TWI851859B

TWI851859B - 自絕緣層上矽結構移除氧化物膜的方法及絕緣層上矽結構的製備方法

Info

Publication number: TWI851859B
Application number: TW109142923A
Authority: TW
Inventors: 查爾斯 R 樂堤斯; 尚恩喬治湯瑪斯; 亨利富蘭克爾克
Original assignee: 環球晶圓股份有限公司
Priority date: 2019-12-13
Filing date: 2020-12-04
Publication date: 2024-08-11

Abstract

本發明揭示自一絕緣層上矽結構移除氧化物膜之方法。可在沈積一磊晶矽增厚層之前，自一SOI結構剝離該氧化物。可藉由朝向該SOI結構之一中心區域分配一蝕刻溶液且向該結構之一邊緣區域分配一蝕刻溶液來移除該氧化物膜。

Description

自絕緣層上矽結構移除氧化物膜的方法及絕緣層上矽結構的製備方法

本發明之領域係關於自一絕緣層上矽(SOI)結構移除氧化物膜之方法，且特定言之，本發明之領域係關於在沈積一磊晶矽增厚層之前自一SOI結構剝離氧化物之方法。

絕緣層上矽結構可經受磊晶程序，其中矽沈積於矽頂層以增加頂層之厚度。矽磊晶層之品質取決於其上沈積磊晶層之表面之品質。在沈積磊晶矽層之前，SOI結構可經受一退火。此退火可引起氧化物(SiO₂)形成於SOI結構之表面上。通常在磊晶沈積之前自結構之頂面移除此氧化物。在一些例項中，在退火期間，一階地氧化物(即，較厚氧化物)形成於SOI結構頂面之邊緣附近。階地氧化物可位於SOI結構之邊緣部分，其中歸因於缺乏施體之圓形邊緣附近之接合，整個施體被移除(即，裂解平面下方之施體)。階地氧化物可為生長於把手晶圓上之氧化物，其在移除施體之後殘留。此階地氧化物使氧化物移除變得複雜，因為氧化物跨晶圓表面係不均勻的。

移除氧化物之習知方法可涉及浸漬剝離，其中晶圓浸漬於一濕式清潔器/蝕刻器中。此自包含背面之SOI結構之所有表面移除氧化物。當處置SOI結構時，背面氧化物可保護SOI結構之底面不被擦損及損壞，且可充當一背面密封件以防止磊晶期間污染或自動摻雜SOI結構。遮罩可用於保護背面氧化物。然而，遮罩可引起頂部矽層損壞(例如在黏著及移除晶圓帶期間，其中將力施加於頂面以將粘著劑固定於帶上或自背面移除黏著帶)。遮罩亦會在帶之邊緣處遭受蝕刻洩漏，引起圍繞式或延伸移除降解氧化物。

額外氧化物剝離方法可涉及晶圓自旋，其中蝕刻溶液分佈於晶圓中心處，蝕刻溶液在晶圓上「扇出」以移除氧化物。浸漬及晶圓自旋兩種技術引起氟化氫(HF)基蝕形成於矽頂層表面上。如圖1A、圖1B及圖1C中所展示，在製備SOI結構期間，裂解接合晶圓結構可引起一空隙形成於矽層中。當頂層及介電層之一部分與廢施體結構一起拉起時，出現空隙。如圖2中所展示，當空隙暴露於HF蝕刻溶液時，HF使矽頂層下方之介電層降解，因為相較於矽，HF更容易蝕刻介電材料(例如二氧化矽)。

需要用於移除SOI結構之頂面上之氧化物之方法，此等方法能够在減少HF基蝕的同時移除階地氧化物且能够保留背面氧化物。需要使用此等氧化物剝離方法來製備SOI結構之方法。

本節意欲向讀者介紹可與本發明之各種態樣相關之本領域之各種態樣，下文將描述及/或主張此等態樣。此討論被認為有助於向讀者提供背景資訊以便於更佳理解本發明之各種態樣。因此，應瞭解，此等陳述應鑑於此來解讀，而非被視為先前技術之認可。

本發明之一態樣針對一種用於自一絕緣層上矽結構移除氧化物膜之方法。提供一絕緣層上矽結構。該絕緣層上矽結構具有一把手結構、一矽頂層及安置於該把手結構與該矽層之間的一介電層。該絕緣層上矽結構具有處於該絕緣層上矽結構之一頂面上之氧化物膜。該絕緣層上矽結構具有自該絕緣層上矽結構之一中心延伸至一周向邊緣之一半徑R。將一蝕刻溶液導引至該絕緣層上矽結構之該頂面之一中心區域，同時自旋該絕緣層上矽結構。將一蝕刻溶液導引至該絕緣層上矽結構之該頂面之一邊緣區域，同時自旋該絕緣層上矽結構。自該中心區域向外徑向安置該邊緣區域。

