阅读说明：本技术 一种半导体薄膜平坦度改善的方法 (Method for improving flatness of semiconductor film ) 是由 董晨华 林志鑫 曹共柏 于 2019-08-09 设计创作，主要内容包括：本发明提供一种半导体薄膜平坦度改善的方法,所述方法包括:提供晶圆；执行气相沉积,以在所述晶圆的表面形成外延层；其中,在所述气相沉积过程中加入抑制所述外延层的生长的气体,以调节位于所述晶圆的边缘区域的所述外延层的厚度,提高所述外延层的平坦度。根据本发明提供的半导体薄膜平坦度改善的方法,通过在执行气相沉积时通入抑制所述外延层生长的气体,以调节位于所述晶圆的边缘区域的所述外延层的厚度,抑制了边缘外延层的生长,改善了边缘处的形貌,减少了SFQR值,改善了外延层的平坦度。(The invention provides a method for improving the flatness of a semiconductor film, which comprises the steps of providing a wafer; performing vapor deposition to form an epitaxial layer on the surface of the wafer; and adding gas for inhibiting the growth of the epitaxial layer in the vapor deposition process to adjust the thickness of the epitaxial layer in the edge area of the wafer and improve the flatness of the epitaxial layer. According to the method for improving the flatness of the semiconductor film, the gas for inhibiting the growth of the epitaxial layer is introduced when the vapor deposition is carried out, so that the thickness of the epitaxial layer positioned in the edge area of the wafer is adjusted, the growth of the edge epitaxial layer is inhibited, the appearance at the edge is improved, the SFQR value is reduced, and the flatness of the epitaxial layer is improved.)

一种半导体薄膜平坦度改善的方法

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，具体而言涉及一种半导体薄膜平坦度改善的方法。

背景技术

在半导体器件制造领域，通常会采用化学气相沉积(CVD)方法在晶圆上形成一层单晶硅薄膜作为外延层，以实现对晶圆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。外延层表面平坦度是半导体器件性能的重要影响参数，平坦度越好，器件良率与性能也越高，因而平坦度改善是外延片研究的重要内容。随着硅片直径的增加，外延层表面平坦度的改善不仅是质量的优化，而且是整体成本的降低。

因此，有必要提出一种半导体薄膜平坦度改善的方法，能有效改善外延层表面平坦度，提高半导体器件的良率和性能。

发明内容

在发明内容部分中引入了一系列简化形式的概念，这将在

具体实施方式

部分中进一步详细说明。本发明的发明内容部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。

本发明提供半导体薄膜平坦度改善的方法，包括以下步骤：

提供晶圆；

执行气相沉积，以在所述晶圆的表面形成外延层；

其中，在所述气相沉积过程中加入抑制所述外延层的生长的气体，以调节位于所述晶圆的边缘区域的所述外延层的厚度，提高所述外延层的平坦度。

进一步，所述气相沉积包括化学气相沉积。

进一步，所述气相沉积包括主气流以及边缘副气流。

进一步，所述外延层包括中心区域和边缘区域，所述主气流设置为控制晶圆中心区域的所述外延层厚度，所述边缘副气流设置为控制晶圆边缘区域的所述外延层的厚度。

进一步，在所述边缘副气流中加入抑制所述外延层生长的气体。

进一步，所述抑制所述外延层生长的气体包括HCl。

进一步，所述气相沉积还通入沉积气体，所述沉积气体包括三氯硅烷；所述气相沉积还通入载气，所述载气包括H₂。

进一步，所述三氯硅烷的流量范围是1500sccm-2000sccm，所述H₂的流量范围是1000sccm-1500sccm，所述HCl的流量范围是0-300sccm。

进一步，所述外延层包括单晶硅。

进一步，所述主气流的方向与所述边缘副气流的方向之间夹角的范围是70°-110°。

根据本发明提供的半导体薄膜平坦度改善的方法，通过在执行气相沉积时通入抑制所述外延层生长的气体，以调节位于所述晶圆的边缘区域的所述外延层的厚度，抑制了边缘外延层的生长，改善了边缘处的形貌，减少了SFQR值，改善了外延层的平坦度。

附图说明

通过结合附图对本发明实施例进行更详细的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显。附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中，相同的参考标号通常代表相同部件或步骤。

附图中：

图1示出了根据现有技术的晶圆表面厚度的曲线图。

图2示出了不同H₂流量形成的外延层厚度的曲线图。

图3示出了不同TCS流量形成的外延层厚度的曲线图。

图4是根据本发明示例性实施例的方法实施的示意图。

图5示出了不同HCl流量形成的外延层厚度的曲线图。

图6是根据本发明示例性实施例的一种半导体薄膜平坦度改善的方法的示意性流程图。

具体实施方式

在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。

应当理解的是，本发明能够以不同形式实施，而不应当解释为局限于这里提出的实施例。相反地，提供这些实施例将使公开彻底和完全，并且将本发明的范围完全地传递给本领域技术人员。在附图中，为了清楚，层和区的尺寸以及相对尺寸可能被夸大。自始至终相同附图标记表示相同的元件。

