提高硅晶片外延层表面平整度的方法与流程

本发明涉及半导体制造领域，特别涉及一种提高硅晶片外延层表面平整度的方法。

背景技术：

在已知的外延层制造方法中，通过切除单晶硅锭的两端来获得块状形状，对硅锭外侧进行研磨使整体直径一致而获得块体(blockbody)，对所述块体形成定向平面或定向缺口(orientationnotch)来指示特定的结晶定向，接着以对轴向方向呈预定角度的方式将所述块体切片。切片所得晶圆的周围部分是经倒角(chamfered)以避免碎裂或晶圆周边部分的碎片。接着，完成平滑处理步骤，进行晶圆双面研磨(ddsg)，研磨该硅晶圆两侧的表面，接着进行晶圆单面研磨(sdsg)。接着进行晶圆双面抛光(dsp)，可同时抛光晶圆两侧的表面，接着进行晶圆单面抛光(smp)。然后，当单晶硅的外延层以外延生长方式形成于该晶圆表面时，即可获得外延硅晶片。

然而，已知的制造方法具有下列问题：

机械加工制程(如切片、研磨)必然会在该晶圆上形成机械损伤或机械刮痕。由于以外延生长为基础的外延层形成步骤会放大晶圆表面的刮痕或损伤(晶格扭曲)，因此，在该外延层中，以研磨等机械加工所致的缺陷部位为起点，会发生如差排或堆栈错误等结晶缺陷，且在某些案例中，此种缺陷会引起外延层表面的表面缺陷。并且，当机械加工制程所造成的刮痕或机械损伤比较严重时，会在所形成的外延层中形成滑移。

现有技术是在研磨后将晶圆沉浸于蚀刻剂中，以化学方法蚀刻晶圆两侧表面，可减少由单晶硅外延薄膜表面的凸起缺陷所致的刮痕缺陷的发生率，并可降低此种凸起缺陷的高度。然而，由于沉浸式蚀刻会同时蚀刻整个晶圆表面，晶圆表面的移除量控制会影响形状控制，无法获得预定的晶圆表面形状，可能 使得表面状态(如平坦度)难以改善，甚至可能比研磨前更糟。并且，以机械(如研磨)为主的平滑处理步骤在单晶硅薄膜的气相生长之前进行，该晶圆上必然会发生机械损伤或加工刮痕，即使后续水抛光或使用研磨料抛光也无法有效降低外延层上的表面缺陷或滑移形成。

虽然现有技术以控制蚀刻液来控制平滑处理步骤，但容易让蚀刻液在晶圆上表面停留过久，使得晶圆平面及外缘形状无法控制，造成晶圆平坦度的劣化。

因此，如何提高晶圆及外延层表面平整度是本领域技术人员亟需解决的一个问题。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种提高硅晶片外延层表面平整度的方法，可增加硅晶片表面的平滑度，减少外延生长时外延层上的表面缺陷及滑移。

本发明的技术方案是一种提高硅晶片外延层表面平整度的方法，包括：

将单晶硅锭切片得到的硅晶片依次进行湿法蚀刻、研磨及抛光；

检测待处理的硅晶片表面的凹凸状况；

依据所述凹凸状况的数据，计算并获得温度控制的分布图；

依据所述分布图，分区加热并分区控制所述硅晶片的温度，并以干法蚀刻进行平坦化；

抛光所述硅晶片；以及

在所述硅晶片表面形成外延层；

其中，对所得外延硅晶片整体表面进行表面平坦度测量，所述外延硅晶片表面平坦度的纳米形貌小于25nm。

进一步的，在所述提高硅晶片外延层表面平整度的方法，所述干法蚀刻为等离子体干法刻蚀。

进一步的，在所述提高硅晶片外延层表面平整度的方法，所述等离子体干法蚀刻使用包括cf4、c2f6、sf6、或cl2的蚀刻气体。

进一步的，在所述提高硅晶片外延层表面平整度的方法，所述湿法蚀刻为沉浸式双面蚀刻。

进一步的，在所述提高硅晶片外延层表面平整度的方法，所述湿法蚀刻的 蚀刻液为氢氟酸、硝酸、磷酸及水的混合液。

进一步的，在所述提高硅晶片外延层表面平整度的方法，所述硅晶片表面凹凸状况以一检测单元进行检测。

进一步的，在所述提高硅晶片外延层表面平整度的方法，所述分区加热以分区电阻加热器进行。

进一步的，在所述提高硅晶片外延层表面平整度的方法，所述分区加热以微分区温度控制单元进行。

本发明提供的提高硅晶片外延层表面平整度的方法，通过检测待处理的硅晶片表面的凹凸状况计算并获得温度控制的分布图，依据分布图，分区加热并分区控制硅晶片的温度，并以干法蚀刻进行平坦化，可增加硅晶片表面的平滑度，在所述硅晶片表面采用外延工艺生长外延层时，能够减少生长时外延层上的表面缺陷及滑移的发生。