本發明之另一態樣係針對一種用於製備一絕緣層上矽結構之方法，該絕緣層上矽結構包括一矽頂層、一把手結構及安置於該矽頂層與把手結構之間的介電層。將離子植入至一施體結構中以形成該施體結構中之一裂解平面。提供一把手結構。在接合之前，一介電層形成於施體結構及把手結構之至少一者上。將該施體結構接合至該把手結構以形成包括該施體結構、把手結構及安置於該把手結構與該施體結構之間的一介電層之一接合晶圓結構。在該裂解平面處裂解該接合晶圓結構，使得施體結構之一部分保持接合至該把手結構作為一矽頂層，裂解形成包括該把手結構、矽頂層及安置於該把手層與矽頂層之間的介電層之一絕緣層上矽結構。使用在退火期間形成於該絕緣層上矽結構之至少一頂面上之氧化物來退火該絕緣層上矽結構。該絕緣層上矽結構之該頂面之一中心區域與一蝕刻溶液接觸，同時自旋該絕緣層上矽結構。該絕緣層上矽結構之該頂面之一邊緣區域與該蝕刻溶液接觸，同時自旋該絕緣層上矽結構。在接觸該絕緣層上矽結構之該頂面之該中心區域及該邊緣區域之後，一磊晶矽層沈積於該矽頂層。

注意，按照本發明之上述態樣，特徵存在各種改良。進一步特徵亦可併入本發明之上述態樣中。此等改良及額外特徵可個別存在或以任何組合存在。例如，按照本發明之任何所繪示之實施例之下文討論之各種特徵可單獨或以任何組合併入本發明之任何上述態樣中。

10:把手結構

12:施體晶圓

15:介電層

17:(裂解)平面

18:接合介面

20:接合晶圓結構

22:前表面

25:矽(裝置/頂部)層

30:施體結構

30:結構

31:(SOI)結構

32:(頂部)表面

42:中心區域

45:邊緣區域

C:中心

E:周向邊緣

R:半徑

圖1A、圖1B、圖1C及圖2係展示HF基蝕形成於一SOI結構上之示意圖；圖3係具有其上含一介電層之一施體晶圓之一施體結構之一橫截面圖；圖4係其上植入離子期間之施體結構之橫截面圖；圖5係接合至一把手結構之施體結構之一橫截面圖；圖6係在裂解平面處裂解施體結構之後的一接合晶圓結構之一橫截面圖；圖7係一SOI結構之一俯視圖；圖8係具有及不具有一階地氧化物之沈積於一SOI結構上之一磊晶層之厚度均勻性之一曲線圖；圖9係用於低溫磊晶沈積及階地氧化物(左面板)及無氧化物(中間面板及右面板)之高溫磊晶沈積之頂部矽邊緣之像片；圖10係磊晶沈積期間HF基蝕之示意圖；圖11係在一中心自旋蝕刻氧化物剝離程序之後空隙處HF基蝕之像片；圖12A及圖12B係藉由僅中心分配(圖12A)及中心至邊緣分配(圖12B)產生之HF基蝕之影像；圖13係一700ml/min流速下之邊緣分配之缺陷圖；圖14係一400ml/min流速下之邊緣分配之缺陷圖；圖15係在LPD計數大於或等於1μm的情況下使階地氧化物移除或不移除之一SOI頂部矽表面之一SP1表面比較；圖16係使階地氧化物移除或不移除之一SOI頂部矽表面之一SP1表面比較，其中展示每個晶圓之總缺陷面積(mm²)；圖17係後磊晶頂部矽表面檢測之一SP1表面比較，其中一顆粒數為0.2μm或更大；圖18係後磊晶頂部矽表面檢測之一SP1表面比較，其中展示總擦損長度；圖19係一線末SP1表面檢測比較，其中一顆粒數為0.16μm或更大；圖20係一線末SP1表面檢測，其中一顆粒數為0.5μm或更大；圖21係一線末SP1表面檢測，其中一顆粒數為0.8μm或更大；圖22係晶圓計數時之每個晶圓之缺陷總面積的一盒形圖比較；及圖23係晶圓計數時之0.8μm或更大之缺陷之每個晶圓之缺陷計數的一盒形圖比較。

