CN103855062A - 一种新型的用于晶圆二氧化硅背封膜生长过程的硅片承载装置和生长方法 - Google Patents

一种新型的用于晶圆二氧化硅背封膜生长过程的硅片承载装置和生长方法 Download PDF

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刘斌
李耀东
党宇星
耿绪雷
王雷
张亮
叶松芳
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Abstract

本发明提供一种新型的用于晶圆二氧化硅背封膜生长过程的硅片承载装置和生长方法，该装置包括圆形的上基座和下基座，以及安装在上、下基座之间的三个承载棒，每个承载棒上均匀分布数个承载槽。采用该硅片承载装置生长二氧化硅背封膜的方法包括以下步骤：(1)将若干个硅片承载装置安装在化学气相沉积水平卧式炉的沉积腔体内，然后将硅片导入该些硅片承载装置；(2)设定沉积腔体内的温度和压力，设定正硅酸乙酯蒸汽的流量，控制沉积时间；(3)沉积完成后，进行腔体净化，取出硅片测定片内和片间均匀性；(4)整炉硅片进行外观表面检测，计算良率。采用本发明生长出来的背封二氧化硅背封膜边缘没有印记，整个表面均匀一致，膜质质量大幅提升。

Description

一种新型的用于晶圆二氧化硅背封膜生长过程的硅片承载装置和生长方法
技术领域
本发明涉及一种新型的用于晶圆二氧化硅背封膜生长过程的硅片承载装置和生长方法。
背景技术
随着国内集成电路产业的迅速发展，硅晶圆衬底材料的需求量也越来越大，质量要求越来越严格，为了防止重掺杂硅片在外延生产过程中引起杂质的外扩散和自掺杂，引入了背封工艺，背封通常是在晶圆衬底片的背面生长一层封二氧化硅薄膜，由于杂质在封二氧化硅中的扩散系数远小于在硅中的扩散系数，因此可以对晶圆衬底片中的杂质进行有效封堵，顾名思义称之为背封。
二氧化硅薄膜虽然背封效果较好，但引进封二氧化硅背封工艺的同时，二氧化硅薄膜的生长也成为一个不断研究的课题，现在比较常用的是采用低压化学气相淀积(LPCVD)的方式进行生长，一般采用水平卧式炉。但是在生长过程中，传统的方式是采用水平承载装置，硅片立放在承载装置上，一般水平承载装置需要四个槽棒来固定硅片，这样在生长过程中硅片与承载装置接触的位置晶圆两面都会有差异，虽然晶圆正面印记对我们没有影响，但晶圆背面即背封面的3～5cm的印记无法克服，不仅严重影响薄膜的均匀性，薄膜片内均匀性在5％左右，整炉片间均匀性在10％左右，而且在外观检测时，表面的四个印记严重影响外观，良率在70％左右，同时会对后道IC工艺的晶圆使用率降低，不能完全满足工艺要求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种新型的用于晶圆二氧化硅背封膜生长过程的硅片承载装置，以生长出更加优质的二氧化硅背封膜。
本发明的另一目的在于提供一种采用该硅片承载装置生长二氧化硅背封膜的方法。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种新型的用于晶圆二氧化硅背封膜生长过程的硅片承载装置，包括圆形的上基座和下基座，以及安装在上、下基座之间的三个承载棒，每个承载棒上均匀分布数个承载槽。
所述承载棒与所述上基座之间所成角度为10～20度。
每个承载棒上设有25个承载槽，所述承载槽的开口与承载棒之间所成角度为75～85度。
所述承载槽的槽深为4～6mm，槽间距为4.5～5.5mm，槽底宽为0.6～0.9mm。
所述承载棒的截面半径为5～6mm。
所述上基座和下基座的半径分别为105～155mm。
所述上、下基座上分别设有两个定位棒，该些定位棒的高度为10～15cm，同一基座上的两个定位棒之间的间距为8～12cm。
所述硅片承载装置的材质为电子级石英材料。
一种采用上述硅片承载装置生长二氧化硅背封膜的方法，包括以下步骤：
(1)将若干个硅片承载装置安装在化学气相沉积水平卧式炉的沉积腔体内，然后将硅片导入该些硅片承载装置；
(2)设定沉积腔体内的温度和压力，设定正硅酸乙酯(TEOS)蒸汽的流量，控制沉积时间；
(3)沉积完成后，进行腔体净化，取出硅片，测定片内和片间均匀性；
(4)整炉硅片进行外观表面检测，计算良率。
其中，所述硅片承载装置到炉门的距离为30～50cm；沉积腔体内壁到硅片承载装置的距离为15～20cm；相邻两个承载装置之间的距离为2～4cm。
所述沉积腔体内的温度为668℃，压力为700MTORR(毫托)，正硅酸乙酯的流量为150SCCM(标况毫升每分)。
本发明的优点在于：
