经外延涂覆的硅晶片的制造方法.pdf

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摘要
申请专利号:

CN201010125930.1

申请日:

2010.02.25

公开号:

CN101814428A

公开日:

2010.08.25

当前法律状态:

授权

有效性:

有权

法律详情:

授权|||实质审查的生效IPC(主分类):H01L 21/20申请日:20100225|||公开

IPC分类号:

H01L21/20; C30B25/02; C30B29/06; H01L21/205

主分类号:

H01L21/20

申请人:

硅电子股份公司

发明人:

J·哈布雷希特

地址:

德国慕尼黑

优先权:

2009.02.25 DE 102009010556.5

专利代理机构:

永新专利商标代理有限公司 72002

代理人:

过晓东

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内容摘要

经外延涂覆的硅晶片的制造方法,在该方法中提供多个至少在其正面上经抛光的硅晶片并以如下方式分别依次在外延反应器中单独地进行涂覆,将每一个所提供的硅晶片分别放置在位于外延反应器中的基座上,在第一步骤中仅以1至100slm的氢气流量于氢气氛中进行预处理,以及在第二步骤中在向氢气氛添加蚀刻介质的情况下以1至100slm的氢气流量及0.5至1.5slm的蚀刻介质流量在950至1050℃的平均温度下进行预处理,随后在其经抛光的正面上进行外延涂覆,并从外延反应器中取出,其中在预处理的第二步骤中以如下方式控制设置在基座上方和下方的加热元件的功率,使得在待进行外延涂覆的硅晶片围绕中心轴的径向对称的区域与位于该区域以外的硅晶片部分之间的温度差为5至30℃。

权利要求书

1.  经外延涂覆的硅晶片的制造方法,在该方法中提供多个至少在其正面上经抛光的硅晶片并以如下方式分别依次在外延反应器中单独地进行涂覆,将每一个所提供的硅晶片分别放置在位于外延反应器中的基座上,在第一步骤中仅以1至100slm的氢气流量于氢气氛中进行预处理,以及在第二步骤中在向氢气氛添加蚀刻介质的情况下以1至100slm的氢气流量及0.5至1.5slm的蚀刻介质流量在950至1050℃的平均温度下进行预处理,随后在其经抛光的正面上进行外延涂覆,并从外延反应器中取出,其中在预处理的第二步骤中以如下方式控制设置在基座上方和下方的加热元件的功率,使得在待进行外延涂覆的硅晶片围绕中心轴的径向对称的区域与位于该区域以外的硅晶片部分之间的温度差为5至30℃。

2.
  根据权利要求1的方法,其中,在两个预处理步骤中氢气流量均为40至60slm。

3.
  根据权利要求1或2的方法,其中,在两个预处理步骤中预处理的持续时间均为10至120秒。

4.
  根据权利要求1至3之一的方法,其中,在预处理的第二步骤中硅晶片上的温度差为10至20℃。

5.
  根据权利要求1至4之一的方法,其中,两个预处理步骤均是在950至1050℃的平均温度下实施的。

6.
  根据权利要求1至5之一的方法,其中,在980至1020℃的平均温度下实施预处理的第二步骤。

7.
  根据权利要求1至6之一的方法,其中,待进行外延涂覆的硅晶片围绕中心轴的径向对称的区域的直径最大为硅晶片直径的50%。

8.
  根据权利要求1至6之一的方法,其中,所述硅晶片的直径为300mm,而待进行外延涂覆的硅晶片围绕中心轴的径向对称的区域的直径为1至150mm。

9.
  根据权利要求1至6之一的方法,其中,所述硅晶片的直径为450mm,而待进行外延涂覆的硅晶片围绕中心轴的径向对称的区域的直径为1至250mm。

10.
  根据权利要求1至9之一的方法,其中,所述外延涂覆步骤是在950至1200℃的温度范围内以及在硅晶片和基座上的温度分布均匀的情况下进行的。

11.
  根据权利要求1至10之一的方法,其中,所述加热元件是红外灯。

12.
  根据权利要求1至11之一的方法,其中,所提供的硅晶片为由单晶硅构成的晶片、SOI(“绝缘体上硅”)晶片、具有应变硅层的硅晶片(“应变硅”)或者sSOI(“绝缘体上应变硅”)晶片,它们均具有150mm、200mm、300mm或450mm的直径。