對應元件符號指示所有圖式中之對應部分。

本申請案主張2019年12月13日申請之美國臨時專利申請案第62/947,981號之權利，該案之全文以引用的方式併入本文中。

本發明之規定係關於自一絕緣層上矽結構(本文中可指稱「SOI結構」或甚至更簡單地指稱「晶圓」)剝離氧化物膜之方法。氧化物剝離方法之實施例可涉及一中心至邊緣(CE)自旋蝕刻，其中在一第一階段自旋結構的同時將蝕刻劑溶液分散於結構中心附近，且接著在一第二階段自旋結構的同時朝向結構邊緣分配蝕刻劑。

用於形成絕緣層上矽結構之方法

本發明之用於移除氧化物之方法一般可與其中期望移除氧化物膜之任何接合晶圓結構一起使用。在一些實施例中，所處理之結構可為一絕緣層上矽結構。此等結構可包含一把手晶圓、一矽層(有時指稱一「矽裝置層」或「矽頂層」)及安置於把手晶圓與矽層之間的一介電層。以下僅係用於製備一絕緣層上矽結構之方法及系統之一實例，除非另有陳述，否則可使用其他方法。

圖3中展示可接合至一把手結構以形成一接合晶圓結構之一施體結構30之一實例。施體結構30可由沈積於一施體晶圓12之前表面上之一介電層15形成。應瞭解，替代地，介電層15可生長或沈積於把手晶圓上或一介電層可生長於施體晶圓及把手晶圓兩者上，且此等結構可接合於各種配置之任何者中而不受限制。適合施體晶圓12可由矽、鍺、矽鍺、氮化鎵、氮化鋁、砷化鎵、銦鎵砷化物及其等之任何組合組成。在一些實施例中，施體晶圓由單晶矽組成。

介電層15可為適合用於一SOI結構中之任何電絕緣材料，諸如包括SiO₂、Si₃N₄、氧化鋁或氧化鎂之一材料。在一些實施例中，介電層15係SiO₂(即，介電層基本上由SiO₂組成)。在其中介電層係二氧化矽(SiO₂)之實施例中，介電層有時指稱一「埋入氧化物」或「BOX」層15。可根據本領域中任何已知技術(諸如熱氧化、濕氧化、熱氮化或此等技術之一組合)應用介電層15。

如(例如)圖4中所展示，離子(例如氫原子、氦原子或氫原子與氦原子之一組合)可被植入於施體結構之前表面22下方之一實質上均勻指定深度處以界定一裂解平面17。應注意，當氦離子及氫離子被共同植入至結構中形成裂解平面17時，其等可被同時或循序植入。在一些實施例中，在沈積介電層15之前植入離子。當在沈積介電層15之前執行植入時，在一足够低溫下適當地執行在施體晶圓12上後續生長或沈積介電層以防止在施體層中沿平面17過早分離或裂解(即，在晶圓接合程序步驟之前)。

把手結構10(圖5)可包含自用於製備多層結構之任何適合材料(諸如矽、碳化矽、藍寶石、鍺、矽鍺、氮化鎵、氮化鋁、砷化鎵、銦鎵砷化物、石英及其等之組合)獲得之一把手晶圓。把手結構10可包含經沈積於一把手晶圓上之一介電層，或如在其他實施例中，把手結構10僅由一把手晶圓組成(即，不包含一介電層)。把手晶圓及施體晶圓可為單晶矽晶圓，且可為自根據習知柴氏長晶法生長之一單晶錠上切下的單晶矽晶圓。

如圖5中所展示，施體結構之介電層15的前表面係透過一接合程序適當地接合至把手結構10的前表面以形成一接合晶圓結構20。介電層15及把手結構10可被接合在一起，同時藉由將結構之表面暴露於含有(例如)氧氣或氮氣之一電漿來執行一表面活化。接著將晶圓壓在一起，且接合介面18處之一接合係形成於此之間。一般而言，晶圓接合可基本上使用本領域中已知之任何技術來達成，只要所採用以達成接合介面形成的能量足以確保在後續處理(即，藉由沿施體晶圓中之裂解平面或分離平面17分離來進行層轉移)期間維持接合介面的完整性。

一旦經製備，則將接合晶圓結構20放置於裂解裝置中以沿裂解平面將施體晶圓之一部分與接合結構分離(即，裂解)以形成層狀半導體結構(例如SOI結構)。一般而言，裂解裝置可包含使用本領域中已知技術(諸如熱及/或機械誘發之裂解技術)之此破裂。

參考圖6，分離之後形成兩個結構30、31。因為沿施體晶圓12中之裂解平面17(圖5)發生接合晶圓結構20之分離，所以施體結構之一部分留下兩者之結構的部分(即，施體晶圓之一部分沿介電層15轉移)。結構30包括施體晶圓之一部分。結構31係SOI結構且包含一把手結構10、介電層15及安置於介電層15頂上之矽頂層25(裂解之後剩餘之施體晶圓部分)。在其中施體結構及把手結構均包含一介電層之實施例中，介電層組合以形成SOI結構之介電層15。

