CN103021842B - 一种在单晶硅晶圆上实现高速率沉积SiO2薄膜的背封工艺 - Google Patents
一种在单晶硅晶圆上实现高速率沉积SiO2薄膜的背封工艺 Download PDFInfo
- Publication number
- CN103021842B CN103021842B CN201210508385.3A CN201210508385A CN103021842B CN 103021842 B CN103021842 B CN 103021842B CN 201210508385 A CN201210508385 A CN 201210508385A CN 103021842 B CN103021842 B CN 103021842B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- monocrystalline silicon
- silicon wafer
- wafer crystal
- sedimentation
- back seal
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 229910021421 monocrystalline silicon Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 52
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 37
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 title abstract description 20
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 title abstract description 10
- 238000004062 sedimentation Methods 0.000 title abstract description 9
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 title abstract description 9
- 229910052681 coesite Inorganic materials 0.000 title abstract 5
- 229910052906 cristobalite Inorganic materials 0.000 title abstract 5
- 229910052682 stishovite Inorganic materials 0.000 title abstract 5
- 229910052905 tridymite Inorganic materials 0.000 title abstract 5
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 26
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims abstract description 25
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims abstract description 14
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 13
- 239000013078 crystal Substances 0.000 claims description 48
- 239000010408 film Substances 0.000 claims description 23
- 238000000151 deposition Methods 0.000 claims description 15
- 230000008021 deposition Effects 0.000 claims description 15
- BLRPTPMANUNPDV-UHFFFAOYSA-N Silane Chemical compound [SiH4] BLRPTPMANUNPDV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 11
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 11
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims description 11
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims description 11
- 229910000077 silane Inorganic materials 0.000 claims description 11
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 claims description 6
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 claims description 6
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 4
- 238000003754 machining Methods 0.000 claims description 4
- 230000003190 augmentative effect Effects 0.000 claims description 3
- 238000000427 thin-film deposition Methods 0.000 claims description 3
- 238000005137 deposition process Methods 0.000 claims description 2
- 230000009347 mechanical transmission Effects 0.000 claims description 2
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 claims description 2
- 238000010926 purge Methods 0.000 claims description 2
- 238000010792 warming Methods 0.000 claims description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 8
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract description 7
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 abstract description 5
- 239000000376 reactant Substances 0.000 abstract description 3
