CN110571172A - 一种硅晶圆制造方法及制造装置 - Google Patents
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Abstract
本发明硅晶圆制造方法及制造装置，首先通过外延沉积法在硅晶圆的正面上制备薄膜，通过第一加热器以大于1200℃小于硅熔点的温度加热硅晶圆的上表面，通过第二加热器以大于1000℃小于1200℃的温度加热硅晶圆的上表面，对加热后的硅晶圆进行降温，得到预制硅晶圆；利用双面研磨装置研磨预制硅晶圆的正面、背面以及倒角面，得到第二预制硅晶圆；将第二预制硅晶圆放入液体中进行加热，将第二预制硅晶圆从板状构件剥离，得到硅晶圆。本发明硅晶圆制造方法对硅晶圆表面进行退火处理，使得硅晶圆表面慢慢释放应力，缓慢冷却得到接近平衡状态的稳定组织，从而减少硅晶圆表面的缺陷，减少表面缺陷对晶圆表面的电子元件功能的不良影响。
Description
技术领域
本发明涉及半导体材料技术领域，特别涉及一种硅晶圆制造方法及制造装置。
背景技术
晶圆便是硅元素加以纯化(99.999%)，接着是将这些纯硅制成长硅晶棒，成为制造积体电路的石英半导体的材料，经过照相制版，研磨，抛光，切片等程序，将多晶硅融解拉出单晶硅晶棒，然后切割成一片一片薄薄的晶圆。近年来，作为代替石油的能源，太阳能发电正备受瞩目。由于在太阳能发电中，希望将大量使用的硅晶圆的成本降低，因此希望 有效地利用硅锭来制造硅晶圆。对于硅晶圆的制造方法，大致而言，包括如下工序：粘接工序、切片工序、粗清洗及剥离工序、晶圆切割工序、清洗工序、以及检查工序。现有技术已公开多种硅晶圆，因用途不同，在其正面或背面上 均设制若干薄层。举例来说，为形成垂直电阻分布，在硅晶圆的正面上设置外延层，至少就掺质而言，该外延层的浓度与该硅晶圆的其 余部分不同。例如，在氢气中，由于热处理作用，晶圆内所含掺质向外扩散，也可达到同样目的。尤其是作为各种杂质(例如：金属，在制作电子元件过程中，这种杂质污染硅晶圆)的外杂质吸收剂的多个层设置在晶圆背面。通过晶格失配，由氧化硅、氮化硅或多晶硅组成的薄层可产生作为杂质吸收剂中心(即黏合杂质)的结构性扰动区。硅晶圆是由硅单晶体制得，这种硅单晶体是经切割成晶圆并施以许多加工步骤，以获得预期的表面性质。通常利用左科拉斯基坩埚拉晶法或利用无坩埚浮游区域法制得的硅单晶体具有许多缺陷。若不采取预防措施：缺陷仍存在于晶圆表面上，这种缺陷对晶圆表面的电子元件的功能具有不良影响。
发明内容
为克服相关技术中存在的问题，本发明提供硅晶圆制造方法及制造装置，能够提高硅晶圆表面性能，减少表面缺陷对晶圆表面的电子元件功能的不良影响。
本发明实施例公开了硅晶圆制造方法及制造装置，所述硅晶圆制造方法包括以下步骤：
通过外延沉积法在硅晶圆的正面上制备薄膜；
通过第一加热器以大于1200℃小于硅熔点的温度加热硅晶圆的上表面，保持第一预设时间；
通过第二加热器以大于1000℃小于1200℃的温度加热硅晶圆的上表面，保持第二预设时间；
以25℃/s-150℃/s的速度对加热后的硅晶圆进行降温，得到预制硅晶圆；
利用双面研磨装置研磨所述预制硅晶圆的正面、背面以及倒角面，得到第二预制硅晶圆；
将所述第二预制硅晶圆放入液体中进行加热，将所述第二预制硅晶圆从板状构件剥离，得到所述硅晶圆。
可选的，所述第一加热器和第二加热器均为惰性气体灯。
可选的，所述方法的起始材料为平均COP直径小于150nm的硅晶圆。
