外延涂覆的硅晶片以及制造外延涂覆的硅晶片的方法转让专利
申请号 : CN200610154351.3
文献号 : CN1936110B
文献日 : 2010-06-09
发明人 : 赖因哈德·绍尔 , 诺贝特·维尔纳
申请人 : 硅电子股份公司
摘要 :
本发明涉及用于制造外延涂覆的硅晶片的方法，其中提供许多至少在正面上经过抛光的硅晶片，并随后在外延反应器内均单独进行涂覆，这是通过以下步骤实施的，将所提供的硅晶片均放置在外延反应器内的基座上，在第一步骤中于氢气氛内在第一氢气流量下实施预处理，以及在第二步骤中在将蚀刻介质加入氢气氛的情况下在减少的第二氢气流量下实施预处理，随后在其经抛光的正面上实施外延涂覆，并从外延反应器取出，此外在实施外延涂覆一定次数之后，对该基座实施蚀刻处理。本发明还涉及硅晶片，其包括一个正面及一个背面，其中至少其正面经过抛光且至少正面上涂覆有外延层，基于2毫米的边缘去除部分，其总体平直度值GBIR为0.07至0.3微米。
权利要求 :
1.用于制造外延涂覆的硅晶片的方法，其中提供许多至少在正面上经过抛光的硅晶片，并随后在外延反应器内均单独进行涂覆，这是通过以下步骤实施的，将所提供的硅晶片均放置在外延反应器内的基座上，在第一步骤中于氢气氛内在20至100标准升/分钟的第一氢气流量下实施预处理，以及在第二步骤中在将蚀刻介质加入氢气氛的情况下在减少为0.5至10标准升/分钟的第二氢气流量下实施预处理，随后在其经抛光的正面上实施外延涂覆，并从外延反应器取出，此外在实施外延涂覆一定次数之后，对该基座实施蚀刻处理。
2.根据权利要求1所述的方法，其中均在950至1200℃的温度范围内实施所述预处理。
3.根据权利要求1所述的方法，其中添加至氢气氛中的蚀刻介质是氯化氢。
4.根据权利要求1所述的方法，其中在氢气氛中预处理硅晶片的第一步骤中所述氢气流量为40至60标准升/分钟。
5.根据权利要求1所述的方法，其中在添加蚀刻介质至氢气氛的情况下预处理硅晶片的第二步骤中，使氢气流量降低至0.5至5标准升/分钟。
6.根据权利要求1所述的方法，其中在1050至1150℃的沉积温度下，用三氯硅烷实施外延沉积。
7.根据权利要求1所述的方法，其中在处理所述基座时使用氯化氢作为所述蚀刻介质，并且在1至5次外延沉积之后均对所述基座实施蚀刻处理。
8.根据权利要求1所述的方法，其中在用蚀刻介质加以处理之后，用硅对所述基座进行涂覆。
9.根据权利要求1所述的方法，其中所提供的硅晶片为单晶硅材料的晶片、SOI晶片、具有应变硅层的硅晶片或sSOI晶片。
10.硅晶片，其包括一个正面及一个背面，其中至少其正面经过抛光且至少正面上涂覆有外延层，基于2毫米的边缘去除部分，其总体平直度值GBIR为0.07至0.3微米。
11.根据权利要求10所述的硅晶片，该硅晶片的GBIR值为0.07至0.25微米。
12.根据权利要求11所述的硅晶片，该硅晶片的GBIR值为0.07至0.15微米。
13.根据权利要求10至12之一所述的硅晶片，基于尺寸为26×8平方毫米的片段的区域网格的部分区域以及2毫米的边缘去除部分，该硅晶片的最大局部平直度值SBIRmax等于或小于0.1微米。
14.根据权利要求13所述的硅晶片，其SBIRmax值等于或小于0.05微米。
15.根据权利要求10至12之一所述的硅晶片，其中该硅晶片为单晶硅材料的晶片、SOI晶片、具有应变硅层的硅晶片或具有外延层的sSOI晶片。
说明书 :
技术领域
本发明涉及外延涂覆的硅晶片以及制造外延涂覆的硅晶片的方法。
背景技术
外延涂覆的硅晶片适用于半导体工业，尤其适用于制造高度集成的电子元件，如微处理器或存储芯片。现代微电子技术对原材料(基板)在总体及局部平直度、厚度分布、单面基准的局部平直度(纳米布局)及无缺陷性方面具有很高的要求。
总体平直度涉及减去待确定的边缘切除部分的半导体晶片的整个表面。总体平直度可由GBIR(“总体的背面基准的理想平面/范围(globalbacksurface-referenced ideal plane/range)”＝半导体晶片整个正面与参考背面的理想平面的正误差及负误差)加以说明，GBIR对应于以前常用的TTV(“总厚度变化”)规范。
现在依照SEMI标准将以前常用的LTV(“局部厚度变化”)规范称作SBIR(“位点的背面基准的理想平面/范围(site backsurface-referencedideal plane/range)”＝确定尺寸的单个元件区域与背面基准的理想平面的正误差和负误差)，并且对应于元件区域(“位点”)的GBIR或TTV。所以，与总体平直度GBIR相反，SBIR是指晶片上确定的区域，例如尺寸为26×8平方毫米的测量窗口的区域网格()的片段(位点几何形状)。最大的位点几何形状值SBIRmax是指硅晶片上加以考虑的元件区域的最大SBIR值。