用於沿裂解平面分離接合晶圓結構之裂解裝置可為一機械裂解裝置，其中分離單獨或除退火之外藉由機械力誘發或達成。例如，可將接合結構放置於一夾具中，其中垂直於接合結構之對置側施加機械力以將施體結構之一部分自接合結構中拉出。

一實例裂解裝置包含在接合晶圓結構20之一前裂解邊緣附近施加機械力之吸力蓋。分離施體晶圓之部分可藉由在裂解平面17之接合晶圓之邊緣處應用一機械楔或刀片來啟動，以啟動沿裂解平面17擴散一裂紋。由吸力蓋施加之機械力接著將施體結構之部分自接合結構中拉出，因此形成SOI結構。機械裂解裝置可為市售，諸如來自Silicon Genesis Corporation(San Jose,California)之脫膠及裂解工具。

在替代實施例中，裂解裝置係一熱裂解裝置，其中藉由退火接合結構達成破裂。例如，在一惰性(例如氬或氮)大氣或環境條件下，可在約200℃至約800℃或自約250℃至約650℃之一溫度下執行至少約10秒、至少約1分鐘、至少約15分鐘、至少約1小時或甚至至少約3小時之一週期(其中較高溫度要求更短退火時間，且反之亦然)之一熱裂解。熱裂解裝置可為一帶爐，其中裂解之擴散係達成於接合結構之前緣(即，在穿過爐之結構的行進方向中之前緣)且朝向接合晶圓結構之後緣前進。亦可使用其他類型之裂解裝置。

SOI結構31之層(把手結構10、介電層15及矽頂層25)一般可具有允許層如本文中所描述般作用之任何厚度。在一些實施例中，矽頂層25相對薄(例如約0.1μm至約0.3μm之厚度)且介電層15相對厚(約1.0μm或更厚)。SOI結構31具有自結構31之中心C延伸至周向邊緣E之一半徑R(圖7)。除非另有陳述，否則SOI結構31可具有任何半徑(例如約100mm、約150mm或更大)。

退火

SOI結構31之裂解表面(即，施體晶圓之薄裝置層25)具有可由額外處理平滑化之一粗糙表面。結構31可經受額外處理以產生具有用於其上製造裝置及/或用於沈積一增厚磊晶層之期望特徵之一層表面。

根據本發明之一些實施例，絕緣層上矽結構31經受一預磊晶平滑退火(PESA)。平滑退火在結構31之頂面32(圖7)上重新排序矽。在不受任何特定理論束縛之情況下，平滑退火亦增强把手結構10與矽裝置層25之間的氧化物至氧化物接合(即，在其中把手及施體晶圓包含在其等接合表面上之氧化物之實施例中)。在退火之前，結構31之表面32可視情況經歷清潔及/或一短暫蝕刻或平坦化。

在一些實施例中，在至少約900℃、至少約1000℃或至少約1050℃(例如約1050℃至約1150℃)之溫度下執行絕緣層上矽結構31之退火。退火之長度可變動(例如0.5小時至16小時)且其中較高退火溫度對應於較低退火週期，且反之亦然。實例環境包含O₂、N₂、H₂、氬及其等之組合。退火引起氧化物形成於SOI結構31之表面(即，退火期間之所有暴露表面)。氧化物之厚度可變動且在一些實施例中，其厚度自約0.001μm至約0.02μm。

一般而言，在絕緣層上矽結構31上形成之氧化物形成於結構之所有表面(頂面、底面及側面(例如把手上斜面、頂點、下斜面))。在一些實施例中，朝向前表面32之周向邊緣存在一相對較厚氧化物(例如其中施體未接合而暴露埋入氧化物層)。此氧化物在本文中可指稱一「階地氧化物」。階地氧化物之寬度可隨晶圓之邊緣形狀而變動(例如寬度為1mm至3mm)。階地氧化層之厚度可為把手結構經氧化所至之厚度。

氧化物移除

根據本發明之實施例，在沈積下文將描述之一磊晶矽層之前，移除形成於絕緣層上矽結構31上之氧化物之至少一部分(例如至少部分或完全移除形成於結構31之表面32上之氧化物)。在本發明之一些實施例中，氧化物之至少一部分藉由一自旋蝕刻程序移除，其中絕緣層上矽結構31隨延伸穿過結構31之中心C(圖7)之旋轉軸旋轉，其中軸垂直於結構31之表面32。

