CN115565852B - 用于对硅片进行背封的方法和设备 - Google Patents
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Abstract
本公开涉及用于对硅片进行背封的方法和设备，其中，硅片经由其边缘被悬空地且背面朝上地支承，该方法包括：从硅片的下方加热硅片以使其升温至并保持在预定温度；以及在预定温度下对硅片的背面进行化学气相沉积以在其上形成背封膜，其中，在达到预定温度之前的升温过程中，硅片的中心区域的温度被控制成低于边缘的温度。通过该方法，可以阻止背封中硅片中心区域的向下塌陷变形。
Description
技术领域
本公开涉及半导体制造技术领域，具体地，涉及用于对硅片进行背封的方法和设备。
背景技术
重掺硅片在外延生长阶段需要防止出现自掺杂现象，即在外延生长过程的高温环境下，重掺硅片的掺杂剂会从硅片的正面和背面向外扩散，从而与外延生长的反应气体混合并沉积形成硅片的外延层，这会导致电阻率漂移，严重影响硅片的品质。硅片背封技术是一种常用的阻止自掺杂的手段，其通过在硅片背面沉积一层例如二氧化硅膜之类的背封膜来将掺杂剂原子封闭在硅片内，从而有效抑制掺杂剂向外扩散。
目前，通常采用常压化学气相沉积（APCVD）的方式来沉积背封膜。利用该沉积方式的APCVD设备包括反应腔室，在该腔室内设置有用于承载待沉积的硅片的承载盘、用于传送承载盘的传送装置、设置在传送装置上方的用于向硅片喷射反应气体的装置以及设置在传送装置下方的用于对硅片加热以使其能够处于沉积反应所需温度的加热装置。在对硅片进行背封时，需要将硅片翻转后搭放在承载盘上，以使硅片的背面朝上且正面与承载盘的表面间隙布置，由此，通过化学气相沉积在硅片背面生长出背封膜。
然而，在通过加热装置对硅片进行加热的预热阶段和反应阶段，由于置于承载盘上的硅片的上下表面存在温度差，即硅片正面的温度略高于背面的温度，并且由于硅片在承载盘上的布置方式即硅片边缘搭放在承载盘上而中心区域不接触承载盘，硅片会在内力及自身重力的作用下发生中心区域向下塌陷的变形，而且可能导致硅片的中心区域与承载盘接触，由此会对硅片的正面即待生长外延层的一面造成损伤。
发明内容
本部分提供了本公开的总体概要，而不是对本公开的全部范围或所有特征的全面公开。
本公开的目的在于提供一种能够阻止背封中硅片的中心区域的下塌变形的用于对硅片进行背封的方法。
为了实现上述目的，根据本公开的一方面，提供了一种用于对硅片进行背封的方法，其中，硅片经由其边缘被悬空地且背面朝上地支承，该方法包括：
从硅片的下方加热硅片以使其升温至并保持在预定温度；以及
在预定温度下对硅片的背面进行化学气相沉积以在其上形成背封膜，
其中，在达到预定温度之前的升温过程中，硅片的中心区域的温度被控制成低于边缘的温度。
在上述用于对硅片进行背封的方法中，边缘的温度与中心区域的温度之差可以随着升温过程的进行逐步减小。
在上述用于对硅片进行背封的方法中，边缘的温度与中心区域的温度之差可以按照相等的梯度逐步减小。
在上述用于对硅片进行背封的方法中，边缘的温度与中心区域的温度之差可以为10℃至50℃。
在上述用于对硅片进行背封的方法中，预定温度可以为400℃，并且在升温过程中，边缘的温度可以按照50℃的梯度逐步增加。
在上述用于对硅片进行背封的方法中，在升温过程中，温度可以按照5℃的精度进行控制。
在上述用于对硅片进行背封的方法中，在升温过程中，中心区域的中心部位的温度可以被控制成低于中心区域的边缘部位的温度。
根据本公开的另一方面，提供了一种用于对硅片进行背封的设备，该设备用于执行根据前述段落中的任一个所述的用于对硅片进行背封的方法，该设备包括：
承载装置，其构造成用于支承背面朝上的硅片的边缘以悬空地承载硅片；
加热装置，其设置在承载装置的下方以用于从硅片的下方加热硅片，并且构造成能够针对硅片的以从边缘向中央收缩的方式划分的不同区域单独地进行温度控制；以及
沉积装置，其设置在承载装置的上方以用于对硅片的背面进行化学气相沉积。