说明书

经外延涂覆的硅晶片的制造方法
技术领域
本发明涉及经外延涂覆的硅晶片的制造方法。
背景技术
经外延涂覆的硅晶片适合于在半导体工业中应用,尤其适合于制造大规模集成的电子元件,如微处理器或存储芯片。在整体和局部平面度、厚度分布、参考单面的局部平面度(纳米形貌)以及去除缺陷方面具有严格要求的起始材料(基材)对于现代微电子学而言是必需的。
整体平面度涉及半导体晶片减去待确定的边缘排除区域的整个表面。其是通过对应于以前惯用的参数TTV(“总厚度变化”)的GBIR(“参考整个背面的理想平面/范围(global backsurface-referenced idealplane/range)”=半导体晶片的整个正面相对于参考背面的理想平面的正负偏离量)加以描述的。
以前惯用的参数LTV(“局部厚度变化”)如今根据SEMI标准规定为SBIR(“位点参考背面的理想平面/范围(site backsurface-referencedideal plane/range)”=具有确定尺寸的单个元件区域相对于参考背面的理想平面的正负偏离量),其对应于元件区域(“位点site”)的GBIR或TTV。因此,与整体平面度GBIR不同,SBIR是基于晶片上的特定区域,即例如尺寸为26×8mm2(位点几何形状)的测量窗口的区域格栅的片段。最大的位点几何值SBiRmax是指在硅晶片上所考虑的元件区域的最大SBIR值。
通常在考虑例如3mm的特定边缘排除区域(EE)的情况下,确定最大的基于位点的平面度值或几何值,如SBiRmax。在硅晶片上位于名义边缘排除区域以内的区域通常称作“品质保证区”,简称为FQA。一部分区域位于FQA以外但其中心位于FQA以内的各个位点称作“部分位点”。在确定最大的局部平面度时,通常不考虑“部分位点”,而是仅考虑所谓的“完全位点”,即完全位于FQA以内的元件区域。为了能够比较平面度最大值,必须规定边缘排除区域及因此FQA的尺寸,此外规定是否考虑“部分位点”。
此外,在成本最优化方面,目前通常并不是仅仅例如因为元件区域超过由元件生产厂商规定的SBIRmax值就拒绝硅晶片,而是允许特定的百分比,如1%的具有更高数值的元件区域。位于或者允许位于几何参数的特定临界值以下的位点的百分比通常被规定为PUA(“可用区域百分比”)值,这例如在SBIRmax值小于或等于0.7μm且PUA值为99%的情况下表明:99%的位点的SBIRmax值等于或小于0.7μm,而对于1%的位点也允许更高的SBIR值(“芯片产率”)。
根据现有技术,可以通过以下方法序列制造硅晶片:将硅单晶切割成晶片、对机械敏感性边缘倒圆、实施研磨步骤,如磨削或磨平,然后抛光。EP 547894A1描述了一种磨平方法;申请EP 272531A1和EP 580162A1请求保护磨削方法。
最终的平面度一般是通过抛光步骤实现的,需要时可以在此之前实施用于去除干扰性晶体层及去除杂质的蚀刻步骤。例如DE 19833257C1公开了一种合适的蚀刻方法。传统的单面抛光法通常导致较差的平面平行度,而通过作用于双面的抛光法(“双面抛光”)能够制造具有改善的平面度的硅晶片。
因此,在经抛光的硅晶片的情况下,尝试通过诸如磨削、磨平和抛光的适当加工步骤达到所需的平面度。
然而,在抛光硅晶片之后,通常引起平的硅晶片的厚度在向着边缘的方向上减少(“边缘塌边”)。蚀刻法也趋向于在边缘处更强烈地侵蚀待处理的硅晶片,并产生此类边缘塌边。
为了加以抵消,通常对硅晶片实施凹面抛光或凸面抛光。经凹面抛光的硅晶片在中心较薄,而其厚度在向着边缘的方向上增加,并在外部边缘区域内发生厚度下降。不同的是,经凸面抛光的硅晶片在中心较厚,而其厚度在向着边缘的方向上减少,并在外部边缘区域内表现出明显的厚度下降。
DE 19938340C1描述了在单晶硅晶片上沉积具有相同晶体取向的单晶硅层,所谓的外延层,之后于其上施加半导体元件。与由均质材料制成的硅晶片相比,此类系统具有特定的优点,例如避免在双极性CMOS电路中的电荷反转之后的元件短路(闩锁Latch-up问题),更低的缺陷密度(例如减少的数量的COP(晶体原生颗粒)),并且不存在值得一提的氧含量,从而可以在与元件相关的范围内排除由氧析出物引起的短路风险。