自旋蝕刻程序可為一兩階段程序(即，至少兩個階段)，其中將蝕刻溶液導引至SOI結構(例如自結構之表面32上方噴射或依其他方式導引至表面32上)，同時自旋SOI結構。在一第一階段中，將蝕刻溶液導引至絕緣層上矽結構31之頂面32之一中心區域42(由圖7中之虛線束縛)，同時自旋絕緣層上矽結構31。藉由自旋結構31，蝕刻溶液在結構之表面上扇出，其允許自結構31之表面32蝕刻及移除(即，剝離)氧化物。就此而言，如本文中所使用之術語「蝕刻」及/或「剝離」不應被視為限制意義且除非另有陳述，否則可使用其中藉由一化學程序(其中結構與一溶液接觸)自一絕緣層上矽結構31之表面移除氧化物之任何程序。

絕緣層上矽結構31之頂面31之中心區域42可相對狹窄(例如具有小於0.25*R或小於0.1*R之一半徑)以確保結構之中心區域與蝕刻溶液接觸。在一些實施例中，在氧化物移除之第一階段期間，將蝕刻溶液導引至絕緣層上矽結構31之中心C。

在第一階段蝕刻完成之後，一第二階段蝕刻開始，其中將蝕刻溶液導引至絕緣層上矽結構31之頂面32之一邊緣區域45，同時自旋絕緣層上矽結構31。自中心區域42向外徑向安置邊緣區域45。邊緣區域45(由第二虛線所展示)自與結構31之中心C相距之一距離延伸至其周向邊緣E。例如，邊緣區域可自與絕緣層上矽結構31之中心C相距0.66*R之一距離開始且延伸至絕緣層上矽結構31之周向邊緣E。在其他實施例中，邊緣區域自與絕緣層上矽結構31之中心C相距0.80*R或甚至0.85*R之一距離處開始且延伸至絕緣層上矽結構31之周向邊緣E。酸分配於SOI結構之頂面之點可藉由徑向重新定位透過其分配酸之轉臂來改變(即，自第一階段至第二階段之轉變)。

第一階段(中心區域分佈)及第二階段(邊緣區域分佈)之相對長度可基於SOI結構之所要品質選擇。在一些實施例中，第一階段係自 0.5秒至10秒(例如3秒至5秒)，第二階段係自10秒至約20分鐘(例如1分鐘至大約15分鐘或自約1分鐘至約10分鐘)。在一些實施例中，酸之流速在第二階段中相對於第一階段降低(例如第一階段中之流速之90%或以下、75%或以下或50%或以下)。替代地或另外，當將蝕刻溶液自中心區域重新導引至邊緣區域時(例如當轉臂自中心區域移動至邊緣區域時)，可暫停蝕刻溶液之流動。

蝕刻程序可包含額外階段，其包含沖洗(例如使用臭氧去離子水)及氮氣衝程以減少乾燥時間。在一些實施例中，將蝕刻溶液導引至SOI結構之第一階段係將蝕刻溶液導引至中心區域42之唯一階段。替代地或另外，可在兩個或更多個階段中將蝕刻溶液導引至邊緣區域45(例如上文所描述之第二階段，接著分佈於中心處之一沖洗階段，接著其中將蝕刻溶液導引至邊緣區域45之一第四階段)。

在一些實施例中，蝕刻溶液包含氫氟酸(HF)及乙酸。在一些實施例中，蝕刻溶液中氟化氫酸(49%)與乙酸(冰)之比率小於1：1、小於3：2、小於2：1、小於3：1或6：1或更小。視情況，蝕刻溶液可含有其他添加劑，諸如各種表面活性劑、緩衝劑(例如氟化銨)、其他氧化酸(例如HCl)及/或其他氧化化合物(H₂O₂、臭氧等等)。

在一些實施例中，相對於習知氧化物自旋蝕刻程序，在將蝕刻溶液分佈至中心區域及/或邊緣區域的同時降低蝕刻溶液之流速。在一些實施例中，蝕刻溶液(例如具有HF及乙酸之溶液)之流速約為600ml/min或以下或約500ml或以下(例如約100ml/min至約600ml/min或約100ml/min至約400ml/min)。就此而言，在其中流速在蝕刻程序期間改變之實施例中，上文所描述之流速可為在蝕刻溶液與SOI結構接觸時(例如，且不包含沖洗步驟)平均之時間平均流速。

