CN108231515B - 减薄后的硅片背面注入工艺中的传送方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种减薄后的硅片背面注入工艺中的传送方法包括：步骤一、提供一采用太鼓减薄工艺减薄后的硅片。步骤二、将硅片的正面放置到静电吸盘上；对静电吸盘做如下设置：步骤21、对放电针位置进行设置，使放电针直接接触支撑环，确保放电针完全接触硅片正面的非绝缘位置；步骤22、按照减少初次弹跳量和消除二次弹跳量的方法设置静电吸盘的电源电压模式。步骤三、按照设定的电源电压模式设定电源电压并完成背面离子注入。步骤四、进行取片。本发明能减少初次弹跳量和消除二次弹跳量以及能消除取片前的静电残余，最后能防止硅片在背面离子注入完成后传送过程中产生掉片。
Description
技术领域
本发明涉及一种半导体集成电路制造方法，特别是涉及一种减薄后的硅片背面注入工艺中的传送方法。
背景技术
离子注入是半导体制造中的关键工艺之一。离子注入通过控制掺杂原子的剂量(dose)来实现衬底材料载流子浓度的精确控制。在功率器件的发展中，垂直式元件具备较厚的漂移区。在高压应用中，垂直式元件具有广阔的应用前景。而在垂直式元件制作过程中，需要从晶圆(wafer)的背面引出器件的漏极(Drain)，现有集成电路制造中wafer的材料通常为硅，故wafer也通常称硅片。为了降低接触电阻，制作工艺中需要针对wafer背面的离子注入。同时这种硅片需要减薄到100微米～200微米的厚度，对于注入机的传片机制是一个严峻的挑战。
普通的离子注入机的传片方式，从设计之初主要针对的是普通wafer的正面注入，而专门设计进行背面注入的注入机价格昂贵，成本高；现有用于硅片正面注入的普通注入机在进行薄型硅片背面注入时，由于应力和静电残留问题容易导致薄片掉落，从而无法完成正常的注入工艺。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种减薄后的硅片背面注入工艺中的传送方法，能防止硅片在背面离子注入完成后传送过程中产生掉片。
为解决上述技术问题，本发明提供的减薄后的硅片背面注入工艺中的传送方法包括：
步骤一、提供一减薄后的硅片，在所述硅片的正面形成有正面工艺结构，所述正面工艺结构中包括最顶层的聚酰亚胺层，所述聚酰亚胺层的打开区域形成所述正面工艺结构的电极区域。
所述硅片采用太鼓(taiko)减薄工艺减薄并在所述硅片的外侧边缘形成一个由未被减薄硅组成的支撑环。这里的支撑环通常也称为taiko ring。
步骤二、将所述硅片的正面放置到离子注入机的注入腔体的静电吸盘(ECHUCK)上；对所述静电吸盘做如下设置：
步骤21、对所述静电吸盘的放电针位置进行设置，使得所述硅片的正面放置在所述静电吸盘上后所述放电针直接接触所述支撑环，确保所述放电针完全接触所述硅片正面的非绝缘位置。
步骤22、按照减少初次弹跳量和消除二次弹跳量的方法设置所述静电吸盘的电源电压模式；所述初次弹跳量为电源电压从第一值关闭到0V时所述硅片的弹跳量，所述二次弹跳量为电源电压从0V降低到第二值时所述硅片的弹跳量；所述第一值为使所述硅片进行吸附所对应的电源电压值，所述第二值为所述第一值的反向值；通过减少所述第一值来减少所述初次弹跳量，通过取消所述第二值的设置来消除所述二次弹跳量。
步骤三、按照设定的电源电压模式设定所述电源电压，在所述电源电压为第一值的时间内完成背面离子注入；在所述背面离子注入完成后，将所述电源电压直接关闭为0V；