在上述用于对硅片进行背封的设备中，加热装置可以为电阻加热器，电阻加热器可以包括并排布置的多条电阻丝，其中，每条电阻丝的发热量是能够调节的。
在上述用于对硅片进行背封的设备中，还可以包括旋转机构，旋转机构构造成用于使承载装置能够绕其中心轴线旋转，以带动硅片绕其中心轴线旋转，其中，承载装置构造成使得其中心轴线与其所承载的硅片的中心轴线重合。
根据本公开，通过使得在达到反应阶段的预定温度之前的升温过程中硅片的中心区域的温度低于边缘的温度，使硅片的中心区域相对于硅片的被支承的边缘略微拱起，或者至少在一定程度上限制硅片的中心区域的下塌，从而当在反应阶段于一致的预定温度下反应时，仍能够在总体上减小硅片的中心区域的最终下塌量，由此减小或甚至避免了背封中硅片中心区域的向下塌陷变形，也因此降低了硅片正面的平坦度恶化以及因此外延生长效果变差的风险，而且在硅片由承载盘承载的情况下也降低了因硅片的中心区域下塌程度较大而导致硅片的待生长外延的正面与承载盘接触从而对硅片的正面造成损伤的风险。
通过以下结合附图对本公开的示例性实施方式的详细说明，本公开的上述特征和优点以及其他特征和优点将更加清楚。
附图说明
图1示意性地示出了背封时硅片在未被加热时在承载盘上的承载状态；
图2示意性地示出了背封时硅片在被加热时在承载盘上的承载状态；
图3示出了利用根据本公开的实施方式的用于对硅片进行背封的方法设置的温度控制表；以及
图4为示意性地示出了根据本公开的实施方式的用于对硅片进行背封的设备的俯视图，其中，示出了硅片的边缘与中心区域在升温过程中的温度关系。
具体实施方式
下面参照附图、借助于示例性实施方式对本公开进行详细描述。要注意的是，对本公开的以下详细描述仅仅是出于说明目的，而绝不是对本公开的限制。
如之前所述，参照图1，在背封时，硅片1通过其边缘以背面朝上的方式放置在承载盘2上，并且硅片1的中心区域与承载盘2的表面20间隙布置。当加热装置（未示出）从硅片1下方加热硅片1时，由于承载在承载盘2上的硅片1的下表面即正面相比于上表面即背面距离加热装置更近而导致下表面的温度会略高于上表面的温度，并且由于硅片1通过其边缘以悬空的方式放置在承载盘2上，使得硅片1会在内力及自身重力的作用下发生中心区域向下塌陷的变形，这可能会影响硅片正面的平坦度并在之后影响外延的生长效果，而且当变形较大时，即硅片的中心区域下塌程度较大时，可能导致硅片正面在中心区域处与承载盘2的表面20接触，由此会对硅片的待生长外延的正面造成损伤。
为此，根据本公开的实施方式，提供了一种用于对硅片进行背封的方法，其中，硅片经由其边缘被悬空地且背面朝上地支承，该方法包括：
从硅片的下方加热硅片以使其升温至并保持在预定温度；以及
在预定温度下对硅片的背面进行化学气相沉积以在其上形成背封膜，
其中，在达到预定温度之前的升温过程中，硅片的中心区域的温度被控制成低于边缘的温度。
对于硅片的背封过程，可以分为预热阶段和反应阶段。预热阶段也可以称为升温阶段，在该预热阶段中，硅片被加热，使得其温度不断升高直至达到预定温度；之后进入反应阶段，在该反应阶段中，对硅片的背面在该预定温度下进行化学气相沉积以在其上沉积形成背封膜。
需要注意的是，在整个反应阶段中，硅片的温度需要是一致的，以使最终在硅片的背面上长成的背封膜的厚度是一致的。
在本公开中，在预热阶段即在达到预定温度之前的升温过程中，硅片的中心区域的温度被控制成低于边缘的温度，由此会使硅片的中心区域相对于硅片的被支承的边缘略微拱起，或者会至少在一定程度上限制硅片的中心区域的下塌，从而当在反应阶段于一致的预定温度下反应时，尽管硅片的中心区域可能会因为上述提到的原因发生下塌，仍能够在总体上减小硅片的中心区域的最终下塌量，也就是说，使得硅片的中心区域在背封结束时的最终下塌量小于采用硅片的中心区域的温度与边缘的温度相等的通常背封方式时硅片中心区域的最终下塌量。
