專利名稱：經(jīng)涂覆的半導(dǎo)體晶片以及制造該半導(dǎo)體晶片的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體晶片，其具有一個(gè)由化學(xué)氣相沉積法(CVD)涂覆的正面以及一個(gè)經(jīng)拋光或蝕刻的背面，以及制造該半導(dǎo)體晶片的方法和裝置。本發(fā)明還涉及一種基座，其用于在通過化學(xué)氣相沉積法(CVD)于半導(dǎo)體晶片的正面上沉積一層的過程中放置該半導(dǎo)體晶片。
背景技術(shù)：
在化學(xué)氣相沉積法(CVD)期間，尤其是在經(jīng)雙面拋光的硅基體晶片上沉積一層外延層期間，存在兩種稱作“自動(dòng)摻雜”和“暈圈(halo)”的現(xiàn)象。在“自動(dòng)摻雜”的情況下，摻雜劑從該半導(dǎo)體晶片的背面經(jīng)氣相進(jìn)入沉積氣體，該沉積氣體被送至該半導(dǎo)體晶片正面的上方。這些摻雜劑隨后主要在該半導(dǎo)體晶片正面邊緣的范圍內(nèi)被引入該外延層內(nèi)，由此導(dǎo)致該外延層的電阻率沿徑向變化，這或多或少是非常不期望的。
“暈圈”是指通過光散射結(jié)構(gòu)在該半導(dǎo)體晶片背面上產(chǎn)生的散射光效應(yīng)，該效應(yīng)在照射該半導(dǎo)體晶片背面時(shí)由聚焦光線顯現(xiàn)出。該結(jié)構(gòu)在該半導(dǎo)體晶片背面的表面上標(biāo)記轉(zhuǎn)變情況，此處具有天然氧化物層的區(qū)域與不含此類氧化物層的區(qū)域相鄰。若在實(shí)際沉積相之前，在稱作“預(yù)焙”的預(yù)加熱階段期間，未將該天然氧化物層完全去除，則同樣會(huì)發(fā)生非期望的轉(zhuǎn)變情況。一種對(duì)該“暈圈”效應(yīng)加以量化的方法是，例如用Tencor SP1裝置在所謂的DNN(暗場(chǎng)窄法線DarkField Narrow Normal)或DWN通道(暗場(chǎng)寬法線DarkField Wide Normal)中實(shí)施光霧(haze)的散射光測(cè)量。
為避免“自動(dòng)摻雜”的問題，US-6,129,047中建議，在基座的接受該半導(dǎo)體晶片的凹槽(“口袋”)底部設(shè)有縫隙，這些縫隙置于底部的外邊緣。由該半導(dǎo)體晶片背面擴(kuò)散出的摻雜劑，在到達(dá)該半導(dǎo)體晶片正面之前，可由通過基座中的縫隙而被導(dǎo)入該晶片背面的清洗氣體從該反應(yīng)器中去除。根據(jù)US-2001/0037761A1，對(duì)于同樣的目的，在基座的整個(gè)底部設(shè)置有小孔。這里也通過使清洗氣體流過而將由該半導(dǎo)體晶片背面擴(kuò)散出的摻雜劑帶出。因?yàn)樵谌芙馓烊谎趸锲陂g產(chǎn)生的氣態(tài)反應(yīng)產(chǎn)物同樣也通過底部的小孔以及流過的清洗氣體被帶出，所以這些措施使天然氧化物易于去除，因此這些措施對(duì)防止形成“暈圈”是有效的。
然而，因?yàn)樵摪雽?dǎo)體晶片的背面和正面上的溫度場(chǎng)對(duì)這些小孔有影響，所以使用所述的基座并不是完全沒有問題的。若該基座底部小孔的直徑超過一定的尺寸，則它們將對(duì)該半導(dǎo)體晶片正面的納米形貌產(chǎn)生負(fù)面影響。術(shù)語(yǔ)納米形貌是指在0.5至10mm的側(cè)面范圍內(nèi)所測(cè)的高度起伏在納米范圍內(nèi)。由這些小孔引起的溫度變化導(dǎo)致在該半導(dǎo)體晶片正面上沉積外延層期間的局部沉積速率不同，并最終導(dǎo)致所述的高度起伏。US-2001/0037761A1建議限制這些小孔的直徑并通過調(diào)節(jié)加熱燈的功率而使溫度場(chǎng)均勻化，從而避免該問題。
