一种外延晶片及其制备方法

技术领域

本发明涉及晶体合成技术领域，特别是涉及一种外延晶片及其制备方法。

背景技术

在外延生长过程中，衬底的第一表面上生长外延层的同时，与第一表面相对设置的第二表面上不可避免地也会形成少量的结晶。而衬底第二表面上的结晶会破坏晶片整体的平整度，影响后续芯片制造的吸附或对焦等工艺。现有技术中，通过对晶片衬底的第二表面进行抛光处理以去除结晶，但是抛光操作容易损伤衬底及衬底第一表面上的外延层，进而造成芯片制造阶段的良率损失。

发明内容

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晶片及其制备方法，能够在去除衬底第二表面上的结晶的同时，不破坏晶片衬底及第一表面上的外延层，提高外延晶片的质量。

为解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的。

本发明提供一种外延晶片的制备方法，至少包括以下步骤：

提供一衬底，所述衬底包括相对设置的第一表面和第二表面；

在所述第二表面上形成环形碳层，所述环形碳层设置在所述第二表面的边缘；

翻转所述衬底，暴露所述第一表面；

在所述第一表面上生长外延层；以及

去除所述环形碳层，得到外延晶片。

在本发明一实施例中，所述环形碳膜的厚度为1～10μm。

在本发明一实施例中，所述环形碳层的碳源包括石墨、金刚石和碳/碳复合材料中的至少一种。

在本发明一实施例中，在所述第二表面上形成环形碳层的步骤，包括：

将所述衬底放置在载具上，暴露所述第二表面；

提供一圆形挡板，将所述圆形挡板放置在所述第二表面中心的上方；以及

通过磁控溅射，在所述第二表面上形成环形碳层。

在本发明一实施例中，所述圆形挡板与所述衬底之间的距离为0.5～1.5mm。

在本发明一实施例中，所述衬底的直径与所述圆形挡板的直径比值为1.3～1.7。

在本发明一实施例中，所述载具包括固定件和支架，所述固定件设置在所述支架的内侧壁上。

在本发明一实施例中，翻转所述衬底的步骤，包括：

机械臂接触所述第二表面的中心区域，固定所述衬底；以及

所述机械臂移动并翻转所述衬底，将所述衬底放置在反应腔中。

在本发明一实施例中，去除所述环形碳层的方式包括毛刷刷动、无尘布擦拭、胶膜吸附、超声清洗、兆声清洗、气体吹除和高压液体去除中的至少一种。

本发明还提出一种外延晶片，采用以上任意一项所述的外延晶片的制备方法获得。

综上所述，本发明提供了一种外延晶片及其制备方法，摒弃传统的抛光方法，能够在去除衬底的第二表面上的结晶、提高晶片整体平整性的同时，不破坏衬底及第一表面上的外延层，获得高质量的外延晶片，从而提高芯片制造的良率。

当然，实施本发明的任一方式并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的一种外延晶片制备方法的流程示意图；

图2为本发明中形成环形碳层的流程示意图；

图3为本发明中翻转衬底的流程示意图；

图4为本发明中一实施例中载具的结构示意图；

图5为本发明中载具固定衬底的示意图；

图6为本发明形成环形碳层的示意图；

图7为本发明一实施例中圆形挡板的结构示意图；

图8为本发明中环形碳层和衬底的俯视图；

图9为本发明一实施例中机械臂与衬底第二表面中心接触的主视图；

图10为本发明一实施例中机械臂的结构示意图；

图11为本发明中外延层生长后衬底的示意图；

图12为经本发明提供的外延晶片制备方法而获得的外延晶片的示意图。

标号说明：

10、衬底；11、圆形挡板；111、提手；112、圆板；113、支脚；12、碳源；13、环形碳层；14、机械臂；141、底面；1411、气道；1412、气孔；142、臂体；15、结晶；16、外延层；17、载具；171、支架；172、固定件。

