外延片制备方法与流程

1.本发明涉及半导体技术领域，特别是涉及一种外延片制备方法。


背景技术：

2.外延片是指用外延工艺在衬底表面生长薄膜所得到的单晶硅片。通过在衬底(比如硅晶圆)上沉积一层同质或异质的薄膜作为外延层，可以实现对衬底表面结晶质量与导电性能的改善调控，进而用于高性能的半导体器件制造。随着半导体器件集成度的日益增加和特征尺寸的不断缩小，外延层表面平坦度对工艺良率以及最终制备的器件性能的影响越来越大。表面平坦度越好，器件良率与性能也越高，因而不断提升外延片表面平坦度是业内不断追求的目标。
3.现有的外延片工艺流程通常如下：衬底抛光
→
清洗
→
外延生长
→
最终清洗。即现有技术中仅在外延生长前进行抛光，外延生长后仅进行清洗以去除外延层表面的杂质颗粒，所以外延层表面的最终边缘形貌由外延生长决定。而外延生长会受到晶格晶向的影响，导致在4个90度角的地方，会有较差的sfqr(site flatness front surface referenced least squares/range,正面基准最小
ニ
乘/范围)。这是因为不同晶面的原子键密度不同，键合能力也不同，因而外延层的生长速率会产生差异。通常而言，晶面上的原子键密度越大，键合能力越强，外延层生长速率就相对地越快，比如硅的(311)晶面的双层原子面之间的共价键密度最小，键合能力差，故外延层生长速率就慢，而(110)晶面之间的原子键密度大，键合能力强，外延层生长速率就相对较快，导致在4个90度角的地方，外延层偏厚。
4.sfqr较差的外延片会给后续器件制造带来诸多问题。故而为改善sfqr，现有技术中通常通过重新设计碳化硅基座或是改变外延机台的气流设计以改变外延生长过程中不同方向上的气流量以使不同位置的外延生长速率趋于一致。但这种方法需经反复多次调试，且不同的外延生长所需的基座和/气流条件不一致，频繁调整带来生产成本的上升和生产效率的下降。