步骤四、进行取片，利用所述放电针直接接触所述支撑环对应的硅表面的特点将所述电源电压关闭后所述硅片背面的静电完全去除，防止静电残留导致的取片过程中产生掉片。
进一步的改进是，所述支撑环的宽度为2毫米～5毫米。
进一步的改进是，减薄后的所述硅片的厚度为100微米～200微米。
进一步的改进是，步骤二中的所述离子注入机采用正面离子注入对应的离子注入机。
进一步的改进是，所述注入腔体为一真空腔。
进一步的改进是，步骤二中，采用机械手将所述硅片的正面放置到所述静电吸盘上；步骤四中采用所述机械手进行取片。
进一步的改进是，所述机械手包括一个真空吸附式手臂(V-arm)。
进一步的改进是，步骤22中将所述第一值从1400V降低到800V。
进一步的改进是，在步骤二的所述硅片的正面放置过程中，所述静电吸盘位于水平位置。
步骤三的所述背面离子注入之前需要将所述静电吸盘转动到竖直位置。
在步骤三的所述背面离子注入完成后需要将所述静电吸盘再转回到水平位置。
进一步的改进是，在所述硅片上形成有用于对准的凹口，在将所述硅片放置到所述注入腔体之前还包括将所述硅片搬到凹口对准器进行对准的步骤。
进一步的改进是，在对准前所述硅片放置在片盒中。
进一步的改进是，所述硅片用于形成IGBT器件，所述正面工艺结构为IGBT的正面工艺结构，所述聚酰亚胺层的打开的所述正面工艺结构的电极区域包括由正面金属层形成的所述IGBT的源极和栅极。
进一步的改进是，所述源极和所述栅极的表面低于所述聚酰亚胺层的表面，使所述源极和所述栅极呈凹陷结构。
进一步的改进是，所述背面离子注入包括N型背面离子注入或P型背面离子注入。
进一步的改进是，所述聚酰亚胺层的厚度为10微米。
本发明针对减薄后的较薄硅片在背面离子注入后进行传送时容易掉片的技术问题，对静电吸盘做了有针对性的设置，主要为：
首先、对静电吸盘上的放电针的位置进行了设置，使得放电针直接接触硅片的支撑环，由于支撑环的表面都为硅，故能确保放电针完全接触硅片正面的非绝缘位置。这一点很重要，现解释如下：由于硅片的正面通常需要形成聚酰亚胺层，仅在需要引出电极的地方的聚酰亚胺层才会被去除，所以硅片的正面大部分被聚酰亚胺层覆盖，故现有技术中将放电针放置在硅片的支撑环内部的正面上时，放电针扎到聚酰亚胺的几率很大，扎到导电的电极区域的几率很小，而由于聚酰亚胺层为绝缘层，通过扎针绝缘层无法实现将硅片上的静电完全去除，会产生静电残余；而本发明通过对放电针的扎针位置做了有针对性的改进，将放电针的扎针位置放置在硅片上的支撑环上后，能完全避免放电针接触较大面积的非绝缘层，能在静电吸盘的电压降为0V后将硅片正面的静电全部去除，消除静电残余，能防止静电残余时在取片过程中产生黏片并进而导致掉片。
其次、本发明对静电吸盘的电源电压模式进行了有针对性的设置，主要是按照减少初次弹跳量和消除二次弹跳量的方法设置静电吸盘的电源电压模式，从而能实现完全消除二次弹跳量并减少初次弹跳量，使得静电吸盘的电压结束后不容易发生移位，降低掉片几率。
所以，本发明能防止硅片在背面离子注入完成后传送过程中产生掉片。
另外，本发明背面离子注入能采用正面离子注入对应的离子注入机来实现，从而能降低工艺成本。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：
图1是静电吸盘的吸附原理对应的结构图；
图2是现有第一种静电吸盘的电源模式对应的电源电压曲线；
图3是现有第二种静电吸盘的电源模式对应的电源电压曲线；