具体实施方式

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。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

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。

下面结合实施例及附图对本发明的技术方案做进一步详细说明，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供一种外延晶片及其制备方法，能够在去除晶片第二表面上结晶的同时，不破坏晶片衬底及衬底第一表面上外延层的质量，从而保证晶片整体的平整性，提高外延晶片的质量。本申请提供的制备方法可广泛应用于各种外延层的生长过程中，用于提高外延层的质量。

请参阅图1所示，本发明提供一种外延晶片的制备方法，至少包括步骤S11-S15。

步骤S11、提供一衬底，衬底包括相对设置的第一表面和第二表面。

步骤S12、在第二表面上形成环形碳层，环形碳层设置在第二表面的边缘。

步骤S13、翻转衬底，暴露第一表面。

步骤S14、在第一表面上生长外延层。

步骤S15、去除环形碳层，得到外延晶片。

请参阅图1和图12所示，在本发明一实施例中，在步骤S11中，提供一衬底10，衬底10例如包括硅晶片、碳化硅晶片或氮化镓晶片等中的一种，本发明并不限制衬底10的类型。其中，衬底10包括相对设置的第一表面和第二表面，且例如将生长外延层16的表面定义为第一表面，将与外延层16相对的表面定义为第二表面。在半导体器件制造技术中，通过外延在衬底10的第一表面上生长一层外延层16，外延层16例如为衬底10的同质外延，又例如为衬底10的异质外延。通过在衬底10的第一表面上形成外延层16，来满足半导体器件的制作需求。

请参阅图1、图2和图6所示，在本发明一实施例中，在步骤S12中，在第二表面上形成环形碳层13的步骤，例如包括步骤S120-S122。

步骤S120、将衬底放置在载具上，暴露第二表面。

请参阅图1、图2和图5所示，在本发明一实施例中，在形成环形碳层13时，将衬底10放置在载具17上，使衬底10的第二表面暴露，等待沉积碳源。

请参阅图4和图5所示，在本发明一实施例中，放置衬底10的载具17例如包括支架171和固定件172等。其中，支架171的材质例如包括金属和陶瓷等不易变形的材料中的至少一种。支架171的形状例如为圆柱体，且圆柱体支架171中的任意一个底面设置为开口，以放置衬底10。而且，圆柱形支架171的直径大于衬底10的直径，以使载具17能够容纳预设尺寸的衬底10。在本实施例中，固定件172例如设置在支架171靠近开口的内侧壁上，衬底10放置在固定件172上，固定件172为衬底10提供支撑。固定件172的材质例如包括硅橡胶、乳胶和PU橡胶等弹性材料中的至少一种，以保证与衬底10接触的固定件10不会损坏衬底10。

步骤S121、提供一圆形挡板，将圆形挡板放置在第二表面中心的上方。

请参阅图1、图2、图6和图8所示，在本发明一实施例中，在载具17上放置衬底10后，在第二表面中心的上方放置圆形挡板11，且圆形挡板11的中心与第二表面的圆心在同一条竖直线上，以遮挡第二表面的中心区域，确保在衬底10第二表面的边缘能够形成宽度均匀的环形碳层13。通过在第二表面的边缘设置环形碳层13，外延生长时，外延层16扩散到第二表面边缘的环形碳层13上，避免了扩散的外延层16直接与第二表面接触，以方便去除扩散的外延层16。在本发明一实施例中，衬底10的直径与圆形挡板11的直径比值例如为1.3～1.7，即环形碳层13的宽度例如为衬底10直径的0.12～0.2，防止因环形碳层13的宽度过小，在外延生长时，外延气源扩散范围越过环形碳层13，在第二表面无环形碳层13覆盖的区域上沉积并形成结晶15，从而无法发挥环形碳层13的技术效果。在本发明一实施例中，环形碳层13均匀分布在第二表面中心的两侧，防止因环形碳层12分布不均而造成衬底10的质量不平衡，影响外延生长。在本发明一实施例中，环形碳层13的厚度例如为1～10μm，以防止环形碳层13过厚，造成环形碳层13去除不彻底而破坏外延晶片的质量。