应用第一方面提供的硅晶圆制造方法，首先通过外延沉积法在硅晶圆的正面上制备薄膜；通过第一加热器以大于1200℃小于硅熔点的温度加热硅晶圆的上表面，保持第一预设时间；通过第二加热器以大于1000℃小于1200℃的温度加热硅晶圆的上表面，保持第二预设时间；以25℃/s-150℃/s的速度对加热后的硅晶圆进行降温，得到预制硅晶圆；利用双面研磨装置研磨所述预制硅晶圆的正面、背面以及倒角面，得到第二预制硅晶圆；将所述第二预制硅晶圆放入液体中进行加热，将所述第二预制硅晶圆从板状构件剥离，得到所述硅晶圆。本发明提供的硅晶圆制造方法首先通过第一加热器对硅晶圆表面加热后，再通过第二加热器以较低温度对硅晶圆表面加热，随后对硅晶圆表面进行退火处理，使得硅晶圆表面慢慢释放应力，缓慢冷却得到接近平衡状态的稳定组织，从而减少硅晶圆表面的缺陷，减少表面缺陷对晶圆表面的电子元件功能的不良影响。
根据本公开的第二方面，提供硅晶圆制造装置，所述装置用于对硅晶圆进行加热和降温，所述装置包括：底座、升降支架、加热降温器、晶圆隔板以及控制器，所述底座用于支撑所述升降支架、所述加热降温器以及所述晶圆隔板，所述升降支架、所述加热降温器以及所述晶圆隔板均设置于所述底座的顶部，所述升降支架包括升降汽缸、悬挂梁以及提升器，所述升降汽缸对称设置于所述底座的两端，所述升降汽缸用于升降所述悬挂梁，所述悬挂梁设置于两个所述升降汽缸之间，所述提升器的一端与所述悬挂梁相连接，所述提升器的另一端与所述加热降温器相连接，所述升降汽缸通过所述悬挂梁和所述提升器带动所述加热降温器升降；
所述加热降温器包括第一加热器、第二加热器以及降温器，所述第一加热器、所述第二加热器以及所述降温器均包覆所述晶圆隔板的顶部，所述第一加热器和所述第二加热器用于对硅晶圆进行加热，所述降温器用于对硅晶圆进行降温，所述晶圆隔板用于承托硅晶圆；
所述装置还包括温度传感器，用于检测硅晶圆表面温度，所述温度传感器、所述第一加热器、所述第二加热器、所述降温器以及所述升降汽缸均与所述控制器相连接，所述控制器用于根据所述温度传感器检测的硅晶圆表面温度，控制所述第一加热器和所述第二加热器的加热温度、所述降温器的制冷温度以及所述升降汽缸的升降。可选的，所述搅拌轴的端部与所述搅拌刀之间还设置有密封装置，所述密封装置与所述混捏外壳的内壁固定连接，所述密封装置包括密封外壳，所述搅拌轴贯穿设置于所述密封外壳的内部，所述密封外壳的内部设置有密封腔，所述密封空腔的内部设置有缓冲液。
可选的，所述晶圆隔板、所述第一加热器、所述第二加热器以及所述降温器均呈半球形。
可选的，所述第一加热器的边线到所述晶圆隔板的边线距离小于所述第二加热器的边线到所述晶圆隔板的边线的距离，所述第二加热器的边线到所述晶圆隔板的边线的距离小于所述降温器的边线到所述晶圆隔板的边线的距离。
可选的，所述温度传感器设置为两个，两个所述温度传感器对称设置于所述晶圆隔板的两端。
可选的，所述底座的底部设置有多个透气孔。
第二方面示出的硅晶圆制造装置，所述装置用于对硅晶圆进行加热和降温，使用时，通过升降支架将加热降温器提起，将待处理的硅晶圆防止在晶圆隔板上，之后再通过升降支架将加热降温器放下，控制器首先控制第一加热器开启对晶圆隔板上的硅晶圆进行加热，加热第一预设时间后，控制器控制第一加热器关闭，将第二加热器开启对晶圆隔板上的硅晶圆进行加热，加热第二预设时间后，控制器控制第二加热器关闭，开启降温器对硅晶圆进行缓慢的降温。控制器还可以通过接收温度传感器检测的硅晶圆表面的温度，调节第一加热器、第二加热器的加热温度以及降温器的制冷温度，从而使得整个加热降温过程的温度条件达到最佳，获得最佳的退火处理效果。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的硅晶圆制造方法的流程示意图；