测定最大位点基准的平直度或几何值如SBIRmax时，通常考虑例如为3毫米的特定边缘切除部分(EE＝“边缘切除部分”)。硅晶片上位于名义上的边缘切除部分以内的区域通常称作“固定品质区”，缩写为FQA。那些一部分区域位于FQA以外但其中心位于FQA以内的位点称作“部分位点”。测量最大局部平直度时通常不涉及“部分位点”，而是仅涉及所谓的“全体位点”，即完全位于FQA以内的元件区域。为了能够比较最大平直度值，说明边缘切除部分及FQA的尺寸等是否考虑了“部分位点”是至关重要的。
此外，在优化成本方面，目前通常不会例如仅仅由于元件区域超过元件制造商所规定的SBIRmax值而拒收硅晶片，而且允许具有更高数值的元件区域的特定百分比，如1％。允许低于几何形状参数的特定极限值的位点的百分比通常由PUA(“可用区域百分比”)值表示，例如在SBIRmax值小于或等于0.7微米且PUA值为99％的情况下，99％位点的SBIRmax值等于或小于0.7微米，同时允许1％的位点具有更高的SBIR值(“芯片产率”)。
依照现有技术，硅晶片是按照以下加工顺序制造的：将硅单晶切割成晶片，使机械敏感边缘变圆，实施研磨步骤，如磨削或研磨，然后抛光。EP 547894A1描述了一种研磨法；专利申请EP 27253A1及EP 580162A1中请求保护磨削法。
最终平直度通常是通过抛光步骤现实的，在抛光之前任选借助蚀刻步骤除去干扰性的晶体层并去除杂质。例如DE 19833257C1公开了一种合适的蚀刻法。传统单面加工的抛光法(“单面抛光”)通常导致平面平行度较差，而双面侵蚀的抛光法(“双面抛光”)可制得具有改进的平直度的硅晶片。
对于经抛光的硅晶片，还可尝试通过合适的加工步骤，如磨削、研磨及抛光，以达到所需的平直度。
然而，硅晶片的抛光经常造成平整硅晶片的厚度朝边缘方向降低(“边缘下降(Edge Roll-off)”)。蚀刻方法还倾向于使待处理的硅晶片在边缘处被更强烈地侵蚀并产生此类边缘下降现象。
为克服该现象，通常将对硅晶片实施凹面抛光。凹面抛光的硅晶片中心较薄，厚度朝边缘方向增加，而更外部的边缘区域的厚度降低。
DE 19938340C1描述了在单晶硅晶片上沉积具有相同晶体取向的单晶硅层，即所谓的外延层，随后在该层上形成半导体元件。与均匀材料的硅晶片相比，此类系统的优点例如是：双极性CMOS电路内的电荷逆转现象由元件短路(“闩锁”问题)，更低的缺陷密度(例如降低COPs(“晶体原生颗粒”)的数量)以及不存在值得一提的氧含量而加以阻止，因此元件相关区域内的氧析出物可排除短路风险。
依照现有技术，外延涂覆的硅晶片是由合适的中间产物通过去除材料的抛光-最终抛光-清洗-外延涂覆的加工顺序而制得的。
例如DE 10025871A1公开了用于制造正面上具有沉积外延层的硅晶片的方法，该方法包括以下加工步骤：
(a)作为单独的抛光步骤的去除材料的抛光步骤；
(b)硅晶片的(亲水式)清洗及烘干；
(c)于外延反应器内，在950至1250℃下，预处理该硅晶片的正面；及
(d)在经预处理的硅晶片的正面上沉积外延层。
为保护硅晶片不被颗粒加载，通常于抛光后对该硅晶片施加亲水性清洗。该亲水性清洗作用在该硅晶片的正面及背面上产生自然氧化物，该自然氧化物非常薄(取决于清洗及测量的类型，约为0.5至2纳米)。
于外延反应器内，在预处理过程中，在氢气氛内(也称作“H2烘烤”)将该自然氧化物去除。
在第二步骤中，通常将少量蚀刻介质如气态氯化氢(HCl)添加至氢气氛，从而使该硅晶片正面的表面粗糙度降低并从表面去除抛光缺陷。
除蚀刻介质如HCl以外，偶尔还添加硅烷化合物，如硅烷(SiH4)、二氯硅烷(SiH2Cl2)、三氯硅烷(TCS、SiHCl3)或四氯硅烷(SiCl4)至氢气氛中的量，使硅沉积量与硅去除量达到平衡。但这两个反应以足够高的反应速率进行，从而使表面上的硅移动，使表面光滑并去除表面上的缺陷。
现有技术中描述了外延反应器，它们尤其在半导体工业中用于在硅晶片上沉积外延层。
在所有涂覆或沉积步骤中，对一个或更多个硅晶片利用热源，优选利用上方及下方的热源，如灯或排灯，进行加热，随后曝露于由源气体、载体气体及任选的掺杂气体组成的气体混合物中。
将例如由石墨、SiC或石英组成的基座用作外延反应器的加工室内的硅晶片支架。在沉积过程，硅晶片位于该基座上或位于基座的铣孔中，以确保加热均匀并保护其上通常不进行沉积的硅晶片背面不接触源气体。依照现有技术，加工室被设计为用于一个或更多个硅晶片。
对于具有更大直径(大于或等于150毫米)的硅晶片，通常使用单晶片反应器并单独地对硅晶片进行加工，这是因为其具有优良的外延层厚度均匀性。层厚度的均匀性可通过不同的措施加以调节，例如通过改变气流(氢、SiHCl3)，通过安装及调节气体入口装置(注射器)，通过改变沉积温度或对基座进行修改。