根据现有技术通过以下方法序列从合适的中间体制造经外延涂覆的硅晶片:去除材料抛光-最终抛光-清洗-外延涂覆。
例如DE 10025871A1公开了一种用于制造具有沉积在其正面上的外延层的硅晶片的方法,其包括如下方法步骤:
(a)去除材料抛光步骤作为唯一的抛光步骤;
(b)(亲水性)清洗及干燥硅晶片;
(c)于外延反应器中在950至1250℃的温度下预处理硅晶片的正面;
(d)在经预处理的硅晶片的正面上沉积外延层。
为了保护硅晶片不被颗粒加载,通常在抛光后对硅晶片进行亲水性清洗。该亲水性清洗会在硅晶片的正面和背面上产生厚度非常薄(取决于清洗和测量的类型,约为0.5至2nm)的本征氧化物。
在外延反应器内于氢气氛中(即H2烘焙)进行预处理期间,去除该本征氧化物。
在第二步骤中,通常通过将少量蚀刻介质如气态氯化氢(HCl)加入氢气氛,从而降低硅晶片正面的表面粗糙度,并从表面去除抛光缺陷。
除了诸如HCl的蚀刻介质以外,有时还向氢气氛添加硅烷化合物,如硅烷(SiH4)、二氯硅烷(SiH2Cl2)、三氯硅烷(TCS,SiHCl3)或四氯硅烷(SiCl4),添加的量使硅沉积和硅蚀刻去除的量平衡。但这两种反应均以足够高的反应速度进行,因此表面上的硅是可移动的,并且使表面变得平滑及去除表面上的缺陷。
现有技术中描述了尤其是在半导体工业中用于在硅晶片上沉积外延层的外延反应器。
在所有的涂覆或沉积步骤中,利用热源,优选利用上方和下方的热源,例如灯或排灯,加热一个或多个硅晶片,随后暴露于包含原料气、载气及任选的掺杂气体的气体混合物中。
例如包含石墨、SiC或石英的基座用作外延反应器的加工室内的硅晶片的底座。在沉积过程中,硅晶片放置在该基座上或者在基座的铣出部分中,以确保均匀加热,并且保护硅晶片通常不进行沉积的背面不接触原料气。根据现有技术,加工室被设计成用于一个或多个硅晶片。
对于具有更大直径(大于或等于150mm)的硅晶片而言,通常使用单晶片反应器,并对硅晶片进行单独加工,因为在此情况下获得良好的外延层厚度均匀性。可以通过各种不同的措施调节层厚度均匀性,例如通过改变气流(H2、SiHCl3),通过引入和调节进气装置(注射器),通过改变沉积温度或调节基座。
此外,在外延涂覆中,在硅晶片上进行一次或多次外延沉积之后,通常在没有基材的情况下对底座进行蚀刻处理,在此过程中底座和加工室的其他部件不进行硅沉积。例如用氯化氢(HCl)进行的蚀刻,在单晶片反应器的情况下通常在加工少数几个硅晶片之后(在1至5个硅晶片之后)就已经实施,而在沉积薄的外延层的情况下则在加工多个硅晶片之后(在10至20个硅晶片之后)才部分地实施。通常仅实施HCl蚀刻处理,或者在HCl蚀刻处理之后还对基座进行短时间涂覆。
具有良好的整体平面度的经外延涂覆的硅晶片的制造被证明是特别困难的,因为如上所述,经凹面抛光或凸面抛光的硅晶片通常作为基材。
虽然在经凹面抛光的硅晶片的中心沉积更厚的外延层,其中该层的厚度必然在朝着硅晶片边缘的方向上向外减少,从而可以补偿硅晶片的最初凹面形状,并因此还改善了硅晶片的整体平面度,但是因为无法避免超出经外延涂覆的硅晶片的重要规格,即外延层的均匀性的临界值,所以这在硅晶片的外延涂覆中不加以考虑。这适用于如下方法,首先在经凹面抛光或凸面抛光的晶片上沉积均匀的外延层,而不是首先影响晶片的几何形状,随后对外延层实施“成型式蚀刻”,或者利用诸如抛光的其他去除材料的方法以此方式改善经外延涂覆的晶片的整体几何形状。在此情况下,取决于所需的去除材料的量,仍然形成具有不均匀的外延层厚度的经外延涂覆的晶片,这并不是可接受的缺点。所以,在直径为300mm或450mm的单晶硅晶片的外延涂覆过程中,此类方法对于半导体工业中的最新应用实际上不发挥作用。