图2为本发明实施例提供的硅晶圆制造装置的整体示意图；
图3为本发明优选实施例提供的硅晶圆制造装置的整体示意图；
图4为本发明实施例提供的硅晶圆制造装置的晶圆隔板的俯视示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
根据本公开的第一方面，硅晶圆制造方法，如图1所示，所述硅晶圆制造方法包括以下步骤：
S1：通过外延沉积法在硅晶圆的正面上制备薄膜；
S2：通过第一加热器以大于1200℃小于硅熔点的温度加热硅晶圆的上表面，保持第一预设时间；
S3：通过第二加热器以大于1000℃小于1200℃的温度加热硅晶圆的上表面，保持第二预设时间；
S4：以25℃/s-150℃/s的速度对加热后的硅晶圆进行降温，得到预制硅晶圆；
S5：利用双面研磨装置研磨所述预制硅晶圆的正面、背面以及倒角面，得到第二预制硅晶圆；
S6：将所述第二预制硅晶圆放入液体中进行加热，将所述第二预制硅晶圆从板状构件剥离，得到所述硅晶圆。
首先通过外延沉积法在硅晶圆的正面上制备薄膜；通过第一加热器以大于1200℃小于硅熔点的温度加热硅晶圆的上表面，保持第一预设时间；通过第二加热器以大于1000℃小于1200℃的温度加热硅晶圆的上表面，保持第二预设时间；以25℃/s-150℃/s的速度对加热后的硅晶圆进行降温，得到预制硅晶圆；利用双面研磨装置研磨所述预制硅晶圆的正面、背面以及倒角面，得到第二预制硅晶圆；将所述第二预制硅晶圆放入液体中进行加热，将所述第二预制硅晶圆从板状构件剥离，得到所述硅晶圆。本发明提供的硅晶圆制造方法首先通过第一加热器对硅晶圆表面加热后，再通过第二加热器以较低温度对硅晶圆表面加热，随后对硅晶圆表面进行退火处理，使得硅晶圆表面慢慢释放应力，缓慢冷却得到接近平衡状态的稳定组织，从而减少硅晶圆表面的缺陷，减少表面缺陷对晶圆表面的电子元件功能的不良影响。
作为优选的实施例，所述第一加热器和第二加热器均为惰性气体灯。采用惰性气体灯能够更方便调节第一加热器和第二加热器的加热温度。
作为优选的实施例，真空退火过程能够防止空气中的气体或者杂质与硅晶圆表面物质发生反应，提高硅晶圆表面质量。
本发明还提供硅晶圆的制造装置用于对硅晶圆进行加热和降温，如图2和图3所示，所述装置包括：底座1、升降支架2、加热降温器3、晶圆隔板4以及控制器5，所述底座1用于支撑所述升降支架2、所述加热降温器3以及所述晶圆隔板4，所述升降支架2、所述加热降温器3以及所述晶圆隔板4均设置于所述底座1的顶部，所述升降支架2包括升降汽缸21、悬挂梁22以及提升器23，所述升降汽缸21对称设置于所述底座1的两端，所述升降汽缸21用于升降所述悬挂梁22，所述悬挂梁22设置于两个所述升降汽缸21之间，所述提升器23的一端与所述悬挂梁22相连接，所述提升器23的另一端与所述加热降温器3相连接，所述升降汽缸21通过所述悬挂梁22和所述提升器23带动所述加热降温器3升降。
所述加热降温器3包括第一加热器31、第二加热器32以及降温器33，所述第一加热器31、所述第二加热器32以及所述降温器33均包覆所述晶圆隔板4的顶部，所述第一加热器31和所述第二加热器32用于对硅晶圆进行加热，所述降温器33用于对硅晶圆进行降温，所述晶圆隔板4用于承托硅晶圆。第一加热器31和第二加热器32可以是金属罩，金属罩内置多个高温加热板，能够将硅晶圆表面升至1200℃和1000℃，第一加热器31、第二加热器32以及降温器33分别设置一层，按照某种顺序分别覆盖所述晶圆隔板4.
