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TWI600071B - 提高矽晶片磊晶層表面平整度之方法 - Google Patents

提高矽晶片磊晶層表面平整度之方法 Download PDF

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TWI600071B
TWI600071B TW105129501A TW105129501A TWI600071B TW I600071 B TWI600071 B TW I600071B TW 105129501 A TW105129501 A TW 105129501A TW 105129501 A TW105129501 A TW 105129501A TW I600071 B TWI600071 B TW I600071B
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肖德元
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上海新昇半導體科技有限公司
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    • H10P50/642—

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  • Mechanical Treatment Of Semiconductor (AREA)
  • Drying Of Semiconductors (AREA)
  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)

Description

提高矽晶片磊晶層表面平整度之方法
本發明係關於半導體製造領域，尤其係關於一種提高磊晶層表面平整度之方法。
於習知磊晶層製造方法中，係切除單晶矽錠之兩端以提供塊狀形狀，該矽錠外側係經研磨使整體直徑一致而獲得塊體(block body)，對該塊體形成定向平面或定向缺口(orientation notch)以指示特定的結晶定向，接著以對軸向方向呈預定角度之方式將該塊體切片。切片所得晶圓之周圍部分係經倒角(chamfered)以避免碎裂或晶圓周邊部分之碎片。接著，作為平滑處理步驟，進行晶圓雙面研磨(DDSG)，研磨該矽晶圓之兩側之表面。接著進行晶圓單面研磨(SDSG)。後續晶圓雙面拋光(DSP)可同時拋光晶圓之兩側之表面。接著進行晶圓單面拋光(SMP)。又，當單晶矽之磊晶層以磊晶生長方式形成於該晶圓表面時，即可獲得磊晶晶片。
然而，習知製造方法具有下列問題。
機械加工製程(如切片、研磨)必然會於該晶圓上形成機械損傷或機械刮痕。由於以磊晶生長為基礎之磊晶層形成步驟會放大晶圓表面的刮痕或損傷(晶格扭曲)，因此，於該磊晶層中，以研磨等機械加工所致之缺陷部位為起點，會發生如差排或堆疊錯誤等結晶缺陷，且在某些 案例中，此種缺陷會引起磊晶層表面之表面缺陷。又，當機械加工製程所致刮痕或機械損傷較嚴重時，會於所形成之磊晶層中形成滑移。
先前技術係於研磨後將晶圓浸漬於蝕刻劑中，以化學蝕刻晶圓兩側表面，可減少由單晶矽磊晶薄膜表面的凸起缺陷所致之刮痕缺陷之發生率，並可降低此種凸起缺陷之高度。然而，由於浸漬式蝕刻會同時蝕刻整個晶圓表面，晶圓表面的移除量控制會影響形狀控制，無法獲得預定的晶圓表面形狀，可能使得表面狀態(如平坦度)難以改善，甚至可能比研磨前更糟。又，以機械(如研磨)為主之平滑處理步驟係施用於單晶矽薄膜之氣相生長之前，該晶圓上必然會發生機械損傷或加工刮痕，即使後續水拋光或使用研磨料拋光也無法有效降低磊晶層上的表面缺陷或滑移形成。
亦有先前技術係以控制蝕刻液以控制平滑處理步驟，但容易讓蝕刻液於晶圓上表面停留過久，使得晶圓平面及外緣形狀無法控制，造成晶圓平坦度的劣化。
據此，提高晶圓及磊晶層表面平整度之方法仍有其需求。
本發明係提供一種提高矽晶片磊晶片表面平整度之方法，包括：將單晶矽錠切片所得之矽晶片依序進行濕式蝕刻、研磨及拋光；檢測待處理之矽晶片表面凹凸狀況；依據該凹凸狀況之數據，計算並獲得溫度控制之分佈圖； 依據該分佈圖，分區加熱並分區控制該矽晶片之溫度，並以乾式蝕刻進行平坦化；拋光該矽晶片；以及於該矽晶片表面形成磊晶層；其中，對所得磊晶矽晶片整體表面進行表面平坦度測量，該磊晶矽晶片表面平坦度之奈米形貌(nanotopography)係小於25nm。
於一實施例中，該乾式蝕刻為電漿蝕刻。
於一實施例中，該電漿蝕刻所使用之蝕刻氣體包括CF4、C2F6、SF6、Cl2等。
於一實施例中，該濕式蝕刻為浸漬式雙面蝕刻。