用於自旋SOI結構之適合設備包含(例如)由Entrepix(Phoenix,AZ)銷售之NexGen MG系列單晶圓濕式蝕刻平台。亦可自ACM Research(Fremont,California),AP&S International GmbH(Donaueschingen,Germany),Decker Anlagenbau GmbH(Berching,Germany),KED Tech(Olive Branch,Mississippi),LAM Research(Fremont,California),PicoTrack USA(Santa Clara,California),Screen Semiconductor Solutions(Kyoto,Japan),Tazmo Co.,Ltd.(Fremont,California)及Veeco(Plainview,New York)獲得其他適合設備。可在足以自SOI結構之頂面移除氧化物而不促進表面上之空隙之HF基蝕的條件下，執行蝕刻程序。例如且根據本發明之一些實施例，SOI結構可依300RPM至2500RPM及依350ml/min至2500ml/min之酸分配率自旋。根據本發明之一些實施例，氧化物移除程序不涉及一遮罩步驟及/或涉及SOI結構之浸漬。

上文所描述之蝕刻程序移除絕緣層上矽結構31之表面32上之氧化物的至少一部分。在一些實施例中，自結構之整個頂面32移除氧化物(即，移除階地邊緣氧化物)。蝕刻程序亦可自結構31之側(例如把手上斜面、頂點、下斜面)移除全部或一部分氧化物。在自旋蝕刻期間，由於蝕刻溶液沿晶圓之側流動，所以結構之側上的氧化物可被移除。當蝕刻溶液流過結構31之側時，一部分亦可接觸結構31的背面(例如藉由毛細管作用)且移除晶圓背面之一邊緣區域中的一部分氧化物(例如自0mm至1mm之背面)。

絕緣層上矽磊晶

一旦氧化物已經至少部分地自結構31之頂面32移除，則一矽磊晶層可被沈積於結構31之頂面32上以增加矽裝置層之厚度。可由熟習技術者可利用之任何磊晶程序來沈積矽。在一些實施例中，磊晶程序將矽層25之厚度增加至1μm或更大。

一般而言，可由熟習技術者可用之任何已知方法沈積矽。例如，可使用金屬有機化學汽相沈積(MOCVD)、物理汽相沈積(PVD)、化學汽相沈積(CVD)、低壓化學汽相沈積(LPCVD)、電漿增强化學汽相沈積(PECVD)或分子束磊晶(MBE)來沈積矽。用於LPCVD或PECVD之矽前軀體包含甲基矽烷、四氫化矽(矽烷)、三矽烷、二矽烷、五矽烷、新戊矽烷、四矽烷、二氯矽烷(SiH₂Cl₂)、三氯氫矽(SiHCl₃)、四氯化矽(SiCl₄)等等。例如，可藉由在約550℃與約690℃之間(諸如在約580℃與約650℃之間)的一溫度範圍中熱解矽烷(SiH₄)來將矽沈積於表面氧化層上。室壓可在約70毫托至約400毫托之範圍內。

與用於製備一絕緣層上矽結構之習知方法相比，本發明之方法具有若干優點。自旋蝕刻程序允許移除SOI結構頂面及側面上之氧化物，同時保持背面氧化物。當處置SOI結構時，背面氧化物可保護SOI結構之底面不被擦損及損壞，且可充當一背面密封件以防止磊晶期間污染或自動摻雜SOI結構。中心至邊緣自旋刻蝕允許移除SOI結構邊緣附近之階地氧化物，其改良朝向邊緣之磊晶沈積。磊晶增厚之矽層可以改良均勻性及降低顆粒缺陷率為特徵。例如，可減少或防止形成於頂部矽層之邊緣處之多晶矽結節。此等結節給予一化學可見模糊(頂部矽)邊緣，藉由前表面檢測，可將該邊緣視為一缺陷(污染)。在沈積矽磊晶層期間，結節或晶粒可自結構上剝落且落至SOI結構內部中之頂部矽層上，導致LLS缺陷，或在一些例項中導致多晶矽形成於頂部矽表面上。

一階地氧化物允許多晶矽形核及生長及脫落顆粒。因為此效應隨溫度升高而增加，所以降低或消除階地氧化物允許使用更高溫度磊晶，此亦提高磊晶層之品質。

中心至邊緣程序亦減少HF基蝕之程度，因為與蝕刻劑之接觸時間縮短。可由使用較低蝕刻溶液速率(例如小於600ml/min或小於500ml/min)及/或一相對較低乙酸濃度(例如小於1：1、小於3：2、小於2：1、小於3：1或6：1或更低)進一步降低HF基蝕。在中心刻蝕期間使用一相對較低流速減小膜厚且縮短抗潤濕時間，藉此減少HF潤濕表面之接觸時間。由於表面活性劑濃度降低，所以乙酸濃度之降低被認為減少空隙區域之HF基蝕，藉此增加HF與裸矽之接觸角(且降低HF與矽氧化物之接觸角)且增加基蝕區域中之毛細管壓力。

