到進氣口時略微提前一段時間（例如約0.05秒(s)~1s），並達到在較慢區Ⅲ旋轉經過進氣口11時，進氣口11提供的反應氣體的進氣速率為脈衝的峰值的效果。
為了使提供的反應氣體在較快區Ⅰ旋轉經過進氣口11時的進氣速率小於在較慢區Ⅲ旋轉經過進氣口11時的進氣速率，所述反應氣體也可以按照連續變化的形式進行輸送，具體的，在磊晶生長過程中，隨著晶片30的旋轉，進氣口11提供的反應氣體的進氣速率隨著所述較快區Ⅰ、所述過渡區Ⅱ、所述較慢區Ⅲ依次旋轉至所述進氣口11而逐漸增加，並且隨著所述較慢區Ⅲ、所述過渡區Ⅱ和所述較快區Ⅰ依次旋轉至所述進氣口11而逐漸降低。反應氣體的進氣速率的逐漸增加或減少可以採用線性或非線性方式。
可見，本實施例的磊晶生長裝置，通過適應於旋轉中的晶片的晶向變化而設置進氣口提供的反應氣體的進氣速率發生變化，以對由於晶向不同而導致的磊晶生長速率變化的狀況進行反向調節，具體對磊晶生長慢的較慢區相對增加反應氣體供應，而對磊晶生長快的較快區相對減少反應氣體供應，具有穩定磊晶層的沉積速率的效果，從而有助於獲得厚度均一的磊晶層，降低獲得的磊晶晶片的局部平直度，提高磊晶晶片的品質。此外，對於晶片邊緣部分的過渡區Ⅱ，由於該區域的磊晶層的生長速率介於較快區Ⅰ和較慢區Ⅲ之間，因而進氣口11在過渡區Ⅱ旋轉經過進氣口11時提供的反應氣體的進氣速率可以取介於在較快區Ⅰ和較慢區Ⅲ旋轉經過進氣口11時提供的反應氣體的進氣速率之間的值。當然，根據過渡區Ⅱ範圍內的晶向不同且磊晶生長速率不同的每個較小的區域，進氣口11在在每個較小的區域旋轉經過時，提供的反應氣體的進氣速率也可以利用上述調節方式作進一步調節。
利用上述磊晶生長裝置，在晶片30邊緣部分的較快區Ⅰ，磊晶層的生長一方面由於晶向的關係而加快，但另一方面由於進氣口11提供的反應氣體的進氣速率較小而沉積量減小，有助於抑制較快區Ⅰ由於生長較快而導致的厚度增加趨勢，使該區域的磊晶層按照整個晶片範圍內的平均生長速率生長。類似的，在晶片30邊緣部分的較慢區Ⅲ，磊晶層的生長一方面會由於晶向的關係而減慢，但另一方面由於進氣口11提供的反應氣體的進氣速率較大而沉積量增加，有助於抑制較慢區Ⅲ由於生長較慢而導致的厚度減小趨勢，使該區域的磊晶層按照整個晶片範圍內的平均生長速率生長。
以下介紹本實施例的磊晶生長方法。圖4是本發明實施例的磊晶生長方法的流程示意圖。參照圖1至圖4，本實施例還包括一種磊晶生長方法，包括： 第一步驟S1：將晶片30放置在磊晶生長裝置的生長腔室10中，所述晶片30的邊緣部分具有晶向不同的較快區Ⅰ和較慢區Ⅲ且磊晶生長在所述較快區Ⅰ比在所述較慢區Ⅲ更快，所述生長腔室上設置有進氣口11； 第二步驟S2：使所述晶片30旋轉並在所述晶片30上進行磊晶生長，其中，通過所述進氣口11向所述生長腔室10內輸送反應氣體以在所述晶片30上形成磊晶層，在磊晶生長過程中，所述反應氣體在所述較快區Ⅰ旋轉經過所述進氣口11時的進氣速率小於在所述較慢區Ⅲ旋轉經過所述進氣口11時的進氣速率。
本實施例的磊晶生長方法中採用了與上述磊晶生長裝置相同的構思，即通過將晶片30放置在磊晶生長裝置中的襯托器20上，並使晶片30隨襯托器20旋轉，然後反應氣體經生長腔室10上的進氣口11進入反應腔室10，以進行磊晶生長技術（所述磊晶生長技術還可包括一些習知步驟，例如加熱）。其中，晶片30在磊晶生長過程中隨著襯托器20旋轉，從而朝向進氣口11的晶向週期性地發生著變化，例如圖2中晶向不同的較快區Ⅰ、過渡區Ⅱ以及較慢區Ⅲ會週期性地旋轉經過進氣口11，本實施例的磊晶生長方法根據經過進氣口11的晶片30的區域不同，反應氣體的進氣速率發生了變化，具體反應氣體在所述較快區Ⅰ旋轉經過所述進氣口11時的進氣速率小於在所述較慢區Ⅲ旋轉經過所述進氣口11時的進氣速率，以對由於晶向不同所引起的磊晶層的生長厚度差異進行調整。
圖5是本發明實施例的磊晶生長方法中反應氣體的進氣速率曲線。參考圖5，在磊晶生長技術中，傳統的磊晶生長方法採用的是連續輸送反應氣體的方式，而本實施例的磊晶生長方法，反應氣體會採用根據經過進氣口的邊緣區域不同（即生長晶向不同），進氣速率發生了相應的變化。具體在一個旋轉週期內，在晶片30邊緣部分的較快區Ⅰ旋轉經過進氣口11時，反應氣體的進氣速率相對較小，以減少反應氣體的分解量，從而降低磊晶層在較快區Ⅰ沉積的厚度，而在晶片30邊緣部分的較慢區Ⅲ旋轉經過進氣口11時，反應氣體的進氣速率相對較大，以增加反應氣體的分解量，從而提高磊晶層在較慢區Ⅲ沉積的厚度，從而有助於獲得厚度均一的磊晶層，降低磊晶晶片的局部平直度，提高磊晶晶片的品質。本實施例的提供的磊晶生長方法可以在不改變磊晶生長裝置的結構的條件下達到提高磊晶晶片的品質，調節靈活性高。