此外，在外延涂覆中，于硅晶片上实施一次或更多次外延沉积之后，通常对无基材的基座进行蚀刻处理，其中从基座及加工室的其他部件去除硅沉积物。该蚀刻过程，例如利用氯化氢(HCl)的蚀刻过程，在单晶片反应器的情况下通常在加工几个硅晶片之后(3至5个硅晶片)已经实施，而在沉积薄的外延层时则在加工更多个硅晶片之后(10至20个硅晶片)才部分地实施。通常仅实施HCl蚀刻处理，或在HCl蚀刻处理之后实施基座的短暂涂覆。
制造具有优良总体平直度的外延涂覆硅晶片极为困难，这是因为如前所述通常以凹面抛光的硅晶片作为基材。在现有技术中，与凹面抛光的硅晶片相比，在外延涂覆之后，外延涂覆硅晶片的总体平直度及局部平直度通常变差。这特别与沉积外延层本身具有一定的不规则性有关。
在凹面抛光硅晶片中心沉积更厚的外延层，其中该层的厚度必须朝外向硅晶片边缘的方向减少，虽然可以补偿硅晶片原来的凹面形状，并因此改善硅晶片的总体平直度。但这在硅晶片的外延涂覆中并未加以考虑，这是因为无法避免超越外延涂覆硅晶片的重要规范，即外延层规则性的极限值。
总体平直度涉及减去待确定的边缘切除部分的半导体晶片的整个表面。总体平直度可由GBIR(“总体的背面基准的理想平面/范围(globalbacksurface-referenced ideal plane/range)”＝半导体晶片整个正面与参考背面的理想平面的正误差及负误差)加以说明，GBIR对应于以前常用的TTV(“总厚度变化”)规范。
现在依照SEMI标准将以前常用的LTV(“局部厚度变化”)规范称作SBIR(“位点的背面基准的理想平面/范围(site backsurface-referencedideal plane/range)”＝确定尺寸的单个元件区域与背面基准的理想平面的正误差和负误差)，并且对应于元件区域(“位点”)的GBIR或TTV。所以，与总体平直度GBIR相反，SBIR是指晶片上确定的区域，例如尺寸为26×8平方毫米的测量窗口的区域网格()的片段(位点几何形状)。最大的位点几何形状值SBIRmax是指硅晶片上加以考虑的元件区域的最大SBIR值。
测定最大位点基准的平直度或几何值如SBIRmax时，通常考虑例如为3毫米的特定边缘切除部分(EE＝“边缘切除部分”)。硅晶片上位于名义上的边缘切除部分以内的区域通常称作“固定品质区”，缩写为FQA。那些一部分区域位于FQA以外但其中心位于FQA以内的位点称作“部分位点”。测量最大局部平直度时通常不涉及“部分位点”，而是仅涉及所谓的“全体位点”，即完全位于FQA以内的元件区域。为了能够比较最大平直度值，说明边缘切除部分及FQA的尺寸等是否考虑了“部分位点”是至关重要的。
此外，在优化成本方面，目前通常不会例如仅仅由于元件区域超过元件制造商所规定的SBIRmax值而拒收硅晶片，而且允许具有更高数值的元件区域的特定百分比，如1％。允许低于几何形状参数的特定极限值的位点的百分比通常由PUA(“可用区域百分比”)值表示，例如在SBIRmax值小于或等于0.7微米且PUA值为99％的情况下，99％位点的SBIRmax值等于或小于0.7微米，同时允许1％的位点具有更高的SBIR值(“芯片产率”)。
依照现有技术，硅晶片是按照以下加工顺序制造的：将硅单晶切割成晶片，使机械敏感边缘变圆，实施研磨步骤，如磨削或研磨，然后抛光。EP 547894A1描述了一种研磨法；专利申请EP 27253A1及EP 580162A1中请求保护磨削法。
最终平直度通常是通过抛光步骤现实的，在抛光之前任选借助蚀刻步骤除去干扰性的晶体层并去除杂质。例如DE 19833257C1公开了一种合适的蚀刻法。传统单面加工的抛光法(“单面抛光”)通常导致平面平行度较差，而双面侵蚀的抛光法(“双面抛光”)可制得具有改进的平直度的硅晶片。
对于经抛光的硅晶片，还可尝试通过合适的加工步骤，如磨削、研磨及抛光，以达到所需的平直度。
然而，硅晶片的抛光经常造成平整硅晶片的厚度朝边缘方向降低(“边缘下降(Edge Roll-off)”)。蚀刻方法还倾向于使待处理的硅晶片在边缘处被更强烈地侵蚀并产生此类边缘下降现象。
为克服该现象，通常将对硅晶片实施凹面抛光。凹面抛光的硅晶片中心较薄，厚度朝边缘方向增加，而更外部的边缘区域的厚度降低。
DE 19938340C1描述了在单晶硅晶片上沉积具有相同晶体取向的单晶硅层，即所谓的外延层，随后在该层上形成半导体元件。与均匀材料的硅晶片相比，此类系统的优点例如是：双极性CMOS电路内的电荷逆转现象由元件短路(“闩锁”问题)，更低的缺陷密度(例如降低COPs(“晶体原生颗粒”)的数量)以及不存在值得一提的氧含量而加以阻止，因此元件相关区域内的氧析出物可排除短路风险。
依照现有技术，外延涂覆的硅晶片是由合适的中间产物通过去除材料的抛光-最终抛光-清洗-外延涂覆的加工顺序而制得的。
例如DE 10025871A1公开了用于制造正面上具有沉积外延层的硅晶片的方法，该方法包括以下加工步骤：
(a)作为单独的抛光步骤的去除材料的抛光步骤；
(b)硅晶片的(亲水式)清洗及烘干；