中心至邊緣酸處理程序之實施例(其中在一相對較短時間(例如小於10秒或小於5秒)內將酸導引至中心區域，接著移動至邊緣區域分配以移除階地氧化物)減少或消除邊緣分配期間蝕刻溶液之飛濺。當蝕刻溶液在中心區域分佈至邊緣區域分佈之間暫停時，可進一步減少飛濺。蝕刻劑之此暫停亦可促進位於邊緣區域之內部之晶圓頂面之抗潤濕，其進一步減少HF基蝕。減少或消除飛濺係有利的，因為飛濺形成可由廢氣截留之蝕刻氣溶膠，引起煙霧增加。通常必須在將煙霧釋放至大氣中之前移除此等煙霧。蝕刻氣溶膠亦可進入廢氣流外部之工具，引起工具組件損壞且縮短工具之壽命。當由自動表面檢測觀察時，氣溶膠亦可引起晶圓上之表面缺陷。飛濺亦減少回收酸之體積，藉此增加每個晶圓之酸消耗。

實例

以下實例將進一步說明本發明之程序。此等實例不應被視為限制意義。

實例1：有及無階地氧化物之厚度均勻性及矽邊緣品質

圖8中展示生長於包含處於結構之表面上之一階地氧化物之一絕緣層上矽結構之矽層上之一磊晶層之厚度均勻性及生長於無一階地氧化物之一絕緣層上矽結構之矽層上之一磊晶層之厚度均勻性。消除階地氧化物允許在更高溫度下執行磊晶沈積，其中矽吸附原子可表面擴散且更易於併入或同化至單晶晶格結構中。如圖8中所展示，無一階地(「無階地氧化物」)之高溫磊晶程序比具有一階地氧化物(「具階地氧化物」)之低溫磊晶程序更均勻。

圖9展示磊晶沈積之後頂部矽之邊緣。左面板係低溫下之具有氧化物階地邊緣之頂部矽且兩個右面板係高溫epi下之無氧化物階地邊緣之頂部矽。具有一階地邊緣之SOI結構之頂部矽包含朝向頂部矽層之邊緣之晶粒或結節。

實例2：無僅中心分佈蝕刻劑溶液之HF基蝕

氧化物蝕刻溶液(3：4 HF：乙酸之體積比(80%乙酸)相當於一3.5：3.8：1 HF：冰乙酸：水之比)被分配於一自旋SOI結構之中心處。SOI結構在一SEZ 223自旋蝕刻工具上依1900RPM自旋，其中一酸分配率為1500ml/min。如圖10中所展示，所得結構包括矽層中之空隙處之HF基蝕。

氧化物蝕刻溶液(6：1 HF：乙酸之體積比(冰，100%))被分配於一自旋SOI結構之中心處。SOI結構使用一NexGen MG22自旋蝕刻機依700rpm自旋，其中酸分配率為2000ml/min。如圖11中所展示，所得結構包括矽層中之空隙處之HF基蝕。如圖11所展示，基蝕非常嚴重使得頂部矽不再得到很好支撐且開始剝落。影像上之基蝕呈現為圍繞空隙(其較暗)之一較淺色帶。HF基蝕之邊緣比具有粗糙或鋸齒狀邊緣之空隙更為光滑及擴散。

實例3：比較使用僅中心及中心至邊緣分佈蝕刻劑溶液之HF基蝕

一SOI結構(直徑200mm)根據以下表1之左面板中所展示之步驟剝離氧化物，其中酸僅分佈於結構之中心。在HF：乙酸蝕刻(280秒)之後，使用臭氧去離子水沖洗結構且將其暴露於氮氣。對SOI結構重複此等循環(執行步驟1至3兩次)，其中總酸分配時間為560秒。

另一SOI結構(直徑200mm)由表1之右面板之步驟剝離氧化物。在一3秒HF：乙酸蝕刻(其中酸分佈於結構之中心)之後，轉臂移動至距結構中心90mm處(距邊緣10mm)且酸分佈280秒。臭氧去離子水沖洗之後，在距結構中心90mm處重複HF：乙酸蝕刻(總酸分配時間563)。此接著另一沖洗及暴露至氮氣。

基蝕由軟體處理工具(諸如ImageJ)判定，其中在各自顯微圖(圖12A及圖12B)中量測基蝕面積(即，頂部矽之邊緣與其中BOX無基蝕之點(基蝕之內部)之間)。量測線之平均長度(頂部矽之邊緣長度與基蝕區域之內部長度之間的平均值)。將面積除以平均長度得到平均基蝕。圖 12A中展示由僅中心分配產生之基蝕且圖12B中展示由中心至邊緣分配產生之基蝕。由僅中心分配產生之HF基蝕係18.9μm，同時由中心至邊緣分配產生之基蝕係2.6μm。

