TWI742550B - 磊晶生長設備和磊晶生長方法（一） - Google Patents

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Abstract

本發明提供了一種磊晶生長設備和磊晶生長方法。所述磊晶生長設備的腔體上設置有第一進氣口和第二進氣口，第一進氣口允許用於在晶片上形成磊晶層的反應氣體進入腔體，第二進氣口允許用於阻止磊晶層的沈積的蝕刻氣體進入腔體，當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，在磊晶過程中，隨著晶片的旋轉，第二進氣口在較快區旋轉經過時提供的蝕刻氣體的進氣速率大於在較慢區旋轉經過時提供的蝕刻氣體的進氣速率，從而蝕刻氣體對於較快區的磊晶層的去除效率更大，可以對較快區和較慢區的磊晶生長進行調節，有助於提高磊晶層的厚度均一性，降低局部平直度，提高磊晶晶片的品質。

Description

磊晶生長設備和磊晶生長方法（一）
本發明係關於磊晶生長之技術領域，尤其是關於一種磊晶生長設備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裝置時可能遇到的光刻方法散焦問題、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）黏合方法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。
常用作基板的半導體晶片為矽磊晶晶片，通常是通過磊晶生長方法，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方法沈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，進而沈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，尤其在晶片的邊緣區域，導致了磊晶層的厚度差異。以直徑300 mm的矽晶片為例，其上表面假設為（001）晶面，實驗資料表明，在距離晶片中心149 mm遠的邊緣區域，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，邊緣區域的局部平直度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，已知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組件的影響，比較複雜，並且，對於使用中的裝置，其結構難以根據實際方法狀況及時進行調整，靈活性較差。
本發明提供一種磊晶生長設備和磊晶生長方法，目的是調整在晶片上形成的磊晶層的厚度均一性，以降低磊晶晶片的局部平直度（SFQR），提高磊晶晶片的品質。
一方面，本發明提供一種磊晶生長設備，所述磊晶生長設備包括腔體及位於腔體內的襯托器，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，所述腔體上設置有第一進氣口和第二進氣口，所述第一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腔體內，所述第二進氣口允許用於阻止所述磊晶層的沈積的蝕刻氣體進入所述腔體內；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，所述第二進氣口在所述較快區旋轉經過時提供的蝕刻氣體的進氣速率大於在所述較慢區旋轉經過時提供的蝕刻氣體的進氣速率。
視需要，所述第一進氣口提供的反應氣體的進氣速率在所述磊晶生長過程中保持不變。
視需要，在磊晶生長過程中，隨著所述晶片的旋轉，所述第一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。
視需要，所述第二進氣口提供的蝕刻氣體的進氣速率以脈衝的形式隨時間變化，且所述第二進氣口在所述較快區旋轉經過時提供的蝕刻氣體的進氣速率為脈衝的峰值。
視需要，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，且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。
視需要，在所述晶片旋轉過程中，所述第二進氣口提供的蝕刻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第二進氣口而逐漸減小，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第二進氣口而逐漸增加。