於一實施例中，該濕式蝕刻之蝕刻液為氫氟酸、硝酸、磷酸及水之混合液。
於一實施例中，該矽晶片表面凹凸狀況係以一檢測單元進行檢測。
於一實施例中，該分區加熱係以分區電阻加熱器進行。
於一實施例中，該分區加熱係以微分區溫度控制單元進行。
於一實施例中，該矽晶片溫度係控制於120-480℃。
本發明之方法可增加矽晶片表面的平滑度，因此，以磊晶程序在該矽晶片表面生長磊晶層時，能夠減少磊晶生長時磊晶層上的表面缺陷及滑移。
第1圖為本發明提高磊晶片表面平整度之方法之流程圖。
第2圖為，依據本發明一實施例，提高磊晶片表面平整度之方法之流程圖。
下面將結合示意圖對本發明的方法進行更詳細的描述，其中表示了本發明的較佳實施例，應理解具本領域通常知識者可以對此處描述之本發明進行修改，而仍然實現本發明的有利效果。因此，下列描述應該被理解為對於本領域技術人員的廣泛認知，而並非作為對本發明的限制。
為了清楚，不描述實際實施例的全部特徵。在下列描述中，不詳細描述眾所周知的功能和結構，因為它們會使本發明由於不必要的細節而混亂。應當認為在任何實際實施例的開發中，必須做出大量實施細節以實現開發者的特定目標，例如按照有關系統或有關商業的限制，由一個實施例改變為另一個實施例。另外，應當認為這種開發工作可能是複雜和耗費時間的，但是對於具本領域通常知識者來說僅僅是常規工作。
在下列段落中參照圖式以舉例方式更具體地描述本發明。根據下面的說明和申請專利範圍，本發明的優點和特徵將更清楚。需說明的是，圖式均採用非常簡化的形式且均使用非精準的比例，僅用以方便、明晰地輔助說明本發明實施例的目的。
請參考第1圖，於本實施例中，提出了一種提高矽晶片磊晶層表面平整度之方法，包括下列步驟：S101將薄圓板狀之單晶矽錠之切片依序進行濕式蝕刻、拋光；S102以檢測單元檢測待處理之矽晶片表面凹凸狀況；S103依據該凹凸狀況之數據，計算並獲得溫度控制之分佈圖； S104依據該分佈圖，以分區電阻加熱並控制該晶片之溫度，並以乾式蝕刻將該晶片平坦化；S105進行拋光；以及S106於該晶片表面形成磊晶層。
又，於一實施例中，請參考第2圖，更詳細的說明本發明之方法。
首先，提供一單晶矽錠(S201)，依序進行磨削滾圓、定位邊或定位V槽、切片、倒角、雙面研磨、單面研磨(S202~S207)等步驟，製成矽晶片。接著，以浸漬式雙面蝕刻消除矽晶片表面機械損傷(S208)，並進行雙面拋光(S209)及邊緣拋光(S210)。
以檢測單元檢測待處理之矽晶片表面凹凸狀況，並保存檢測數據(S211)，該檢測單元可採用例如Wafersight 2(可由KLA-Tencor購得)、LSW-3020FE(可由Kobelco購得)、Nanometro 300TT-A(可由Kuroda購得)等，檢測數據可保存於存儲器中。接收該檢測單元所檢測得之矽晶片表面凹凸狀況之數據，計算晶片靜電吸盤分區溫度控制分佈圖及蝕刻時間(S212)。
接著，以靜電吸盤分區控制電阻加熱矽晶基板，分區控制該晶片基板溫度，並以電漿蝕刻進行矽晶片平坦化處理(S213)，據此可實現矽晶片表面平滑度之提升。
上述步驟可使用微分區溫度控制單元(micro-zone temperature control unit)進行。該微分區溫度控制單元係由珀爾帖(Peltier)裝置及/或電阻加熱器之陣列所構成，該電阻加熱器可為聚醯亞胺加熱器、 矽膠加熱器、雲母加熱器、金屬加熱器(如鎢、鎳/鉻合金、鉬、鉭等)、陶瓷加熱器(如碳化鎢)、半導體加熱器、碳加熱器、或其他任何適當的加熱/冷卻元件。該溫度控制單元可併入不同設計或構形，例如網版印刷式加熱器、繞線式加熱器、蝕刻箔式加熱器、或其他任何適當的設計。該微分區溫度控制單元之各分區可獨立控制溫度，控制電路之範圍為0-20W。該微分區溫度控制單元之整體面積可為該晶圓基板面積之90%至120%。
對電漿蝕刻處理後之矽晶片進行單面之鏡面拋光(S214)。接著，可於經上述處理之該矽晶片表面上進行磊晶生長(S215)，能夠有效減少磊晶生長時磊晶層上的表面缺陷及滑移發生。
於上述實施例中，該濕式蝕刻為浸漬式雙面蝕刻，所使用之蝕刻液為氫氟酸、硝酸、磷酸及水之混合液。
於上述實施例中，該乾式蝕刻為電漿蝕刻，所使用之蝕刻氣體包括CF4、C2F6、SF6、Cl2等。
經由上述濕式蝕刻、分區加熱及分區溫度控制、乾式蝕刻等步驟，能夠有效提升矽晶片表面的平滑度。因此，在此種表面平滑度更佳之矽晶片表面生長磊晶層時，能夠減少磊晶層之表面缺陷及滑移的發生，從而提高後續裝置性能。
上述特定實施例之內容係為了詳細說明本發明，然而，該等實施例係僅用於說明，並非意欲限制本發明。熟習本領域之技藝者可理解，在不悖離後附申請專利範圍所界定之範疇下針對本發明所進行之各種變化或修改係落入本發明之一部分。