DE 102005045339A1公开了一种用于制造经外延涂覆的硅晶片的方法,在该方法中提供多个至少在其正面上经抛光的硅晶片并以如下方式分别依次在外延反应器中单独地进行涂覆,将每一个所提供的硅晶片分别放置在外延反应器中的基座上,在第一步骤中以20至100slm的第一氢气流量于氢气氛中进行预处理,以及在第二步骤中在向氢气氛添加蚀刻介质的情况下以0.5至10slm的降低的第二氢气流量进行预处理,随后在其经抛光的正面上进行外延涂覆,并从外延反应器中取出,此外在一定次数的外延涂覆之后均要对基座进行蚀刻处理。
DE 102005045339A1同样也公开了一种具有正面和背面的硅晶片,其中至少其正面经抛光,及至少在其正面上施加外延层,相对于2mm的边缘排除区域,其整体平面度值GBIR为0.07至0.3μm。
该经外延涂覆的硅晶片具有比较好的几何形状是因为在预处理的第二步骤中在添加蚀刻介质的情况下减少氢气流量,从而能够针对性地在硅晶片的边缘处蚀刻去除材料,并实际上在外延涂覆步骤之前使硅晶片在整体上变平整。DE 102005045339所公开的方法的缺点在于,虽然降低的氢气流量增强了在经抛光的晶片边缘处的蚀刻效果,但是在半导体晶片上方的气流并不是分层的。
发明内容
本发明的目的在于,提供用于外延涂覆硅晶片的替代方法,从而获得具有良好的整体平面度的经外延涂覆的硅晶片。
该目的是通过经外延涂覆的硅晶片的制造方法实现的,在该方法中提供多个至少在其正面上经抛光的硅晶片并以如下方式分别依次在外延反应器中单独地进行涂覆,将每一个所提供的硅晶片分别放置在位于外延反应器中的基座上,在第一步骤中仅以1至100slm的氢气流量于氢气氛中进行预处理,以及在第二步骤中在向氢气氛添加蚀刻介质的情况下以1至100slm的氢气流量及0.5至1.5slm的蚀刻介质流量在950至1050℃的平均温度下进行预处理,随后在其经抛光的正面上进行外延涂覆,并从外延反应器中取出,其中在预处理的第二步骤中以如下方式控制设置在基座上方和下方的加热元件的功率,使得在待进行外延涂覆的硅晶片围绕中心轴的径向对称的区域与位于该区域以外的硅晶片部分之间的温度差为5至30℃。
本发明利用在用氢气和/或氢气+蚀刻介质处理硅晶片时的材料去除速率与温度的相关性。如图2所示。
若硅晶片的直径为300mm,则硅晶片围绕中心轴的径向对称的区域优选为1至150mm的区域。例如可以是直径为1至150mm的圆形区域,其中心点对应于硅晶片的中心。
对于本发明重要的是,在围绕硅晶片和基座的中心的内部区域的温度(从上方及从下方进行加热)高于(或低于)外部区域(边缘区域)。这由于材料去除速率与温度的相关性而使得去除材料的量在内部区域或者在边缘区域内更高。由此可以抵消经抛光的晶片的凸面或凹面的起始几何形状,这改善了整体几何形状(TTV、GBIR),并最终提供具有良好的几何特性的经外延涂覆的硅晶片。
根据本发明的方法首次表明,950至1050℃的温度范围对此是重要的。
例如EP 0445596B1中所述的外延反应器适合于实施该方法。其包括:反应室,其是由具有相对设置的、以机械方式连接的第一圆盖和第二圆盖的反应容器所确定的;用于保持硅晶片的保持装置;加热装置,其用于加热半导体晶片,其中该加热装置包括:第一热源,其位于所述室之外并以如下方式设置,使得能量穿过第一圆盖辐射至硅晶片;第二热源,其同样位于所述室之外并以如下方式设置,使得能量穿过第二圆盖辐射至硅晶片;以及用于将气体引入所述室和用于将气体排出所述室的进气装置和排气装置。
因此,通常通过设置在基座上方和下方的加热元件加热硅晶片和基座。在使用传统外延反应器如Applied Materials的Epi Centura时为红外灯,参见EP 0445596B1。所述灯例如可以圆形排列,但也可考虑其他类型的加热元件。
此外还可相互独立地控制加热元件的功率。在使用红外排灯的情况下,可以针对性地将加热功率指向反应室的内部区域以及与此独立地指向反应室的外部区域。这类似于将反应室中的气流分配成所谓的内部区域和外部区域的已知的可能性。
