硅外延晶片及其制造方法

專利名稱：硅外延晶片及其制造方法
技術領域：
本發明系關于一種在硅單晶基片上形成硅單晶薄膜之硅外延晶片及其制造方法。
背景技術：
在硅單晶基片上汽相生長硅單晶薄膜之硅外延晶片，通常系依照下述步驟加以制造而成。首先，將以FZ(區熔法)法或是CZ(直拉法)法等制造之硅單晶棒以切斷刃切片為晶片。切片后之晶片其邊緣部經倒角之后，對兩面施以研磨，再進行化學蝕刻處理。經過化學蝕刻處理后之晶片，在藉由化學機械研磨處理進行鏡面拋光后，回到前述硅單晶薄膜之汽相生長步驟。
此處，化學蝕刻處理系藉由前步驟之切片與研磨等之機械加工，以除去硅單晶晶片所產生之表面變形層為目的之處理。一般而言，系將晶片浸漬于硝酸-氫氟酸水溶液等酸性蝕刻溶液中之方式加以進行，其蝕刻量(本說明書中，系以經過蝕刻之晶片兩面的厚度減少量之合計加以定義)約為20～40μm左右。
但是，隨著近年來IC及LSI集成電路等之半導體技術的發展，硅單晶晶片之加工技術亦有明顯之進步。然而，在另一方面，針對晶體管或是二極管所代表之個別組件之制造上，與其說要求在集成電路上所重視之晶片的結晶性、形狀或是尺寸精度方面之品質提升，不如說系更強烈地要求價格的低廉化與交期的縮短。
本發明的課題，系提供一種能以較少之步驟、低成本地制造之硅外延晶片，及其制造方法。
發明之詳細說明為解決前述問題之本發明的硅外延晶片，其特征在于由表面光澤度為95％以上之硅單晶所構成之化學蝕刻基片上，形成硅單晶薄膜。又，本發明之硅外延晶片之制造方法，其特征在于在將被處理硅單晶基片進行化學蝕刻處理后所獲得之化學蝕刻基片上，使表面光澤度為95％以上之硅單晶薄膜汽相生長。此外，本發明所述之光澤度，系指于JISZ8741(1962)之3.1中所規定之鏡面光澤度。以前述化學機械研磨處理加以鏡面拋光之硅晶單晶基片表面之光澤度幾乎為100％。
習知之硅外延晶片之制造方法系于化學蝕刻步驟后，施加鏡面拋光而后形成硅單晶薄膜，但在本發明中，系直接在化學蝕刻基片上形成硅單晶薄膜。也就是說，本發明中可藉由省略鏡面拋光步驟，有效地降低全制程所需時間，對于硅外延晶片之制造成本的降低與制造效能之提升，進而使晶片價格的降低以及交期縮短有相當大的貢獻。
又，在本發明之硅外延晶片之制造方法中，其最大特征在于，系使化學蝕刻基片上形成薄膜后之硅外延晶片主表面的光澤度在95％以上。其理由如下。亦即，在通常使用硝酸一氫氟酸水溶液等酸性蝕刻液所進行之蝕刻量為20μm～40μm之化學蝕刻處理中，化學蝕刻基片主表面上所形成之硅單晶薄膜的光澤度低，其結果在硅單晶薄膜形成后所進行之光刻步驟之曝光處理中，存在有無法進行轉寫圖案之自動定位(自動校準)處理的問題。其理由被認為是，于自動校準所使用之基片上的圖案(以光刻步驟及擴散步驟所預先形成之圖案)會由于光澤度的低下而無法正確地讀取之故。
然而，由本發明者銳意檢討之結果來看，得知藉由將蝕刻量定為較通常為大之方式能夠大為提升化學蝕刻基片之光澤度。具體而言，當化學蝕刻基片為n型時，藉將蝕刻量設定為60μm以上，即能將化學蝕刻基片主表面的光澤度提高到95％以上。然后，在將前述光澤度飛躍地提高之化學蝕刻基片上形成硅單晶薄膜，即能夠確保所獲得之硅外延晶片主表面的光澤度在95％以上之高數值，而在其后之光刻步驟中亦能毫無問題地進行自動校準處理。
又，于化學蝕刻基片上單純地直接形成硅單晶薄膜之方式本身，如特開平3-295235號公報之第2圖或是特開平4-122023號公報之第5圖所說明，均為習知之技術。但是，在前述各項公報中，對硅單晶薄膜形成前后主表面之光澤度的值并未有任何揭示，更不要說針對光澤度對光刻步驟之影響有任何記載或說明。又，在前述任一公報技術中，均說明在硅單晶薄膜形成后為了提高主表面之平坦度，結果仍是采行鏡面拋光之方式，如不進行該鏡面拋光即無法達到足夠之平坦度。無論如何，在硅單晶薄膜形成后追加進行鏡面拋光之方式，很明顯地可以看出是無法達成本發明之目的的削減步驟數之效果。相對于此，在本發明中，由于系控制化學蝕刻基片之蝕刻量，以預先充分提高主表面之光澤度，而能將所形成之硅單晶薄膜之光澤度維持在95％以上，因此不需要前述各公報所述之鏡面拋光。
