TWI435377B - Epitaxial silicon wafers and their manufacturing methods - Google Patents

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Description

磊晶矽晶圓及其製造方法
本發明是有關於一種將基板載置於承受體上，而在磊晶成長裝置內，使磊晶矽層成長來製造磊晶矽晶圓的方法；以及關於一種藉由此方法而製造出來的磊晶矽晶圓。
磊晶成長技術，是在製造雙載子電晶體(Bipolar transistor)或MOSLSI等的積體電路時所採用的使單晶薄膜層氣相成長之技術，因為能夠在潔淨的半導體單晶基板上配合基板的結晶方位而成長均勻的單晶薄膜、或是以摻雜劑的濃度差異大的方式來形成具有陡陗的不純物梯度之接合，所以是一種非常重要的技術。
作為用以進行此種磊晶成長之裝置，通常可區分為縱型(餅型；pancake型)、圓筒型(cylinder型)及橫型之3種類。這些成長裝置有共同的基本原理。該成長裝置是具備反應室和加熱手段等而構成，該反應室是在內部具備用以載置單晶基板之磊晶成長用承受體而成，而該加熱手段是由設置在反應室的外部之鹵素燈等而構成；將縱型之中每次處理1片之裝置，稱為單片式磊晶成長裝置。
在此，參照第4圖來說明該單片式磊晶成長裝置。第4圖是先前所使用的通常的單片式磊晶成長裝置的一個例子之概略圖。
該單片式磊晶成長裝置41，具有反應室43，在其表面要被層積磊晶層之矽基板42，被配置在該反應室43的內部；且在該反應室43中，設有用以導入原料氣體、載氣之氣體導入口44及用以排出氣體之氣體排出口45。又，在反應室43內，具有用以載置矽基板42之承受體(susceptor)46。
又，至少在反應室43的外部，具備例如鹵素燈等的加熱手段48，用以加熱矽基板42。
而且，若使用第4圖所示的單片式磊晶成長裝置41，來說明通常在矽基板42上形成磊晶層的方法時，首先，將單晶矽基板42載置在承受體46上，然後一邊藉由用以支持承受體46之支持軸49及使其旋轉(自轉)之未圖示的旋轉機構，來使單晶矽基板42旋轉，一邊藉由加熱手段48將基板42加熱至規定溫度，且藉由以規定時間、規定流量，將例如使用氫等載氣稀釋而成之三氯矽烷等的原料氣體，從氣體導入口44供給至反應室43內。藉此，能得到一種在基板42上已層積有磊晶層而成之磊晶矽晶圓。
針對上述磊晶矽晶圓的製造，以往一直謀求品質的提高，作為其中一種方法，對形成於承受體上的柱坑(counterbore)形狀，進行改變。例如，在日本特開昭59-50095號公報中，揭示出各種各樣的承受體。如此的承受體，可大致區分成：支持基板的大約整個背面之型式、及僅支持基板的一部份之型式(例如參照日本特開昭59-50095號公報、特開平5-238882號公報、特開平7-58039號公報、特開2004-319623號公報)。
在支持基板的大約整個背面之型式中，可舉出：其柱坑的底面是平坦狀者；在柱坑的底面，形成圓柱狀的凸部(其直徑，比要載置的基板的直徑小)者；或是與基板接觸的部分，成為網格狀者等。
但是，如此型式的承受體，由於接觸基板的大約整個背面，所以會有損傷基板的載置面(背面)這樣的問題。進而，若在基板的背面殘留有傷痕，則在後面的元件製造步驟中，成為發塵的原因。
另一方面，在僅支持基板的一部份之型式中，可舉出：其環狀的凸部，是被形成於要被載置的基板的邊緣部的更內側者；或是在柱坑的中央部，進而形成有凹部，來保持沒有要製作元件之基板的外周部(比邊緣部更內側)者。