通过适当选择影响内部区域和外部区域中的温度的加热元件功率,从而能够实现对于本发明重要的在内部区域与外部区域之间的温度差。
如图2所示,通过适当选择平均温度,例如可以确定在硅晶片中心区域内的宽度和高度方面的材料去除量。
因此,对于本发明重要的是,在硅晶片的各区域之间的温度差以及950至1050℃的平均温度的选择。
在根据本发明的方法中,原则上首先提供多个至少在其正面上经抛光的硅晶片。
为此,采用已知的切割法,优选采用具有自由颗粒(“浆”)或者束缚颗粒(金刚石线)的钢丝锯,将依照现有技术优选根据Czochralski坩埚拉伸法制得的硅单晶切割成多个硅晶片。
此外,还实施机械加工步骤,例如按顺序的单面磨削法(SSG)、同时的双面磨削法(“双盘磨削”,DDG)或者磨平。通常还加工硅晶片的边缘,包括可能存在的机械标记,如取向凹槽(notch)或硅晶片边缘的基本上呈直线的平坦部分(边缘倒圆,边缘凹槽磨削edge-notch-grinding)。
额外提供包括清洁步骤和蚀刻步骤的化学处理步骤。
在磨削步骤、清洗步骤和蚀刻步骤之后,通过去除材料的方式进行抛光使硅晶片的表面变得平滑。在单面抛光(SSP)的情况下,在加工期间利用粘合剂、通过真空或者利用附着力而将硅晶片的背面保持在载盘上。在双面抛光(DSP)的情况下,将硅晶片松散地插入薄的齿盘中,并在用抛光布覆盖的上下抛光圆盘之间以“自由浮动”的方式同时抛光正面和背面。
随后,硅晶片的正面优选以无光雾的方式,例如用软的抛光布借助碱性抛光溶胶进行抛光;为了获得直到该步骤所达到的硅晶片平面度,在此情况下的材料去除量相对较少,优选为0.05至1.5μm。在该文献中,该步骤通常称作CMP抛光(化学机械抛光)。
根据现有技术在抛光之后,对硅晶片实施亲水性清洗及干燥。可以批式法在浴中同时清洗多个硅晶片,或者采用喷雾法,或者以单晶片法,从而进行清洗。
所提供的硅晶片优选为由单晶硅材料构成的晶片、SOI(“绝缘体上硅”)晶片、具有应变硅层的硅晶片(“应变硅”)或者sSOI(“绝缘体上应变硅”)晶片。用于制造SOI晶片或sSOI晶片的方法,如SmartCut,以及制造具有应变硅层的晶片的方法在现有技术中是已知的。
所提供的经抛光的硅晶片随后分别在外延反应器中单独地进行预处理。
预处理均包括在氢气氛中处理硅晶片(H2烘焙),以及在向氢气氛添加蚀刻介质的情况下处理硅晶片,均在950至1050℃的温度范围内进行。
蚀刻介质优选为氯化氢(HCl)。
在氢气氛中的预处理在1至100slm(标准升每分钟),优选40至60slm的氢气流量的条件下进行。
在氢气氛中的预处理的持续时间优选为10至120秒。
在利用蚀刻介质的预处理期间,蚀刻介质的流量为0.5至1.5slm。
在利用蚀刻介质的预处理期间,氢气流量也为1至100slm,优选为40至60slm。
在预处理的第二步骤中,以如下方式控制设置在基座的上方和下方的加热元件的功率,直径为1至150mm的待进行外延涂覆的硅晶片围绕中心轴的径向对称的区域的温度比位于该区域以外的硅晶片部分高5至30℃。
在HCl蚀刻处理期间,取决于待进行外延涂覆的硅晶片的边缘处所期望的材料去除量,处理时间优选为10至120秒,更优选为20至60秒。
该方法的特别的优点在于,因为通过预处理硅晶片补偿了硅晶片的凸面或凹面形状,所以硅晶片在预处理步骤之后获得对于之后沉积外延硅层最佳的正面形状。
在根据本发明的方法中,内部区域优选对应于围绕硅晶片中心的直径为1至150mm的圆,而外部区域对应于包括硅晶片边缘的宽度为1至150mm的圆环。这些值对应于本发明在直径为300mm的硅晶片上的应用。在使用基材直径为450mm的下一代硅晶片时,相应地选择内部区域和外部区域,在更小的基材例如200mm或150mm晶片的情况下也同样如此。
本发明能够根据待进行外延涂覆的硅晶片的最初几何形状选择外部区域。优选首先在待进行外延涂覆的一批硅晶片中求得经抛光的晶片的最初几何形状,随后选择在外延反应器中的预处理步骤的相应的工艺参数设置,换而言之,尤其是内部区域的大小、灯的功率以及在反应器中进行蚀刻处理期间内部区域与外部区域之间的温度差。