附圖之簡單說明

圖1系概要地顯示本發明之硅外延晶片之制造方法之一例的步驟說明圖。
圖2系顯示背面損傷步驟之一例，以及作為接觸阻止體之覆蓋層之使用方法的概要圖。
圖3系顯示作為接觸阻止體之覆蓋層之一例的立體圖。
圖4系顯示接觸阻止體之其它例的立體圖與剖面圖。
圖5系顯示圖4之接觸阻止體的剖面圖。
圖6系顯示接觸阻止體之另一例的立體圖與剖面圖。
圖7系顯示對n+基片中之蝕刻量δ與主表面光澤度之關系進行測量之例的圖表。
圖8系顯示對p+基片中之蝕刻量δ與主表面光澤度之關系進行測量之例的圖表。
圖9系顯示n+基片中之蝕刻量δ與主表面之中心線粗糙度之關系進行測量之例的圖表。
圖10系用來說明本發明之效果確認試驗中所使用之光刻圖案之形成形態的圖。
圖11系形成光刻圖案后的圖案位置信號之輸出電壓(蝕刻量δ為70μm)。
圖12系形成光刻圖案后的圖案位置信號之輸出電壓(蝕刻量δ為25μm)。
圖13系顯示將化學蝕刻基片主表面直接接觸皮帶輸送機加以搬送之狀態的說明圖。
圖14系顯示因化學蝕刻基片主表面所形成之損傷，而在硅晶層中形成層積缺陷之狀態，以及藉損傷去除以防止該堆積缺陷產生之狀態的說明圖。
圖15系顯示為了確認濕式蝕刻之效果，所進行之第3實施例之實驗結果圖。
圖16系顯示為了確認濕式蝕刻與氣相蝕刻的并用效果，所進行之第3
發明之最佳實施形態以下，參照圖標之實施例，說明本發明之實施形態。
圖1系顯示本發明之硅外延晶片之制造方法之一例的步驟說明圖。首先，將以FZ法或CZ法所制造出之硅單晶之不需部分加以切斷，再將經外周研磨后形成定位平面(Orientation Flat)之硅晶棒，如圖1A所示般，以內周刃等切片成硅單晶基片(以下稱為基片)。然后，將該基片，如圖1B所示般，使用游離磨粒將其兩面加以拋光。雖未圖標，但在拋光前之基片兩側的外周部，系以斜削(bevel)加工加以倒角。至此的價格方法與習知之硅外延晶片之制造方法相同。
接著，如圖1C所示，將上述拋光后之基片作為被處理硅單晶基片，藉由將此浸漬于酸性蝕刻液中之方式，將其兩面作化學蝕刻處理以形成化學蝕刻基片。作為酸性蝕刻液，可使用如硝酸-氟酸-醋酸水溶液。又，酸性蝕刻液之組成雖能采用一般周知者，但亦例示下述文獻中所述者。
「電子用結晶材料之精密加工技術」((株)科學討論，1985)，P438，表1。
又，在本發明中，為提高光澤度，最好是使用蝕刻時之化學反應為擴散速率控制之組成的酸性蝕刻液。當使用化學反應為反應速率控制之組成的酸性蝕刻液時，有時會使基片表面反而變得粗糙。酸性蝕刻液是反應速率控制型或是擴散速率控制型，可透過例如攪拌蝕刻液時，其反應速度是否增大之方式加以判斷。當反應速度顯著的增大時即為擴散速率控制型，而反應速度幾乎無變化時即為反應速率控制型。上述文獻中，使用硝酸-氟酸-醋酸水溶液時，設蝕刻液中之硝酸重量為〔HNO3〕，水的總重量為〔H2O〕，硝酸濃度為β時，β={〔H2O〕/(〔H2O〕+〔HNO3〕)}×100(％)揭示了在β＜50％時為擴散速率控制型之實驗事實。因此，在使用硝酸-氟酸-醋酸水溶液時，將硝酸濃度調整為β＜50％為佳。
化學蝕刻處理之目的，在本發明中主要有二。其一，系與習知技術相同地，藉切斷或是拋光研磨方式除去加工失真層，其二，則系本發明特有的，藉充分提高化學蝕刻基片之光澤度，而將該基片上形成之硅單晶薄膜表面之光澤度提高到95％以上。為獲得前述之光澤度，其有效方式系將基片之蝕刻時間設定如下。