但這些措施僅對(duì)該半導(dǎo)體晶片的正面有效。本發(fā)明的發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，若所選基座內(nèi)這些小孔的直徑越小，該半導(dǎo)體晶片背面的納米形貌值則變得甚至更差。由于存在這些小孔，該半導(dǎo)體晶片背面上的溫度場(chǎng)產(chǎn)生不均勻性，從而導(dǎo)致由諸如氫的清洗氣體引起的局部蝕刻現(xiàn)象，并導(dǎo)致由到達(dá)該半導(dǎo)體晶片背面的沉積氣體引起的局部沉積現(xiàn)象。因?yàn)樵摪雽?dǎo)體晶片背面上的不均勻性會(huì)在該半導(dǎo)體晶片正面上制造電子元件期間導(dǎo)致聚焦問題，所以這兩種現(xiàn)象對(duì)背面的納米形貌具有無(wú)法容許的負(fù)面影響。

發(fā)明內(nèi)容
所以本發(fā)明的目的在于如何可以充分避免正面和背面的“自動(dòng)摻雜”、“暈圈”以及不利的納米形貌。
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體晶片，其具有一個(gè)由化學(xué)氣相沉積法(CVD)涂覆的正面和一個(gè)經(jīng)拋光或蝕刻的背面，其特征在于，該背面的表示為高度起伏PV(＝峰與谷的高度起伏)的納米形貌低于5nm，同時(shí)該背面的表示為光霧的“暈圈”現(xiàn)象小于5ppm。
該半導(dǎo)體晶片優(yōu)選為在正面上具有一層外延沉積層的硅基體晶片。所述半導(dǎo)體晶片的背面經(jīng)拋光或蝕刻。該基體晶片優(yōu)選為p型摻雜或n型摻雜，特別優(yōu)選為用硼作為摻雜劑的p型摻雜，其中摻雜等級(jí)可為p-、p、p+及p++。摻雜等級(jí)特別優(yōu)選為p+，這對(duì)應(yīng)于約0.005至約0.03Ω·cm的電阻率。該外延層同樣優(yōu)選為p型摻雜，特別優(yōu)選用硼作為摻雜劑，且摻雜等級(jí)優(yōu)選為p，這對(duì)應(yīng)于約1至約20Ω·cm的電阻率。該外延層的厚度取決于特定的應(yīng)用目的，優(yōu)選為0.1μm至100μm。以面積通常為0.5mm×0.5mm、2mm×2mm或10mm×10mm的正方形測(cè)量面(點(diǎn))為基準(zhǔn)，所述半導(dǎo)體晶片正面的納米形貌優(yōu)選小于10nm，特別優(yōu)選小于5nm。優(yōu)選以面積為10mm×10mm的測(cè)量窗為基準(zhǔn)，該半導(dǎo)體晶片背面的納米形貌小于5nm。
本發(fā)明還涉及用于制造半導(dǎo)體晶片的方法，該半導(dǎo)體晶片具有一個(gè)由化學(xué)氣相沉積法(CVD)沉積在正面上的層和一個(gè)經(jīng)拋光或蝕刻的背面，其中將該半導(dǎo)體晶片置于基座上以沉積層，從而使該半導(dǎo)體晶片的背面朝向該基座的底部，其特征在于，使氣態(tài)物質(zhì)通過氣體擴(kuò)散從該半導(dǎo)體晶片背面上方的區(qū)域穿過該基座到達(dá)該基座背面上方的區(qū)域中。
該方法與已知方法的區(qū)別，尤其在于使用具有孔直徑小且孔的內(nèi)表面積大的多孔結(jié)構(gòu)的基座。由此，通過擴(kuò)散作用進(jìn)行氣體輸送，而不是以定向氣流的方式進(jìn)行，如同使用帶孔基座的情況。例如，雖然在完全不同的情況下，但是由石墨氈制成的薄膜也可用于制造燃料電池，而且其在這里用作擴(kuò)散層(例如參見A.Heinzel和F.Mahlendorf在第2屆工業(yè)聯(lián)合會(huì)研究論壇(Forum Industrielle Gemeinschaftsforschung)上的報(bào)告，Nordrhein-Westfalen，Gelsenkirchen，2003年2月12日)。該多孔基座阻止在晶片背面附近產(chǎn)生流動(dòng)不均勻性，并使上述的納米形貌效應(yīng)最小化。此外，也使晶片背面和正面上的溫度分布均勻化。這些實(shí)事的原因在于，與帶孔的基座不同，這里所述的多孔基座中不規(guī)則排列、在空間上彼此錯(cuò)排、非常小的孔的密度非常高，從而使熱輻射無(wú)法不受阻礙地穿過基座中的孔，并且不會(huì)使晶片背面產(chǎn)生局部不同的加熱或升溫現(xiàn)象。