(c)于外延反应器内，在950至1250℃下，预处理该硅晶片的正面；及
(d)在经预处理的硅晶片的正面上沉积外延层。
为保护硅晶片不被颗粒加载，通常于抛光后对该硅晶片施加亲水性清洗。该亲水性清洗作用在该硅晶片的正面及背面上产生自然氧化物，该自然氧化物非常薄(取决于清洗及测量的类型，约为0.5至2纳米)。
于外延反应器内，在预处理过程中，在氢气氛内(也称作“H2烘烤”)将该自然氧化物去除。
在第二步骤中，通常将少量蚀刻介质如气态氯化氢(HCl)添加至氢气氛，从而使该硅晶片正面的表面粗糙度降低并从表面去除抛光缺陷。
除蚀刻介质如HCl以外，偶尔还添加硅烷化合物，如硅烷(SiH4)、二氯硅烷(SiH2Cl2)、三氯硅烷(TCS、SiHCl3)或四氯硅烷(SiCl4)至氢气氛中的量，使硅沉积量与硅去除量达到平衡。但这两个反应以足够高的反应速率进行，从而使表面上的硅移动，使表面光滑并去除表面上的缺陷。
现有技术中描述了外延反应器，它们尤其在半导体工业中用于在硅晶片上沉积外延层。
在所有涂覆或沉积步骤中，对一个或更多个硅晶片利用热源，优选利用上方及下方的热源，如灯或排灯，进行加热，随后曝露于由源气体、载体气体及任选的掺杂气体组成的气体混合物中。
将例如由石墨、SiC或石英组成的基座用作外延反应器的加工室内的硅晶片支架。在沉积过程，硅晶片位于该基座上或位于基座的铣孔中，以确保加热均匀并保护其上通常不进行沉积的硅晶片背面不接触源气体。依照现有技术，加工室被设计为用于一个或更多个硅晶片。
对于具有更大直径(大于或等于150毫米)的硅晶片，通常使用单晶片反应器并单独地对硅晶片进行加工，这是因为其具有优良的外延层厚度均匀性。层厚度的均匀性可通过不同的措施加以调节，例如通过改变气流(氢、SiHCl3)，通过安装及调节气体入口装置(注射器)，通过改变沉积温度或对基座进行修改。
此外，在外延涂覆中，于硅晶片上实施一次或更多次外延沉积之后，通常对无基材的基座进行蚀刻处理，其中从基座及加工室的其他部件去除硅沉积物。该蚀刻过程，例如利用氯化氢(HCl)的蚀刻过程，在单晶片反应器的情况下通常在加工几个硅晶片之后(3至5个硅晶片)已经实施，而在沉积薄的外延层时则在加工更多个硅晶片之后(10至20个硅晶片)才部分地实施。通常仅实施HCl蚀刻处理，或在HCl蚀刻处理之后实施基座的短暂涂覆。
制造具有优良总体平直度的外延涂覆硅晶片极为困难，这是因为如前所述通常以凹面抛光的硅晶片作为基材。在现有技术中，与凹面抛光的硅晶片相比，在外延涂覆之后，外延涂覆硅晶片的总体平直度及局部平直度通常变差。这特别与沉积外延层本身具有一定的不规则性有关。
在凹面抛光硅晶片中心沉积更厚的外延层，其中该层的厚度必须朝外向硅晶片边缘的方向减少，虽然可以补偿硅晶片原来的凹面形状，并因此改善硅晶片的总体平直度。但这在硅晶片的外延涂覆中并未加以考虑，这是因为无法避免超越外延涂覆硅晶片的重要规范，即外延层规则性的极限值。
发明内容
本发明的目的是提供一种制造外延涂覆硅晶片的方法，该方法可提供总体平直度改良的外延涂覆硅晶片。
该目的是通过用于制造外延涂覆的硅晶片的方法实现的，其中提供许多至少在正面上经过抛光的硅晶片，并随后在外延反应器内均单独进行涂覆，这是通过以下步骤实施的，将所提供的硅晶片均放置在外延反应器内的基座上，在第一步骤中于氢气氛内在第一氢气流量下实施预处理，以及在第二步骤中在将蚀刻介质加入氢气氛的情况下在减少的第二氢气流量下实施预处理，随后在其经抛光的正面上实施外延涂覆，并从外延反应器取出，此外在实施外延涂覆一定次数之后，对该基座实施蚀刻处理。
在根据本发明的方法中，首先提供许多至少于其正面上经抛光的硅晶片。
为此，利用已知的切割方法，优选通过具有自由颗粒(“浆料”)或固定颗粒(金刚砂线)的线切割，将依照现有技术，优选通过Czochralski坩埚拉晶法制得的硅单晶切割成许多硅晶片。
此外，实施机械加工步骤，如顺序单面磨削法(SSG)、同时双面磨削法(DDG)或研磨。硅晶片的边缘包含任选存在的机械标记，如取向刻痕，或硅晶片边缘的基本上呈直线的削平(“平面”)，通常也进行加工(边缘圆化，“边缘-刻痕-研磨”)。
此外，包括清洗及蚀刻步骤的化学处理步骤。
在实施磨削、清洗及蚀刻步骤之后，通过去除材料实施抛光使该硅晶片的表面平滑化。对于单面抛光(SSP)，于加工期间，用胶泥通过真空或利用粘接剂将硅晶片的背面固定在载体板上。对于双面抛光(DSP)，将硅晶片松散地嵌入锯齿状的薄圆盘中，并于覆盖着抛光布的上抛光盘和下抛光盘之间以“自由浮动”的方式同时抛光正面及背面。
随后，硅晶片的正面优选以不含光雾的方式，例如利用软抛光布借助于碱性抛光溶胶实施抛光；为获得至此步骤所制硅晶片的平直度，在此情况下去除材料的量相对较少，优选为0.05至1.5微米。文献中通常称此步骤为CMP抛光(“化学机械抛光”)。
所提供的硅晶片优选实施凹面抛光，从而限制由抛光(以及蚀刻步骤)对硅晶片的外边缘区域造成的边缘下降。