圖9系顯示藉化學蝕刻處理使蝕刻量之值作各種變化，同時測量其蝕刻后之基片表面粗度之結果結果之一例的圖。作為被處理硅單晶，系使用晶軸方位為<111>，外徑為125mm之摻雜有高濃度銻Sb之基片，使用蝕刻之化學反應為擴散速率控制組成之硝酸-氟酸-醋酸水溶液進行化學蝕刻處理。此外，本說明書中之表面粗度，系指JISB0601(1994)所規定之算數平均粗度Ra。又，蝕刻量δ，系將透過蝕刻之基片兩面之中心1點之各厚度減少量設為δ1與δ2，藉δ=δ1+δ2加以定義。此種蝕刻量δ，能容易地自蝕刻處理前后之基片的厚度變化加以測量。
此處，前述蝕刻量δ由于系隨蝕刻時間的增大而增大，圖9所示之圖，可說是顯示出表面粗度之蝕刻時間相關性。由此可以看出，基片表面粗糙度，在蝕刻時間比較短時，會隨蝕刻時間的增加而急驟地減少，當蝕刻時間增長時其減少變化率會逐漸減少，不久之后，基片表面粗糙度即不受蝕刻時間之影響而趨近大致均一之值。亦即，當蝕刻時間大到一定值以上時，基片表面之粗糙度即不會隨蝕刻時間變化，而趨近于一定之值(以下稱為飽和粗糙度值)。然后，藉采用使表面粗糙度達到飽和粗糙度值之蝕刻時間，即能容易地確保化學蝕刻基片表面之光澤度達到95％以上之值。
由圖9來看，表面粗糙度達到飽和粗糙度值之蝕刻量δ的值約為60μm，藉設定蝕刻時間以使δ≥60μm，即能使藉由在化學蝕刻基片上形成單晶薄膜所獲得之硅外延晶片主表面的光澤度達到95％以上。為了使化學蝕刻基片之光澤度在達到95％以上，最好是使δ≥70μm。但，由于即使使蝕刻量大于150μm時光澤度亦不會再提高，因此δ≤150μm較佳。
回到圖1，藉對上述兩面之光澤度為95％以上之化學蝕刻基片，如圖1D所示，于其單面以習知的汽相生長步驟形成硅單晶薄膜，即能獲得硅外延晶片。此硅外延晶片，系使用表面之光澤度為95％以上之基片作為化學蝕刻基片，故能確保硅單晶薄膜形成后主表面之光澤度在95％以上。據此，在將電路等之圖案燒制于硅外延晶片主表面上的光刻步驟實施之際，能確實地進行自動校準處理。以下，針對作為根據之實驗結果加以說明。
首先，分別準備多片外徑為125mm，晶軸方位為<111>之摻雜有高濃度銻Sb之n型基片(以下稱為n+基片)，以及相同之外徑為125mm，晶軸方位為<111>之摻雜有高濃度硼B之p型基片(以下稱為p+基片)，以作為被處理硅單晶基片，使用蝕刻反應為擴散速率控制組成之硝酸-氟酸-醋酸水溶液，進行化學蝕刻處理以使蝕刻量成為20μm～80μm之各種值，將所獲得之化學蝕刻基片之光澤度，以前述JIS所規定之方法加以測量。圖7及圖8系分別顯示n+基片之測量結果與p+基片之測量結果(圖中，黑色圓點為資料點)。n+基片方面，δ≥60μm時光澤度為95％以上。此外，亦得知在任一型式之基片上，δ≥70μm時光澤度皆為95％以上。但，在任一型式之基片上，當δ＞150μm時基片之光澤度即完全飽和。
又，作為其它之被處理硅單晶基片，亦可使用摻雜有砷As或磷P之基片、摻雜有低濃度摻雜物之基片、或是晶軸方位為<100>之基片。但，無論對何種基片進行蝕刻時，必須要使用蝕刻中化學反應會成為擴散速率控制般之預先對其組成加以調整后之酸性蝕刻液。
其次，在各化學蝕刻基片主表面側，以汽相生長法形成厚度為14μm之硅單晶薄膜以作為硅外延晶片(以下，稱為外延晶片)，測量了該薄膜形成后主表面的光澤度。于圖7及圖8中，分別顯示了該測量結果(圖中黑色三角記號為資料點)。可得知無論何種型式之基片，藉由薄膜形成其光澤度皆會增加，且僅限于蝕刻量為60μm以上者，能在薄膜形成后獲得95％以上之光澤度。
