CN102969229A - 一种重掺磷单晶硅晶圆片高致密性二氧化硅背封工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种重掺磷单晶硅晶圆片高致密性二氧化硅背封工艺。其步骤是：一、采用背封机，利用常压化学气相沉积法制备二氧化硅薄膜；二、利用半导体制造中的热退火制程对带有二氧化硅的晶圆片进行退火；三、最后利用划磨式或手贴膜式去除氧化膜的方法去除晶圆片正面及边缘的氧化层。本发明利用半导体制造中的热退火制程加固传统的CVD沉积单晶硅晶圆片背封薄膜材料，从而改善了传统化学气相沉积背封工艺的致密性，能够满足重掺磷单晶硅晶圆片厚层外延过程的需要。热退火制程采用半导体制造的通用设备，结构原理简单。该技术可行性高，实用性强，是适用于大规模工业生产的晶硅晶圆片背封技术。

Description

一种重掺磷单晶硅晶圆片高致密性二氧化硅背封工艺

技术领域

本发明涉及半导体硅晶圆片的背处理技术，特别涉及一种重掺磷单晶硅晶圆片高致密性二氧化硅背封工艺。

背景技术

单晶硅晶圆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。因此背封薄膜的质量往往是背面处理的关键技术。

重掺磷单晶硅晶圆片往往为了满足极低电阻率的要求，其掺杂浓度往往接近1.1×10²¹ cm^-3的理论上限（硅的原子密度仅仅为5×10²³cm^-3），在外延生长过程中，尤其是厚层外延过程中，由于其热处理时间较长，温度较高，自掺杂效应会变得愈发明显。这种情况下，采用传统的化学气相沉积（CVD——Chemical Vapor Deposition）法制备的二氧化硅薄膜往往因其致密性不足而不能满足要求。

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退火制程加固传统的CVD沉积单晶硅晶圆片背封薄膜的工艺技术方案，即一种重掺磷单晶硅晶圆片高致密性二氧化硅背封工艺。从而突破现有重掺磷单晶硅晶圆片的致密性局限。

本发明是通过这样的技术方案实现的：一种重掺磷单晶硅晶圆片高致密性二氧化硅背封工艺，其特征在于，所述工艺包括如下次序步骤：

步骤一、采用背封机，利用常压化学气相沉积法制备二氧化硅薄膜：

（1）、通过机械手将放置在碳化硅托盘上的硅晶圆片传送到反应腔室；

（2）、开始向反应腔室内通入硅烷及氧气，其浓度配比为硅烷：氧气=1:8～1:12；

（3）、碳化硅托盘底部加热单元加热温度为650-750℃，硅晶圆片上覆盖有冷却水单元使硅晶圆片表面温度保持在400-500℃；

（4）、通过反应腔室的喷头将反应物二氧化硅沉积在硅晶圆片表面；

步骤二、利用半导体制造中的热退火制程对带有二氧化硅的硅晶圆片进行退火：

（1）、将带有二氧化硅的硅晶圆片装载在石英舟中，再将石英舟装入高温退火炉中，炉体温度保持400至500℃；

（2）、保持通入纯度≥99%的氮气，流量为24L/min； 

（3）、开始升温，在15至20分钟内，炉体升温至600℃－700^oC，然后恒温退火30分钟以上；

（4）、取出装载处理过的硅晶圆片的石英舟，自然冷却到室温后，将硅晶圆片取出；

步骤三、最后利用划磨式或手贴膜式去除氧化膜的方法去除硅晶圆片正面及边缘的氧化层。

本发明的优点及效果：本发明利用半导体制造中的热退火制程加固传统的CVD沉积单晶硅晶圆片背封薄膜材料，从而改善了传统化学气相沉积背封工艺的致密性，能够满足重掺磷单晶硅晶圆片厚层外延过程的需要。热退火制程采用半导体制造的通用设备，结构原理简单。该技术可行性高，实用性强，是适用于大规模工业生产的硅晶圆片背封技术。

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）准备背损伤、清洗之后的6英寸（直径150mm）厚度为642μm，掺杂剂为P，<111>晶向，电阻率为0.0008-0.00018Ω·cm的单晶硅晶圆片作为原料；2）把经过背损伤、清洗之后的硅晶圆片放置背封机上载台（背封机型号为AMAYA A63007）；3）此时通过机械手将硅晶圆片放置于碳化硅托盘上向反应腔室处传送；4）开始向反应腔室内部通入硅烷及氧气，其浓度配比为硅烷：氧气=1:10；5）碳化硅托盘底部加热单元加热温度为700℃，硅晶圆片上覆盖有冷却水单元，使硅晶圆片表面温度保持在430℃；6）通过反应腔室的喷头将反应物二氧化硅沉积在硅晶圆片表面；7）将带有二氧化硅的硅晶圆片装载在石英舟中，再将石英舟装入高温退火炉中，炉体温度保持450℃；8）保持通入纯度≥99%的氮气，流量为24L/min；9）开始升温，在15分钟内炉体升温至650℃，然后恒温退火30分钟；10）取出装载处理过的硅晶圆片的石英舟，自然冷却到室温后，将晶圆抛光片取出；11)利用划磨式或手贴膜式去除氧化膜的方法去除硅晶圆片正面及边缘的氧化层；12）清洗、甩干硅晶圆片后，检验背封膜质量。

在荧光灯下，目检硅晶圆片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。用10%的HF浸泡制备好的高温氧化背封膜，120s后背封膜被完全腐蚀掉。相对应的采用APCVD法制备的未经退火的背封膜，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。

Claims (1)

1.一种重掺磷单晶硅晶圆片高致密性二氧化硅背封工艺，其特征在于，所述工艺包括如下次序步骤：

步骤一、采用背封机，利用常压化学气相沉积法制备二氧化硅薄膜：

（1）、通过机械手将放置在碳化硅托盘上的硅晶圆片传送到反应腔室；

（2）、开始向反应腔室内通入硅烷及氧气，其浓度配比为硅烷：氧气=1:8～1:12 ；

（3）、碳化硅托盘底部加热单元加热温度为650-750℃，硅晶圆片上覆盖有冷却水单元使硅晶圆片表面温度保持在400-500℃；

（4）、通过反应腔室的喷头将反应物二氧化硅沉积在硅晶圆片表面；

步骤二、利用半导体制造中的热退火制程对带有二氧化硅的硅晶圆片进行退火：

（1）、将带有二氧化硅的硅晶圆片装载在石英舟中，再将石英舟装入高温退火炉中，炉体温度保持400至500℃；

（2）、保持通入纯度≥99%的氮气，流量为24L/min； 

（3）、开始升温，在15至20分钟内，炉体升温至600℃－700^oC，然后恒温退火30分钟以上；

（4）、取出装载处理过的硅晶圆片的石英舟，自然冷却到室温后，将硅晶圆片取出；

步骤三、最后利用划磨式或手贴膜式去除氧化膜的方法去除硅晶圆片正面及边缘的氧化层。