視需要，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。
視需要，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。
視需要，所述反應氣體包括SiH4 、SiH2 Cl2 、SiHCl3 和SiCl4 中的至少一種；所述蝕刻氣體為氣態HCl。
視需要，所述第一進氣口和所述第二進氣口位於同一水平面內，且與所述晶片的中心的連線相互垂直。
視需要，所述晶片的旋轉速率為40~60轉/分鐘。
另一方面，本發明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設備的腔體中，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，所述腔體上設置有第一進氣口和第二進氣口；以及，使所述晶片旋轉並在所述晶片上進行磊晶生長，其中，通過所述第一進氣口向所述腔體內輸送反應氣體以在所述晶片上形成磊晶層，同時通過所述第二進氣口向所述腔體內輸送蝕刻氣體以阻止所述磊晶層的沈積，在磊晶生長過程中，所述蝕刻氣體在所述較快區旋轉經過所述第二進氣口時的進氣速率大於在所述較慢區旋轉經過所述第二進氣口時的進氣速率。
視需要，在磊晶生長過程中，所述反應氣體的進氣速率保持不變。
視需要，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第一進氣口時的進氣速率小於在所述較慢區旋轉經過所述第一進氣口時的進氣速率。
視需要，所述蝕刻氣體的進氣速率以脈衝的形式隨時間變化，且所述蝕刻氣體在所述較快區旋轉經過所述第二進氣口時的進氣速率為脈衝的峰值。
視需要，所述蝕刻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而隨時間變化。
視需要，所述蝕刻氣體的進氣速率為0~20公升/分鐘（L/min）。
本發明提供的磊晶生長設備，可以對其中放置的晶片進行磊晶生長，其腔體上設置有第一進氣口和第二進氣口，第一進氣口允許用於在晶片上形成磊晶層的反應氣體進入腔體內，第二進氣口允許用於阻止磊晶層的沈積的蝕刻氣體進入腔體內，當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，在磊晶生長過程中，隨著晶片的旋轉，第二進氣口在較快區旋轉經過時提供的蝕刻氣體的進氣速率大於在較慢區旋轉經過時提供的蝕刻氣體的進氣速率。由於在較快區旋轉至第二進氣口時蝕刻氣體的進氣速率更大，即輸入量較大，從而蝕刻氣體對於較快區的磊晶層的去除效率較大，具有調節較快區和較慢區的磊晶層的厚度的效果，有助於使較快區和較慢區的磊晶層的厚度趨於一致，從而有利於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，將晶片放置在磊晶生長設備的腔體中，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，然後使晶片旋轉並在所述晶片上進行磊晶生長，其中，通過腔體上的第一進氣口輸送反應氣體以在晶片上形成磊晶層，同時通過腔體上的第二進氣口輸送蝕刻氣體以阻止磊晶層的沈積，在磊晶生長過程中，所述蝕刻氣體在較快區旋轉經過第二進氣口時的進氣速率大於在較慢區旋轉經過第二進氣口時的進氣速率。通過調節蝕刻氣體的進氣速率，可以對所述較快區和所述較慢區的磊晶生長進行調節，有助於提高磊晶層的厚度均一性，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，並且調節靈活性較好。
進一步的，在磊晶生長過程中，所述反應氣體的進氣速率可以保持穩定不變，或者也可以參與磊晶生長的調節，具體可以所述反應氣體在較快區旋轉經過第一進氣口時的進氣速率小於在較慢區旋轉經過第一進氣口時的進氣速率，結合在所述較快區和所述較慢區旋轉至第二進氣口時蝕刻氣體的進氣速率的變化，可以更靈活地調節晶片表面尤其是邊緣部分的磊晶層的厚度均一性，提高磊晶層的品質，進而提高磊晶晶片的品質。
以下結合附圖和具體實施例對本發明的磊晶生長設備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。
半導體晶片的製造方法中，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，之後在磊晶生長設備中在晶片的上表面氣相生長形成磊晶層。
