CN102522334A - 采用高温氧化制程制备igbt用单晶硅晶圆背封材料的工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种采用高温氧化制程制备IGBT用单晶硅晶圆背封材料的工艺，工艺包括如下步骤：a、将装有待处理晶圆的石英舟装入高温氧化炉体内，炉体温度保持为600至800℃；b、通入氮气和氧气；升温至1000℃－1150^oC，恒温退火4小时以上；c、停止通O₂，将石英舟从高温氧化炉取出，d、用N₂吹扫,利用划磨式或手贴膜式去除氧化膜的方法去除正面及边缘的氧化层，对比LPCVD技术，高温氧化背封的加工量高，对比PECVD技术，高温氧化不会带来化学、粒子污染，能兼顾产量和合格率，又不引入新的污染，可以用于IGBT等电力电子器件用外延片的原材料衬底的制备，是适用于大规模工业生产的制备单晶硅晶圆背封技术。

Description

采用高温氧化制程制备IGBT用单晶硅晶圆背封材料的工艺

技术领域

本发明涉及单晶硅晶圆硅抛光片的背处理技术领域，特别涉及一种采用高温氧化制程制备IGBT用单晶硅晶圆背封材料的工艺。

背景技术

目前，以IGBT为代表的新型电力电子器件的快速增长，造成生产电力电子器件的主体材料硅单晶的紧缺，对国内电力电子器件的发展形成制约，从而威胁到我国以高压输变电工程、智能电网、高速铁路建设等为代表的一系列重大项目的安全；巨大的市场需求为IGBT用外延片的原材料衬底——单晶硅晶圆抛光片的发展提供了广阔市场空间和不可多得的机遇。单晶硅晶圆抛光片的加工一般主要包括切片、倒角、磨片、腐蚀、背处理、抛光、清洗等制程，其中背处理制程一般包括背损伤处理、背封处理和边缘氧化膜去除处理等。背封处理是单晶硅晶圆加工的重要制程，其背封面的质量优劣对后道外延过程起着至关重要的作用，这是因为：一般而言，外延沉积的硅片是重掺杂的，在外延生长过程的温度（1100℃左右）上，重掺硅片的掺杂剂会从重掺硅片外扩散与流动的反应物混合，一般这种现象被称为“自掺杂效应”。当外延层在硅片正表面生长时，这个效应会减弱，但硅片背面的外扩散仍在继续；在这个高温过程中，如果在硅片背面淀积一层薄膜，就能有效阻止掺杂剂的向外扩散，这一层就如同密封剂一样防止掺杂剂的逃逸。

在单晶硅晶圆加工制程中，一般选取的是二氧化硅（SiO₂）作为背封材料。目前为止，主要采用三种CVD(Chemical Vapor Deposition)技术制备二氧化硅背封材料，即常压化学气相沉积（Atmospheric Pressure Chemical Vapor Deposition——APCVD），低压化学气相沉积（Low Pressure Chemical Vapor Deposition——LPCVD）和等离子增强化学气相沉积（Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition——PECVD）等。遗憾的是，目前这三种二氧化硅背封制备技术都有它各自的局限性：APCVD虽设备简单，制程温度低，沉积速度快，但其制备的二氧化硅薄膜通常含较多的粒子沾污，可能存在针孔等不良现象，影响其合格率；另外，且其步阶覆盖率较低，可能影响其背封效果。LPCVD虽制备的二氧化硅薄膜步阶覆盖率极佳，纯度极好，但其反应速度很慢，生长速率通常只有5至10nm/min，这样生长一片500nm的背封膜就需要一个小时左右，不可能大批量生产。而PECVD虽能兼顾沉积速率和步阶覆盖率，但其制备的二氧化硅薄膜中不可避免的含有氢等化学、粒子污染，对后道加工带来不利影响。这就说明急需找到一种制备二氧化硅薄膜的背封技术，既能兼顾产量和合格率，又不引入新的污染。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术存在的不足，提供一种利用半导体制造中的高温氧化制程制备单晶硅晶圆背封材料的工艺技术方案，从而突破现有单晶硅晶圆背封工艺的局限。

本发明是通过这样的技术方案实现的：一种采用高温氧化制程制备IGBT用单晶硅晶圆背封材料的工艺，其特征在于：所述工艺包括如下次序步骤：

A.      将装有待处理晶圆的石英舟装入高温氧化炉体内，炉体温度保持为600至800℃；

B.      通入纯度≥99%的氮气和纯度≥99.9993%的氧气；通入氮气的流量为：6至9L/min，通入氧气O₂的流量为4至16L/min；待15分钟匀气后，开始升温，60至90分钟内炉体升温至1000℃－1150^oC，然后恒温退火4小时以上；使晶圆正反面都完全氧化，保持通O₂，降温2至3小时后，炉体降温到600至800℃；