接著，對前述各硅外延晶片主表面實施第1光刻步驟以及擴散步驟，形成如圖10A與圖10B所示之第1圖案。又，此第1圖案，系將分別形成為寬度約為4μm、深度約為0.2μm之溝狀的2條線性圖案，以大致直交之形態加以形成者。接著，透過將該第1圖案利用為定位用圖案，使用習知之裝置嘗試將具有圖案之光罩，自動定位(自動校準)于上述外延晶片。此自動校準，系以光電方式檢測從外延晶片與光罩之圖案邊緣所反射之光，相對移動磊外延晶片與光罩以消除該等邊緣位置之偏差的方式加以進行者。于表1(n+基片)及表2(p+基片)中，顯示有可否進行自動校準之結果。表中，符號○系表示能進行自動校準，符號×系顯示無法進行自動校準。亦即，可知因薄膜形成后主表面之光澤度為95％以上，才能進行自動校準。表1

表2

其次，將具有上述圖案之光罩配置于外延晶片上后，使用它實施第2光刻步驟與擴散步驟，形成如圖10C與圖10D所示之第2圖案。該第2圖案，系在形成第1圖案之2條線狀圖案的各兩側，與此2條線平行排列共4條線狀圖案所構成。各線狀圖案，寬度約為4μm，深度約為0.2μm。然后，對形成第2圖案后之外延晶片主表面，沿圖10C中以A-A所示之測量線，以校準裝置之光檢測器測量了圖案位置信號。
圖11，系針對蝕刻量δ為73μm之n+基片上所形成之厚度為14μm之硅層，測量外延層之表面的結果。圖中，黑色三角符號與白色三角符號，系分別代表第1圖案與第2圖案所對應之圖案信號位置的輸出電壓。此外延晶片主表面的光澤度，如表1所示系非常大的97.7，由于在圖案位置信號之輸出電壓上，背景部分之振幅較小，因此能明確地判別出在自動校準上所使用之第1圖案的波峰。另一方面，圖12系針對蝕刻量δ為25μm之測定結果。此外延晶片主表面之光澤度系較小的57.9，在圖案位置信號之輸出電壓上形成較大振幅之背景部分，此外，亦出現與圖案無關之較大的波峰。此成為噪聲，而定位用之第1圖案之邊緣檢測出現失敗之結果，可推測無法進行自動校準。(第2實施例)上述本發明之硅外延晶片之制造步驟中，于化學蝕刻處理后，在化學蝕刻基片之一面使硅單晶薄膜汽相生長前，有在形成前述硅單晶薄膜主表面側，透過支撐體持續支撐，以進行外延晶片背面側之處理的情形。作為該背面處理步驟，例如有故意進行外部吸氣(Extrinsic Gettering)等形成背面加工變形層之步驟(所謂的背面損傷(Backside Damage)步驟)，或是為了防止自動摻雜等而以CVD法等形成背面覆蓋膜之步驟。又，支撐體系為了實施上述步驟而搬送基片之搬運機構的搬運媒體，例如如圖2所示，系沿基片搬送路徑配置之輸送帶。圖2系顯示背面損傷步驟之一例，以搬送裝置所搬入之基片，被輸送帶移送至打擊實施部，在該處以噴射噴嘴將顆粒狀之打擊媒介(例如硅粒子，或是由二氧化硅所構成者)投射至基片背面，藉由打擊該背面形成背面加工變形層。
如圖2所示者可知，對基片之背面側施以處理時，在后步驟中必須以輸送帶等支撐體支撐形成硅單晶薄膜主表面側。此時，由于基片主表面直接與支撐體接觸因而產生傷痕等之損傷，有可能成為硅單晶薄膜之形成上的不良原因。因此，使用設于基片與支撐體之間，阻止主表面與支撐體直接接觸之接觸阻止體，即能保護形成硅單晶薄膜之基片的主表面，進而能防止與支撐體之接觸所產生之硅單晶薄膜的結晶缺陷。
接觸阻止體，在其至少與主表面之接觸部能使用由較硅單晶更為柔軟之材料而構成。由于系以較硅單晶更為柔軟之材料構成與主表面之接觸部，因此能有效吸收傳達至主表面的沖擊力，達到顯著的防護效果。