在磊晶生長方法中，半導體晶片例如矽晶片被放置在磊晶生長設備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，尤其是優化邊緣區域的局部平直度，以降低磊晶晶片的最大局部平直度值SFQRmax ，通常採用調整磊晶生長設備的結構例如改變襯托器的設計來進行優化，然而，調整磊晶生長設備的結構需要考慮對裝置各個功能組件的影響，並且，由於在生產中難以根據實際方法狀況及時調整裝置的結構設計，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區域表現明顯。以圖1所示的矽晶片為例，磊晶層選擇性地在包括晶向>110>的一定角度內生長較快，而在包括晶向>100>的一定角度內生長較慢，在晶向>110>和晶向>100>之間的晶向（圖中未示出）上，磊晶層較晶向>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屬於矽晶片的磊晶生長方法所獨有，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方法。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設備。本實施例的磊晶生長設備對於上述的磊晶層生長速率由於生長晶向的差異，設置在其腔體上的進氣口提供蝕刻氣體時，具有與晶片的旋轉有關的進氣速率，以對晶片邊緣部分的磊晶層的厚度進行調整，目的是獲得磊晶層厚度均一的磊晶層，調節過程可以不改變磊晶生長設備以及襯托器的設計，因而調節靈活性較高。
圖3是本發明實施例第一進氣口、第二進氣口以及晶片的位置示意圖。圖4是本發明實施例中磊晶生長設備的局部剖面示意圖。參照圖3和圖4，本實施例的磊晶生長裝置包括腔體10及位於腔體10內的襯托器20，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。所述腔體10上設置有第一進氣口11和第二進氣口12，所述第一進氣口11允許用於在晶片30上形成磊晶層的反應氣體進入腔體10內，所述第二進氣口12允許用於阻止所述磊晶層的沈積的蝕刻氣體進入腔體10內；並且，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，較快區Ⅰ和較慢區Ⅲ根據生長晶向不同而磊晶生長速率不同，具體為磊晶層在所述較快區Ⅰ比在較慢區Ⅲ生長更快，在針對所述晶片30的磊晶生長過程中，隨著所述晶片的旋轉，所述第二進氣口12在較快區Ⅰ旋轉經過時提供的蝕刻氣體的進氣速率大於在較慢區Ⅲ旋轉經過時提供的蝕刻氣體的進氣速率。
本實施例以矽晶片為例，參照圖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。上述晶片邊緣區域的較快區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300mm直徑的矽晶片，可以將距中心點在145mm~150mm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方法（磊晶生長過程中方法氣體以穩定的進氣速率被輸入腔體）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。在磊晶生長方法中，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。另外，磊晶生長裝置在腔體10的上下方可以設置有加熱組件，以對腔體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上進行氣相沈積形成磊晶層。本實施例的襯托器和加熱組件可以採用習知設計。
參照圖3，磊晶生長裝置的腔體10的腔壁上設置有第一進氣口11和第二進氣口12，可以設置為分別在磊晶生長方法中從外部向腔體10內輸送反應氣體和蝕刻氣體。進一步的，第一進氣口11允許輸送的可以是包括反應氣體（即源氣體）和載氣的混合方法氣體。針對矽晶片的磊晶生長方法用到的反應氣體可包括矽烷（SiH4 ）、二氯矽烷（SiH2 Cl2 ）、三氯矽烷（SiHCl3 ）或四氯矽烷（SiCl4 ）等矽類化合物氣體，H2 （氫氣）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，方法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，簡稱TCS，載氣例如是H2 。在另一實施例中，方法氣體中的載氣和摻雜劑氣體也可以通過第一進氣口11和第二進氣口12以外的進氣口輸送。