C.      停止通O₂，将石英舟从高温氧化炉取出，用N₂吹扫, 流量为6至9L/min；待晶圆降至室温后从石英舟中取出；

D.      利用划磨式或手贴膜式去除氧化膜的方法去除正面及边缘的氧化层。

本发明的优点及效果是：本发明利用半导体制造中的高温氧化制程制备单晶硅晶圆背封材料，从而突破了现有背封工艺的局限。高温氧化属于半导体制造的通用设备，结构原理简单。高温氧化背封膜对比APCVD制备的背封膜，高温氧化背封由于在高纯氮气、氧气气氛下制备，不会造成粒子沾污；另外，高温氧化背封膜致密，背封效果较好。对比LPCVD技术，高温氧化背封一炉能产出800片晶圆，需10小时左右，而LPCVD生产同样800片晶圆则需800小时。对比PECVD技术，高温氧化不会带来化学、粒子污染。

本发明通过高温氧化工艺制备单晶硅晶圆背封材料，能兼顾产量和合格率，又不引入新的污染，是该技术领域中具革命性的突破，可以用于IGBT等电力电子器件用外延片的原材料衬底的制备，是适用于大规模工业生产的制备单晶硅晶圆背封技术。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明进一步述详细说明： 

实施例1：

1） 准备背损伤、背封之后的6英寸（直径150mm）厚度为642μm，掺杂剂为B，<111>晶向，电阻率为0.002-0.004的单晶硅片作为原料；

2） 把经过背损伤、背封之后的腐蚀片从片蓝中取出，放入石英舟内；每舟装载200片晶圆；

3） 将装有待有晶圆的石英舟装入高温氧化炉体内，此时炉体温度保持为750℃；每只氧化炉能装载4只石英舟；

4） 通入O₂，流量为4至16L/min； 

5） 待15分钟匀气后，开始升温，75分钟内炉体升温至1000℃－1120^oC，然后恒温退火4小时；保持通O₂，3小时后，炉体降温到750℃；

6) 停止通O₂，将石英舟从高温氧化炉取出，用N₂吹扫, 流量为7L/min；待晶圆降至室温后从石英舟中取出；

7)  用划磨式或手贴膜式去除氧化膜的方法去除正面及边缘的氧化层；

8） 清洗、甩干晶圆后，检验背封膜质量，在荧光灯下目检背面表面有无针孔等表面形貌不良，用台阶仪测量膜厚是否符合客户要求；

9） 用10%的HF浸泡制备好的高温氧化背封膜，240s后背封膜被完全腐蚀掉；相对应的，采用APCVD法制备的背封膜22s后背封膜就被完全腐蚀掉，说明高温氧化背封膜较之APCVD背封膜致密性强；

10） 实施例1中，生产778片晶圆，从上片到下片共耗时9小时05分，经过目检未发现背封针孔等表面形貌不良；抽测8片膜厚，全部符合500±50nm的客户要求，说明该方法是适用于大规模工业生产的制备单晶硅晶圆背封技术。

腐蚀片材料为6英寸（直径150mm）单晶硅片，但不限于6英寸（直径150mm）单晶硅片，厚度从300μm至1600μm，掺杂剂为As，P，Sb或B，晶向为<100>或<111>，电阻率从10^-4至10⁴Ω；

高温氧化炉体为半导体制程中的高温氧化炉体，但不限于半导体制程中的高温氧化炉体；

所述氮气为普氮，但不限于普氮，纯度≥99%；所述的氧气为高纯氧气，但不限于高纯氧气，纯度≥99.9993%。

该方法可用于各种规格的单晶硅片边缘氧化膜去除技术，制备出的抛光片可以用于但不限于高压、中压、低压等IGBT电力电子器件用外延片的原材料衬底。

上述详细说明是有关本发明的具体说明，凡未脱离本发明精神的任何等效实施或变更，均属于本发明的内容范围。

根据上述说明，结合本行业的公知技术，即可再现本发明的方案。

Claims (1)

1.一种采用高温氧化制程制备IGBT用单晶硅晶圆背封材料的工艺，其特征在于：所述工艺包括如下次序步骤：

将装有待处理晶圆的石英舟装入高温氧化炉体内，炉体温度保持为600至800℃；

通入纯度≥99%的氮气和纯度≥99.9993%的氧气；通入氮气的流量为：6至9L/min，通入氧气O₂的流量为4至16L/min；待15分钟匀气后，开始升温，60至90分钟内炉体升温至1000℃－1150^oC，然后恒温退火4小时以上；使晶圆正反面都完全氧化，保持通O₂，降温2至3小时后，炉体降温到600至800℃；

停止通O₂，将石英舟从高温氧化炉取出，用N₂吹扫, 流量为6至9L/min；待晶圆降至室温后从石英舟中取出；

利用划磨式或手贴膜式去除氧化膜的方法去除正面及边缘的氧化层。