但是，此種型式的承受體，雖然不會損傷基板的整個背面，但是由於只支持基板的一部分，所以會有該接觸部分的傷痕會變深、或是基板撓曲而從基板的邊緣部發生滑動這樣的問題。
又，在日本特開2005-235906號公報中，揭示出一種承受體，為了減少發生在基板背面的傷痕，在柱坑的外周，形成傾斜面，並以基板的邊緣部接觸該傾斜面的方式來支持基板。進而，在日本特開2003-100855號公報中，揭示出一種為了使升降銷不會損傷基板的背面，而在基板的背面形成矽氧化膜的技術。
但是，即使如此地想辦法來改善基板的支持方法，在元件製造步驟中的發塵的問題，仍然會發生。
本發明是鑒於上述問題點而開發出來，其目的是提供一種磊晶矽晶圓及其製造方法，該磊晶矽晶圓，即使在元件製造步驟中，也能降低發塵。
為了達成上述目的，本發明提供一種磊晶矽晶圓的製造方法，是針對將矽基板載置在承受體上，並藉由使磊晶層成長來製造磊晶矽晶圓的方法，其特徵在於：至少包含：在上述矽基板的整個背面，形成矽氧化膜之步驟；除去已形成在上述矽基板的至少邊緣部上的矽氧化膜之步驟；以及經由上述矽氧化膜，將上述矽基板載置在上述承受體上之步驟；並且，利用該承受體，經由上述矽氧化膜，來保持上述矽基板，在此狀態下，使磊晶層成長在上述矽基板上。
又，本發明，提供一種磊晶矽晶圓，是使磊晶層成長在矽基板上而成之磊晶矽晶圓，其特徵在於：
上述矽基板的至少邊緣部及從主背面的外周往內側1mm為止的範圍，沒有由於承受體而造成的接觸傷痕。特別是，較佳為：上述矽基板的背面，整個面沒有由於承受體而造成的接觸傷痕。
如此，將基板(除了基板的邊緣部以外，在主背面具有矽氧化膜)，經由該矽氧化膜，載置在承受體上，來形成磊晶層，藉此，便能在矽基板的背面的至少邊緣部及從主背面的外周往內側1mm為止的範圍、或是整個背面，沒有因與承受體接觸而產生傷痕的情況下，使磊晶層成長(成長在基板的表面上)，並且，在之後的步驟中，也能抑制由基板來的發塵。因此，能提高晶圓製造、甚至是元件製造的良率及品質。
而且，上述矽基板含有摻雜劑的情況，於上述矽氧化膜的除去步驟中，較佳是：即使增加上述矽氧化膜的除去區域，也設為從主背面的外周至往內側1mm為止。
如此，矽基板含有摻雜劑的情況，要除去的矽氧化膜，最多設為從主背面的外周至往內側1mm為止，藉此，在磊晶層的成長中，能抑制從矽基板的背面來的自動摻雜。
此情況，上述除去矽氧化膜的步驟，較佳是藉由鏡面研磨來進行；又，上述矽基板的邊緣部，較佳是鏡面。
如此，藉由鏡面研磨，能精度佳地除去邊緣部的矽氧化膜；又，藉由矽基板的邊緣部是鏡面，能進一步地製造出沒有發塵的磊晶矽晶圓。
進而，上述形成矽氧化膜的步驟，是藉由化學氣相沈積法(CVD法)來進行。
如此，藉由利用CVD法來將矽氧化膜形成於矽基板的整個背面上，不但能簡單地形成CVD矽氧化膜，且在成長磊晶層後，能簡單地除去矽氧化膜。
若是根據本發明的磊晶矽晶圓及其製造方法，便能在矽基板的背面沒有因與承受體接觸而產生傷痕的情況下，使磊晶層成長(成長在基板的表面上)，並且，在之後的步驟中，也能抑制由基板來的發塵。因此，能提高晶圓製造、甚至是元件製造的良率及品質。
在磊晶晶圓的製造及之後的元件製造中的發塵，除了從已堆積在邊緣部的聚矽或位於基板上的傷痕而直接發塵以外，也有在矽氧化膜等的膜形成、除去製程中，矽氧化膜殘留在傷痕內部，由於剝離此矽氧化膜而會發塵。因此，以往便開發出各種各樣的承受體。但是，不論如何地改變承受體上的基板的支持方法，仍然無法解決元件製造步驟中的發塵問題。
關於上述成為發塵的原因之基板的傷痕，本發明人進行深入的研究。