图4是静电吸盘产生静电前的硅片结构示意图；
图5是静电吸盘产生静电吸附时的硅片结构示意图；
图6A是现有静电吸盘的放电针和硅片的接触的剖面图；
图6B是现有静电吸盘的放电针和硅片的接触的俯视图；
图7是硅片的正面表面的结构图；
图8是本发明实施例减薄后的硅片背面注入工艺中的传送方法的流程图；
图9A是本发明实施例方法中静电吸盘的放电针和硅片的接触的剖面图；
图9B是本发明实施例方法中静电吸盘的放电针和硅片的接触的俯视图。
具体实施方式
本发明实施例方法是更加对现有技术问题进行分析并在对现有技术问题进行分析的基础上得到的，故在详细介绍本发明实施例方法之前先介绍一下现有方法：
如图1所示，是静电吸盘的吸附原理对应的结构图；静电吸盘101包括了多个产生静电的电极102和电源103，硅片104放置在静电吸盘101的表面上，当电源103加上静电吸附电压时，在各电极102上会形成静电，同时也在硅片104上产生相吸的静电，使得电极102和硅片104之间实现静电吸附。
如图2所示，是现有第一种静电吸盘的电源模式对应的电源电压曲线；曲线201中电源电压直接从0V上升为一个用于吸附的正电压，离子注入完成之后电源电压直接降低为0V。
如图3所示，是现有第二种静电吸盘的电源模式对应的电源电压曲线；图3中的曲线202和图2中的曲线201在加正电压之前还包括加一个的负电压的脉冲如图3中的0.4s的负电压脉冲的步骤以及在正电压完成之后还包括加一个的负电压的脉冲如图3中的1.2s的负电压脉冲的步骤。
如图4所示，是静电吸盘产生静电前的硅片结构示意图；也即图4中硅片104仅是通过重力放置在静电吸盘101的各电极102上，各电极102上还没有产生静电，也即没有静电吸附力。
如图5所示，是静电吸盘产生静电吸附时的硅片结构示意图；各电极102上还产生了静电，会形成静电吸附力，受到静电吸附力的硅片104会产生变形。
由图5所示可知，当根据图2所示的方法在静电吸附结束后直接将电源电压降低为0V时，变形的硅片104会产生一个向上的回复力，这时会产生一个初次弹跳。而根据图3所示的方法在静电结束后直接将电源电压降低为0V之后再加一个负电压的脉冲，该负电压的脉冲会使得硅片104产生一个额外的向上弹跳，该弹跳为二次弹跳，也即图3所示的方法中硅片会产生总共两次弹跳。两次弹跳容易使硅片104产生移位。最后在取片时容易使硅片104掉落。取片通常是采用机械手进行，机械手通过真空吸附式手臂直接接触和固定硅片104。
另外，现有技术中，进行取片之前还包括对硅片104进行静电放电的步骤。现有技术中，离子注入都是更加正面离子注入进行设计的，为了节约成本，背面离子注入通常也直接采用正面离子注入机进行。现有正面离子注入机中静电吸盘的放电针的设置请参考图6A所示的剖面图和图6B所示的俯视图，在减薄后的硅片104的外周形成由未被减薄的支撑环105，放电针106直接接触硅片104的中间区域中。
如图7所示，是硅片的正面表面的结构图；在硅片104的正面形成有聚酰亚胺层301，和多个电极区域，电极区域302a为源电极区域，电极区域302b为栅电极区域。电极区域302a和302b的金属表面位置都低于聚酰亚胺层301的表面位置，也即电极区域302a和302b会呈凹陷结构。
对于IGBT器件，聚酰亚胺层301的厚度约为10微米左右，集电区需要通过背面离子注入工艺形成。