實例4：中心至邊緣程序中流速之降低

一SOI結構(200mm)依400rpm自旋，同時邊緣依700ml/min之一流速分配一HF：乙酸溶液(距中心90mm，即距邊緣10mm)，持續60秒。另一SOI結構(200mm)依400rpm自旋，同時邊緣依400ml/min之一流速分配一HF：乙酸溶液(距中心90mm，即距邊緣10mm)，持續60秒。圖13(400ml/min)及圖14(700ml/min)中展示影像圖(KLA-Tencor SPI-TBI圖)。SOI結構未進行中心蝕刻。

圖13及14圖中最左之影像係邊緣氧化物剝離之前的晶圓之一SP1圖。自左之第二影像係處理邊緣氧化物剝離之後的SP1圖。自左之第三影像係一SC1及SC2清潔之後的一SP1圖。第四影像之(最右)影像係一第二次清潔之後的一圖，其展示不可移除之缺陷。依400ml/min處理之晶圓之SP1圖(圖14)展示較小缺陷率。

實例5：中心至邊緣自旋蝕刻與浸漬濕式清洗台之比較

SOI結構由中心至邊緣分佈之酸處理以使用標準清潔操作(在一線性浸漬濕式清洗台中進行SC1、SC2及臭氧浴清潔)(「QEE(EOS+HTE)」)移除階地氧化物。在一線性浸漬濕式清洗台中(在不移除階地氧化物之情況下)處理SOI結構以移除退火氧化物，接著相同標準清潔操作(「QEB(POR)」)。

圖15及圖16展示兩組結構之SOI結構之可能性分佈。使用統計假設測試(例如Leven測試)，其可展示顆粒計數(複合、正常模態、 LPD-N)>1μm(CNL>1)(圖15)或總面積計數(CNTLAREA)(圖16)之分佈對於兩組結構而言沒有差別。此係預期的，因為階地氧化物剝離程序不應影響表面。

一磊晶層沈積於相對高溫下經歷中心至邊緣之氧化物剝離之SOI結構上。一磊晶層亦沈積於由習知方法剝離氧化物(即，包含階地氧化物)之SOI結構上。各結構之頂部矽層自0.15μm增加至1.0μm。使用一KLA Tencor SP1製備一缺陷圖。圖17比較大小大於0.2μm(COP>0.2)之缺陷(複合斜向顆粒)且圖18比較兩組結構之總擦損長度(mm)(COSCRLEN)。在圖17及圖18中，較低值(接近0)指示較小缺陷率(顆粒)。

相同兩群組晶圓經受具有各種度量及檢測之一最終清潔及一最終SP1表面檢測。圖19中展示一粒徑為0.16μm及以上之線末SP1表面檢測且圖20中展示0.5μm及以上之線末SP1表面檢測，且圖21中展示0.8μm及以上之線末SP1表面檢測。在所有情況中，中心至邊緣酸分佈(EOS+HTE)處理結構(即，已移除階地氧化物之此等晶圓)展示較低計數且此等差異在95%可信度水平處係統計上顯著的。

圖22及圖23係比較在一定數量晶圓上之使用中心至邊緣酸分佈(EOS+HTE)之SOI晶圓與習知SOI晶圓(POR)之盒形圖。圖22展示晶圓組中每個晶圓之缺陷之總面積且圖23展示晶圓組中缺陷為0.8μm或更大之每個晶圓之缺陷計數。

使用高溫磊晶之具有低分配率(例如500ml/min或更少)之中心至邊緣酸分佈已被證明使用較低表面缺陷率將良率提高4%至6%。

如本文中所使用，術語「約」、「實質上」、「基本上」及「近似」在與尺寸、濃度、溫度或其他物理或化學性質或特性範圍結合使用時意謂涵蓋性質或特性範圍之上限及/或下限中可存在之變動，包含(例如)自捨入、量測方法或其他統計變動所得之變動。

當引入本發明或其(若干)實施例之元件時，冠詞「一」及「該」意欲意謂存在一或多個元件。術語「包括」、「包含」、「含有」及「具有」意欲具包含性且意謂除所列元件之外可存在額外元件。使用指示一特定方向(例如「頂部」、「底部」、「側面」等等)之術語係為便於描述且無需所描述項目之任何特定方向。

由於可在不背離本發明之範疇之情況下對上述構造及方法作出各種改變，因此意欲將以上描述中所含有及(若干)附圖中所展示之所有物項解釋為說明而非限制意義。