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 abstract description 2
- 235000012431 wafers Nutrition 0.000 abstract 5
- 238000007664 blowing Methods 0.000 abstract 1
- 239000007795 chemical reaction product Substances 0.000 abstract 1
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 abstract 1
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 8
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 7
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 7
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 5
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 4
- 239000002019 doping agent Substances 0.000 description 4
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 4
- 208000027418 Wounds and injury Diseases 0.000 description 3
- 238000009776 industrial production Methods 0.000 description 3
- 208000014674 injury Diseases 0.000 description 3
- 238000004518 low pressure chemical vapour deposition Methods 0.000 description 3
- 239000000356 contaminant Substances 0.000 description 2
- 238000005538 encapsulation Methods 0.000 description 2
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 2
- 238000005240 physical vapour deposition Methods 0.000 description 2
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 2
- 238000011179 visual inspection Methods 0.000 description 2
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 1
- 239000002313 adhesive film Substances 0.000 description 1
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 1
- 239000000428 dust Substances 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 238000007689 inspection Methods 0.000 description 1
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 1
- 238000005498 polishing Methods 0.000 description 1
- 238000012797 qualification Methods 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
- 230000036632 reaction speed Effects 0.000 description 1
- 239000000565 sealant Substances 0.000 description 1
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 1
- 238000009279 wet oxidation reaction Methods 0.000 description 1
Abstract
本发明涉及一种在单晶硅晶圆上实现高速率沉积SiO2薄膜的背封工艺，通过增大气体流量的方式增大反应气体的压强，使反应腔室内反应气体的浓度增加，反应产物SiO2的浓度相应增加,通过周边吹扫氮气形成U形氮气墙，使反应区域压强积累，实现在单晶硅晶圆表面高速沉积SiO2薄膜；发明的优点是：通过高速率沉积背封工艺制备单晶硅晶圆背封材料，其设备简单，制程温度低，沉积速度快，沉积速率能达到3575nm/min，保持沉积精度高，边缘氧化膜去除相对简单，适用于大规模工业生产的制备单晶硅晶圆背封。
Description
技术领域
本发明涉及单晶硅晶圆背面处理技术领域，特别涉及一种在单晶硅晶圆上实现高速率沉积SiO2薄膜的背封工艺，用于制备IGBT用单晶硅晶圆的背封材料。
背景技术
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。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。而在单晶硅晶圆生产中，背封工艺往往是整条生产线中的瓶颈工序，因此其产能的提升往往是降低制造成本的关键。
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，制备二氧化硅背封材料主要采用溅射、物理气相沉积及低压化学气相沉积、等离子增强化学气相沉积、常温化学气相沉积以及高温氧化的方法。遗憾的是，目前这几种二氧化硅背封制备技术都有它各自的局限性：溅射法由于靶材原子具有较高的动能，对基地存在明显的损伤；低压化学气相沉积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；等离子增强化学气相沉积通常均匀性较差，而起因其松散的粘附性会造成微尘物污染对后道加工带来不利影响并；而高温氧化方式无论是湿法氧化或是干法氧化，其进炉前预热时间以及出炉冷却时间较长影响其产能、晶圆边缘去的剥离也相对困难。而常温化学气相沉积不仅制程简单，生长速率快，不引入新的杂质、边缘氧化膜的去除相对简单，是一种适合大规模工业生产的制备单晶硅晶圆背封技术。
发明内容
本发明的目的是针对单晶硅晶圆生产线对背封工序的产能要求，提供一种高沉积速率背封工艺，用于来制备单晶硅晶圆背封材料。
在传统的常温化学气相沉积法的基础上进行改进，通过增大气体流量的方式增大反应气体的压强。随着压强的增加，腔室内反应气体的浓度增加，反应产物SiO2的浓度相应增加,从而提高了薄膜淀积速率。但是随着压强的增大，如果使用普通密闭的反映腔体，其安全性通常存在隐患。在本工艺中，通过周边吹扫上百倍流量的氮气形成U形氮气墙形成保护，实现反映区域压强的积累，从而实现了高速沉积SiO2薄膜。