在预处理步骤之后,外延层至少沉积在硅晶片经抛光的正面上。为此,将作为原料气的硅烷源加入作为载气的氢气。取决于所用的硅烷源,在900至1200℃的温度下沉积外延层。
在1050至1150℃的沉积温度下优选使用三氯硅烷(TCS)作为硅烷源,因此该沉积温度高于在预处理步骤中主要的温度范围。
所沉积的外延层的厚度优选为0.5至5μm。
在沉积外延层之后,从外延反应器取出经外延涂覆的硅晶片。
进行一定次数的硅晶片上的外延沉积之后,用蚀刻介质,优选用HCl对基座进行处理,以从基座去除例如硅沉积物。
优选对硅晶片进行1至15次外延涂覆之后均实施基座蚀刻。为此取出经外延涂覆的硅晶片,并用HCl处理不带基材的基座。
除了基座表面以外,优选还用氯化氢清洗整个加工室,以去除硅沉积物。
优选在基座蚀刻之后在其他外延加工之前,用硅涂覆基座。这可以是有利的,因为待进行外延涂覆的硅晶片并不是直接位于基座上。
此外还表明,本发明方法适合于制造包括正面和背面的硅晶片,其中至少其正面经过抛光,并至少在其正面上施加外延层,其基于2mm的边缘排除区域,整体平面度值GBIR为0.02至0.06μm。
若考虑1mm的边缘排除区域,即更严格的标准,则得出GBIR值为0.04至0.08μm。
对于根据本发明进行外延涂覆的硅晶片,同样在边缘排除区域为2mm的情况下并且基于尺寸为26×8mm2的段的区域格栅的部分范围,由SBIRmax表示的局部平面度大于或等于0.02μm且小于或等于0.05μm。在此情况下得出336个段,其中有52个“部分位点”。在确定SBIRmax时优选考虑“部分位点”。PUA值优选为100%。
基于1mm的边缘排除区域,得出SBIRmax为0.04至0.07μm。
硅晶片优选为由单晶硅材料构成的晶片、SOI(“绝缘体上硅”)晶片、具有应变硅层的硅晶片(“应变硅”)或sSOI(“绝缘体上应变硅”)晶片,其具有外延层。
根据本发明经外延涂覆的硅晶片的外延层厚度均匀性优选最高为2.0%。外延层厚度均匀性可以通过测量外延层厚度的平均值t和范围Δt=tmax-tmin而求得。Δt/t优选为0.5%至2.0%,更优选为1.0%至1.5%。对于所请求保护的气流和气流分布,根据本发明的方法允许制造具有该外延层厚度均匀性的经外延涂覆的硅晶片。
若在现有技术中尝试通过在外延涂覆时于硅晶片的中心沉积更厚(或更薄)的外延层,或者通过虽然首先沉积基本上均匀的外延层,但是随后通过对外延层进行蚀刻去除材料而修正经外延涂覆的硅晶片的凹面的几何形状,从而修正经抛光的硅晶片的凹面的最初几何形状,则对于元件生产厂商极其重要且关键的外延层厚度均匀性参数无法保持在小于或等于2%的狭窄的范围内。
附图说明
图1所示为用于实施本发明方法的外延反应器的反应室的结构示意图。
图2所示为在外延反应器中于不同的处理温度下通过蚀刻预处理对直径为300mm的经抛光的硅晶片去除材料的量。
具体实施方式
实施例:
本实施例涉及Applied Materials的Epi Centura型外延反应器。该设备的反应室结构示意图如图1所示。
图1所示为用于实施本发明方法的反应室的结构示意图。所示为加热元件11(上方、外部区域)、12(上方、内部区域)、13(下方、内部区域)和14(下方、外部区域)。该反应器包括:用于承载待进行外延涂覆的硅晶片的基座4、进气装置2、排气装置3、用于放置和提升基座和基材的装置5(例如利用所谓的提升销钉)以及用于以非接触的方式测量反应室中的温度的高温计61和62。
现在表1示例性地例出在Epi Centura的情况下灯功率的典型数值,其实现了对于本发明重要的在内部区域与外部区域之间的温度差。
在此情况下,总的灯功率为70kW,分配于4个在图1中所示的排灯(上方/内部、上方/外部、下方/内部、下方/外部)。这对应于约为950至1050℃的该室内的平均温度。
总功率的大约60%来自于下方的排灯或加热元件。
表1