在边缘去除部分为2毫米的情况下，所提供的硅晶片的总体平直度值GBIR通常为0.3至0.5微米。
在抛光之后，依照现有技术对硅晶片实施亲水性清洗及烘干。实施清洗作用可采用分批法，于洗浴内同时清洗许多硅晶片，或采用喷洒法等实施单晶片加工。
所提供的硅晶片优选为单晶硅材料的晶片、SOI(“绝缘体上硅”)晶片、具有应变硅层(“应变硅”)的硅晶片或sSOI(“绝缘体上应变硅”)晶片。制造SOI或sSOI晶片的方法，如SmartCut，以及制造具有应变硅层的晶片的方法在现有技术中是已知的。
所提供的经抛光的硅晶片随后在外延反应器内单独实施预处理。预处理包括：于氢气氛内处理硅晶片(H2烘烤)并在添加蚀剂介质至氢气氛中的情况下对硅晶片进行处理，优选在950至1200℃的温度范围内实施。
蚀刻介质优选为氯化氢(HCl)。
优选在氢气流量为20至100slm(标准升/分钟)，特别优选为40至60slm的情况下在氢气氛内实施预处理。
氢气氛内的预处理时间优选为0至120秒。
在用蚀刻介质实施预处理期间，添加HCl至氢气氛中的量优选为5至20体积％，去除速率为0.01至0.2微米/分钟。
此外，添加蚀刻介质至该氢气氛中实施预处理期间，与H2烘烤预处理相比，氢气流量明显降低。
氢气流量优选降低至0.5至10标准升/分钟。
氢气流量特别优选降低至0.5至5标准升/分钟。
发现降低用蚀刻介质实施预处理期间的氢气流量可明显改善外延涂覆硅晶片的总体平直度。
通过降低HCl蚀刻步骤中的氢气流量，硅晶片边缘处的厚度与该硅晶片中心方向相比明显减少。这克服了硅晶片的凹面起始几何形状。
于蚀刻期间在H2流量为50slm(标准升/分钟)，即常用HCl浓度时，硅晶片边缘处观察不到增加的材料去除量，通过将H2流量降低至0.5至10slm，即HCl浓度明显提高，取决于用HCl处理的时间，硅晶片边缘处的材料去除量为100至300纳米。
所以，取决于待实施外延涂覆的硅晶片边缘处的预期材料去除量，HCl蚀刻处理期间，处理时间优选为10至120秒。
该方法的特别优点是：在预处理步骤之后，该硅晶片获得对于随后的外延硅层的沉积作用而言的最佳正面形状，这是因为通过预处理使硅晶片的边缘区域平整化，并对硅晶片的凹面形状至少部分地进行补偿。
在预处理步骤之后，至少在硅晶片经抛光的正面上沉积外延层。为此，将作为源气体的硅烷源加入作为载体气体的氢气中。取决于所用的硅烷源，在900至1200℃的温度下沉积外延层。
在1050至1150℃的沉积温度下，优选使用三氯硅烷(TCS)作为硅烷源。
沉积的外延层厚度优选为0.5至5微米。
沉积外延层之后，将该外延涂覆硅晶片从外延反应器取出。
例如为了清除基座的硅沉积物，于硅晶片上实施一定次数的外延沉积之后，用蚀刻介质，优选为HCl，处理基座。
在对硅晶片实施1至5次外延涂覆之后，优选实施基座蚀刻作用。为此，将经外延涂覆的硅晶片取出并用HCl处理无基板的基座。
为清除硅沉积物，除了基座表面之外，优选用氯化氢清洗整个加工室。
在基座蚀刻之后并在进一步外延加工之前，优选用硅涂覆基座。因为待实施外延涂覆的硅晶片不直接放置在基座上，所以这是有利。
此外，发现根据本发明的方法适合于制造硅晶片，该硅晶片包括一个正面及一个背面，其中至少其正面经过抛光且至少正面上涂覆有外延层，基于2毫米的边缘去除部分，其总体平直度值GBIR为0.07至0.3微米。
至少在硅晶片的正面实施抛光之后实施亲水性清洗，因此在硅晶片上形成自然氧化物层，随后在外延反应器内于氢气氛中进行预处理，以去除硅晶片的自然氧化物，随后于第二步骤中添加氯化氢至氢气氛中而进行处理，在第二步中使氢气流量明显降低，从而针对性地将该硅晶片边缘区域内的硅材料去除，至少部分地补偿经抛光的硅晶片的凹面起始几何形状并使该硅晶片具有更平整的几何形状，此外在预处理步骤之后，至少在其正面上施加外延层。
在依照本发明外延涂覆的硅晶片的一系列测量工作过程中，在于蚀刻介质内实施预处理期间均依照本发明将氢气流量降低至0.5至10标准升/分钟，若处理时间为10至120秒，所得总体平直度值GBIR为以下数值：0.11微米-0.15微米-0.17微米-0.25微米-0.29微米，均以2毫米的边缘去除部分为基准。
根据本发明的硅晶片的总体平直度值GBIR优选为0.07至0.25微米。
发现通过将氢气流量降低至5标准升/分钟或更低可实现外延涂覆硅晶片的总体平直度值的进一步改进。
对依照本发明外延涂覆的硅晶片的一系列测量过程中，在于蚀刻介质中实施预处理期间，均将氢气流量降低至5标准升/分钟(与H2烘烤中的流量50标准升/分钟相比)，所得总体平直度值GBIR为以下的数值：0.07微米-0.09微米-0.12微米-0.14微米，均以2毫米的边缘去除部分为基准(参见实施例)。
所以，该外延涂覆硅晶片的GBIR优选为0.07至0.15微米，同样在2毫米的边缘去除部分的情况下。