目前，當要製造直徑超過300mm的磊晶矽晶圓時，藉由利用承受體來支持矽基板的主背面的外周附近(比邊緣部更內側)，來防止與承受體接觸而產生的傷痕。但是，即便是此種支持方法，在與承受體接觸的點，仍會發生傷痕。
與基板主背面的外周接觸來進行支持之型式的承受體，若載置晶圓並在氫氣氛中加熱至1100℃為止，則承受體與基板局部地黏結，接著，當溫度下降，則黏結點剝離，該剝離部分則成為傷痕。
若利用電子顯微鏡來觀察此傷痕，則發現在傷痕的內部含有深的裂紋。傷痕的位置，根據與承受體之接觸角度的不同，例如在其柱坑的外周部所形成的基板的設置部的傾斜為1。之承受體，傷痕是發生在從主背面的外周往內側1mm的寬度之間，若設置部的角度小，則與承受體之間的接觸點，會從主背面的外周，更往內側移動，而在接觸點，仍然會由於剝離而發生傷痕。
作為防止傷痕的手段，如日本特開2003-100855號公報所示，考慮藉由CVD氧化膜等，來保護與承受體接觸的部分。但是，使用承受體來支持矽基板的主背面的外周的情況，至主背面的外周為止，甚至是至邊緣部為止，都存在著CVD氧化膜，而成為不佳。這是因為：用來防止傷痕之矽氧化膜，若存在於邊緣部，則在磊晶層成長時，聚矽會成長於矽氧化膜上，反而會成為發塵的原因的緣故。
因此，本發明人反覆地研究，想到了以下的技術思想，而完成本發明。亦即，當要製造並提供一種在基板(使磊晶層成長於其上)的背面沒有傷痕，且在之後的步驟中也不會發塵之磊晶矽晶圓時，只要使矽基板沒有直接接觸承受體，並使聚矽不會成長即可。
以下，一邊參照圖式一邊說明本發明的實施形態，但本發明並未限定於此實施形態。
第1圖是在製造本發明的磊晶矽晶圓的方法中，詳細地表示與承受體之間的接觸關係的剖面圖。又，第3圖是用以說明有關本發明的單晶矽晶圓的製造方法的步驟流程圖。
本發明的磊晶矽晶圓的製造方法，首先，在步驟A中，將矽氧化膜4，形成於所準備的矽基板W的整個背面上。
此時，所準備的矽基板W，沒有特別地限定。
矽氧化膜4的形成，沒有特別地限定，也能進行熱氧化法來形成，但較佳是藉由CVD(Chemical Vapor Deposition：化學氣相沈積法)來進行。
如此，藉由利用CVD法來將矽氧化膜形成於矽基板的整個背面，不但能簡單地形成CVD矽氧化膜，且在成長磊晶層後，不會損傷磊晶矽晶圓，便能簡單地除去矽氧化膜。又，例如基板含有摻雜劑的情況，在背面(沒有形成磊晶層的面)，利用CVD法所作成的矽氧化膜是緻密的，因此在磊晶層的成長中，能防止已包含在基板中的摻雜劑往外方擴散，也就是能抑制所謂的由於磊晶層的自動摻雜所造成的電阻率變化。
上述CVD法的條件沒有限定，例如能應用在常壓下進行的CVD法。
接著，在步驟B中，如第1圖及第2所示，除去已形成在矽基板W的至少邊緣部3上的矽氧化膜4。第2圖是從背面來看剛除去矽氧化膜後的基板W而得到的概略圖。
此時的矽氧化膜，雖然也可以除去直到比邊緣部更內側為止，但至少需要剩下要與承受體接觸的部分。此矽氧化膜，是為了使承受體與基板不會直接接觸。
又，若過度地除去矽氧化膜至基板的內側為止，則例如基板含有高濃度的硼等的摻雜劑之情況，當使磊晶層成長時，大量的摻雜劑會從背面往外方擴散，於是有可能進行磊晶矽層的自動摻雜。因此，在擔心會發生自動摻雜的基板上，使磊晶層成長時，即使增加矽氧化膜的除去區域，較佳是：從主背面的外周1a至往內側1b為止，設為1mm。
如此，基板含有摻雜劑的情況，藉由將已形成於主背面上的氧化膜除去至不太往內側為止，便能抑制成長中的磊晶層的自動摻雜。