圖3系顯示其一例，使用柔軟高分子材料，本實施例中系藉發泡聚氨酯樹脂形成為薄片狀之覆蓋層1，以能裝卸的方式緊密積層于化學蝕刻基片S主表面。如圖2所示，為基片S與輸送帶(支撐體)之間插有覆蓋層1之形態，以保護基片S主表面。又，作為將覆蓋層1可裝卸地固定于基片S主表面上的方法，除了在基片S主表面涂布少量的水(或其它液體)，在此重疊覆蓋層1以進行貼合之方法(所謂的水貼)外，亦有當覆蓋層1之構成材質為如大多之柔軟橡膠材料般具有適度之縫隙時，利用其縫隙效果進行貼合之方法。
另一方面，在支撐體上，接觸阻止體系持續阻止主表面與支撐體方面之直接接觸，并以抵接于化學蝕刻基片之外周面及/或是主表面外緣部之形態保持住化學蝕刻基片，亦可使用此形態者。圖4系顯示其一例。該圖所示之接觸阻止體2，系全體(或僅與基片S接觸之部分)由橡膠等柔軟高分子材料所構成，其上面側開設有較基片S之直徑為小的有底凹部3，且沿開該口邊緣形成有支撐基片用凹座4。基片S，系以主表面側向下之形式嵌入凹座4內。其結果，系在基片S主表面的外周邊緣部藉由凹座4之底面由下端加以支撐。在前述狀態下，接觸阻止體2系在本身下面側受支撐體所支撐。此情形中，支撐體除了上述輸送帶之搬送皮帶外，亦可是滾輪式輸送機之搬送滾輪。
此處，堵塞凹部3之下端的底部5，雖可如圖5所示般加以省略，但在例如以輸送帶等加以搬送之情形中，如圖4般形成底部5者，由于不易產生來自搬送媒介之金屬污染，因此較為有利。另一方面，將凹部3省略，代之以將凹座4向徑方向內側擴張成較淺的收容凹部，利用此收容凹部將基片S加以收容亦可。
又，本發明之接觸阻止體，亦可以是壓縮氮氣等之壓縮氣體。亦即，如圖6所示，自圓盤6的中心部將壓縮氣體吹向化學蝕刻基片S主表面，根據伯努利定律使化學蝕刻基片S懸浮保持于圓盤6上。此時，以爪部7(或是周壁部)抑制基片S之水平方向的動作即可。
本發明中，接觸阻止體系以介于基片與支撐體間之形態加以配置，此處所謂之「介于」，系廣義地指在基片與支撐體之間，包含所有各種間接接觸之媒介的樣態。因此，如圖2所示，除了「夾于基片與支撐體間之形態加以配置」之狹義的意思外，如圖4或圖5所示，僅在主表面外周緣部支撐基片之型態，或如圖6所示，基片懸浮于支撐體上而加以支撐之樣態等，均包含于前述「介于」之概念中。(第3實施例)在第2實施例所示之硅外延晶片之制造步驟中，于進行硅外延晶片之背面側之處理時，使用了阻止主表面與支撐體直接接觸之接觸阻止體。但在本實施例中，則系使支撐體接觸形成硅單晶薄膜之化學蝕刻基片主表面加以支撐，進行化學蝕刻基片之背面側的處理(背面側處理步驟)，其次，除去因支撐體而在主表面所產生之損傷(損傷除去步驟)，之后，在化學蝕刻基片主表面上形成硅單晶薄膜(汽相生長步驟)。亦即，相對于在第2實施例之方法中，站在盡可能地防止隨與支撐體接觸所產生之損傷的產生，在本實施例之方法中，則系容許若干程度與支撐體接觸所產生之損傷，而另外實施損傷除去步驟，以在進行硅單晶薄膜成長上不產生障礙之觀點作思考。例如，晶片主表面端受到沖擊等之可能性，并不限于與支撐體接觸進行搬送時，亦可能因搬送時以外之不可預期的原因而產生損傷。在前述第2實施例之方法中，很遺憾地是無法防止由于前述其它原因所產生之損傷。但在本實施例之方法中，在損傷除去步驟為止所產生之損傷，即使是因與支撐體接觸以外之原因所產生之損傷亦能加以去除，進而更有效地防止之后所形成之硅類單晶薄膜產生損傷原因之缺陷(例如積層缺陷等)。以下，詳細地說明其具體例。
首先，準備多片外徑為100mm、晶軸方位為自<111>晶向偏離3度、摻雜有高濃度銻之n+基片作為被處理硅單晶基片。其次，使用蝕刻之化學反應為擴散速率控制組成之硝酸-氟酸-醋酸水溶液，將前述基片蝕刻為70μm之化學蝕刻基片。在制造步驟上，與圖1所示者大致相同，主表面之光澤度確保在95％上。