需要說明的是，本說明書實施例採用遞進的方式描述，對於實施例公開的方法而言，由於與實施例公開的結構相對應，相關之處互相參照即可。
上述描述僅是對本發明較佳實施例的描述，並非對本發明權利範圍的任何限定，任何本領域技術人員在不脫離本發明的精神和範圍內，都可以利用上述揭示的方法和技術內容對本發明技術方案做出可能的變動和修改，因此，凡是未脫離本發明技術方案的內容，依據本發明的技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化及修飾，均屬於本發明技術方案的保護範圍。
10:生長腔室 11:進氣口 20:襯托器 21:凹槽 30:晶片 H:垂直距離 L:水平距離
圖1是本發明實施例中矽晶片的晶向示意圖。
圖2是本發明實施例中矽晶片上較快區和較慢區的分佈示意圖。
圖3是本發明實施例的磊晶生長裝置的局部剖面示意圖。
圖4是本發明實施例的磊晶生長方法的流程示意圖。
圖5是本發明實施例的磊晶生長方法中反應氣體的進氣速率曲線。
10:生長腔室
11:進氣口
20:襯托器
21:凹槽
30:晶片
H:垂直距離
L:水平距離

Claims (12)

  1. 一種磊晶生長裝置，包括生長腔室及位於生長腔室內的襯托器，所述襯托器用於放置晶片並在磊晶生長過程中帶動晶片旋轉，所述生長腔室上設置有進氣口，所述進氣口允許用於在所述晶片上形成磊晶層的反應氣體進入所述生長腔室內；當所述晶片的邊緣部分具有晶向不同的較快區和較慢區且所述磊晶層在所述較快區比在所述較慢區生長更快時，在磊晶生長過程中，隨著所述晶片的旋轉，所述進氣口在所述較快區旋轉經過時提供的反應氣體的進氣速率小於在所述較慢區旋轉經過時提供的反應氣體的進氣速率；其中，所述進氣口提供的反應氣體的進氣速率以脈衝的形式隨時間變化，且所述進氣口在所述較慢區旋轉經過時提供的反應氣體的進氣速率為脈衝的峰值。
  2. 如申請專利範圍第1項的磊晶生長裝置，其中，所述較快區和所述較慢區在所述晶片的邊緣部分沿所述晶片的周向間隔交替分佈，所述晶片的邊緣部分還包括過渡區，所述過渡區介於相鄰的一個所述較快區和一個所述較慢區之間，所述過渡區的晶向使得所述磊晶層在所述過渡區的生長速率介於所述較快區和所述較慢區之間。
  3. 如申請專利範圍第2項的磊晶生長裝置，其中，隨著所述晶片的旋轉，所述進氣口提供的反應氣體的進氣速率隨著所述較快區、所述過渡區、所述較慢區依次旋轉至所述進氣口而逐漸增加，並且隨著所述較慢區、所述過渡區和所述較快區依次旋轉至所述進氣口而逐漸降低。
  4. 如申請專利範圍第1至3項任一項的磊晶生長裝置，其中，所述晶片為單晶矽晶片、絕緣體上矽晶片、應變矽晶片或者絕緣體上應變矽晶片。
  5. 如申請專利範圍第4項的磊晶生長裝置，其中，所述較快區位於晶片的<110>晶向的預定扇面角內，所述較慢區位於晶片的<100>晶向的預定扇面角內。
  6. 如申請專利範圍第5項的磊晶生長裝置，其中，所述預定扇面角為0~10度。
  7. 如申請專利範圍第6項的磊晶生長裝置，其中，所述反應氣體包括SiH4、SiH2Cl2、SiHCl3和SiCl4中的至少一種。
  8. 如申請專利範圍第1至3項任一項的磊晶生長裝置，其中，所述晶片的旋轉速率為40~60轉/分鐘。
  9. 一種磊晶生長方法，包括：將晶片放置在磊晶生長裝置的生長腔室中，所述晶片的邊緣部分具有晶向不同的較快區和較慢區且磊晶生長在所述較快區比在所述較慢區更快，所述生長腔室上設置有進氣口；以及使所述晶片旋轉並在所述晶片上進行磊晶生長，其中，通過所述進氣口向所述生長腔室內輸送反應氣體以在所述晶片上形成磊晶層，在磊晶生長過程中，所述反應氣體在所述較快區旋轉經過所述進氣口時的進氣速率小於在所述較慢區旋轉經過所述進氣口時的進氣速率；其中，所述反應氣體的進氣速率以脈衝的形式隨時間變化，且在所述較慢區旋轉經過所述進氣口時達到脈衝的峰值。
  10. 如申請專利範圍第9項的磊晶生長方法，其中，所述反應氣體的進氣速率以矩形波、尖脈衝、鋸齒波、三角波、正弦波和階梯波中的一種或者兩種以上的組合形式隨時間變化。
  11. 如申請專利範圍第9項的磊晶生長方法，其中，所述較快區位於晶片的第一晶向的預定扇面角內，所述較慢區位於晶片的第二晶向的預定扇面角內。
  12. 如申請專利範圍第9項的磊晶生長方法，其中，所述反應氣體的進氣速率為大於0至20L/分鐘。
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