该硅晶片优选为单晶硅材料的晶片、SOI(“绝缘体上硅”)晶片、具有应变硅层(“应变硅”)的硅晶片或具有外延层的sSOI(“绝缘体上应变硅”)晶片。
根据本发明的硅晶片的GBIR值等于或小于0.3微米，已符合下一代技术(依照ITRS：hp45技术节点)及更下一代技术(hp32技术节点)对起始原料的要求。
这还适合于以SBIRmax表示的局部平直度，根据本发明的硅晶片的局部平直度等于或小于0.1微米，优选为等于或小于0.05微米，同样以2毫米的边缘去除部分为基准，并基于尺寸为26×8平方毫米的片段的区域网格的部分区域。在此情况下制成336个片段，其中52个是“部分位点”。测定SBIRmax时优选考虑“部分位点”。该PUA值优选为100％。
于直径300毫米、依照现有技术制得的、利用化学机械抛光法(CMP)于其正面上实施最终抛光的硅晶片上沉积外延层。对该待外延涂覆的硅晶片实施凹面抛光，即具有凹面起始几何形状及边缘下降。
在外延反应器内对该硅晶片实施预处理期间，首先以50标准升/分钟的H2流量在氢气氛中实施预处理。
在将氯化氢加入氢气氛中实施随后的预处理期间，依照本发明将H2流量降低至5标准升/分钟。用氯化氢实施预处理的时间为60秒。
随后在沉积温度为1120℃且三氯硅烷流量为17标准升/分钟的情况下沉积外延层。
该目的是通过用于制造外延涂覆的硅晶片的方法实现的，其中提供许多至少在正面上经过抛光的硅晶片，并随后在外延反应器内均单独进行涂覆，这是通过以下步骤实施的，将所提供的硅晶片均放置在外延反应器内的基座上，在第一步骤中于氢气氛内在第一氢气流量下实施预处理，以及在第二步骤中在将蚀刻介质加入氢气氛的情况下在减少的第二氢气流量下实施预处理，随后在其经抛光的正面上实施外延涂覆，并从外延反应器取出，此外在实施外延涂覆一定次数之后，对该基座实施蚀刻处理。
在根据本发明的方法中，首先提供许多至少于其正面上经抛光的硅晶片。
为此，利用已知的切割方法，优选通过具有自由颗粒(“浆料”)或固定颗粒(金刚砂线)的线切割，将依照现有技术，优选通过Czochralski坩埚拉晶法制得的硅单晶切割成许多硅晶片。
此外，实施机械加工步骤，如顺序单面磨削法(SSG)、同时双面磨削法(DDG)或研磨。硅晶片的边缘包含任选存在的机械标记，如取向刻痕，或硅晶片边缘的基本上呈直线的削平(“平面”)，通常也进行加工(边缘圆化，“边缘-刻痕-研磨”)。
此外，包括清洗及蚀刻步骤的化学处理步骤。
在实施磨削、清洗及蚀刻步骤之后，通过去除材料实施抛光使该硅晶片的表面平滑化。对于单面抛光(SSP)，于加工期间，用胶泥通过真空或利用粘接剂将硅晶片的背面固定在载体板上。对于双面抛光(DSP)，将硅晶片松散地嵌入锯齿状的薄圆盘中，并于覆盖着抛光布的上抛光盘和下抛光盘之间以“自由浮动”的方式同时抛光正面及背面。
随后，硅晶片的正面优选以不含光雾的方式，例如利用软抛光布借助于碱性抛光溶胶实施抛光；为获得至此步骤所制硅晶片的平直度，在此情况下去除材料的量相对较少，优选为0.05至1.5微米。文献中通常称此步骤为CMP抛光(“化学机械抛光”)。
所提供的硅晶片优选实施凹面抛光，从而限制由抛光(以及蚀刻步骤)对硅晶片的外边缘区域造成的边缘下降。
在边缘去除部分为2毫米的情况下，所提供的硅晶片的总体平直度值GBIR通常为0.3至0.5微米。
在抛光之后，依照现有技术对硅晶片实施亲水性清洗及烘干。实施清洗作用可采用分批法，于洗浴内同时清洗许多硅晶片，或采用喷洒法等实施单晶片加工。
所提供的硅晶片优选为单晶硅材料的晶片、SOI(“绝缘体上硅”)晶片、具有应变硅层(“应变硅”)的硅晶片或sSOI(“绝缘体上应变硅”)晶片。制造SOI或sSOI晶片的方法，如SmartCut，以及制造具有应变硅层的晶片的方法在现有技术中是已知的。
所提供的经抛光的硅晶片随后在外延反应器内单独实施预处理。预处理包括：于氢气氛内处理硅晶片(H2烘烤)并在添加蚀剂介质至氢气氛中的情况下对硅晶片进行处理，优选在950至1200℃的温度范围内实施。
蚀刻介质优选为氯化氢(HCl)。
优选在氢气流量为20至100slm(标准升/分钟)，特别优选为40至60slm的情况下在氢气氛内实施预处理。
氢气氛内的预处理时间优选为0至120秒。
在用蚀刻介质实施预处理期间，添加HCl至氢气氛中的量优选为5至20体积％，去除速率为0.01至0.2微米/分钟。
此外，添加蚀刻介质至该氢气氛中实施预处理期间，与H2烘烤预处理相比，氢气流量明显降低。
氢气流量优选降低至0.5至10标准升/分钟。
氢气流量特别优选降低至0.5至5标准升/分钟。
发现降低用蚀刻介质实施预处理期间的氢气流量可明显改善外延涂覆硅晶片的总体平直度。
通过降低HCl蚀刻步骤中的氢气流量，硅晶片边缘处的厚度与该硅晶片中心方向相比明显减少。这克服了硅晶片的凹面起始几何形状。
