CN109904058B - 一种降低硅抛光片正面边缘损伤的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种降低硅抛光片正面边缘损伤的方法，该方法中所使用的石英舟为具有台阶状舟齿的石英舟，包括以下步骤：(1)将具有台阶状舟齿的石英舟置于垂直炉炉体内，将硅片置于石英舟上；(2)沉积多晶硅薄膜，控制多晶硅薄膜的生长速率；(3)控制降温速率使硅片降温到室温；(4)控制机械手精准取片；(5)抛光硅片正表面，检查硅片正表面参数，确定是否发生边缘损伤。本发明可以有效解决沉积多晶硅时对硅抛光片的正面损伤问题，从而提高硅抛光片边缘质量。
Description
技术领域
本发明涉及一种降低硅抛光片正面多晶损伤的方法。
背景技术
重掺直拉硅片是功率半导体器件的主要衬底材料，是解决电路中α粒子引起的软失效和闩锁效应的最有效办法之一。随着国内集成电路产业的迅速发展，重掺硅基衬底材料的需求量也越来越大。随着电子器件制作过程中对质量要求的不断提高，降低有源区的金属杂质对器件电学性能和器件成品率的影响成为了各大半导体厂研究的重点，为此引入吸杂工艺。
吸杂是指通过在硅片体内或是背面引入应力、缺陷或是氧沉淀等，这些位置由于晶格畸变等更有利于过渡族金属的沉积，在经过吸杂热处理后，硅中的过渡族金属会重新分布，大部分于上述位置发生沉积，在IC表面形成一个洁净区，避免了其在有源区沉积影响器件性能。传统的吸杂工艺分为内吸杂和外吸杂两种，但是此两种方法都不好控制，随着人们对吸杂不断研究，最后发明了增强型吸杂，即在硅基材料背面生长一层多晶硅薄膜。该工艺自从1977年由IBM公司提出以来，由于较好的吸杂效果而得到广泛的应用，同时硅基多晶硅膜的制备工艺的研究就显得尤其重要。
由于硅衬底的尺寸不断增大，传统意义上的4、5、6英寸水平炉多晶沉积方法已经无法满足8英寸等大直径多晶加工要求，因此立式炉沉积多晶硅是该技术推广的必然选择。但随着硅片正表面参数要求不断提高，8英寸硅片在沉积多晶硅过程中与石英舟黏连导致正表面损伤的问题就急需要解决。
在使用立式多晶炉过程中，硅片的载具是立式的石英舟。通过3-6个舟齿将硅片承托在炉体内。舟齿的长度在3-10mm之间，其与硅片的接触面积很小。在沉积过程中，硅片与石英舟接触的位置气体流速变慢，而且有接触点，形核势能变低，更容易成核结晶。随着多晶沉积过程的不断进行，该位置的膜厚将远大于其它位置，使得硅片在与石英舟接触的位置发生黏连，及硅片边缘部分与石英舟粘在一起，进而生长在石英舟上。与此同时硅片与石英舟散热速度不同，随着二者从炉体内移动到炉体外进行降温的过程，硅片与石英舟本身粘连的部分会发生热胀冷缩，这一过程会使得粘连部位发生机械性损伤。而且在机械手卸片时，粘连部位会发生撕裂，进一步对硅片产生机械性损伤(损伤情况如图3所示，该照片使用金相显微镜，在1000X状况下拍摄，表面损伤深度为17μm)，导致硅片边缘参数不合格。
发明内容
本发明的目的在于，针对以上硅片沉积多晶硅薄膜时与石英舟粘连的问题，提供一种降低硅抛光片正面边缘损伤的方法，可以有效解决沉积多晶硅时对硅抛光片的正面损伤问题，从而提高硅抛光片边缘质量。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种降低硅抛光片正面边缘损伤的方法，该方法中所使用的石英舟为具有台阶状舟齿的石英舟，包括以下步骤：
(1)将具有台阶状舟齿的石英舟置于垂直炉炉体内，将硅片置于石英舟上；
(2)沉积多晶硅薄膜，控制多晶硅薄膜的生长速率；
(3)控制降温速率使硅片降温到室温；
(4)控制机械手精准取片；
(5)抛光硅片正表面，检查硅片正表面参数，确定是否发生边缘损伤。
依据低压化学气相沉积(LPCVD)原理，反应气体通过量小时，沉积膜厚变低，本发明以舟齿为台阶状的石英舟为硅片承载装置，将硅片与石英舟接触的位置隐藏在台阶内部。台阶很低，台阶的高度只有0.1mm-1mm，台阶宽度在1-5mm之间。使得台阶的石英舟齿部分与硅片之间气体通量降低至少10％-80％，进而将台阶内部与硅片接触位置的膜厚降低10％-80％。通过这一方法可以将接触位置在热胀冷缩过程及机械手取片撕裂过程的机械性损伤降低10％-80％。