若對(duì)基體晶片預(yù)加熱，并使其暴露于由惰性的氣體(惰性氣體或氮)和/或還原性氣體(氫)組成的清洗氣體中，以去除天然氧化物層，則該基座在預(yù)加熱階段期間已發(fā)揮了作用。在溶解氧化物層期間形成的氣態(tài)反應(yīng)產(chǎn)物，如同從基體晶片擴(kuò)散出的摻雜劑，經(jīng)過基座的孔到達(dá)基座的背面，在此被清洗氣體流吸收并從反應(yīng)器中去除。在去除氧化物層之后，可將氯化氫通入清洗氣體中，以優(yōu)選在沉積外延層之前使該半導(dǎo)體晶片正面的表面平滑。為沉積外延層，將基體晶片加熱至沉積溫度，并使該基體晶片的正面與沉積氣體相接觸，同時(shí)該基體晶片的背面優(yōu)選繼續(xù)受清洗氣體影響。該沉積氣體含有在化學(xué)分解之后提供形成層的物質(zhì)的化合物。這些物質(zhì)優(yōu)選包括硅、鍺以及諸如硼的摻雜劑。沉積氣體特別優(yōu)選含有三氯硅烷、氫和二硼烷。在沉積外延層之后，例如在通過反應(yīng)器的氫氣流中，使經(jīng)涂覆的半導(dǎo)體晶片冷卻。
最后，本發(fā)明還涉及一種基座，其用于在由化學(xué)氣相沉積法(CVD)于半導(dǎo)體晶片正面上沉積層期間將該半導(dǎo)體晶片置于該基座上，其特征在于一種透氣的結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)的孔隙率至少為15％，密度為0.5至1.5g/cm3，孔直徑小于0.1mm且孔的內(nèi)表面積大于10，000cm2/cm3。該基座優(yōu)選由石墨組成或由具有所述特性的石墨纖維組成，特別優(yōu)選由用碳化硅涂覆的石墨組成，或由用碳化硅涂覆的具有所述特性的石墨纖維組成。


圖1所示為根據(jù)本發(fā)明的具有纖維結(jié)構(gòu)的基座的截面示意圖。
圖2所示為根據(jù)本發(fā)明的具有顆粒結(jié)構(gòu)的基座的截面示意圖。
圖3所示為根據(jù)本發(fā)明的由石墨纖維組成的基座的示例性俯視圖(觀察方向垂直表面)。該表面中的孔清晰可見。
圖4所示為圖3所示基座的截面圖。仍然可以看清各個(gè)石墨纖維及基座中的孔。
圖5至7所示為孔直徑分別為0.5mm、1.0mm、1.5mm的晶片背面的納米形貌。
具體實(shí)施例方式
石墨纖維可為有序(各向同性)的結(jié)構(gòu)或?yàn)闊o(wú)序(各向異性)的結(jié)構(gòu)。在用碳化硅涂覆纖維時(shí)，該基座表面上的碳化硅層的厚度優(yōu)選大于該基座內(nèi)部。所需的基座材料的孔隙率及密度可在制造該基座期間通過適當(dāng)壓實(shí)纖維或顆粒而加以調(diào)節(jié)。該基座優(yōu)選具有用于接受該半導(dǎo)體晶片的帶有凹槽的盤狀形狀，從而在將該半導(dǎo)體晶片置于該基座上之后，使該半導(dǎo)體晶片的背面朝向該基座的底部。該底部?jī)?yōu)選為封閉的，并且僅由于該基座材料的孔隙率而是透氣的。雖然在該凹槽的外邊緣可具有縫隙狀通道，同樣在該基座的底部中也具有用于升高和降低該半導(dǎo)體晶片的銷釘?shù)耐ǖ?。但在使用該基座時(shí)，由于存在銷釘，銷釘?shù)耐ǖ朗欠忾]的。該基座優(yōu)選用于單晶片反應(yīng)器中，且優(yōu)選被設(shè)計(jì)為可容納直徑為150mm、200mm、300mm的半導(dǎo)體晶片。特別優(yōu)選結(jié)合ASM及應(yīng)用材料的制成單晶片反應(yīng)器使用該基座。
下面在實(shí)施例中將本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)進(jìn)行比較。為進(jìn)行比較，使常用的由用碳化硅涂覆的石墨組成的基座具有不同直徑的孔洞(比較實(shí)施例)。該材料的密度約為1.85g/cm3。相同形式的基座由用碳化硅涂覆的石墨氈制成(實(shí)施例)。該基座材料的孔隙率約為25％，密度約為1.35g/cm3，孔的平均直徑為80μm，孔的內(nèi)表面積約為10,000cm2/cm3。