  总功率  上方加热元件  下方加热元件  70kW  25kW  =70kW的40%  45kW  =70kW的60%  分配:内部/外部  内部  外部  内部  外部

  总功率  上方加热元件  下方加热元件  外延涂覆  13.5kW  =25kW的54%  11.5kW  5.85kW  =45kW的13%  39.15kW  蚀刻预处理  16.5kW  =25kW的66%  8.5kW  7.2kW  =45kW的16%  37.8kW

在蚀刻预处理期间,在内部/外部之间的灯功率分配不同于外延涂覆过程。
在Epi Centura的情况下,54%/13%的分配使得在硅晶片和基座上的温度分布均匀。在此在硅晶片的所有区域内的温度均是基本相同的。为了达到均匀的温度分布,必须针对各个反应室确定最佳的能量分配。即使在相同反应器类型的不同反应室内,所述能量分配也可以改变。
优选以如下方式确定外延涂覆步骤的最佳能量分布:使用一组均具有大于10Ohm cm的基材电阻率的p型晶片(例如5个晶片)。对每个晶片设置不同的能量分布(例如,晶片1:54%/13%...晶片2:58%/14%,等等)。然后例如用KLATencor公司的SP1型光散射测量仪测量5个晶片,并在需要时在显微镜下检查。为其他的外延涂覆步骤选择平均的设置参数。目的是对于外延涂覆步骤在硅晶片上实现尽可能均匀的能量分布。该过程在半导体外延涂覆领域中被专家称作“运行滑动窗(running a slip window)”。
在制造过程中,定期对晶片检验可能的滑动。若晶片上存在滑动,则运行“滑动窗”,以重新确定能量分布的最佳设置。
在本发明中,优选从对于外延涂覆过程以如下方式最优化的能量分布开始,对于蚀刻预处理提高内部区域内的功率,以获得在内部区域与外部区域之间的所需温度差。
若对于外延涂覆过程而言,对于上方加热元件的功率,例如54%或62%的最佳值进入内部区域(对于在整个晶片上的均匀温度分布),则对于蚀刻预处理优选分别为66%或72%的值。
因此,在蚀刻预处理过程中,从之前的优化过程开始总是选择不同的能量分布,以达到对于本发明重要的5至30℃的温度差。
表1中66%/16%的分布产生约为20℃的温度差。该分布的改变使得能够在请求保护的整个范围内调节温度差。
图2所示为取决于硅晶片的平均温度对直径为300mm的硅晶片去除材料的量(因此轴坐标为-150mm至+150mm)。在预处理步骤中,使用表1的分布66%/16%。因此,在硅晶片的内部区域与外部区域之间的温度差约为20℃。
这表明,硅晶片围绕其中心(x轴=0)的内部区域内的材料去除量显示出明显的温度相关性。980℃和1000℃和1020℃的温度显示出的蚀刻去除量曲线特别适合于以特别有利的方式修正大多数经凸面抛光的硅晶片的几何形状。因此,该温度范围对于本发明方法是特别优选的。

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经外延涂覆的硅晶片的制造方法,在该方法中提供多个至少在其正面上经抛光的硅晶片并以如下方式分别依次在外延反应器中单独地进行涂覆,将每一个所提供的硅晶片分别放置在位于外延反应器中的基座上,在第一步骤中仅以1至100slm的氢气流量于氢气氛中进行预处理,以及在第二步骤中在向氢气氛添加蚀刻介质的情况下以1至100slm的氢气流量及0.5至1.5slm的蚀刻介质流量在950至1050的平均温度下进行预处理,。

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