第二進氣口12可以設置在與第一進氣口11同一水準的不同位置，即第一進氣口11和第二進氣口12可以按照腔體10的軸線（或晶片的中心垂線）相互呈一定角度分別設置在腔壁上，作為示例，如圖3，第一進氣口11和第二進氣口12與晶片30中心的連線可以相互垂直設置，使第一進氣口11和第二進氣口12輸送氣體的方向相互垂直。具體的，第一進氣口11和第二進氣口12與晶片30邊緣的水準距離L均處於約5cm~15cm的範圍，第一進氣口11和第二進氣口12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。在實際應用中第一進氣口11和第二進氣口12的設置主要考慮使氣體較均勻地輸送至晶片上表面。
第二進氣口12輸送的蝕刻氣體可以阻止磊晶層的沈積，本實施例中，蝕刻氣體例如為氣態HCl。蝕刻氣體在磊晶方法中常用於對放置在襯托器上的晶片進行預處理，以去除磊晶生長之前晶片表面的自然氧化物，以及在經過多次磊晶生長方法後，對不放置晶片的襯托器進行處理，去除其表面多餘的沈積物。本實施例中，蝕刻氣體還被應用於磊晶生長方法，即在第一進氣口11將包括反應氣體的方法氣體輸送至腔體10從而反應氣體在晶片表面氣相沈積形成磊晶層的過程中，同時第二進氣口12將蝕刻氣體輸送至腔體10中。以矽晶片磊晶為例，在磊晶生長過程中，進入腔體10內的反應氣體在受熱狀態下分解並形成矽沈積在矽晶片表面，而蝕刻氣體使得矽離開矽晶片表面，矽沈積和去除的反應均以較高的速率進行，可視為矽晶片表面的矽在移動，矽沈積量和矽去除量受相應區域的反應氣體和蝕刻氣體的比例影響。可以理解，本實施例中主要描述的磊晶生長設備的磊晶生長過程，蝕刻氣體用於調節磊晶層的品質，因而矽的平均沈積速率應大於平均去除速率，即在整個磊晶生長過程中，矽的總沈積量大於矽的總去除量。本實施例中，所述蝕刻氣體和所述反應氣體的進氣速率均處於0~20L/分鐘的範圍。所述晶片的旋轉速率例如約40~60轉/分鐘，具體數值可以根據實際設備狀況而定。
根據上面的描述，在晶片的邊緣部分，根據晶向的變化，沿晶向生長的磊晶層的生長速率不同，其中，對應於較快區Ⅰ，磊晶層的生長速率較大，而對應於較慢區Ⅲ，磊晶層的生長速率較小。為了調節磊晶層的生長，使較快區Ⅰ、較慢區Ⅲ以及過渡區Ⅱ的磊晶層的沈積厚度趨於一致，以降低邊緣部分的局部平直度SFQR，本實施例中，在進行磊晶生長方法的晶片30的旋轉過程中，第二進氣口12在較快區Ⅰ旋轉經過第二進氣口12時提供的蝕刻氣體的進氣速率大於在較慢區Ⅲ旋轉經過第二進氣口12時提供的蝕刻氣體的進氣速率。即，對於晶片30邊緣區域因晶向而生長較快的區域（即較快區Ⅰ），相對地增強了矽去除反應，而對於晶片30邊緣區域因晶向而生長較慢的區域（即較慢區Ⅲ），相對地減弱了矽去除反應，從而對因晶向不同而導致的磊晶層的生長差異具有反向調節作用，有利於使較快區Ⅰ和較慢區Ⅲ的磊晶層厚度差異減小，從而有利於降低磊晶晶片邊緣部分的局部平直度。
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，因而第二進氣口12在過渡區Ⅱ旋轉經過時提供的蝕刻氣體的進氣速率可以選擇介於在較快區Ⅰ和較慢區Ⅲ旋轉經過第二進氣口12時提供的進氣速率的數值之間。當然，若晶片30的過渡區Ⅱ範圍內進一步具有根據晶向不同而磊晶生長速率不同的兩個以上較小的區域，第二進氣口12也可以在所述兩個以上較小的區域分別旋轉經過第二進氣口12時改變提供的蝕刻氣體的進氣速率，以使過渡區Ⅱ的矽沈積量趨於一致。
為了使第二進氣口12提供的蝕刻氣體在較快區Ⅰ旋轉經過時進氣速率更大，可以控制所述蝕刻氣體的進氣速率以脈衝的形式隨時間變化，並在較快區Ⅰ旋轉經過第二進氣口12時，使第二進氣口12提供的蝕刻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）第二進氣口12共經過四個較快區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，所述第二進氣口12提供的蝕刻氣體的進氣速率可以根據較快區Ⅰ旋轉至第二進氣口12的時間點分別按照四個脈衝的方式變化。脈衝頻率可以在1Hz~200Hz範圍內變化，具體取值可以根據晶片的規格和旋轉速率而定。另外，考慮到進氣口和晶片的距離以及蝕刻氣體在從進氣口到達晶片經過的時間，第二晶體口提供的蝕刻氣體的輸送脈衝的開始發送時間可以較晶片30的較快區Ⅰ旋轉到第二進氣口時略微提前一段時間（例如約0.05秒（s）至1秒），並達到在所述較快區Ⅰ旋轉經過所述第二進氣口12時，所述蝕刻氣體的進氣速率為脈衝的峰值的效果。
為了使提供的蝕刻氣體在較快區Ⅰ旋轉經過第二進氣口12時的進氣速率大於較慢區Ⅲ旋轉經過第二進氣口12時的進氣速率，所述蝕刻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，所述較快區Ⅰ、所述過渡區Ⅱ、所述較慢區Ⅲ依次旋轉至所述第二進氣口12，第二進氣口12提供的蝕刻氣體的進氣速率可以設置為逐漸減少，並且隨著所述較慢區Ⅲ、所述過渡區Ⅱ和所述較快區Ⅰ依次旋轉至所述第二進氣口11，第二進氣口12提供的蝕刻氣體的進氣速率可以設置為逐漸增加。蝕刻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。