矽氧化膜4的除去，例如能利用以下兩種方式來進行：先在想要殘留下來的矽氧化膜上進行遮蔽(mask)，然後浸漬於HF水溶液中；或是將背面已形成有矽氧化膜之複數片基板，使其表背面的主面彼此之間互相重疊，例如以100片為單位，批式地將邊緣部浸漬於HF水溶液中。但是，當想要使製造出來的磊晶矽晶圓，進而沒有傷痕的情況，除去矽氧化膜的步驟B，較佳是藉由鏡面研磨來進行。
利用鏡面研磨來除去已形成於矽基板W的邊緣部3上的矽氧化膜4，藉此，可確實地除去氧化膜，且利用磊經成長步驟，能製造出沒有成長出聚矽之磊晶矽晶圓。而且，由於邊緣部平滑化，所以在磊晶步驟中，在邊緣部，能防止被稱為團塊之聚矽的異常成長。
接著，在步驟C中，經由(隔著)在步驟B中所形成的矽氧化膜4，將矽基板W載置在承受體16上。
此時，承受體16，如第3圖(C)所示，能使用一種在承受體的柱坑的中央，形成有圓柱狀的凸部者。又，本發明中所使用的承受體，例如也可以是在中央形成有環狀的凸部者。
但是，本發明中所使用的承受體16，必須經由矽氧化膜4來支持矽基板W。因此，無法使用一種承受體，該承受體在其柱坑也就是凹部的內部，進而形成有凹部，並利用柱坑的段差(高低差)，以邊緣部或是從基板W的主背面的外周往內側1mm為止的範圍，來進行支持。
因此，即便是針對在其柱坑的中央形成有圓柱狀或環狀的凸部之承受體，較佳是使用一種承受體，該凸部的圓柱或環的直徑，較殘留的矽氧化膜，大約小1mm～2mm左右。
矽基板W載置在承受體上的位置，如第3圖所示，是以被支持在柱坑的中央處的方式來進行載置。
接著，在步驟D中，利用承受體16，經由(隔著)矽氧化膜4來保持矽基板W，在此狀態下，使磊晶層5成長於矽基板W的表面上。
磊晶層5，例如能以下述方式來進行成長。先在第4圖中所介紹的單片式磊晶成長裝置的反應室內，配置上述般的承受體，保持已在背面形成有氧化膜之矽基板，並僅供給載氣(氫)，然後一邊使基板旋轉一邊升溫至原料氣體的反應溫度也就是1130℃為止，接著，將磊晶層的成長溫度設為大約1130℃，並藉由以一定的流量，從氣體導入口供給三氯矽烷與氫，來進行成長。反應時間及原料氣體的流量，可對應所要形成的磊晶層的厚度來加以適當地變更。
在此步驟D之後，進行從背面來全部除去矽氧化膜4之步驟E，來製造磊晶矽晶圓10。
如此，將在基板W的主背面具有矽氧化膜之基板，經由該矽氧化膜，載置在承受體上來形成磊晶層，藉此，在矽基板的背面，不會發生與承受體接觸而產生的傷痕，便能使磊晶層成長，並且，在之後的步驟中，能抑制由基板來的發塵。因此，能提高晶圓製造、甚至是元件製造的良率及品質。
進而，由於在邊緣部沒有殘留矽氧化膜，所以在磊晶層成長時，能抑制無用的聚矽的成長。
利用上述本發明的方法而製造出來的磊晶矽晶圓，是在矽基板W上成長了磊晶層5而成之磊晶矽晶圓10，且在矽基板W的至少邊緣部3及從主背面的外周1a至往內側1mm的內側1b為止的區域，是不會由於承受體而造成接觸傷痕的區域。
如此的不會因與承受體接觸而發生傷痕之磊晶矽晶圓，即使是在之後的步驟中，也能抑制從基板來的發塵。因此，能提高晶圓製造、甚至是元件製造的良率及品質。
特別是磊晶矽晶圓10的矽基板，較佳是整個背面都是不會由於承受體而造成接觸傷痕的區域，如此的磊晶矽晶圓，能確實地抑制從基板的由於承受體而造成的接觸傷痕來的發塵。
進而，上述磊晶矽晶圓，較佳是：矽基板W的邊緣部是鏡面；藉此，不但能防止聚矽的成長，並能防止團塊或冠部(***)的成長，進而能防止從基板的邊緣部來的發塵。
[實施例]
以下，顯示本發明的實施例及比較例，更具體說明本發明，但本發明並未限定於這些例子。
(實施例1、2)