通过这种方式，减小或甚至避免了背封中硅片中心区域的向下塌陷变形，由此降低了硅片正面的平坦度恶化以及因此外延生长效果变差的风险，而且在硅片由承载盘承载的情况下也降低了因硅片的中心区域下塌程度较大而导致硅片的待生长外延的正面与承载盘接触从而对硅片的正面造成损伤的风险。
由于反应阶段中硅片表面的温度需要是一致的，因此在预热阶段中，无论是硅片的边缘的温度还是中心区域的温度最终都需要在预热阶段结束前达到硅片进行化学气相沉积时的预定温度。
在根据本公开的实施方式中，边缘的温度与中心区域的温度之差可以随着升温过程的进行逐步减小。
通过这种方式，使得边缘的温度与中心区域的温度在均达到预定温度前不会被急速地控制成相等的，而是使二者之间的温度差异能够被逐步地减小，由此降低了因急速地消除温度差而可能导致的硅片平坦度恶化的风险。
为了更好地平滑升温过程中边缘的温度与中心区域的温度之间的温度差变化以避免出现硅片平坦度恶化，在本公开的实施方式中，边缘的温度与中心区域的温度之差可以按照相等的梯度逐步减小。
如图3中所示，提供了利用根据本公开的实施方式的用于对硅片进行背封的方法设置的温度控制表。
该温度控制表根据预热阶段和反应阶段划分为预热区和反应区，即预热区的温度对应在预热阶段所要控制成的温度，而在反应区的温度对应在反应阶段所要控制成的温度，其中，温度控制表的上下两行中的温度代表的是针对边缘所要控制成的温度，而中间一行中的温度代表的是针对中心区域所要控制成的温度。
需要注意的是，由于通常是通过加热装置来间接地控制硅片的温度，因此该温度控制表中的温度值可以理解为加热装置针对硅片的边缘和中心区域产生的温度值，也可以理解成硅片的边缘和中心区域要被控制成的温度值。为方便说明，仅作为示例，下面的描述按照后一种理解进行。
可以看到，例如，当边缘的温度为300℃时，中心区域的温度为260℃，二者之差为40℃；随着升温过程的进行，边缘的温度升高为350℃，中心区域的温度升高为320℃，二者之差为30℃；依次类推，二者之差分别为20℃、10℃和0，即硅片的边缘的温度与中心区域的温度之差按照10℃的梯度逐步减小。
在本公开的实施方式中，如图3中所示，边缘的温度与中心区域的温度之差可以为10℃至50℃。
可以理解的是，二者的温度差可以为一定值，即最大可以为50℃并且最小可以为10℃；而在二者之差随升温过程的进行逐步减小的情况下，二者的温度差可以为从50℃至10℃以逐步减小的方式变化。
如图3中所示，预定温度可以为400℃，并且在升温过程中，边缘的温度可以按照50℃的梯度逐步增加。此外，在升温过程中，温度可以按照5℃的精度进行控制。
也就是说，在进行温度控制时，可以按照最小控制单位为5℃的精度进行。由此，可以避免因温差急速变化而导致硅片平坦度恶化的风险。
可以理解的是，在硅片的中心区域发生下塌变形时，由于硅片自身重力的影响且由于硅片的中心距离被支承的边缘最远，硅片的中心的下塌程度最大，并且下塌程度基本也呈现出从硅片的中心沿径向方向向外减小的趋势，如图2中所示。
因此，可以设想的是，在升温过程中，可以进一步使中心区域的中心部位的温度被控制成低于中心区域的边缘部位的温度。
在这种情况下，可以进一步减缓原本下塌程度最大的硅片中心的下塌，由此进一步降低了硅片正面的平坦度恶化以及因此外延生长效果变差的风险，而且也进一步降低了硅片的待生长外延的正面与承载盘接触从而对硅片的正面造成损伤的风险。
参照图4，针对上述用于对硅片进行背封的方法，提供了一种用于执行该方法的用于对硅片进行背封的设备100，包括：
承载装置101，其构造成用于支承背面朝上的硅片1的边缘以悬空地承载硅片1；
加热装置102，其设置在承载装置101的下方以用于从硅片1的下方加热硅片1，并且构造成能够针对硅片1的以从边缘向中央收缩的方式划分的不同区域单独地进行温度控制；以及
沉积装置（未示出），其设置在承载装置101的上方以用于对硅片1的背面进行化学气相沉积。
承载装置101可以为如图1和图2中所示的承载盘2的形式，但也可以采用其他形式，其同样构造成支承硅片1的边缘并与硅片1的中心区域间隔开，以悬空地承载硅片1。