利用上述磊晶生長設備，在晶片邊緣區域的較快區Ⅰ，磊晶層的生長一方面由於晶向的關係而加快，但另一方面由於第二進氣口12提供的蝕刻氣體的進氣速率較大而沈積速率減小，有助於抑制晶向所導致的生長加快趨勢，使磊晶層按照變化幅度較小的平均生長速率生長。類似的，在晶片邊緣區域的較慢區Ⅲ，磊晶層的生長一方面會由於晶向的關係而減慢，但另一方面由於第二進氣口12提供的蝕刻氣體的進氣速率較小而沈積速率提高，有助於調整晶向所導致的生長減慢趨勢，有助於磊晶層按照變化幅度較小的平均生長速率生長。
進一步的，即磊晶生長過程中，第一進氣口11提供的反應氣體的進氣速率可以保持穩定不變，或者，根據調節磊晶層的需要，也可以同時通過改變第一進氣口11提供的反應氣體的進氣速率變化來調節磊晶層的沈積，例如，可以使第一進氣口11提供的反應氣體在所述較快區Ⅰ旋轉經過所述第一進氣口11時的進氣速率小於在所述較慢區Ⅲ旋轉經過所述第一進氣口11時的進氣速率，結合第二進氣口12對蝕刻氣體的進氣速率的控制，可以更靈活地調節晶片表面尤其是邊緣部分的磊晶層厚度，降低局部平直度，也可以降低磊晶晶片的最大局部平直度，使磊晶層厚度均一，缺陷減少，從而磊晶晶片的品質得到提高。
圖5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5，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放置在磊晶生長設備的腔體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，所述磊晶生長設備的腔體10上設置有第一進氣口11和第二進氣口12； 第二步驟S2：使晶片30旋轉並在所述晶片30上進行磊晶生長，其中通過所述第一進氣口11向所述腔體10內輸送反應氣體以在所述晶片30上形成磊晶層，同時通過所述第二進氣口12向所述腔體10內輸送蝕刻氣體以阻止所述磊晶層的沈積，其中，在磊晶生長過程中，所述蝕刻氣體在所述較快區Ⅰ旋轉經過所述第二進氣口12時的進氣速率大於在所述較慢區Ⅲ旋轉經過所述第二進氣口12時的進氣速率。
具體的，本實施例的磊晶生長方法中，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，然後通過腔體10上的第一進氣口11向晶片30的上表面輸送反應氣體，以在晶片30上沈積形成磊晶層，同時還通過腔體10上的第二進氣口12向晶片30的上表面輸送蝕刻氣體，以阻止磊晶層的沈積。其中，由於晶片30在磊晶生長中在水平面內旋轉，從而朝向進氣口的晶向在轉動過程中發生變化，使得根據晶向不同而磊晶生長速率不同的較快區Ⅰ、過渡區Ⅱ以及較慢區Ⅲ週期性地經過第一進氣口11以及第二進氣口12。
進而，本實施例的磊晶生長方法根據面向第二進氣口12的晶片30的邊緣區域不同，調節蝕刻氣體的進氣速率，使在晶向生長較快的較快區Ⅰ旋轉經過第二進氣口12時對應的蝕刻氣體的進氣速率大於在晶向生長較慢的較慢區Ⅲ旋轉經過第二進氣口12時對應的進氣速率，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。
在磊晶生長方法中，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，在磊晶生長過程中，隨著晶片的旋轉，從第二進氣口12輸送的蝕刻氣體的進氣速率根據旋轉經過第二進氣口12的晶片邊緣部分具體區域不同而進行變化，以達到調節磊晶層厚度均一性的效果。另外，從第一進氣口11輸送的反應氣體的進氣速率也可以根據到達第一進氣口11的晶片邊緣部分具體區域不同而進行變化，從而可以對晶片邊緣部分的較快區Ⅰ和較慢區Ⅲ的磊晶材料（如矽）的沈積量和去除量進行調整，一方面有利於矽的遷移，減少表面缺陷，使表面光滑，另外有助於降低磊晶晶片邊緣部分的局部平直度（SFQR）的值，從而有利於降低磊晶晶片表面的最大局部平直度（SFQRmax ）的值，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的效果，並且由於主要調節的是氣體的輸送，因而在生產中具有較高的靈活性。
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:腔體 11:第一進氣口 12:第二進氣口 20:襯托器 21:凹槽 30:晶片