技术实现要素：

5.鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种外延片制备方法，用于解决现有的外延生长流程中，无法解决外延生产受到晶格晶向的影响，导致在4个90度角的地方sfqr较差的问题，而重新设计碳化硅基座或是改变外延机台的气流设计则存在调整工作量大，导致生产成本上升和生产效率下降等问题。
6.为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种外延片制备方法，包括步骤：
7.s1：提供衬底，对衬底进行双面抛光后再清洗；
8.s2：对衬底进行边缘抛光后再清洗；
9.s3：对衬底进行最终抛光后再清洗；
10.s4：于最终抛光清洗后得到的衬底表面进行外延生长；
11.s5：对外延生长后的衬底依次进行抛光和清洗。
12.可选地，步骤s1中，双面抛光后的清洗包括在惰性气体氛围下采用sc-2清洗液进行清洗。
13.可选地，步骤s1中，在采用sc-2清洗液进行清洗前还包括采用臭氧于双面抛光后的衬底表面生成氧化层的步骤。
14.可选地，步骤s1中，对衬底进行双面抛光的抛光液包含二氧化铈颗粒、去离子水、表面活性剂及双氧水。
15.可选地，步骤s2中，边缘抛光后的清洗包括在惰性气体氛围下采用sc-1清洗液进行清洗。
16.可选地，步骤s3中，最终抛光后的清洗包括在惰性气体氛围下采用去离子水进行清洗。
17.可选地，所述衬底包括硅衬底，外延生长包括硅单晶外延生长，外延生长过程中，通入的气体包括三氯硅烷和载气，所述三氯硅烷的流量为1500sccm-2000sccm，所述载气的流量范围为1000sccm-1500sccm。
18.可选地，步骤s5中，对外延生长后的衬底进行抛光的过程中，抛光液包含二氧化硅颗粒、去离子水、表面活性剂及双氧水。
19.可选地，步骤s5中，对外延生长后的衬底进行抛光后的清洗依次包括预清洗、主清洗和最终清洗，其中，所述预清洗包括对外延生长后的衬底表面进行氧化以生成氧化膜，之后去除氧化膜的步骤；所述主清洗包括在惰性气体氛围下采用sc-1清洗液进行清洗，最终清洗包括在惰性气体氛围下采用去离子水进行清洗。
20.可选地，sc-1清洗液中，氨水、双氧水和去离子水的体积百分比为1:1:5～1:2:7。
21.如上所述，本发明的外延片制备方法，具有以下有益效果：本发明对现有的外延片制备流程重新进行了优化设计，不仅在外延生长前进行多次抛光以确保外延生长具有良好的生长条件，且在外延生长后再次进行抛光清洗，以确保生长出的外延层具有平坦表面，可以有效改善外延层表面sfqr较差的问题，有利于提高后续的器件生产良率。采用本发明，无需重新设计碳化硅基座或是改变外延机台的气流设计，且本发明适用于所有工艺的外延片生长，有着较大的商业利用价值。
附图说明
22.图1显示为本发明提供的外延片制备方法的流程图。
23.图2显示为采用本发明的外延片制备方法制备的多片外延片完成外延生长后进行抛光前与抛光后的厚度分布曲线示意图，其中，曲线
①
为第一片外延片外延后未抛光前的厚度分布曲线，曲线
②
为第一片外延片外延且抛光后的厚度分布曲线；曲线
③
为第二片外延片外延后未抛光前的厚度分布曲线，曲线
④
为第二片外延片外延且抛光后的厚度分布曲线；曲线
⑤
为第三片外延片外延后未抛光前的厚度分布曲线，曲线
⑥
为第三片外延片外延且抛光后的厚度分布曲线。
24.图3显示为采用本发明的外延片制备方法制备的多片外延片完成外延生长后进行抛光前与抛光后的厚度差异比较图。
具体实施方式
25.以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
26.请参阅图1至图3。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局形态也可能更为复杂。
27.如图1所示，本发明提供一种外延片制备方法，包括步骤：
28.s1：提供衬底，对衬底进行双面抛光后再清洗；
29.s2：对衬底进行边缘抛光后再清洗；
30.s3：对衬底进行最终抛光后再清洗；
31.s4：于最终抛光清洗后得到的衬底表面进行外延生长；
32.s5：对外延生长后的衬底依次进行抛光和清洗。
33.本发明对现有的外延片制备流程重新进行了优化设计，不仅在外延生长前进行多次抛光以确保外延生长具有良好的生长条件，且在外延生长后再次进行抛光清洗，以确保生长出的外延层具有平坦表面，可以有效改善外延层表面sfqr较差的问题，有利于提高后续的器件生产良率。采用本发明，无需重新设计碳化硅基座或是改变外延机台的气流设计，且本发明适用于所有工艺的外延片生长，有着较大的商业利用价值。
34.作为示例，所述步骤s1中的衬底包括但不限于硅衬底、锗衬底、碳化硅衬底或其他类型的半导体衬底，生长的外延层依据衬底类型和/或工艺的不同或不同，包括但不限于硅单晶外延生长，本实施例中并不做具体限制，因为本发明的外延片制备方法适于制备所有类型的外延片。但在一优选示例中，所述衬底为硅衬底，生长的外延层为硅单晶外延。在硅衬底表面生长硅单晶外延层受衬底晶向影响尤其很大，因而采用传统的方法，仅在外延生长前进行抛光难以解决生长出的外延层在4个90度角的地方厚度偏大的问题，而本采用本发明制备硅衬底的外延片可以有效解决此类问题。在进一步的示例中，硅单晶外延生长，外延生长过程中采用气相外延法，通入的气体包括三氯硅烷和载气，所述三氯硅烷的流量为1500sccm-2000sccm，所述载气的流量范围为1000sccm-1500sccm。且在此过程中还可以同时通入hcl气体，hcl气体流量为0-300sccm。这有利于制备高品质的硅单晶外延，气相外延生长的外延层与衬底具有良好的贴附性。