所述装置还包括温度传感器6，用于检测硅晶圆表面温度，所述温度传感器6、所述第一加热器31、所述第二加热器32、所述降温器33以及所述升降汽缸21均与所述控制器5相连接，所述控制器5用于根据所述温度传感器6检测的硅晶圆表面温度，控制所述第一加热器31和所述第二加热器32的加热温度、所述降温器33的制冷温度以及所述升降汽缸21的升降。
使用时，通过升降支架2将加热降温器3提起，将待处理的硅晶圆放置在晶圆隔板4上，之后再通过升降支架2将加热降温器3放下，控制器5首先控制第一加热器31开启对晶圆隔板4上的硅晶圆进行加热，加热第一预设时间后，控制器5控制第一加热器31关闭，将第二加热器32开启对晶圆隔板4上的硅晶圆进行加热，加热第二预设时间后，控制器控制第二加热器32关闭，开启降温器33对硅晶圆进行缓慢的降温。控制器5还可以通过接收温度传感器6检测的硅晶圆表面的温度，调节第一加热器31、第二加热器32的加热温度以及降温器33的制冷温度，从而使得整个加热降温过程的温度条件达到最佳，获得最佳的退火处理效果。
作为优选的实施例，如图3所示，所述晶圆隔板4、所述第一加热器31、所述第二加热器32以及所述降温器33均呈半球形。一方面半球形形状能够使得硅晶圆表面加热和降温更加均匀，增强退火处理的效果。另一方面，半球形形状能够增加晶圆隔板4的面积，，能够放置更多的硅晶圆。
另外所述第一加热器31的边线到所述晶圆隔板4的边线距离小于所述第二加热器32的边线到所述晶圆隔板4的边线的距离，所述第二加热器32的边线到所述晶圆隔板4的边线的距离小于所述降温器33的边线到所述晶圆隔板4的边线的距离。将第一加热器31和第二加热器32设置在内侧，当加热过程结束后，关闭第一加热器31和第二加热器32的同时，第一加热器31和第二加热器32仍然有余热，降温时开启降温器33时可以实现缓慢的降温，不至于温度骤降造成硅晶圆表面应力集中，进一步提高硅晶圆表面质量。
作为优选的实施例，所述温度传感器6设置为两个，两个所述温度传感器6对称设置于所述晶圆隔板4的两端。设置两个温度传感器6能够更精准的获得晶圆表面温度。
作为优选的实施例，所述底座1的底部设置有多个透气孔11。透气孔11能够防止晶圆隔板4底部温度过高造成底部压强过大，对硅晶圆造成损伤。
本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本发明的其它实施方案。本发明旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括本发明未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本发明的真正范围和精神由上面的权利要求指出。
应当理解的是，本发明并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确流程，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本发明的范围仅由所附的权利要求来限制。
Claims (8)
1.一种硅晶圆制造方法，其特征在于，所述硅晶圆制造方法包括以下步骤：
通过外延沉积法在硅晶圆的正面上制备薄膜；
通过第一加热器以大于1200℃小于硅熔点的温度加热硅晶圆的上表面，保持第一预设时间；
通过第二加热器以大于1000℃小于1200℃的温度加热硅晶圆的上表面，保持第二预设时间；