于蚀刻期间在H2流量为50slm(标准升/分钟)，即常用HCl浓度时，硅晶片边缘处观察不到增加的材料去除量，通过将H2流量降低至0.5至10slm，即HCl浓度明显提高，取决于用HCl处理的时间，硅晶片边缘处的材料去除量为100至300纳米。
所以，取决于待实施外延涂覆的硅晶片边缘处的预期材料去除量，HCl蚀刻处理期间，处理时间优选为10至120秒。
该方法的特别优点是：在预处理步骤之后，该硅晶片获得对于随后的外延硅层的沉积作用而言的最佳正面形状，这是因为通过预处理使硅晶片的边缘区域平整化，并对硅晶片的凹面形状至少部分地进行补偿。
在预处理步骤之后，至少在硅晶片经抛光的正面上沉积外延层。为此，将作为源气体的硅烷源加入作为载体气体的氢气中。取决于所用的硅烷源，在900至1200℃的温度下沉积外延层。
在1050至1150℃的沉积温度下，优选使用三氯硅烷(TCS)作为硅烷源。
沉积的外延层厚度优选为0.5至5微米。
沉积外延层之后，将该外延涂覆硅晶片从外延反应器取出。
例如为了清除基座的硅沉积物，于硅晶片上实施一定次数的外延沉积之后，用蚀刻介质，优选为HCl，处理基座。
在对硅晶片实施1至5次外延涂覆之后，优选实施基座蚀刻作用。为此，将经外延涂覆的硅晶片取出并用HCl处理无基板的基座。
为清除硅沉积物，除了基座表面之外，优选用氯化氢清洗整个加工室。
在基座蚀刻之后并在进一步外延加工之前，优选用硅涂覆基座。因为待实施外延涂覆的硅晶片不直接放置在基座上，所以这是有利。
此外，发现根据本发明的方法适合于制造硅晶片，该硅晶片包括一个正面及一个背面，其中至少其正面经过抛光且至少正面上涂覆有外延层，基于2毫米的边缘去除部分，其总体平直度值GBIR为0.07至0.3微米。
至少在硅晶片的正面实施抛光之后实施亲水性清洗，因此在硅晶片上形成自然氧化物层，随后在外延反应器内于氢气氛中进行预处理，以去除硅晶片的自然氧化物，随后于第二步骤中添加氯化氢至氢气氛中而进行处理，在第二步中使氢气流量明显降低，从而针对性地将该硅晶片边缘区域内的硅材料去除，至少部分地补偿经抛光的硅晶片的凹面起始几何形状并使该硅晶片具有更平整的几何形状，此外在预处理步骤之后，至少在其正面上施加外延层。
在依照本发明外延涂覆的硅晶片的一系列测量工作过程中，在于蚀刻介质内实施预处理期间均依照本发明将氢气流量降低至0.5至10标准升/分钟，若处理时间为10至120秒，所得总体平直度值GBIR为以下数值：0.11微米-0.15微米-0.17微米-0.25微米-0.29微米，均以2毫米的边缘去除部分为基准。
根据本发明的硅晶片的总体平直度值GBIR优选为0.07至0.25微米。
发现通过将氢气流量降低至5标准升/分钟或更低可实现外延涂覆硅晶片的总体平直度值的进一步改进。
对依照本发明外延涂覆的硅晶片的一系列测量过程中，在于蚀刻介质中实施预处理期间，均将氢气流量降低至5标准升/分钟(与H2烘烤中的流量50标准升/分钟相比)，所得总体平直度值GBIR为以下的数值：0.07微米-0.09微米-0.12微米-0.14微米，均以2毫米的边缘去除部分为基准(参见实施例)。
所以，该外延涂覆硅晶片的GBIR优选为0.07至0.15微米，同样在2毫米的边缘去除部分的情况下。
该硅晶片优选为单晶硅材料的晶片、SOI(“绝缘体上硅”)晶片、具有应变硅层(“应变硅”)的硅晶片或具有外延层的sSOI(“绝缘体上应变硅”)晶片。
根据本发明的硅晶片的GBIR值等于或小于0.3微米，已符合下一代技术(依照ITRS：hp45技术节点)及更下一代技术(hp32技术节点)对起始原料的要求。
这还适合于以SBIRmax表示的局部平直度，根据本发明的硅晶片的局部平直度等于或小于0.1微米，优选为等于或小于0.05微米，同样以2毫米的边缘去除部分为基准，并基于尺寸为26×8平方毫米的片段的区域网格的部分区域。在此情况下制成336个片段，其中52个是“部分位点”。测定SBIRmax时优选考虑“部分位点”。该PUA值优选为100％。
于直径300毫米、依照现有技术制得的、利用化学机械抛光法(CMP)于其正面上实施最终抛光的硅晶片上沉积外延层。对该待外延涂覆的硅晶片实施凹面抛光，即具有凹面起始几何形状及边缘下降。
在外延反应器内对该硅晶片实施预处理期间，首先以50标准升/分钟的H2流量在氢气氛中实施预处理。
在将氯化氢加入氢气氛中实施随后的预处理期间，依照本发明将H2流量降低至5标准升/分钟。用氯化氢实施预处理的时间为60秒。
随后在沉积温度为1120℃且三氯硅烷流量为17标准升/分钟的情况下沉积外延层。
附图说明
图1所示为凹面抛光硅晶片的厚度对其半径的变化曲线(线扫描)。
图2所示为该凹面抛光硅晶片的SBIR值。
图3所示为外延层的厚度对线扫描的变化曲线。
图4所示为外延涂覆硅晶片的SBIR值。
图5所示为外延涂覆硅晶片的厚度对线扫描的变化曲线。
图6所示为外延涂覆硅晶片上各个元件区域内相对于该凹面抛光晶片的SBIR值的变化。
