《炬丰科技-半导体工艺》硅外延生长基底的表面处理

书籍：《炬丰科技-半导体工艺》

文章：硅外延生长基底的表面处理

编号：JFKJ-21-1123

作者：华林科纳

通过四氯化硅的氢还原制造硅外延晶圆的反应器的构造、反应条件等进行了报告，但是在本报告中，对用于此的基础的表面处理法，即基础晶圆的研磨材料的研磨、化学腐蚀处理和除去氧化膜的氢中的热处理，对其实际的方法、处理条件进行了讨论。

为了实用上的台面或平面晶体管时的photoetch等，有必要使之成为对其操作没有障碍的光滑平垣的面。这要使研磨完成越精密越好。良好的镜面抛光有很多技术问题，非常昂贵，在经济上希望通过简单的抛光来进行，所以首先准备从研磨面到策略镜面进行各种抛光的试料。

对这些试料进行寓食处理，研究了光滑平坦的腐蚀法。进而在氢中对该基础进行热处理，通过其表面状态和重量的变化等研究了氧化皮膜的挥发状况。通过干涉显微镜、电子束衍射调查了这些各阶段的表面和生长面的状态，求得了适当的处理条件。

基础结晶使用的是从提拉法单晶中切出的晶圆状的东西。机械的研磨有从研磨到光学镜面抛光的各种加工方法。在此，准备了几种具有代表性的东西，对这些东西进行化学腐蚀时的表面状态进行了讨论。

关于所需的腐蚀量将在后面叙述。腐蚀面的状态和腐蚀处理的方法:要完成光滑平坦面，液体的搅拌是非常重要的，关于这一点将在后面叙述，首先作为腐蚀面的代表性例子，首先，由研磨材料造成的划痕引起的食凹出现在一面，随着腐蚀的进行逐渐消失，逐渐变成光滑面。抛光后的镜面虽然不会出现像包层面那样大的食凹，但一般出现划痕的情况较多。

必然存在以下问题:有必要将其作为有一定程度的划痕或划痕的物体来处理。在3000盘研磨的情况下，如果只除去原本的研磨材料引起的划痕或加工应变引起的凹凸，腐蚀约40μ就足够了。根据晶圆的不同，实际上也有这样的程度就可以了，但由于较深的划痕引起的凹凸仍有若干残留。

在批量处理多个晶圆的情况下，需要取90～100μ作为寓食量。所需禽食量是这样调查各试料出光滑面所需的腐蚀量的结果。比较这些腐蚀面的状况，在研磨面上，B、C当然比A光滑，但B、C闻·没有太大的差别，在研磨中进行2,000#以上的细微研磨镜面破摩面中F，G良好，D还残留有较深的划痕，E由于使用了布，所以周边的下垂很大，镜面的效果几乎没有。

因此，在磨光加工中，2,000～3,000#是实用的，如果想要有明显好的表面，就使用F这样的光学镜面加工，但是要像以上那样腐蚀30·～100μ使表面变得平坦，就需要特殊的风。对于表面整体的平坦度，液对晶圆面的流动方向有非常大的影响，无论哪种情况，在3,000#研磨面腐蚀约100μ的情况下，用磁力搅拌器搅拌烧杯内的液体，在将晶圆水平放置在中段的i）中，液流几乎平行于晶圆面，其结果变成凸透镜状，此时中心部分几乎是平坦的面，周边部分仅有约2mm下垂。如上所述，在腐蚀处理中，使液体以适当的速度垂直地抵靠在晶圆表面上是完成光滑平坦表面的要点，为此设计的腐蚀装置的概要如图4所示。

与腐蚀液接触的部分全部由硬质聚氯乙烯及Tefen制成，将晶圆用蜡贴在圆筒型夹具的下表面上，使其通过齿轮机构落入进行行星运动的转子中进行旋转，另一方面，腐蚀液通过中心部的搅拌叶片及其周围的放射状树脂板，使其像箭头一样流动，几乎垂直地抵靠在晶圆表面上。在该腐蚀处理中特别应该注意的是，通过搅拌，气不会进入腐蚀液中。如果有泡沫，腐蚀表面就会变粗糙，容易形成微小的凸凸。

图5的（1）、（2）分别是使用对C以及F进行了这样的处理的基础的外延成长面的干涉显微镜像，另外图8显示了这些表面的电子束衍射像。
关于以上各阶段的处理面，作为确认其晶面的完整性的一种方法，在进行了电子束衍射的、完全晶面的电子束反射衍射像中，由于出现菊地线或带，因此可以通过该明晰度大致了解其好坏，其代表性的例子。
从各试料来看，这不是在方针镜面F上，而是在生长面以及氢中的热处理后的面上可以确认相当强，另外在腐蚀面上可以确认是微弱的。在氢中加热，除去氧化膜后，存在更多的氧化膜，这似乎与此相反，这在氢中加热时为1,200。 C以上时氧化膜挥发，但在冷却过程中为1,000。这是因为C程度的地方被系统内的微量氧反向氧化。
如上所述，在研磨、化学腐蚀以及氢中为1,250。在向C加热30分钟的底层的成长层中，积层缺陷平均为20个/cm2（数～60个/cm2）左右，但是在本研究的过程中，在另外尝试的实验中，确认了在高温下将氧化过的晶圆作为底层的情况下，会发生非常多的积层缺陷的事实，因此将其结果阐述如下。
该实验基本上是可以原封不动地使用在基础上的好的晶面，只要稍微除去表面层的污垢就可以了，但是在化学腐蚀中，策略面的高度平滑平坟度多少会失去，所以作为特别均匀地除去该表面层的处理法，在高温下氧化在表面上形成均匀的氧化膜后，用氢氟酸将其溶去的方法进行了探讨。关于硅晶体的氧化有很多研究。根据报告，如果在含有水蒸气的氧气中加热，就会形成均匀致密的氧化膜，达到1200层。在C附近，对于处理时间，膜厚通过下式的关系增加。

在硅外延晶圆的制造中，对基础晶圆处理进行了技术性的探讨，对其结果进行概括如下:1）使用沥青板的抛光特别适合于需要高度光滑和平坦表面的抛光，但在通常的应用中，2,000-3,000#包层是实用的。在化学腐蚀中，为了使整个晶圆表面平坦化，重要的是将腐蚀性液体垂直地施加到晶圆表面上，并增加了对这一点的装置式密封。

在这种情况下，系统内微量氧的影响虽然很微妙，但是根据晶圆的表面状态、重量变化等调查了其行为。作为其他尝试进行的实验结果，确认了如果给下地提供高温氧化的履历，就会导致晶体内部出现积层缺陷的原因。

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