利用第3圖所示的流程，來進行磊晶矽晶圓的製造。
首先，作為基板W，準備一種直徑300mm、P型、硼摻雜(6×1018 atoms/cm3 )的P+ 單晶矽，且具有0.5mm寬度的邊緣部3之單晶矽基板。此時，基板W的主背面1，其直徑是299mm。
接著，藉由常壓下的CVD法，在矽基板W的整個背面，形成厚度3500(350nm)的CVD矽氧化膜。
繼續，藉由鏡面研磨，除去已被形成於基板的邊緣部及從主背面的外周至往內側1mm為止的區域上之CVD矽氧化膜。因此，被形成於基板的主背面上的CVD矽氧化膜4的直徑，大約成為297mm。
接著，將矽基板W，經由(隔著)矽氧化膜4，載置在承受體16上。
此時，實施例1中的承受體，是使用一種承受體，其柱坑的直徑是302mm，且在該柱坑的中央，具有直徑280mm且高度為0.09mm的圓柱狀凸部(參照第3圖(C))。又，實施例2中的承受體，是使用一種承受體，其柱坑的直徑是302mm，且在該柱坑的中央，具有外徑296mm、內徑279mm且高度為0.09mm的環狀凸部(未圖示)。
繼續，先僅將載氣(氫)供給至單片式的磊晶成長裝置的反應室中，一邊使基板W旋轉一邊升溫至原料氣體的反應溫度也就是1130℃為止，並將磊晶層的成長溫度設為大約1130℃，然後從氣体導入口，以10SLM的流量供給作為反應氣體的三氯矽烷(SiHCl3 )，並以50SLM的流量供給氫(H2 )。並且，在基板W上，形成厚度大約5μm的磊晶層。
接著，利用HF(氫氟酸)來除去已形成於基板W的背面上之矽氧化膜4。
藉此，能製造出一種磊晶矽晶圓，在其基板W的整個背面，不會有由於承受體而造成的接觸傷痕。
(比較例1)
首先，準備一種與在實施例中所準備的基板W相同規格的基板W(沒有背面CVD氧化膜)。接著，在承受體的柱坑內，將基板W載置在具有傾斜(大約1°的角度)之段差部分，使得可在基板的從主背面外周往內側1mm以內的範圍內，來支持基板。
繼續，先僅將載氣(氫)供給至單片式的磊晶成長裝置的反應室中，一邊使基板W旋轉一邊升溫至原料氣體的反應溫度也就是1130℃為止，並將磊晶層的成長溫度設為大約1130℃，然後從氣体導入口，以10SLM的流量供給作為反應氣體的三氯矽烷(SiHCl3 )，並以50SLM的流量供給氫(H2 )。並且，在基板W上，形成厚度大約5μm的磊晶層。
藉此種方法而製造出來的比較例1的磊晶矽晶圓，當使用鹵素燈來觀察基板的背面時，在與承受體接觸的位置，發現了許多傷痕。
(比較例2)
首先，準備一種與在比較例1中所準備的基板W相同規格的基板W。接著，將基板W載置在承受體上，該承受體，其柱坑的直徑為302mm，且在該柱坑的中央，具有外徑280mm、內徑279mm且高度為0.09mm之環狀的凸部。
繼續，先僅將載氣(氫)供給至單片式的磊晶成長裝置的反應室中，一邊使基板W旋轉一邊升溫至原料氣體的反應溫度也就是1130℃為止，並將磊晶層的成長溫度設為大約1130℃，然後從氣体導入口，以10SLM的流量供給作為反應氣體的三氯矽烷(SiHCl3 )，並以50SLM的流量供給氫(H2 )。並且，在基板W上，形成厚度大約5μm的磊晶層。
結果，被製造出來的磊晶矽晶圓，在基板的主背面，觀察到因與承受體接觸而產生的傷痕。進而，在接觸部分，磊晶層成長，因而也觀察到從基板的主背面所產生的高度約為57nm的矽的突出部分。
(比較例3)
首先，準備一種與在比較例1中所準備的基板W相同規格的基板W。
接著，藉由常壓下的CVD法，在矽基板的整個背面，形成厚度3500(350nm)的CVD矽氧化膜。
接著，將矽基板，經由矽氧化膜，載置在承受體上。