对于背面离子注入工艺中，硅片104的正面会放置在静电吸盘101的表面，由图6A和图6B以及图7所示可知，放电针106有很大几率接触到聚酰亚胺层301，由于聚酰亚胺层301为绝缘层，绝缘层的静电无法完全去除，从而容易产生静电残余。
当硅片104具有静电残余时，硅片104和静电吸盘101的各电极102之间还会具有一定的黏力，从而使得采用V-arm进行取片时会产生黏片并进而使V-arm的受取位置不良，当V-arm动作时就容易时硅片104掉落。
如图8所示，是本发明实施例减薄后的硅片104背面注入工艺中的传送方法的流程图；本发明实施例减薄后的硅片104背面注入工艺中的传送方法包括：
步骤一、如图1所示，提供一减薄后的硅片104。
如图7所示，在所述硅片104的正面形成有正面工艺结构，所述正面工艺结构中包括最顶层的聚酰亚胺层301，所述聚酰亚胺层301的打开区域形成所述正面工艺结构的电极区域，电极区域包括源电极区域302a和栅电极区域302b。
所述硅片104采用太鼓减薄工艺减薄并在所述硅片104的外侧边缘形成一个由未被减薄硅组成的支撑环105。较佳为，所述支撑环105的宽度为2毫米～5毫米。
所述硅片104用于形成IGBT器件，所述正面工艺结构为IGBT的正面工艺结构，所述聚酰亚胺层301的打开的所述正面工艺结构的电极区域包括由正面金属层形成的所述IGBT的源极即源电极区域302a和栅极即栅电极区域302b。所述源极和所述栅极的表面低于所述聚酰亚胺层301的表面，使所述源极和所述栅极呈凹陷结构。
减薄后的所述硅片104的厚度为100微米～200微米。所述聚酰亚胺层301的厚度为10微米。
步骤二、所述硅片104通常放置在片盒中。在所述硅片104上形成有用于对准的凹口，在将所述硅片104放置到所述注入腔体之前需要先将所述硅片104搬到凹口对准器进行对准。
将所述硅片104的正面放置到离子注入机的注入腔体的静电吸盘(ECHUCK)上；较佳为，所述离子注入机采用正面离子注入对应的离子注入机，这样不必专门设计背面离子注入的注入机台。所述注入腔体为一真空腔。
对所述静电吸盘做如下设置：
步骤21、对所述静电吸盘的放电针位置进行设置，使得所述硅片104的正面放置在所述静电吸盘上后所述放电针直接接触所述支撑环105，确保所述放电针完全接触所述硅片104正面的非绝缘位置。
如图9A所示，是本发明实施例方法中静电吸盘的放电针和硅片104的接触的剖面图；如图9B所示，是本发明实施例方法中静电吸盘的放电针和硅片104的接触的俯视图，和图6A以及图6B所示的现有方法中的放电针的位置设置可知，本发明实施例方法能保证所述放电针完全接触所述硅片104正面的非绝缘位置，也即保证不会接触到所述硅片104正面的所述聚酰亚胺层301。
步骤22、按照减少初次弹跳量和消除二次弹跳量的方法设置所述静电吸盘的电源电压模式；所述初次弹跳量为电源电压从第一值关闭到0V时所述硅片104的弹跳量，所述二次弹跳量为电源电压从0V降低到第二值时所述硅片104的弹跳量；所述第一值为使所述硅片104进行吸附所对应的电源电压值，所述第二值为所述第一值的反向值；通过减少所述第一值来减少所述初次弹跳量，通过取消所述第二值的设置来消除所述二次弹跳量。
相对于现有技术，本发明实施例方法取消了图3所示的电源电压模式，这样能消除所述二次弹跳量。
同时，在图2所示的电源电压模式的基础上减少用于产生静电吸附的电压值即所述第一值，如将所述第一值从1400V降低到800V，1400V为通常的离子注入工艺中所采用的电压值设置。