本发明的硅片承载装置改变了传统的晶圆立式放置方式，改为晶圆水平放置，由于水平放置所以只有晶圆正面与承载装置槽下表面接触，生长出的二氧化硅膜背封面没有印记，表面均匀一致，膜厚片内均匀性在1％以内，整炉片间均匀性在3％以内，外观良率100％合格；同时传统的生长方式每炉只能生长100片晶圆，采用本发明的硅片承载装置每炉可生长150片晶圆，产能提升50％，成本降低30％，同时在后道IC使用过程中利用率提高10％，真正达到了工艺简化、质量提升和成本降低的目的。
附图说明
图1为本发明的硅片承载装置的主视图。
图2为图1中A处的放大图。
图3为本发明的硅片承载装置的侧视图。
图4为图3中A1处的放大图。
图5为本发明的硅片承载装置的俯视图。
图6为安装本发明的硅片承载装置的化学气相沉积水平卧式炉的结构示意图。
图7为采用本发明的硅片承载装置生长二氧化硅背封膜的工艺流程图。
具体实施方式
如图1～3所示，本发明的硅片承载装置包括圆形的上基座1和下基座2，以及安装在上、下基座之间的三个承载棒3，每个承载棒上均匀分布数个承载槽4。所述承载棒3与所述上基座1之间所成角度为10～20度。每个承载棒3上设有25个承载槽4，所述承载槽4的开口与承载棒3之间所成角度为75～85度。所述承载槽4的槽深为4～6mm，槽间距为4.5～5.5mm，槽底宽为0.6～0.9mm。所述承载棒3的截面半径为5～6mm。所述上基座1和下基座2的半径分别为105～155mm。所述上、下基座上分别设有两个定位棒5，该些定位棒的高度为10～15cm，同一基座上的两个定位棒之间的间距为8～12cm。
如图4～5所示，采用上述硅片承载装置生长二氧化硅背封膜时，将若干个硅片承载装置安装在化学气相沉积水平卧式炉6的沉积腔体内，然后将硅片导入该些硅片承载装置；设定沉积腔体内的温度和压力，设定正硅酸乙酯(TEOS)蒸汽的流量，控制沉积时间；沉积完成后，进行腔体净化，取出硅片，测定片内和片间均匀性；整炉硅片进行外观表面检测，计算良率。
实施例1
采用理片机将硅片理好，硅片参考面向下；将硅片用倒片机导入6个硅片承载装置内，每个硅片承载装置可装载25片4英寸晶圆，共计150片；将装载有150片硅片的6个承载装置放入水平炉内，调整TEOS流量为100SCCM，温度为650℃，沉积压力为550MT，进行生长，生长时间为90min，生长后取出硅片，测试膜厚为5200～5400埃，片内均匀性(均匀性测试完全按SEMI标准)为0.52％(要求10％)，100片硅片片间均匀性为1.52％(要求10％)，对150片硅片在强光灯下外观检测，整个表面均匀一致，无印记，合格率100％，完全满足要求。
实施例2
采用理片机将硅片理好，硅片参考面向下；将硅片用倒片机导入6个硅片承载装置内，每个硅片承载装置可装载25片5英寸晶圆，共计150片；将装载有150片硅片的6个承载装置放入水平炉内，调整TEOS流量为150SCCM，温度为668℃，沉积压力为7000MTORR(毫托)，进行生长，生长时间为90min，生长后取出硅片，测试膜厚为5300～5500埃，片内均匀性(均匀性测试完全按SEMI标准)为0.46％要求10％)，100片硅片片间均匀性为1.23％(要求10％)，对150片硅片在强光灯下外观检测，整个表面均匀一致，无印记，合格率100％，完全满足要求。实施例3
采用理片机将硅片理好，硅片参考面向下；将硅片用倒片机导入6个硅片承载装置内，每个硅片承载装置可装载25片6英寸晶圆，共计150片；将装载有150片硅片的6个承载装置放入水平炉内，调整TEOS流量为150SCCM，温度为668℃，沉积压力为700MTORR(毫托)，进行生长，生长时间为90min，生长后取出硅片，测试膜厚为5300～5500埃，片内均匀性(均匀性测试完全按SEMI标准)为0.86％(要求10％)，100片硅片片间均匀性为2.01％(要求10％)，对150片硅片在强光灯下外观检测，整个表面均匀一致，无印记，合格率100％，完全满足要求。
实施例4
采用理片机将硅片理好，硅片参考面向下；将硅片用倒片机导入6个硅片承载装置内，每个硅片承载装置可装载25片4英寸晶圆，共计150片；将装载有150片硅片的6个承载装置放入水平炉内，调整TEOS流量为160SCCM，温度为680℃，沉积压力为750MT，进行生长，生长时间为90min，生长后取出硅片，测试膜厚为5500～5700埃，片内均匀性(均匀性测试完全按SEMI标准)为0.33％(要求10％)，100片硅片片间均匀性为1.41％(要求10％)，对150片硅片在强光灯下外观检测，整个表面均匀一致，无印记，合格率100％，完全满足要求。