附图说明

图1为本发明所提供的提高硅晶片外延层表面平整度的方法的流程图。

图2为本发明一实施例所提供的提高硅晶片外延层表面平整度的方法的流程图。

具体实施方式

下面将结合示意图对本发明的方法进行更详细的描述，其中列举了本发明的较佳实施例，应理解本发明领域的技术人员可以对此处描述的本发明进行修改，而仍然实现本发明的有益效果。因此，下列描述应该被理解为对于本领域技术人员的广泛认知，而并非作为对本发明的限制。

为了清楚的描述实际实施例的全部特征，在下列描述中，不详细描述众所周知的功能和结构，因为它们会使本发明由于不必要的细节而混乱。应当认为在任何实际实施例的开发中，必须做出大量实施细节以实现开发者的特定目标，例如按照有关系统或有关商业的限制，由一个实施例改变为另一个实施例。另外，应当认为这种开发工作可能是复杂和耗费时间的，但是对于本领域普通技术人员来说仅仅是常规工作。

在下列段落中参照附图以举例方式更具体地描述本发明。根据下面的说明 和申请专利范围，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

请参考图1所示，本发明提出了一种提高硅晶片外延层表面平整度的方法，包括下列步骤：

s101：将薄圆板状的单晶硅锭的切片依次进行湿式蚀刻、抛光；

s102：采用检测单元检测待处理的硅晶片表面凹凸状况；

s103：依据所述凹凸状况的数据，计算并获得温度控制的分布图；

s104：依据所述分布图，以分区电阻加热并控制所述硅晶片的温度，并以干法蚀刻将所述硅晶片平坦化；

s105：进行抛光；以及

s106：在所述硅晶片表面形成外延层。

请参考图2所示，在本实施例中更详细的说明本发明所提供的方法。

首先，提供一单晶硅锭(s201)，依次进行磨削滚圆、定位边或定位v槽、切片、倒角、双面研磨、单面研磨(s202～s207)等步骤，制成硅晶片。接着，以沉浸式双面腐蚀消除硅晶片表面机械损伤(s208)，并进行双面抛光(s209)及边缘抛光(s210)。

采用检测单元检测待处理的硅晶片表面凹凸状况，并保存检测数据(s211)，所述检测单元可采用例如wafersight2(可由kla-tencor购得)、lsw-3020fe(可由kobelco购得)、nanometro300tt-a(可由kuroda购得)等，检测数据可保存于存储器中。接收所述检测单元所检测得硅晶片表面凹凸状况的数据，计算硅晶片静电吸盘分区温度控制分布图及蚀刻时间(s212)。

接着，以静电吸盘分区控制电阻加热硅晶衬底，分区控制所述硅晶衬底温度，并以等离子体干法刻蚀进行硅晶片平坦化处理(s213)，据此可实现硅晶片表面平滑度的提升。

上述步骤可使用微分区温度控制单元(micro-zonetemperaturecontrolunit)进行。所述微分区温度控制单元是由珀尔帖(peltier)装置及/或电阻加热器的数组所构成，该电阻加热器可为聚酰亚胺加热器、硅胶加热器、云母加热器、金属加热器(如钨、镍/铬合金、钼、钽等)、陶瓷加热器(如碳化钨)、半导体加 热器、碳加热器、或其他任何适当的加热/冷却组件。所述温度控制单元可并入不同设计或构形，例如网版印刷式加热器、绕线式加热器、蚀刻箔式加热器、或其他任何适当的设计。所述微分区温度控制单元的各分区可独立控制温度，控制电路的范围为0～20w。所述微分区温度控制单元的整体面积可为所述硅晶基板面积的90％至120％。

对等离子体干法刻蚀处理后的硅晶片进行单面的镜面抛光(s214)。接着，在经过上述处理的硅晶片表面上进行外延生长(s215)，能够有效减少外延生长时外延层上的表面缺陷及滑移发生。

在上述实施例中，所述湿法蚀刻为沉浸式双面蚀刻，所使用的蚀刻液为氢氟酸、硝酸、磷酸及水的混合液。

在上述实施例中，所述干法蚀刻为等离子体干法刻蚀，所使用的蚀刻气体包括cf4、c2f6、sf6或cl2等。

经由上述湿法蚀刻、分区加热及分区温度控制、干法蚀刻等步骤，能够有效提升硅晶片表面的平滑度。因此，在此种表面平滑度更佳的硅晶片表面生长外延层时，能够减少外延层的表面缺陷及滑移的发生，从而提高后续装置性能。

上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。