接著，如圖13所示，在化學蝕刻基片S之背面側，依序形成背面加工失真層51，與自動摻雜防止用之氧化膜52(本實施例中，系以CVD法加以形成以下，稱為CVD氧化膜52)。前述各項步驟中，系將化學蝕刻基片S主表面Pa直接接觸于支撐基片S并加以搬送之輸送帶100進行處理。于是，經前述步驟后，于化學蝕刻基片S主表面Pa上產生了多個深度為50nm～70nm之損傷53。
如圖14A之所示之概要般，前述損傷53系隨著基片S主表面Pa上的失真層54，如同圖B所示，當不除去前述失真層54而使外延層50’汽相生長時，對應于失真層54而于外延層50’形成層積缺陷SF(Stacking Fault)。前述層積缺陷SF會在裝置形成時引起p-n結漏電流，因此最好能夠避免。
因此，如圖14C所示，在外延層50之形成前實施損傷除去步驟，將因蝕刻所產生之損傷53除去系最重要之事。于硅單晶之蝕刻，通常系使用酸性液或是堿性液，但由于酸性液不僅蝕刻硅單晶亦容易蝕刻氧化膜，因此如本實施例所述般，對于形成有背面加工失真層51與CVD氧化膜52之化學蝕刻基片S之濕式蝕刻，最好是使用堿性蝕刻液。
作為堿性蝕刻液，最好能盡量使用不含有對化學蝕刻基片造成污染之鉀離子或納離子之溶液，例如可使用含有有機氫氧化物等之有機堿性蝕刻液之溶液。有機堿性蝕刻液中，特別是以氫氧化四甲銨((CH3)4NOH)，聯氨(N2H4)乙二胺(H2NCH2CH2NH2)，苯二酚(C6H4(OH)2)之混合物中任一種之水溶液較佳。前述各堿性液，與氫氧化鉀(KOH)水溶液或氫氧化鈉水溶液等之堿性液不同地，不僅不含有多量的鉀離子或鈉離子外，其蝕刻性能亦佳，例如能使蝕刻速度為1μm/分以上之優點。又，即使是同為堿性液，但例如系氨水時，欲使蝕刻速度大于1μm/分以上是相當困難地。
本實施例中，前述化學蝕刻基片之蝕刻，系使用氫氧化四甲銨(Tetramethylammonium hydroxide，以下，本發明中簡稱為「TMAH」)。
TMAH系作為形成集成電路用之正光阻之顯像液而在集成電路制造中廣泛地受到利用之蝕刻液。TMAH在70℃～90℃中，對于硅之蝕刻速度為0.5～1.2μm/分。又，圖14C中，將化學蝕刻基片S主表面Pa以TMAH蝕刻10μm之期間，形成于化學蝕刻基片背面側之CVD氧化膜52被蝕刻之厚度為10nm左右，對于通常形成為厚度在300nm～500nm之CVD氧化膜52的自動摻雜防止效果幾乎沒有影響。
本實施例中，使用濃度為25％之TMAH，將形成有背面加工失真層51與CVD氧化膜52之化學蝕刻基片S，在80℃之溫度下以1.5μm、4μm、8μm之任一種除去厚度加以蝕刻。蝕刻后，其主表面之光澤度維持在95％以上。前述各基片上，如圖14D所示，于主表面上汽相生長外延層50。于任一基片上，形成外延層50后主表面的光澤度皆維持在95％以上。又，作為比較例，在未以堿性蝕刻液實施蝕刻之化學蝕刻基片上，亦進行了外延層50’之汽相生長(圖14A、14B)。
接著，在汽相生長硅晶層前后，以鹵素光照射基片S主表面同時進行了目視觀察。由于基片S上所產生之損傷或缺陷等，會反射鹵素光而產生亮點狀之反射區域(以下，稱為亮點區域)，所以根據該亮點區域之形成個數，能夠把握損傷或缺陷等之形成狀況。圖15，系描繪各基片之亮點區域之產生情況者(亮點區域以黑點加以表示)。
根據圖15之外延層成長前之描繪，隨堿性蝕刻液所產生之蝕刻量在1.5μm以上、8μm以下間的增加，亮點區域的數量明顯減少，可知化學蝕刻基片上所觀察到之損傷減少。又，蝕刻后汽相生長之外延層所觀察到之亮點區域亦大幅度地減少，可知能抑制層積缺陷的形成。接著，由再檢討后之結果，得知堿性蝕刻液所產生之蝕刻量以0.5μm以上10μm以下較佳。當蝕刻量較0.5μm為少時，外延層中所觀察到之層積缺陷之數量，并未較在化學蝕刻基片上所觀察到之損傷數有所改善。另一方面，若蝕刻量較10μm為大時，外延層中之層積缺陷的產生數量，并未獲得更好之改善。