本发明是通过这样的技术方案实现的：一种在单晶硅晶圆上实现高速率沉积SiO2薄膜的背封工艺，其特征在于，通过增大气体流量的方式增大反应气体的压强，使反应腔室内反应气体的浓度增加，反应产物SiO2的浓度相应增加,通过周边吹扫氮气形成U形氮气墙，使反应区域压强积累，实现在单晶硅晶圆表面高速沉积SiO2薄膜；所述工艺包括如下次序步骤：
A．将洁净的待处理单晶硅晶圆通过机械传送至反应腔室下面，单晶硅晶圆表面加工温度保持在400-500℃；
B. 向反应腔室内通入纯度≥99.9999%的硅烷和纯度≥99.9999%的氧气；通入硅烷的流量为：59 sccm至132sccm，通入氧气的流量为649sccm至1452sccm；U形氮气墙中保护气体氮气的流量为500 L/min至600L/min，碳化硅托盘底部加热单元升温至650℃～750℃，单晶硅晶圆传送单元表面覆盖有冷却水装置，冷却水装置使单晶硅晶圆表面加工温度保持在400～500℃；
C. 将硅烷与氧气反应的生成物通过反应腔室喷头喷出，硅烷与氧气反应的生成物沉积在单晶硅晶圆表面形成氧化膜；
D. 氧化膜沉积完成后，单晶硅晶圆被继续传送至背封机上载台，单晶硅晶圆沉积过程完成；
E. 利用吸盘或手贴膜去除方法，去除完成氧化膜沉积的单晶硅晶圆边缘的氧化层。
本发明的优点及效果是：本发明通过高速率沉积背封工艺，制备单晶硅晶圆背封材料，其设备简单，制程温度低，沉积速度快，沉积速率能达到3575nm/min，在该技术领域中具有革命性的突破，该方法同时保持沉积精度高，边缘氧化膜去除同样相对简单、不引入新的污染的常压化学气相沉积技术的特点，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工艺进一步述详细说明 ：
实施例：
1）准备经过背损伤、清洗之后的单晶硅晶圆作为原料；单晶硅晶圆的规格为：6英寸（直径150mm）厚度为645μm，掺杂剂为As，<111>晶向，电阻率为0.002～0.004Ω·cm；单晶硅晶圆背封机，该设备由上载台、反应腔室、机械手、传送单元、冷却水装置、碳化硅托盘及底部加热单元组成；膜厚测量仪（Nano Spec）。
2） 把经过背损伤、清洗之后的单晶硅晶圆放置设备上载台；
3） 此时通过机械手将单晶硅晶圆放置于碳化硅托盘上开始向反应腔室处传送；
4） 开始向反应腔室内部通入一定配比的硅烷及氧气，流量分别为132sccm及1452sccm； 氮气流量为510L/min。
5） 碳化硅托盘底部加热单元的加热温度为650-750℃，单晶硅晶圆上覆盖的冷却水装置使单晶硅晶圆表面温度保持在400-500℃；
6将硅烷与氧气反应的生成物通过反应腔室喷头喷出，硅烷与氧气反应的生成物沉积在单晶硅晶圆表面形成氧化膜；
7) 利用吸盘式或手贴膜式去除氧化膜的方法，去除单晶硅晶圆边缘的氧化层；
8） 清洗、甩干单晶硅晶圆，检验背封膜质量，在荧光灯下目检单晶硅晶圆背面表面有无背封不均、颗粒沾污及形貌不良，用膜厚测量仪（Nano Spec）测量膜厚是否符合客户要求；
9） 实施例中，生产130片晶圆的SiO2背封膜500nm共用时60min，平均沉积速率能达到1083nm/min；10）在荧光灯下目检单晶硅晶圆背面表面无背封不均、颗粒沾污及形貌不良；抽测8片膜厚，全部符合的客户要求并且片内差在50um以下；
11）该背封膜采用浓度为24%的HF 25s即可去除边缘SiO2。
该实施例说明该工艺相对于低压化学气相沉积、等离子增强化学气相沉积以及高温氧化方式制备二氧化硅背封材料的优点是膜厚精确、合格率高、制备方法简单特别是产能高，故此工艺适用于大规模工业生产的制备单晶硅晶圆背封工艺。
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。
Claims (1)
1.一种在单晶硅晶圆上实现高速率沉积SiO2薄膜的背封工艺，其特征在于，通过增大气体流量的方式增大反应气体的压强，使反应腔室内反应气体的浓度增加，反应产物SiO2的浓度相应增加,通过周边吹扫氮气形成U形氮气墙，使反应区域压强积累，实现在单晶硅晶圆表面高速沉积SiO2薄膜；所述工艺包括如下次序步骤：
A．将洁净的待处理单晶硅晶圆通过机械传送至反应腔室下面，单晶硅晶圆表面加工温度保持在400-500℃；
B. 向反应腔室内通入纯度≥99.9999%的硅烷和纯度≥99.9999%的氧气；通入硅烷的流量为：59 sccm至132sccm，通入氧气的流量为649sccm至1452sccm；U形氮气墙中保护气体氮气的流量为500 L/min至600L/min，碳化硅托盘底部加热单元升温至650℃～750℃，单晶硅晶圆传送单元表面覆盖有冷却水装置，冷却水装置使单晶硅晶圆表面加工温度保持在400～500℃；
C. 将硅烷与氧气反应的生成物通过反应腔室喷头喷出，硅烷与氧气反应的生成物沉积在单晶硅晶圆表面形成氧化膜；
D. SiO2薄膜沉积完成后，单晶硅晶圆被继续传送至背封机上载台，单晶硅晶圆沉积过程完成；
E. 利用吸盘或手贴膜去除方法，去除完成SiO2薄膜沉积的单晶硅晶圆边缘的SiO2薄膜。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201210508385.3A CN103021842B (zh) | 2012-12-03 | 2012-12-03 | 一种在单晶硅晶圆上实现高速率沉积SiO2薄膜的背封工艺 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201210508385.3A CN103021842B (zh) | 2012-12-03 | 2012-12-03 | 一种在单晶硅晶圆上实现高速率沉积SiO2薄膜的背封工艺 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN103021842A CN103021842A (zh) | 2013-04-03 |
| CN103021842B true CN103021842B (zh) | 2014-12-31 |
Family
ID=47970313
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201210508385.3A Active CN103021842B (zh) | 2012-12-03 | 2012-12-03 | 一种在单晶硅晶圆上实现高速率沉积SiO2薄膜的背封工艺 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN103021842B (zh) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113496869A (zh) * | 2020-04-03 | 2021-10-12 | 重庆超硅半导体有限公司 | 一种外延基底用硅晶片之背面膜层及制造方法 |
| CN113707536A (zh) * | 2021-08-27 | 2021-11-26 | 上海鼎泰匠芯科技有限公司 | 一种晶圆的背封工艺 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102024877A (zh) * | 2010-10-15 | 2011-04-20 | 苏州阿特斯阳光电力科技有限公司 | 一种晶体硅太阳能电池的氧化处理工艺 |