35.作为示例，步骤s1中，对衬底进行双面抛光的抛光液包含二氧化铈颗粒、去离子水、表面活性剂及双氧水。采用包含二氧化铈颗粒的抛光液进行抛光，有利于提高抛光效率。在进一步的示例中，抛光液中，二氧化铈颗粒的质量百分比浓度为0.5～10wt％，双氧水的质量百分比浓度为2％～4wt％。
36.作为示例，步骤s1中，双面抛光后的清洗包括在惰性气体氛围下采用sc-2清洗液进行清洗，所述sc-2清洗液的配方可以为hcl：h2o2：h2o＝1:1:6～1:2:8，清洗时间可以根据工艺需要而定，比如为1～30min。通过采用具有较强腐蚀性的清洗液清洗，可以有效去除衬底表面的杂质颗粒。惰性气体氛围包括但不限于氮气和氩气，亦或是其组合，通过通入惰性
气体，避免衬底表面被进一步氧化。
37.在进一步的示例中，步骤s1中，在采用sc-2清洗液进行清洗前还包括采用臭氧于双面抛光后的衬底表面生成氧化层的步骤。由于之前的抛光过程中使用的带金属元素的抛光液颗粒可能残留在衬底表面，容易导致衬底内部的金属缺陷(比如造成后续制备的器件短路)，故对双面抛光后的衬底表面进行氧化以生成金属氧化膜以将金属离子牢固锁定，之后再通过酸性清洗液去除氧化膜，可以有效避免金属离子在衬底表面的残留。
38.作为示例，步骤s2中，边缘抛光后的清洗包括在惰性气体氛围下采用sc-1清洗液进行清洗，所述sc-1清洗液中，氨水、双氧水和水的体积百分比可以为1:1:5～1:2:7。此步骤采用弱碱性清洗液进行清洗，可以有效减少对衬底表面的损伤。同样地，惰性气体包括但不限于氮气和氩气中的一种或多种。
39.所述步骤s1、s2和s3的抛光工序中使用的抛光液可以相同或不同，比如可以均使用包含二氧化铈颗粒、去离子水、表面活性剂及双氧水的抛光液，但其中的组分可以根据需要调整，因此这三个步骤可以在同一机台上连续进行，避免转换机台造成衬底损伤和生产效率的下降。例如，步骤s1中进行双面抛光时二氧化铈颗粒和双氧水的质量百分比的含量高于后续两个步骤，尤其是对衬底进行最终抛光时的抛光液中的二氧化铈颗粒和双氧水的质量百分比最低，以更有效地控制抛光效率。
40.作为示例，步骤s3中，最终抛光后的清洗包括在惰性气体氛围下采用去离子水进行清洗，以尽量减少残留的清洗液对后续工艺的影响。该步骤之后可以进行烘干，以去除衬底表面的水分。
41.作为示例，步骤s5中，对外延生长后的衬底进行抛光的过程中，抛光液包含二氧化硅颗粒、去离子水、表面活性剂及双氧水。采用包含二氧化硅颗粒的抛光液进行外延生长后的抛光，可以有效控制抛光速率，同时避免因使用包括金属离子的抛光液导致金属离子残留于外延层中。外延生长后的抛光过程中，厚度偏大处因上表面较高而最先与抛光头接触，故而受到较大的压力，导致抛光速率较快，由此可以实现自动修正sfqr的效果。
42.作为示例，步骤s5中，对外延生长后的衬底进行抛光后的清洗依次包括预清洗、主清洗和最终清洗，其中，所述预清洗包括对外延生长后的衬底表面进行氧化以生成氧化膜，之后去除氧化膜的步骤；所述主清洗包括在惰性气体氛围下采用sc-1清洗液进行清洗，最终清洗包括在惰性气体氛围下采用去离子水进行清洗。在进一步的示例中，sc-1清洗液中，氨水、双氧水和去离子水的体积百分比为1:1:5～1:2:7。通过多步清洗，确保外延层表面无异物残留，提高清洁度。
43.发明人进行了试验以验证本发明的效果。该试验过程包括先按外延工艺分别在3个衬底表面各自生长外延层，然后沿着圆周量测148mm处的厚度(前值)，经过最终抛光步骤，抛光垫为t6(非不织布材质，为聚氨酯材质)，属于硬的抛光垫，再沿着圆周量测148mm处的厚度(后值)，比较前后值的不同，得到的结果如图2和图3所示。从图2及图3可以看到，针对比较突出的位置，在外延生长后进行抛光，可以实现边缘修正减少突起，明显改善边缘厚度的差异，尤其是形成的外延层越厚，抛光时间越长，改善效果越突出。
44.综上所述，本发明提供一种外延片制备方法，包括步骤：s1：提供衬底，对衬底进行双面抛光后再清洗；s2：对衬底进行边缘抛光后再清洗；s3：对衬底进行最终抛光后再清洗；s4：于最终抛光清洗后得到的衬底表面进行外延生长；s5：对外延生长后的衬底依次进行抛
光和清洗。本发明对现有的外延片制备流程重新进行了优化设计，不仅在外延生长前进行多次抛光以确保外延生长具有良好的生长条件，且在外延生长后再次进行抛光清洗，以确保生长出的外延层具有平坦表面，可以有效改善外延层表面sfqr较差的问题，有利于提高后续的器件生产良率。采用本发明，通过最终抛光调试边缘形貌可获得较高平坦度的外延片，不用再分外延片与抛光片，有利于简化晶圆厂内的物料管理；不必重新设计碳化硅基座或是外延机台气流设计，进外延炉反应腔之前不用对notch角度，有助于提高生产效率及降低生产成本，且本发明适用于所有工艺的外延片制备。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
45.上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。