在單晶片反應(yīng)器中，使更多種p型摻雜且用硼作為摻雜劑的硅基體晶片具有p+型摻雜(同樣用硼作為摻雜劑)的硅外延層，其中均使用上述基座類型中的一種。根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)沉積外延層，其包括常用的“預(yù)焙”步驟。測(cè)試所制的半導(dǎo)體晶片正面和背面的“自動(dòng)摻雜”現(xiàn)象、“暈圈”現(xiàn)象及納米形貌。僅在觀察背面的納米形貌時(shí)發(fā)現(xiàn)了巨大的差異。這里，在使用根據(jù)比較實(shí)施例的基座的情況下進(jìn)行涂覆的半導(dǎo)體晶片的納米形貌值明顯差于根據(jù)本發(fā)明所制的半導(dǎo)體晶片。以面積為10mm×10mm的測(cè)量窗為基準(zhǔn)，比較實(shí)施例的半導(dǎo)體晶片均未達(dá)到小于5nm的納米形貌值。如圖5至7所示，基座中孔的直徑越小，則可確定的高度起伏越大。相反地，所有本發(fā)明實(shí)施例的半導(dǎo)體晶片的背面上的納米形貌值均小于5nm，光霧小于5ppm。
權(quán)利要求
1.基座，其用于在由化學(xué)氣相沉積法(CVD)于半導(dǎo)體晶片正面上沉積層期間將該半導(dǎo)體晶片置于該基座上，其特征在于一種透氣的結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)的孔隙率至少為15％，密度為0.5至1.5g/cm3，孔直徑小于0.1mm，孔的內(nèi)表面積大于10,000cm2/cm3。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基座，其特征在于，所述結(jié)構(gòu)主要包含石墨纖維。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基座，其特征在于，所述結(jié)構(gòu)主要包含石墨顆粒。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3之一所述的基座，其特征在于碳化硅的涂層。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基座，其特征在于，所述碳化硅涂層的厚度從該基座的表面起向該基座的內(nèi)部減少。
6.半導(dǎo)體晶片，其具有一個(gè)由化學(xué)氣相沉積法(CVD)涂覆的正面和一個(gè)經(jīng)拋光或蝕刻的背面，其特征在于，該背面的表示為高度起伏PV(＝峰與谷的高度起伏)的納米形貌低于5nm，同時(shí)該背面的表示為光霧的“暈圈”現(xiàn)象小于5ppm。
7.半導(dǎo)體晶片的制造方法，該半導(dǎo)體晶片具有一個(gè)由化學(xué)氣相沉積法(CVD)沉積在正面上的層和一個(gè)經(jīng)拋光或蝕刻的背面，其中將該半導(dǎo)體晶片置于基座上以沉積層，從而使該半導(dǎo)體晶片的背面朝向該基座的底部，其特征在于，使氣態(tài)物質(zhì)通過氣體擴(kuò)散從該半導(dǎo)體晶片背面上方的區(qū)域穿過該基座到達(dá)該基座背面上方的區(qū)域中。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基座，其用于在由化學(xué)氣相沉積法(CVD)于半導(dǎo)體晶片正面上沉積層期間將該半導(dǎo)體晶片置于該基座上，其具有一種透氣的結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)的孔隙率至少為15％，密度為0.5至1.5g/cm
文檔編號(hào)C30B25/02GK1805122SQ20051012958
公開日2006年7月19日 申請(qǐng)日期2005年12月14日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月16日
發(fā)明者賴因哈德·紹爾, 諾貝特·維爾納 申請(qǐng)人:硅電子股份公司