此外，在未施以蝕刻之化學蝕刻基片上以汽相生長形成外延層之比較例中，外延層所觀測到之亮點區域數較在外延層形成前之化學蝕刻基片所觀察到之損傷數大幅增加。
其次，損傷除去步驟亦可透過氣相蝕刻步驟加以進行。由于氣相蝕刻步驟系使用氯化氫氣體加以進行，蝕刻效果較高因此非常適合。又，在進行前述濕式蝕刻步驟后，進一步進行氣相蝕刻步驟之方式，從損傷除去或是磊晶成長后防止缺陷產生之觀點來看更具效果。為確認此事，進行了下述實驗。亦即，如圖15所示對以使用于實驗之TMAH進行濕式蝕刻之后之各基片(但，編號1為非濕式蝕刻)，進一步于汽相生長裝置之成長爐中，在溫度為1150℃之氫氣環境中，藉氯化氫進行1μm之氣相蝕刻后，進行了硅晶層之汽相生長。
圖16，系顯示藉氯化氫進行氣相蝕刻后(外延層成長前)以及外延層成長后之各基片主表面之鹵素光觀察結果的圖。根據此圖所示，藉以氯化氫將化學蝕刻基片主表面加以蝕刻，得知在化學蝕刻基片上汽相生長外延層時，包含未以TMAH加以蝕刻之(編號1)基片上，在外延層上所觀察到之亮點區域、亦即層積缺陷產生數，較在化學蝕刻基片上所觀察到之損傷明顯地減少。此外，從編號2～4之結果來看，可知于損傷除去步驟中，藉實施以TMAH進行施濕式蝕刻與以氯化氫氣體進行之氣相蝕刻兩者，即能夠更有效且安定地進行損傷除去或抑制缺陷發生。
又，在進一步檢討后，得知以氯化氫氣體進行之氣相蝕刻，以化學蝕刻基片主表面之蝕刻量為0.3μm以上0.5μm以下之方式進行者較佳。當蝕刻量在0.3μm以下時，以氯化氫氣體進行之氣相蝕刻的效果幾乎沒有。當蝕刻量在0.5μm以上時，由于自化學蝕刻基片主表面上，原本于受蝕刻之區域所添加之摻雜物過度游離于氣相中，因此產生在汽相生長外延層時，自動摻雜之影響增大，而使得外延層之抵抗率分布增大到無法容許的程度等之問題。
此外，損傷除去步驟，亦能在氫氣或是氮氣環境中以1200℃以上之熱處理加以進行。亦即，藉進行前述熱處理，能夠緩和并縮小因損傷所導致之變形或缺陷，其結果，能與前述濕式或氣相蝕刻相同地，有效地減少缺陷。
但是，在熱處理溫度為1200℃以下的條件下，是無法充分獲得缺陷減少之效果。另一方面，即使使熱處理溫度高于1300℃時，亦無法期望在損傷除去方面有大幅度之提升，再者，由于須將熱處理爐作成高溫規格，因此產生多余之成本，或提早結束熱處理爐之壽命等，易產生經濟面上的問題。
此處，藉由上述熱處理實施損傷除去步驟時，有時化會在化學蝕刻基片主表面上形成氧化膜或氮化膜。此情形時，于汽相生長外延層前，必須除去主表面上之氧化膜或氮化膜。作為氧化膜之除去方法，有選擇性地僅使主表面測接觸氧化膜除去用蝕刻液(例如含有氟酸之溶液)之方法。具體而言，有保持基片、僅使主表面接觸蝕刻液之液面，或使蝕刻液含浸于脫脂棉等液體保持體以涂抹于主表面之方法，此外，在基片背面樹脂被膜等加以覆蓋，或是將具有若干黏著力之柔軟樹脂薄片(例如聚氯乙烯薄片等)緊密貼附于基片背面，在該狀態下將基片浸漬到蝕刻液之方法。
另一方面，作為除去氮化膜之方法，有將形成氮化膜之基片在加熱之磷酸中加以煮沸之方法。
權利要求
1 一種硅外延晶片，其特征在于系在由表面光澤度為95％以上之硅單晶所構成之化學蝕刻基片上，形成硅單晶薄膜。
2 一種硅外延晶片之制造方法，其特征在于在對被處理硅單晶基片進行化學蝕刻處理后所獲得之化學蝕刻基片上，使表面光澤度為95％以上之硅單晶薄膜進行汽相生長。
3 如權利要求2所述之硅外延晶片之制造方法，其中系藉前述化學蝕刻處理，使前述化學蝕刻基片之表面光澤度在95％以上。
4 如權利要求2或3所述之硅外延晶片之制造方法，其中前述化學蝕刻處理系使用酸性蝕刻液加以進行，且以基片表面之粗度不隨蝕刻時間變化、大致達一定值般設定其蝕刻時間。