步骤三、按照设定的电源电压模式设定所述电源电压，在所述电源电压为第一值的时间内完成背面离子注入；在所述背面离子注入完成后，将所述电源电压直接关闭为0V。
本发明实施例方法中，在步骤二的所述硅片104的正面放置过程中，所述静电吸盘位于水平位置，之后在步骤三的所述背面离子注入之前需要将所述静电吸盘转动到竖直位置。在步骤三的所述背面离子注入完成后需要将所述静电吸盘再转回到水平位置。
所述背面离子注入包括N型背面离子注入或P型背面离子注入。对于IGBT器件，P型背面离子注入主要用于形成背面的集电区；N型背面离子注入可以选择性进行注入，如可以形成一个有利于反向恢复的二极管。
步骤四、进行取片，利用所述放电针直接接触所述支撑环105对应的硅表面的特点将所述电源电压关闭后所述硅片104背面的静电完全去除，防止静电残留导致的取片过程中产生掉片。
本发明实施例方法中，步骤二中采用机械手将所述硅片104的正面放置到所述静电吸盘上；步骤四中采用所述机械手进行取片。较佳为，所述机械手包括一个真空吸附式手臂即V-arm。
本发明实施例方法针对减薄后的较薄硅片104在背面离子注入后进行传送时容易掉片的技术问题，对静电吸盘做了有针对性的设置，主要为：
首先、对静电吸盘上的放电针的位置进行了设置，使得放电针直接接触硅片104的支撑环105，由于支撑环105的表面都为硅，故能确保放电针完全接触硅片104正面的非绝缘位置。这一点很重要，现解释如下：由于硅片104的正面通常需要形成聚酰亚胺层301，仅在需要引出电极的地方的聚酰亚胺层301才会被去除，所以硅片104的正面大部分被聚酰亚胺层301覆盖，故现有技术中将放电针放置在硅片104的支撑环105内部的正面上时，放电针扎到聚酰亚胺的几率很大，扎到导电的电极区域的几率很小，而由于聚酰亚胺层301为绝缘层，通过扎针绝缘层无法实现将硅片104上的静电完全去除，会产生静电残余；而本发明实施例方法通过对放电针的扎针位置做了有针对性的改进，将放电针的扎针位置放置在硅片104上的支撑环105上后，能完全避免放电针接触较大面积的非绝缘层，能在静电吸盘的电压降为0V后将硅片104正面的静电全部去除，消除静电残余，能防止静电残余时在取片过程中产生黏片并进而导致掉片。
其次、本发明实施例方法对静电吸盘的电源电压模式进行了有针对性的设置，主要是按照减少初次弹跳量和消除二次弹跳量的方法设置静电吸盘的电源电压模式，从而能实现完全消除二次弹跳量并减少初次弹跳量，使得静电吸盘的电压结束后不容易发生移位，降低掉片几率。
所以，本发明实施例方法能防止硅片104在背面离子注入完成后传送过程中产生掉片。
另外，本发明实施例方法背面离子注入能采用正面离子注入对应的离子注入机来实现，从而能降低工艺成本。
以上通过具体实施例对本发明进行了详细的说明，但这些并非构成对本发明的限制。在不脱离本发明原理的情况下，本领域的技术人员还可做出许多变形和改进，这些也应视为本发明的保护范围。
Claims (15)
1.一种减薄后的硅片背面注入工艺中的传送方法，其特征在于，包括：
步骤一、提供一减薄后的硅片，在所述硅片的正面形成有正面工艺结构，所述正面工艺结构中包括最顶层的聚酰亚胺层，所述聚酰亚胺层的打开区域形成所述正面工艺结构的电极区域；
所述硅片采用太鼓减薄工艺减薄并在所述硅片的外侧边缘形成一个由未被减薄硅组成的支撑环；
步骤二、将所述硅片的正面放置到离子注入机的注入腔体的静电吸盘上；对所述静电吸盘做如下设置：