请参阅图7所示，在本发明一实施例中，圆形挡板11与衬底10之间的距离例如为0.5～1.5mm，以减少圆形挡板11与衬底10第二表面之间的接触，避免圆形挡板11破坏或污染衬底10。在本发明一实施例中，圆形挡板11例如包括提手111、圆板112和支脚113等。其中，提手111例如设置在圆板112一侧的中心位置上，以方便操作人员移动圆形挡板11。支脚113例如设置在远离提手111一侧的圆板112上，且支脚113距离圆板112的距离例如为0.5～1.5mm。支脚113例如为至少3个，且支脚113均匀分布在远离提手111一侧的圆板112上，以支撑圆板112与衬底10之间保持着预设距离，避免圆板112破坏或污染衬底10的第二表面。在本实施例中，远离提手111一侧的圆板112上例如设置3个支脚113，通过3个支脚113，圆形挡板11放置在衬底10第二表面的中心位置上，圆形挡板11的中心与衬底10第二表面的中心在同一条竖直线上，以遮挡衬底10第二表面的中心区域，以确保能够在衬底10第二表面的边缘形成宽度均匀的环形碳层13。在本实施例中，支脚113的材质例如包括弹性体或橡胶等，以避免支脚113污染或损害衬底10。在本发明另一实施例中，圆形挡板11例如与沉积腔的内壁活动连接，在形成环形碳层13时，圆形挡板11向衬底10上移动，并位于衬底10的中心，圆形挡板11与衬底10之间保持着预设距离，确保圆形挡板11不接触衬底10，以防止圆形挡板11污染或损害衬底10。

步骤S122、通过磁控溅射，在第二表面上形成环形碳层。

请参阅图1、图2和图6所示，在本发明一实施例中，在步骤S122中，环形碳层13例如采用磁控溅射等方法形成，具体的，在溅射碳源12时，由于圆形挡板11的遮挡作用，碳源12沉积在衬底10第二表面的边缘区域，在衬底10第二表面的边缘上形成环形碳层13。圆形挡板11只遮挡第二表面的中心区域，第二表面的边缘暴露在碳源12下，从而形成环形碳层13。在本实施例中，环形碳层13例如为单组分非晶体透明膜，材料稳定性好，环形碳层13与碳化硅衬底10之间的晶格匹配性差，附着力低，容易去除。在本发明一实施例中，碳源12例如包括石墨、金刚石和碳/碳复合材料等中的至少一种。在沉积碳源12时，磁控溅射的功率例如为1.5～2KW，又例如为1.8KW，电流例如为2～4A，又例如为3A，基本偏压例如为-70～-55V，又例如为-60V，真空度例如为0.1～0.2Pa，又例如为0.2Pa，温度例如为室温，溅射时间例如为2～5h。

请参阅图1、图3和图9所示，在本发明一实施例中，在步骤S13中，翻转衬底10，暴露第一表面的步骤，例如包括步骤S130-S131。

S130、机械臂接触第二表面的中心区域，固定衬底。

请参阅图1、图3和图9所示，在本发明一实施例中，在步骤S130中，翻转衬底10时，机械臂14只与衬底10第二表面的中心区域接触，不接触衬底10的第二表面边缘上的环形碳层13，以保护环形碳层13。

请参阅图9至图10所示，在本发明一实施例中，机械臂14例如通过吸附的方式固定衬底10，机械臂14例如包括底面141与臂体142，臂体142例如设置在底面141下部，并向一侧延伸。底面141与衬底10第二表面的中心区域接触并吸附连接，以固定衬底10。在底面141上例如设置气道1411和多个气孔1412，气道1411中传输气体到气孔1412，多个气孔1412均匀分布在底面141上。在本发明一实施例中，多个气孔1412例如围绕底面141的中心呈三层均匀分布，底面141的中心位置上设置1个气孔1412，第二层例如设置4个气孔1412，第三层例如设置8个气孔1412，多个气孔1412与衬底10第二表面的中心区域接触，以稳定吸附衬底10。