应当明白，当元件或层被称为“在...上”、“与...相邻”、“连接到”或“耦合到”其它元件或层时，其可以直接地在其它元件或层上、与之相邻、连接或耦合到其它元件或层，或者可以存在居间的元件或层。相反，当元件被称为“直接在...上”、“与...直接相邻”、“直接连接到”或“直接耦合到”其它元件或层时，则不存在居间的元件或层。应当明白，尽管可使用术语第一、第二、第三等描述各种元件、部件、区、层和/或部分，这些元件、部件、区、层和/或部分不应当被这些术语限制。这些术语仅仅用来区分一个元件、部件、区、层或部分与另一个元件、部件、区、层或部分。因此，在不脱离本发明教导之下，下面讨论的第一元件、部件、区、层或部分可表示为第二元件、部件、区、层或部分。

空间关系术语例如“在...下”、“在...下面”、“下面的”、“在...之下”、“在...之上”、“上面的”等，在这里可为了方便描述而被使用从而描述图中所示的一个元件或特征与其它元件或特征的关系。应当明白，除了图中所示的取向以外，空间关系术语意图还包括使用和操作中的器件的不同取向。例如，如果附图中的器件翻转，然后，描述为“在其它元件下面”或“在其之下”或“在其下”元件或特征将取向为在其它元件或特征“上”。因此，示例性术语“在...下面”和“在...下”可包括上和下两个取向。器件可以另外地取向(旋转90度或其它取向)并且在此使用的空间描述语相应地被解释。

在此使用的术语的目的仅在于描述具体实施例并且不作为本发明的限制。在此使用时，单数形式的“一”、“一个”和“所述/该”也意图包括复数形式，除非上下文清楚指出另外的方式。还应明白术语“组成”和/或“包括”，当在该说明书中使用时，确定所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但不排除一个或更多其它的特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或组的存在或添加。在此使用时，术语“和/或”包括相关所列项目的任何及所有组合。

为了彻底理解本发明，将在下列的描述中提出详细的步骤以及详细的结构，以便阐释本发明提出的技术方案。本发明的较佳实施例详细描述如下，然而除了这些详细描述外，本发明还可以具有其他实施方式。

晶圆的局部平坦度通常采用SFQR(Site Front Quotient Range)参数进行评价。具体地，将晶圆划分为若干局部区域(site)。作为一个实例，12寸晶圆或直径为300mm的晶圆通常选用26mmx8mm作为一个局部区域Site，将一片晶圆划分出324个局部区域Site，每个局部区域Site对应一个SFQR值。在每个局部区域Site中基于厚度值作出基准线，分别计算该局部区域Site内的最高点、最低点与所述基准线的差值，再选出所有局部区域Site的最大值体现整个晶圆的平坦度情况。

由于外延基座设计，外延层会在晶圆的边缘(145mm处)处形成凸起，如图1中曲线②所示。进一步，由于外延前晶圆需要经过研磨、抛光、清洗等加工成形工艺，抛光液等腐蚀溶液加工过程很容易在边缘(145mm-148mm处)聚集，造成边缘凹陷现象，如图1中曲线③所示。如图1中曲线④示出了外延层凸起与晶圆凹陷叠加的效果，当外延层凸起与晶圆凹陷位于相同位置处时，SFQR值较小，生产出的外延片平坦度合格；当外延层凸起与晶圆凹陷位于不同位置处时，SFQR值较大，生产出的外延片平坦度不合格。

针对上述问题，本发明提供了一种半导体薄膜平坦度改善的方法。下面对本发明的半导体薄膜平坦度改善的方法的具体实施方式做详细的说明。

参见图4和图6，首先，执行步骤S601，提供晶圆100。

示例性地，在本发明中，所述晶圆100可以是以下所提到的材料中的至少一种：单晶硅、绝缘体上硅(SOI)、绝缘体上层叠硅(SSOI)、绝缘体上层叠锗化硅(S-SiGeOI)、绝缘体上锗化硅(SiGeOI)以及绝缘体上锗(GeOI)等。作为一个实例，晶圆100的构成材料选用单晶硅。

示例性地，对所述晶圆100进行预处理。所述预处理包括对所述晶圆100进行研磨、抛光、清洗等处理，具体地，首先将铸锭切割为晶圆，然后用研磨(grinding)或磨削方法处理以使得晶圆的每个面平行，但研磨处理导致晶圆表面大量的机械损伤，并可能导致晶圆翘曲度的增加；为了移除损伤，接下来将晶圆浸入用来蚀刻表面损伤的化学溶液中；接着，采用化学机械抛光(CMP)将晶圆减薄至预定厚度并抛光晶圆，以实现所需的平坦度和粗糙度技术规格。

经过上述预处理步骤，晶圆100表面的局部平坦度如图1中曲线③所示，可以看出，曲线边缘处出现明显厚度转折，这是因为在预处理过程中抛光液等腐蚀溶液容易在晶圆边缘聚集，造成边缘凹陷。