此時的承受體，是使用一種承受體，其柱坑的直徑是302mm，且在該柱坑的中央，具有直徑296mm且高度為0.09mm的圓柱狀凸部。
繼續，先僅將載氣(氫)供給至單片式的磊晶成長裝置的反應室中，一邊使基板W旋轉一邊升溫至原料氣體的反應溫度也就是1130℃為止，並將磊晶層的成長溫度設為大約1130℃，然後從氣体導入口，以10SLM的流量供給作為反應氣體的三氯矽烷(SiHCl3 )，並以50SLM的流量供給氫(H2 )。並且，在基板W上，形成厚度大約5μm的磊晶層。
接著，利用HF(氫氟酸)來除去已形成於基板W的背面上之CVD氧化膜。
藉此，雖然製造出磊晶矽晶圓，但由於在邊緣部殘留了CVD氧化膜，所以在磊晶層成長中，大量地發生聚矽，而無法獲得可作為製品而出貨之磊晶矽晶圓。
關於在上述實施例1、2及比較例1～3中所製造出來的磊晶矽晶圓，觀察其背面的傷痕的結果，表示於下述表1中。
根據此表1的結果可知，若是本發明的磊晶矽晶圓的製造方法，便能在矽基板的背面不會因與承受體接觸而發生損傷的情況下，使磊晶層成長。因此，即便是在之後的步驟中，也能抑制由基板來的發塵，而能提高晶圓製造、甚至是元件製造的良率及品質。
另外，本發明並未被限定於上述實施形態。上述實施形態只是例示，凡是具有與被記載於本發明的申請專利範圍中的技術思想實質上相同的構成，能得到同樣的作用效果者，不論為何者，皆被包含在本發明的技術範圍內。
1．．．主背面
1a．．．外周
1b．．．內側
2．．．表面
3．．．邊緣部
4．．．(CVD)矽氧化膜
5．．．磊晶層
10．．．磊晶矽晶圓
16．．．承受體
W．．．(矽)基板
第1圖是在製造本發明的磊晶矽晶圓的方法中，詳細地表示與承受體之間的接觸關係的剖面圖。
第2圖是從基板的背面來看而得到的概略圖。
第3圖是用以說明有關本發明的單晶矽晶圓的製造方法的步驟流程圖。
第4圖是通常的單片式磊晶成長裝置的概略圖。
1．．．主背面
1a．．．外周
1b．．．內側
2．．．表面
3．．．邊緣部
4．．．(CVD)矽氧化膜
5．．．磊晶層
16．．．承受體
W．．．(矽)基板

Claims (5)

  1. 一種磊晶矽晶圓的製造方法，是針對將含有摻雜劑之矽基板載置在承受體上，並藉由使磊晶層成長來製造磊晶矽晶圓的方法，其特徵在於：至少包含：在上述矽基板的整個背面，形成矽氧化膜之步驟；藉由鏡面研磨，來除去已形成在上述矽基板的邊緣部以及從主背面的外周至往內側最多1mm為止之區域上的矽氧化膜之步驟；以及經由上述矽氧化膜，將上述矽基板載置在上述承受體上之步驟；並且，利用該承受體，經由上述矽氧化膜，來保持上述矽基板，在此狀態下，使磊晶層成長在上述矽基板上。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之磊晶矽晶圓的製造方法，其中上述形成矽氧化膜的步驟，是藉由化學氣相沈積法(CVD法)來進行。
  3. 一種磊晶矽晶圓，是使磊晶層成長在矽基板上而成之磊晶矽晶圓，其特徵在於：上述矽基板的至少邊緣部及從主背面的外周往內側1mm為止的範圍，沒有由於承受體而造成的接觸傷痕。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之磊晶矽晶圓，其中上述 矽基板的背面，整個面沒有由於承受體而造成的接觸傷痕。
  5. 如申請專利範圍第3項或第4項所述之磊晶矽晶圓，其中上述矽基板的邊緣部是鏡面。
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