S131、机械臂移动并翻转衬底，将衬底放置在反应腔中。

请参阅图1、图3和图9所示，在本发明一实施例中，在步骤S131中，机械臂14的臂体142提供动力，移动并翻转衬底10，将衬底10放置在反应腔中，使衬底10的第一表面暴露，等待生长外延层18。

请参阅图1和图11所示，在本发明一实施例中，在步骤S14中，在衬底10的第一表面上生长外延层16。在本发明一实施例中，外延层16的生长方法例如为原子层沉积、物理气相沉积、蒸发外延生长和分子束外延生长等中的一种。在本发明其他实施例中，外延层16的生长方法又例如为化学气相沉积法，在衬底10的第一表面上形成外延层16。其中，依据外延层16的种类，外延气源例如包括硅烷、氯硅烷、二氯二氢硅、乙硅烷或六氟化钨等中的至少一种。在沉积过程中，由于衬底10的第一表面和第二表面相对，且外延层16完全覆盖第一表面，外延气源无可避免地会扩散到衬底10的第二表面边缘并向中心延伸，因此衬底10的第二表面上会形成结晶15。由于外延气源流速的限制，外延气源16扩散并沉积在衬底10的第二表面的边缘上，而衬底10的第二表面上无环形碳层13的中心区域上不会存在结晶15。衬底10第二表面边缘上的结晶15导致晶片整体的平整度下降，影响芯片制造工艺，因此，在形成外延层16后，需要去除衬底10的第二表面上的结晶15，以改善晶片的质量，提高芯片制造的良率。

请参阅图1和图12所示，在本发明一实施例中，在步骤S15中，形成外延层16后，去除衬底10第二表面上的环形碳层13，得到外延晶片。其中，环形碳层13例如通过毛刷刷动、无尘布擦拭、胶膜吸附、超声清洗、兆声清洗、气体吹除和高压液体去除等中的至少一种去除。其中，超声清洗、兆声清洗或高压液体去除的溶剂例如为纯水等，高压液体的流动截面例如为线型等。在去除过程中，环形碳层13与衬底10之间的附着力低，因此环形碳膜13可以通过简单和柔和的方式去除。在去除衬底10第二表面上的环形碳层13时，环形碳层13上附着的结晶15同时被去除，提高了衬底10整体的平整性。而且，相对于抛光工艺去除结晶15，环形碳层13及环形碳层13上结晶15的去除方式更加简单和柔和，衬底10和第一表面上的外延层16的质量不会因去除方式而被破坏，从而得到高质量的外延晶片。

请参阅图1和图12所示，本发明还提供一种外延晶片，借助圆形挡板11遮挡衬底10第二表面的中心区域，采用磁控溅射在衬底10第二表面的边缘上形成环形碳层13后，再进行外延生长，在衬底10第一表面上生长外延层16，最后通过简单和柔和的方式去除衬底10第二表面上的环形碳层13及环形碳层13上附着的结晶15，不会破坏衬底10及衬底10第二表面上的外延层16，得到高质量的外延晶片。

综上所述，本发明提供了一种外延晶片及其制备方法，首先在衬底第二表面的边缘形成环形碳层，然后在衬底的第一表面上生长外延层，最后通过简单、柔和的方式来去除衬底第二表面边缘上的环形碳层及环形碳层上的结晶，得到外延晶片。通过本发明提供的方法，能够在去除衬底第二表面上的结晶、提高衬底整体平整性的同时，不会破坏衬底及第一表面上的外延层的质量，从而获得高质量的外延晶片。

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。