以25℃/s-150℃/s的速度对加热后的硅晶圆进行降温，得到预制硅晶圆；
利用双面研磨装置研磨所述预制硅晶圆的正面、背面以及倒角面，得到第二预制硅晶圆；
将所述第二预制硅晶圆放入液体中进行加热，将所述第二预制硅晶圆从板状构件剥离，得到所述硅晶圆。
2.根据权利要求1所述的硅晶圆制造方法，其特征在于，所述第一加热器和第二加热器均为惰性气体灯。
3.根据权利要求1所述的硅晶圆制造方法，其特征在于，所述通过第一加热器以大于1200℃小于硅熔点的温度加热硅晶圆的上表面，保持第一预设时间，所述通过第二加热器以大于1000℃小于1200℃的温度加热硅晶圆的上表面，保持第二预设时间，以及，所述以25℃/s-150℃/s的速度对加热后的硅晶圆进行降温的过程均是处于真空中进行。
4.一种硅晶圆制造装置，其特征在于，所述装置用于对硅晶圆进行加热和降温，所述装置包括：底座（1）、升降支架（2）、加热降温器（3）、晶圆隔板（4）以及控制器（5），所述底座（1）用于支撑所述升降支架（2）、所述加热降温器（3）以及所述晶圆隔板（4），所述升降支架（2）、所述加热降温器（3）以及所述晶圆隔板（4）均设置于所述底座（1）的顶部，所述升降支架（2）包括升降汽缸（21）、悬挂梁（22）以及提升器（23），所述升降汽缸（21）对称设置于所述底座（1）的两端，所述升降汽缸（21）用于升降所述悬挂梁（22），所述悬挂梁（22）设置于两个所述升降汽缸（21）之间，所述提升器（23）的一端与所述悬挂梁（22）相连接，所述提升器（23）的另一端与所述加热降温器（3）相连接，所述升降汽缸（21）通过所述悬挂梁（22）和所述提升器（23）带动所述加热降温器（3）升降；
所述加热降温器（3）包括第一加热器（31）、第二加热器（32）以及降温器（33），所述第一加热器（31）、所述第二加热器（32）以及所述降温器（33）均包覆所述晶圆隔板（4）的顶部，所述第一加热器（31）和所述第二加热器（32）用于对硅晶圆进行加热，所述降温器（33）用于对硅晶圆进行降温，所述晶圆隔板（4）用于承托硅晶圆；
所述装置还包括温度传感器（6），用于检测硅晶圆表面温度，所述温度传感器（6）、所述第一加热器（31）、所述第二加热器（32）、所述降温器（33）以及所述升降汽缸（21）均与所述控制器（5）相连接，所述控制器（5）用于根据所述温度传感器（6）检测的硅晶圆表面温度，控制所述第一加热器（31）和所述第二加热器（32）的加热温度、所述降温器（33）的制冷温度以及所述升降汽缸（21）的升降。
5.根据权利要求4所述的硅晶圆制造装置，其特征在于，所述晶圆隔板（4）、所述第一加热器（31）、所述第二加热器（32）以及所述降温器（33）均呈半球形。
6.根据权利要求4或5所述的硅晶圆制造装置，其特征在于，所述第一加热器（31）的边线到所述晶圆隔板（4）的边线距离小于所述第二加热器（32）的边线到所述晶圆隔板（4）的边线的距离，所述第二加热器（32）的边线到所述晶圆隔板（4）的边线的距离小于所述降温器（33）的边线到所述晶圆隔板（4）的边线的距离。
7.根据权利要求5所述的硅晶圆制造装置，其特征在于，所述温度传感器（6）设置为两个，两个所述温度传感器（6）对称设置于所述晶圆隔板（4）的两端。
8.根据权利要求4所述的硅晶圆制造装置，其特征在于，所述底座（1）的底部设置有多个透气孔（11）。
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