| CN102522334A (zh) * | 2011-12-15 | 2012-06-27 | 天津中环领先材料技术有限公司 | 采用高温氧化制程制备igbt用单晶硅晶圆背封材料的工艺 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4687682A (en) * | 1986-05-02 | 1987-08-18 | American Telephone And Telegraph Company, At&T Technologies, Inc. | Back sealing of silicon wafers |
-
2012
- 2012-12-03 CN CN201210508385.3A patent/CN103021842B/zh active Active
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102024877A (zh) * | 2010-10-15 | 2011-04-20 | 苏州阿特斯阳光电力科技有限公司 | 一种晶体硅太阳能电池的氧化处理工艺 |
| CN102522334A (zh) * | 2011-12-15 | 2012-06-27 | 天津中环领先材料技术有限公司 | 采用高温氧化制程制备igbt用单晶硅晶圆背封材料的工艺 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN103021842A (zh) | 2013-04-03 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| TWI632125B (zh) | 基於稀土族氧化物的整體式腔室材料 | |
| JP5955463B2 (ja) | ＳｉＣエピタキシャル膜を有するＳｉＣ基板 | |
| CN102969229A (zh) | 一种重掺磷单晶硅晶圆片高致密性二氧化硅背封工艺 | |
| KR101412227B1 (ko) | 탄화규소 에피택셜 웨이퍼 및 그 제조 방법, 에피택셜 성장용 탄화규소 벌크 기판 및 그 제조 방법 및 열처리 장치 | |
| JP5698043B2 (ja) | 半導体製造装置 | |
| CN102453888A (zh) | 成膜装置及成膜方法 | |
| CN102395714A (zh) | 外延反应器的反应室和使用所述室的反应器 | |
| KR20130014488A (ko) | 반도체 박막의 제조 방법, 반도체 박막의 제조 장치, 서셉터, 및 서셉터 유지구 | |
| CN102719809A (zh) | 薄膜沉积系统 | |
| CN103021842B (zh) | 一种在单晶硅晶圆上实现高速率沉积SiO2薄膜的背封工艺 | |
| JP5795461B2 (ja) | エピタキシャルシリコンウェーハの製造方法 | |
| CN102174692A (zh) | 用于制造外延半导体晶片的方法 | |
| TW202113135A (zh) | 用於高溫腐蝕環境之基板支撐件蓋 | |
| US7998867B2 (en) | Method for manufacturing epitaxial wafer | |
| JP2011165964A (ja) | 半導体装置の製造方法 | |
| CN101140868B (zh) | 外延晶片及其制造方法 | |
| CN102522334A (zh) | 采用高温氧化制程制备igbt用单晶硅晶圆背封材料的工艺 | |
| WO2013134010A2 (en) | A method of manufacturing silicon-on-insulator wafers | |
| CN109216156A (zh) | 一种背面密封晶片的方法 | |
| CN111463117A (zh) | 一种高频器件用硅外延片的制备方法 | |
| CN105568386B (zh) | 一种异质外延生长氮化镓（GaN）的方法 | |
| CN108447772A (zh) | 一种coolmos用硅外延片的制造方法 | |
| JP2016111043A (ja) | ウェハ支持台、化学気相成長装置、エピタキシャルウェハ | |
| CN109904070A (zh) | 一种大直径晶圆的衬底边缘处理方法 | |
| JP2017208571A (ja) | シリコン部材及びシリコン部材の製造方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20191219 Address after: 214200 Dongfen Avenue, Yixing Economic and Technological Development Zone, Wuxi City, Jiangsu Province Co-patentee after: TIANJIN ZHONGHUAN ADVANCED MATERIAL TECHNOLOGY Co.,Ltd. Patentee after: Zhonghuan leading semiconductor materials Co.,Ltd. Address before: 300384 Tianjin Huayuan Technology Industry Park Xiqing District Tai Road No. 12 ring off Patentee before: TIANJIN ZHONGHUAN ADVANCED MATERIAL TECHNOLOGY Co.,Ltd. |
|
| TR01 | Transfer of patent right | ||
| CP03 | Change of name, title or address |
Address after: 214200 Dongjia Avenue, Yixing Economic and Technological Development Zone, Wuxi City, Jiangsu Province Patentee after: Zhonghuan Leading Semiconductor Technology Co.,Ltd. Country or region after: China Patentee after: TIANJIN ZHONGHUAN ADVANCED MATERIAL TECHNOLOGY Co.,Ltd. Address before: 214200 Dongjia Avenue, Yixing Economic and Technological Development Zone, Wuxi City, Jiangsu Province Patentee before: Zhonghuan leading semiconductor materials Co.,Ltd. Country or region before: China Patentee before: TIANJIN ZHONGHUAN ADVANCED MATERIAL TECHNOLOGY Co.,Ltd. |
|
| CP03 | Change of name, title or address |