Claims (8)

  1. 一種提高矽晶片磊晶層表面平整度之方法，包括：將單晶矽錠切片所得之矽晶片依序進行濕式蝕刻、研磨及拋光；檢測待處理之矽晶片表面凹凸狀況；依據該凹凸狀況之數據，計算並獲得溫度控制之分佈圖；依據該分佈圖，分區加熱並分區控制該矽晶片之溫度，並以乾式蝕刻進行平坦化；拋光該矽晶片；以及於該矽晶片表面形成磊晶層；其中，對所得磊晶矽晶片整體表面進行表面平坦度測量，該磊晶矽晶片表面平坦度之奈米形貌(nanotopography)係小於25nm。
  2. 如申請專利範圍第1項之方法，其中，該乾式蝕刻為電漿蝕刻。
  3. 如申請專利範圍第2項之方法，其中，該電漿蝕刻係使用包括CF4、C2F6、SF6、及Cl2之蝕刻氣體。
  4. 如申請專利範圍第1項之方法，其中，該濕式蝕刻為浸漬式雙面蝕刻。
  5. 如申請專利範圍第1項之方法，其中，該濕式蝕刻之蝕刻液為氫氟酸、硝酸、磷酸及水之混合液。
  6. 如申請專利範圍第1項之方法，其中，該矽晶片表面凹凸狀況係以一檢測單元進行檢測。
  7. 如申請專利範圍第1項之方法，其中，該分區加熱係以分區電阻加熱器進行。
  8. 如申請專利範圍第1項之方法，其中，該分區加熱係以微分區溫度控制單元進行。
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