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是本發明實施例第一進氣口、第二進氣口以及晶片的位置示意圖。
圖4是本發明實施例中磊晶生長設備的局部剖面示意圖。
圖5是本發明實施例的磊晶生長方法的流程示意圖。

Claims (12)

  1. 一種磊晶生長設備，其特徵在於，所述磊晶生長設備包括腔體及位於腔體內的襯托器，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，所述腔體上設置有第一進氣口和第二進氣口，所述第一進氣口和所述第二進氣口位於同一水平面內，且與所述晶片的中心的連線相互垂直；所述第一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腔體內，所述第二進氣口允許用於阻止所述磊晶層的沈積的蝕刻氣體進入所述腔體內；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，所述第二進氣口在所述較快區旋轉經過時提供的蝕刻氣體的進氣速率大於在所述較慢區旋轉經過時提供的蝕刻氣體的進氣速率，所述第一進氣口提供的反應氣體的進氣速率保持不變，或，所述第一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。
  2. 如申請專利範圍第1項的磊晶生長設備，其特徵在於，所述第二進氣口提供的蝕刻氣體的進氣速率以脈衝的形式隨時間變化，且所述第二進氣口在所述較快區旋轉經過時提供的蝕刻氣體的進氣速率為脈衝的峰值。
  3. 如申請專利範圍第1至2項任一項的磊晶生長設備，其特徵在於，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，且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。
  4. 如申請專利範圍第3項的磊晶生長設備，其特徵在於，在所述晶片旋轉過程中，所述第二進氣口提供的蝕刻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第二進氣口而逐漸減小，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第二進氣口而逐漸增加。
  5. 如申請專利範圍第1至2項任一項的磊晶生長設備，其特徵在於，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。
  6. 如申請專利範圍第5項的磊晶生長設備，其特徵在於，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。
  7. 如申請專利範圍第5項的磊晶生長設備，其特徵在於，所述反應氣體包括SiH4、SiH2Cl2、SiHCl3和SiCl4中的至少一種；所述蝕刻氣體為氣態HCl。
  8. 如申請專利範圍第1至2項任一項的磊晶生長設備，其特徵在於，所述晶片的旋轉速率為40~60轉/分鐘。
  9. 一種磊晶生長方法，其特徵在於，包括：將晶片放置在磊晶生長設備的腔體中，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，所述腔體上設置有第一進氣口和第二進氣口，所述第一進氣口和所述第二進氣口位於同一水平面內，且與所述晶片的中心的連線相互垂直；以及使所述晶片旋轉並在所述晶片上進行磊晶生長，其中，通過所述第一進氣口向所述腔體內輸送反應氣體以在所述晶片上形成磊晶層，同時通過所述第二進氣口向所述腔體內輸送蝕刻氣體以阻止所述磊晶層的沈積，在磊晶生長過程中，所述蝕刻氣體在所述較快區旋轉經過所述第二進氣口時的進氣速率大於在所述較慢區旋轉經過所述第二進氣口時的進氣速率，所述第一進氣口提供的反應氣體的進氣速率保持不變，或，所述第一進氣口在所述 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。
  10. 如申請專利範圍第9項的磊晶生長方法，其特徵在於，所述蝕刻氣體的進氣速率以脈衝的形式隨時間變化，且所述蝕刻氣體在所述較快區旋轉經過所述第二進氣口時的進氣速率為脈衝的峰值。
  11. 如申請專利範圍第10項的磊晶生長方法，其特徵在於，所述蝕刻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而隨時間變化。
  12. 如申請專利範圍第9項的磊晶生長方法，其特徵在於，所述蝕刻氣體的進氣速率為大於0至20公升/分鐘(L/min)。
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