接下来，执行步骤S602：执行气相沉积，以在所述晶圆100的表面形成外延层；其中，在所述气相沉积过程中加入抑制所述外延层的生长的气体，以调节位于所述晶圆的边缘区域的所述外延层的厚度，提高所述外延层的平坦度。

如图4所示，所述气相沉积包括主气流200以及边缘副气流201。主气流200设置为控制晶圆中心区域的所述外延层厚度，边缘副气流201设置为控制晶圆边缘区域的所述外延层的厚度。进一步，所述主气流200和所述边缘副气流201的气流方向的夹角范围是70°至110°，优选为85°至95°。

示例性地，所述气相沉积可以采用本领域技术人员所熟习的任何现有技术，优选化学气相沉积法(CVD)，如低温化学气相沉积(LTCVD)、低压化学气相沉积(LPCVD)、快热化学气相沉积(RTCVD)、等离子体增强化学气相沉积(PECVD)。

具体地，形成所述外延层的工艺条件包括：将晶圆100置于处理室中，经过预处理的晶圆表面暴露给沉积气体，以在晶圆100表面上形成外延层。其中，处理室维持在1000℃至1200℃的温度范围内，优选1100℃至1150℃，处理室的压力为常压(即760Torr)。

沉积气体包括硅源，硅源供应至处理室的主气流的流量为60slm-120slm，硅源供应至处理室的边缘副气流201的流量为0-2900sccm，优选1500sccm-2000sccm。可用于沉积气体中以沉积含硅化合物的硅源包括：硅烷，二氯硅烷(DCS)，三氯硅烷(TCS)。作为一个实例，所述硅源选用三氯硅烷(TCS)，形成的外延层为单晶硅层。

硅源伴随载气而提供至处理室中。载气供应至处理室的主气流的流量为1slm至100slm，优选50slm至80slm，载气供应至处理室的边缘副气流201的流量500sccm-2000sccm，优选1000sccm-1500sccm。载气包括氮气(N₂)、氢气(H₂)、氩气、氦气及它们的组合，通常基于沉积过程图中所使用的前驱物及/或处理温度来选择载气。在本实施例中，处理室温度大于1000℃，因此采用氢气(H₂)作为载气。

如图3所示，调节边缘副气流201中TCS的流量，以判断是否能够通过调节TCS的流量减小SFQR值，以改善外延片的平坦度。具体地，图3中曲线①H₂的流量为500sccm，TCS的流量为0；图3中曲线②H₂的流量为500sccm，TCS的流量为500sccm；图3中曲线③H₂的流量为500sccm，TCS的流量为1000sccm；图3中曲线④H₂的流量为500sccm，TCS的流量为2000sccm；图3中曲线⑤H₂的流量为500sccm，TCS的流量为2900sccm。实验证明，无法通过调节TCS的流量来改善外延片的平坦度。

如图2所示，调节边缘副气流201中H₂的流量，以判断是否能够通过调节H2的流量减小SFQR值，以改善外延片的平坦度。具体地，图2中曲线①H₂的流量为500sccm，TCS的流量为1000sccm；图2中曲线②H₂的流量为1000sccm，TCS的流量为1000sccm；图2中曲线③H₂的流量为2000sccm，TCS的流量为1000sccm。实验证明，无法通过调节H2的流量来改善外延片的平坦度。

外延层生长过程中发生的反应包括：

示例性地，抑制所述外延层生长的气体包括HCl，当加入HCl后，HCl浓度增大，抑制公式(2)和公式(4)过程的正向反应，从而抑制边缘处的Si生长，使得外延层的边缘形貌趋于平缓。

如图5所示，调节边缘副气流201中HCl的流量，以判断是否能够通过调节HCl的流量减小SFQR值，以改善外延片的平坦度。具体地，图5中H2流量范围是1000sccm-1500sccm，优选1200sccm；TCS的流量范围是1500sccm-2000sccm，优选1700sccm；曲线①HCl的流量为0sccm；曲线②HCl的流量为100sccm；曲线③HCl的流量为200sccm；曲线④HCl的流量为300sccm；曲线⑤HCl的流量为400sccm；曲线⑥HCl的流量为500sccm。根据图5的实验结果，HCl的流量范围为0-1000sccm，优选0-300sccm，抑制了边缘Si的生长，减小了SFQR值，改善了外延片的平坦度。

根据本发明提供的半导体薄膜平坦度改善的方法，通过在执行气相沉积时通入抑制所述外延层生长的气体，以调节位于所述晶圆的边缘区域的所述外延层的厚度，抑制了边缘外延层的生长，改善了边缘处的形貌，减少了SFQR值，改善了外延层的平坦度。

本发明已经通过上述实施例进行了说明，但应当理解的是，上述实施例只是用于举例和说明的目的，而非意在将本发明限制于所描述的实施例范围内。此外本领域技术人员可以理解的是，本发明并不局限于上述实施例，根据本发明的教导还可以做出更多种的变型和修改，这些变型和修改均落在本发明所要求保护的范围以内。本发明的保护范围由附属的权利要求书及其等效范围所界定。