加热装置102可以用于从硅片1的下方加热硅片1以使其升温至并保持在预定温度，并且由于可以针对硅片1的以从边缘向中央收缩的方式划分的不同区域单独地进行温度控制而能够在升温过程中控制硅片1的中心区域的温度低于边缘的温度，而且也能够控制中心区域的中心部位的温度低于中心区域的边缘部位的温度。这里，可以理解的是，硅片1的以从边缘向中央收缩的方式划分的不同区域指的是硅片1的沿着径向方向一圈一圈地被划分的不同区域，即包括了沿径向方向同心布置的多个环形区域和由最内侧的环形区域包围的中心圆形区域。
在本公开的实施方式中，加热装置102可以为电阻加热器，电阻加热器包括并排布置的多条电阻丝102a，其中，每条电阻丝的发热量是能够调节的。
在这种情况下，可以通过调节各个电阻丝的发热量来控制硅片的边缘和中心区域的温度。如图4中所示，可以通过分别调节与硅片1的边缘对应的电阻丝即图4中位于上部和下部的多个电阻丝的温度以及与硅片1的中心区域对应的电阻丝即图4中位于中间的多个电阻丝的温度来使硅片1的中心区域的温度低于边缘的温度。
可以理解的是，尽管如图4中的代表温度区域的虚线框所示，硅片1的边缘仅是位于上部和下部的部分的温度被控制成高于硅片1的中心区域的温度，但这种温度差已经可以实现阻止硅片的中心区域下塌变形的效果。
为了实现对硅片边缘的温度的更均等地控制，设备100还可以包括旋转机构（未示出），该旋转机构构造成用于使承载装置101能够绕其中心轴线旋转，以带动硅片1绕其中心轴线旋转，其中，承载装置101构造成使得其中心轴线与其所承载的硅片1的中心轴线重合。
在这种情况下，硅片的边缘的各部分会周期性地且均等地经过高温和低温，从而使硅片的边缘的温度是均匀的，从而能够实现对硅片的边缘的温度的更均等地控制，并由此获得更好的阻止中心区域下塌变形的效果。
可以设想的是，加热装置102也可以采用其他形式，例如，加热装置102可以是红外加热器或电磁感应加热器。
以上所述，仅为本公开的具体实施方式，但本公开的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本公开揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本公开的保护范围之内。因此，本公开的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (7)
1.一种用于对硅片进行背封的方法，其中，所述硅片经由其边缘而被中心悬空地且背面朝上地支承，其特征在于，所述方法包括：
从所述硅片的下方加热所述硅片以使所述硅片的中心区域和边缘升温至并保持在一致的预定温度，其中，在达到所述预定温度之前的升温过程中，所述硅片的中心区域的温度被控制成低于所述边缘的温度；以及
在所述预定温度下对所述硅片的背面进行化学气相沉积以在其上形成背封膜。
2.根据权利要求1所述的用于对硅片进行背封的方法，其特征在于，所述边缘的温度与所述中心区域的温度之差随着所述升温过程的进行逐步减小。
3.根据权利要求2所述的用于对硅片进行背封的方法，其特征在于，所述边缘的温度与所述中心区域的温度之差按照相等的梯度逐步减小。
4.根据权利要求1至3中的任一项所述的用于对硅片进行背封的方法，其特征在于，所述边缘的温度与所述中心区域的温度之差为10℃至50℃。
5.根据权利要求1至3中的任一项所述的用于对硅片进行背封的方法，其特征在于，所述预定温度为400℃，并且在所述升温过程中，所述边缘的温度按照50℃的梯度逐步增加。
6.根据权利要求1至3中的任一项所述的用于对硅片进行背封的方法，其特征在于，在所述升温过程中，温度按照5℃的精度进行控制。
7.根据权利要求1至3中的任一项所述的用于对硅片进行背封的方法，其特征在于，在所述升温过程中，所述中心区域的中心部位的温度被控制成低于所述中心区域的边缘部位的温度。
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