步骤21、对所述静电吸盘的放电针位置进行设置，使得所述硅片的正面放置在所述静电吸盘上后所述放电针直接接触所述支撑环，确保所述放电针完全接触所述硅片正面的非绝缘位置；
步骤22、按照减少初次弹跳量和消除二次弹跳量的方法设置所述静电吸盘的电源电压模式；所述初次弹跳量为电源电压从第一值关闭到0V时所述硅片的弹跳量，所述二次弹跳量为电源电压从0V降低到第二值时所述硅片的弹跳量；所述第一值为使所述硅片进行吸附所对应的电源电压值，所述第二值为所述第一值的反向值；通过减少所述第一值来减少所述初次弹跳量，通过取消所述第二值的设置来消除所述二次弹跳量；
步骤三、按照设定的电源电压模式设定所述电源电压，在所述电源电压为第一值的时间内完成背面离子注入；在所述背面离子注入完成后，将所述电源电压直接关闭为0V；
步骤四、进行取片，利用所述放电针直接接触所述支撑环对应的硅表面的特点将所述电源电压关闭后所述硅片背面的静电完全去除，防止静电残留导致的取片过程中产生掉片。
2.如权利要求1所述的减薄后的硅片背面注入工艺中的传送方法，其特征在于：所述支撑环的宽度为2毫米～5毫米。
3.如权利要求1所述的减薄后的硅片背面注入工艺中的传送方法，其特征在于：减薄后的所述硅片的厚度为100微米～200微米。
4.如权利要求1所述的减薄后的硅片背面注入工艺中的传送方法，其特征在于：步骤二中的所述离子注入机采用正面离子注入对应的离子注入机。
5.如权利要求4所述的减薄后的硅片背面注入工艺中的传送方法，其特征在于：所述注入腔体为一真空腔。
6.如权利要求4所述的减薄后的硅片背面注入工艺中的传送方法，其特征在于：步骤二中，采用机械手将所述硅片的正面放置到所述静电吸盘上；步骤四中采用所述机械手进行取片。
7.如权利要求6所述的减薄后的硅片背面注入工艺中的传送方法，其特征在于：所述机械手包括一个真空吸附式手臂。
8.如权利要求1所述的减薄后的硅片背面注入工艺中的传送方法，其特征在于：步骤22中将所述第一值从1400V降低到800V。
9.如权利要求6所述的减薄后的硅片背面注入工艺中的传送方法，其特征在于：
在步骤二的所述硅片的正面放置过程中，所述静电吸盘位于水平位置；
步骤三的所述背面离子注入之前需要将所述静电吸盘转动到竖直位置；
在步骤三的所述背面离子注入完成后需要将所述静电吸盘再转回到水平位置。
10.如权利要求1所述的减薄后的硅片背面注入工艺中的传送方法，其特征在于：在所述硅片上形成有用于对准的凹口，在将所述硅片放置到所述注入腔体之前还包括将所述硅片搬到凹口对准器进行对准的步骤。
11.如权利要求10所述的减薄后的硅片背面注入工艺中的传送方法，其特征在于：在对准前所述硅片放置在片盒中。
12.如权利要求1所述的减薄后的硅片背面注入工艺中的传送方法，其特征在于：所述硅片用于形成IGBT器件，所述正面工艺结构为IGBT的正面工艺结构，所述聚酰亚胺层的打开的所述正面工艺结构的电极区域包括由正面金属层形成的所述IGBT的源极和栅极。
13.如权利要求12所述的减薄后的硅片背面注入工艺中的传送方法，其特征在于：所述源极和所述栅极的表面低于所述聚酰亚胺层的表面，使所述源极和所述栅极呈凹陷结构。
14.如权利要求1或12所述的减薄后的硅片背面注入工艺中的传送方法，其特征在于：所述背面离子注入包括N型背面离子注入或P型背面离子注入。
15.如权利要求1所述的减薄后的硅片背面注入工艺中的传送方法，其特征在于：所述聚酰亚胺层的厚度为10微米。
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