Claims (10)

1.一种新型的用于晶圆二氧化硅背封膜生长过程的硅片承载装置，其特征在于，包括圆形的上基座和下基座，以及安装在上、下基座之间的三个承载棒，每个承载棒上均匀分布数个承载槽。
2.根据权利要求1所述的硅片承载装置，其特征在于，所述承载棒与所述上基座之间所成角度为10～20度。
3.根据权利要求1所述的硅片承载装置，其特征在于，每个承载棒上设有25个承载槽，所述承载槽的开口与承载棒之间所成角度为75～85度。
4.根据权利要求1所述的硅片承载装置，其特征在于，所述承载槽的槽深为4～6mm，槽间距为4.5～5.5mm，槽底宽为0.6～0.9mm。
5.根据权利要求1所述的硅片承载装置，其特征在于，所述承载棒的截面半径为5～6mm。
6.根据权利要求1所述的硅片承载装置，其特征在于，所述上基座和下基座的半径分别为105～155mm。
7.根据权利要求1所述的硅片承载装置，其特征在于，所述上、下基座上分别设有两个定位棒，该些定位棒的高度为10～15cm，同一基座上的两个定位棒之间的间距为8～12cm。
8.根据权利要求1所述的硅片承载装置，其特征在于，所述硅片承载装置的材质为电子级石英材料。
9.一种采用权利要求1所述的硅片承载装置生长二氧化硅背封膜的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将若干个硅片承载装置安装在化学气相沉积水平卧式炉的沉积腔体内，然后将硅片导入该些硅片承载装置；
(2)设定沉积腔体内的温度为640～680℃，压力为550～750毫托，设定正硅酸乙酯蒸汽的流量为100～160SCCM，控制沉积时间；
(3)沉积完成后，进行腔体净化，取出硅片，测定片内和片间均匀性；
(4)整炉硅片进行外观表面检测，计算良率。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述硅片承载装置到炉门的距离为30～50cm；沉积腔体内壁到硅片承载装置的距离为15～20cm；相邻两个承载装置之间的距离为2～4cm。
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