图2所示为该凹面抛光硅晶片的SBIR值。
图3所示为外延层的厚度对线扫描的变化曲线。
图4所示为外延涂覆硅晶片的SBIR值。
图5所示为外延涂覆硅晶片的厚度对线扫描的变化曲线。
图6所示为外延涂覆硅晶片上各个元件区域内相对于该凹面抛光晶片的SBIR值的变化。
具体实施方式
参考图1至6对所得结果加以说明，图2、4及6是以透视方式表示的圆形硅晶片的几何形状。
图1所示为，以线扫描的方式，直径为300毫米-148毫米至+148毫米的凹面抛光的硅晶片随半径变化的厚度分布图。此处，以2毫米的边缘去除部分为基准。该厚度由中心向边缘方向增加，并在边缘处显著下降。
在2毫米的边缘去除部分的情况下，所得总体平直度值GBIR为0.3微米。
图2所示为将凹面抛光硅晶片划分成336个尺寸为26×8平方毫米的元件区域(“位点”)的位点几何形状值SBIR。这336个元件区域中的52个是“部分位点”。在利用2毫米的边缘去除部分或296毫米的FQA，并且考虑了所有的“部分位点”的情况下，所得的最大位点几何形状值SBIRmax为0.174微米。
图3所示为，以线扫描的方式，取决于半径，外延涂覆硅晶片与凹面抛光硅晶片之间的厚度差。该厚度差由中心向晶片边缘方向减少，并在边缘区域内再次增大，但并不对应于该沉积外延层的实际厚度，而应考虑由于预处理步骤所产生的厚度变化。因为用蚀刻介质实施预处理期间，在硅晶片的边缘去除材料，所以与图3所示相比在边缘沉积明显更多的硅。在边缘去除材料的量约为150至200纳米，随后由于厚度为2.6微米±1.5％的均匀外延层而超过该材料去除量。因此遵守该外延层的层厚度规则性的规范。
图4所示为该外延涂覆硅晶片的SBIR值。与凹面抛光硅晶片相比，位点几何形状值明显改进。对于336个尺寸为26×8平方毫米的位点，同样考虑其中的52个“部分位点”，并以2毫米的边缘去除部分或296毫米的FQA为基准，所得SBIRmax为0.086微米。
图5所示为，以线扫描的方式，外延涂覆的、CMP抛光的硅晶片随其半径变化的厚度分布图，以2毫米的边缘去除部分为基准，所得总体平直度值GBIR为0.12微米，即与凹面抛光的硅晶片的总体平直度相比取得显著改进，这在目前的现有技术中是不可能的，这是因为在现有技术中外延沉积作用很容易使硅晶片的总体及局部平直度变差。
图6所示为：对于每个元件区域，与凹面抛光晶片相比，外延涂覆硅晶片SBIR值的变化。具有正号的值代表变差，具有负号的值代表SBIR值的改进。尤其是在外延涂覆硅晶片的边缘区域内产生局部平直度的改进，这是由于以明显降低的氢气流量添加HCl至氢气氛中而对硅晶片实施预处理在该硅晶片边缘区域内所产生的调平作用。
图1所示为，以线扫描的方式，直径为300毫米-148毫米至+148毫米的凹面抛光的硅晶片随半径变化的厚度分布图。此处，以2毫米的边缘去除部分为基准。该厚度由中心向边缘方向增加，并在边缘处显著下降。
在2毫米的边缘去除部分的情况下，所得总体平直度值GBIR为0.3微米。
图2所示为将凹面抛光硅晶片划分成336个尺寸为26×8平方毫米的元件区域(“位点”)的位点几何形状值SBIR。这336个元件区域中的52个是“部分位点”。在利用2毫米的边缘去除部分或296毫米的FQA，并且考虑了所有的“部分位点”的情况下，所得的最大位点几何形状值SBIRmax为0.174微米。
图3所示为，以线扫描的方式，取决于半径，外延涂覆硅晶片与凹面抛光硅晶片之间的厚度差。该厚度差由中心向晶片边缘方向减少，并在边缘区域内再次增大，但并不对应于该沉积外延层的实际厚度，而应考虑由于预处理步骤所产生的厚度变化。因为用蚀刻介质实施预处理期间，在硅晶片的边缘去除材料，所以与图3所示相比在边缘沉积明显更多的硅。在边缘去除材料的量约为150至200纳米，随后由于厚度为2.6微米±1.5％的均匀外延层而超过该材料去除量。因此遵守该外延层的层厚度规则性的规范。
图4所示为该外延涂覆硅晶片的SBIR值。与凹面抛光硅晶片相比，位点几何形状值明显改进。对于336个尺寸为26×8平方毫米的位点，同样考虑其中的52个“部分位点”，并以2毫米的边缘去除部分或296毫米的FQA为基准，所得SBIRmax为0.086微米。
图5所示为，以线扫描的方式，外延涂覆的、CMP抛光的硅晶片随其半径变化的厚度分布图，以2毫米的边缘去除部分为基准，所得总体平直度值GBIR为0.12微米，即与凹面抛光的硅晶片的总体平直度相比取得显著改进，这在目前的现有技术中是不可能的，这是因为在现有技术中外延沉积作用很容易使硅晶片的总体及局部平直度变差。
图6所示为：对于每个元件区域，与凹面抛光晶片相比，外延涂覆硅晶片SBIR值的变化。具有正号的值代表变差，具有负号的值代表SBIR值的改进。尤其是在外延涂覆硅晶片的边缘区域内产生局部平直度的改进，这是由于以明显降低的氢气流量添加HCl至氢气氛中而对硅晶片实施预处理在该硅晶片边缘区域内所产生的调平作用。