5 如權利要求4所述之硅外延晶片之制造方法，其中在前述化學蝕刻處理中，前述被處理硅單晶基片為n型，對該被處理硅單晶基片之蝕刻量設定在60μm以上。
6 如權利要求4所述之硅外延晶片之制造方法，其中在前述化學蝕刻處理中，對前述被處理硅單晶基片之蝕刻量設定在70μm以上。
7 如權利要求2所述之硅外延晶片之制造方法，其中在形成前述硅單晶薄膜之前述化學蝕刻基片主表面側以支撐體加以支撐而進行前述化學蝕刻基片之背面側的處理時，系使用介于前述化學蝕刻基片主表面與前述支撐體之間，阻止前述主表面與支撐體直接接觸之接觸阻止體。
8 如權利要求7所述之硅外延晶片之制造方法，其中前述接觸阻止體之至少與前述主表面之接觸部位，系使用由較硅單晶更為軟質之材料構成者。
9 如權利要求7所述之硅外延晶片之制造方法，其中前述接觸阻止體，系由較硅單晶更為軟質之材料所構成之覆蓋住前述主表面之覆蓋層。
10 如權利要求7所述之硅外延晶片之制造方法，其中前述接觸阻止體，系在支撐體上，阻止主表面與支撐體方面之直接接觸，以抵接于化學蝕刻基片之外周面及/或是主表面外緣部之形態保持化學蝕刻基片者。
11 如權利要求7所述之硅外延晶片之制造方法，其中前述接觸阻止體系壓縮氣體，藉將該壓縮氣體吹向前述化學蝕刻基片主表面，以保持化學蝕刻基片。
12 如權利要求2所述之硅外延晶片之制造方法，該方法具有背面側處理步驟，系使支撐體和形成前述硅單晶薄膜之前述化學蝕刻基片主表面接觸并加以支撐，以進行前述化學蝕刻基片之背面側的處理；損傷除去步驟，系去除由于支撐體之接觸而在主表面產生之損傷；以及汽相生長步驟，系在前述化學蝕刻基片主表面上形成前述硅單晶薄膜。
13 如權利要求12所述之硅外延晶片之制造方法，其中前述損傷除去步驟，系包含使用堿性蝕刻液之濕式蝕刻步驟。
14 如權利要求13所述之硅外延晶片之制造方法，其中作為前述堿性蝕刻液，系使用氫氧化四甲銨、聯氨、乙二胺與苯二酚之混合物中任一種之水溶液。
15 如權利要求12～14中之任一項所述之硅外延晶片之制造方法，其中之前述損傷除去步驟中，前述化學蝕刻基片之蝕刻量系在0.5μm以上10μm以下。
16 如權利要求12～14中之任一項所述之硅外延晶片之制造方法，其中之前述損傷除去步驟中，前述化學蝕刻基片之蝕刻量系在1.5μm以上8μm以下。
17 如權利要求12～14中之任一項所述之硅外延晶片之制造方法，其中之前述損傷除去步驟中，包含有使用氯化氫氣體之氣相蝕刻步驟。
18 如權利要求17所述之硅外延晶片之制造方法，其中之前述損傷除去步驟中，系在進行前述濕式蝕刻步驟后，再進行前述氣相蝕刻步驟。
19 如權利要求17所述之硅外延晶片之制造方法，其中之前述氣相蝕刻步驟中，前述化學蝕刻基片之蝕刻量系在0.3μm以上5μm以下。
20 如權利要求12所述之硅外延晶片之制造方法，其中前述損傷除去步驟，系包含在氫氣或是氮氣環境中以1200℃～1300℃進行熱處理之熱處理步驟。
全文摘要
直接在化學蝕刻基片上形成硅單晶薄膜之方式,能有效地降低全制程所需時間,對于硅外延晶片之制造成本的降低與制造效能之提升,進而在晶片價格的降低以及交期縮短上有相當大的貢獻。此外,于進行化學蝕刻處理時,由于能將蝕刻量確保在60μm以上,因此能將化學蝕刻基片主表面的光澤度提高到95%以上。由此,能將形成于化學蝕刻基片主表面上之硅單晶薄膜之光澤度提高到95%,而在其后之光刻步驟中亦能毫無問題地進行自動校準處理。
文檔編號C30B25/02GK1304461SQ00800858
公開日2001年7月18日 申請日期2000年3月2日 優先權日1999年4月20日
發明者長谷川宏一, 大久保裕司 申請人:直江津電子工業株式會社, 信越半導體株式會社