同时控制生长速率，使硅片与石英舟接触部位的多晶比较松散，粘附力下降。控制硅片冷却速率，使之与石英舟接触部位的热胀冷缩效力降低。控制机械手取片速度，使硅片与石英舟分离的剪切力降低，降低机械性损伤。具体地，多晶硅薄膜生长速率为40-300埃/分钟，转速为0.5-5RPM；硅片冷却速率控制在5℃-60℃之间；机械手取片时，硅片从石英舟齿上抬升速度控制在0.1mm-10mm/s。
本发明的优点在于：
采用本发明的方法，在硅抛光片背面沉积多晶硅时，能够使硅抛光片正面边缘损伤得到良好的控制。
1、本发明以台阶状石英舟为硅片承载装置，通过改变硅片与载具的接触方式，降低损伤深度。
2、本发明通过改进工艺，降低硅片与载具的粘结强度，通过改变硅片沉积时舟齿接触位置的多晶过渡层的方法，形成台阶式过渡层，减少多晶层厚度差，从而降低损伤程度。
3、本发明通过改进沉积工艺与进出入炉工艺条件，降低硅片与载具分离时的机械损伤强度。
附图说明
图1为本发明采用的石英舟舟齿部分的结构示意图。
图2为硅片置于台阶状石英舟上的结构示意图。
图3为硅片边缘损伤示意图(使用金相显微镜，1000X放大，损伤深度17μm)。
具体实施方式
以下通过实施例对本发明进行详细说明，但本发明并不仅限于此。
本发明采用具有台阶状舟齿的石英舟作为硅片承载装置，如图1所示，石英舟1的舟齿2为台阶状。台阶3的高度m为0.1mm-1mm，台阶3宽度n为1-5mm。如图2所示，当硅片4置于台阶状石英舟1上时，硅片4的边缘与石英舟接触的位置被隐藏在台阶内部。
本发明降低硅抛光片正面边缘损伤的方法具体包括以下几个步骤：(1)将具有台阶状舟齿的石英舟置于垂直炉炉体内，将硅片置于石英舟上；(2)沉积多晶硅薄膜，控制多晶硅薄膜的生长速率；(3)控制降温速率使硅片降温到室温；(4)控制机械手精准取片；(5)抛光硅片正表面，检查硅片正表面参数，确定是否发生边缘损伤。
以下实施例中对硅片膜厚的测试及SP1表面颗粒测试完全按SEMI标准进行。
实施例1
将台阶深度0.2mm、台阶宽度2mm的台阶石英舟置于炉体内部，清洗100片8英寸产品片置于该石英舟上，设定沉积速率100埃/分钟，转速1.5RPM，沉积80分钟，将硅片冷却，降温速率25℃/min，取片抬升速率0.5mm/s。取出硅片后测试硅片膜厚为8059埃，台阶内部厚度为3000埃，使用SP1测试硅片表面颗粒划伤，不合格率2.5％。完全超出之前15％的不合格率工艺水平(原工艺为无台阶石英舟，沉积速率为450埃/分钟，降温速率50℃/min，取片抬升速率1mm/s)。
实施例2
将台阶深度0.1mm、台阶宽度3.5mm的台阶石英舟置于炉体内部，清洗100片8英寸产品片置于该石英舟上，设定沉积速率180埃/分钟，转速2.0RPM，沉积45分钟，将硅片冷却，降温速率15℃/min，取片抬升速率0.1mm/s。取出硅片后测试硅片膜厚为8169埃，台阶内部厚度为1900埃，使用SP1测试硅片表面颗粒划伤，不合格率1.5％。完全超出之前15％的不合格率工艺水平(原工艺为无台阶石英舟，沉积速率为450埃/分钟，降温速率50℃/min，取片抬升速率1mm/s)。
Claims (1)
1.一种降低硅抛光片正面边缘损伤的方法，其特征在于，该方法中所使用的石英舟为具有台阶状舟齿的石英舟，台阶状舟齿中，台阶的高度为0.1mm-1mm，台阶的宽度为1-5mm；包括以下步骤：
（1）将具有台阶状舟齿的石英舟置于垂直炉炉体内，将硅片置于石英舟上；
（2）沉积多晶硅薄膜，控制多晶硅薄膜的生长速率为40-300埃/分钟，转速为0.5-5RPM；
（3）控制降温速率使硅片降温到室温，硅片冷却速率控制在5℃/min-60℃/min之间；
（4）控制机械手精准取片，硅片从石英舟齿上抬升速度控制在0.1mm-10mm/s；
（5）抛光硅片正表面，检查硅片正表面参数，确定是否发生边缘损伤。
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