CN117626427A - 一种新型结构的硅单晶抛光片 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种新型结构的硅单晶抛光片，包括Si单晶抛光片、高温热氧化层和低温热氧化层，所述高温热氧化层位于Si单晶抛光片和低温热氧化层之间，所述Si单晶抛光片在APCVD工序长低温热氧化层前，先在LPCVD机台长一层高温热氧化层SiO2，再流片到APCVD工序长一层低温氧化层SiO2；本发明通过Si单晶抛光片、高温热氧化层和低温热氧化层的配合，Si单晶抛光片在APCVD工序长低温热氧化层前，先在LPCVD机台长一层高温热氧化层SiO2，再流片到APCVD工序长一层低温氧化层SiO2，使高温热氧化层非常致密，没有孔洞，外延不会形成大量硅渣，一定程度上可满足IGBT领域的衬底需求。
Description
技术领域
本发明属于半导体CVD技术领域，具体涉及一种新型结构的硅单晶抛光片。
背景技术
硅单晶抛光片以硅单晶锭为原料，经切片、磨片、抛光等加工工序,生产符合半导体器件要求的硅单晶片的硅单晶抛光片。
传统硅单晶抛光片，为了避免外延EPI过程背面杂质溢出导致外延层电阻率恶化(自掺杂现象Autodoping)，需要在背面采用APCVD工艺长一层LTO-低温氧化层SiO2(一般2000-10000A埃米，具体依外延客户需求)。
SiH4+2O2＝SiO2+2H2O(300-500℃)
但这一层LTO二氧化硅比较酥松，容易有孔洞产生。LPCVD外延过程，背面SiO2孔洞会露出底部的硅单晶结构，也会外延形成大量硅渣SiliconNodules(SN)，这些硅渣导致硅片背面平整度恶化，后道客户光刻时会聚焦不良，形成散焦Defocus导致晶片报废，外延层厚度越厚，硅渣问题越严重，然而随5G和新能源对IGBT电路的需求越来越多，EPI外延厚度也随之越来越厚，传统结构硅单晶抛光片因外延容易产生硅渣SN，无法满足IGBT领域的衬底需求，因此我们需要提出一种新型结构的硅单晶抛光片来解决上述存在的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种新型结构的硅单晶抛光片，通过Si单晶抛光片、高温热氧化层和低温热氧化层的配合，使高温热氧化层非常致密，没有孔洞，外延不会形成大量硅渣，一定程度上可满足IGBT领域的衬底需求，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
一种新型结构的硅单晶抛光片，包括Si单晶抛光片、高温热氧化层和低温热氧化层，所述高温热氧化层位于Si单晶抛光片和低温热氧化层之间，所述Si单晶抛光片在APCVD工序长低温热氧化层前，先在LPCVD机台长一层高温热氧化层SiO2，再流片到APCVD工序长一层低温氧化层SiO2。
优选的，所述高温热氧化层的外延厚度为50-5000A埃米，所述高温热氧化层在淀积时的温度为500℃-1200℃。
优选的，所述高温热氧化层在LPCVD工序时产生的反应如下：Si+O2＝SiO2。
优选的，所述LPCVD工序在工作时，将气体在反应器内的压力降低到大约133Pa进行沉积的反应，在常压下，气体分子运动速率快于化学反应速率，成膜时会因为反应不完全形成孔洞，影响成膜质量，通过真空泵将炉腔内抽成低压，使得在适当温度下，分子的运动速率慢于化学反应速率，提高了成膜质量。
优选的，所述低温热氧化层的外延厚度为2000-10000A埃米，所述低温热氧化层在沉积时的温度为300℃-500℃。
优选的，所述APCVD工序长一层低温氧化层SiO2时产生的化学反应如下：SiH4+2O2＝SiO2+2H2O，需满足以下条件：
A1、在淀积温度下，反应剂需有高的蒸气压；
A2、除淀积物外，反应的其它物质必须具有挥发性；
A3、淀积物本身必须具有低的蒸气压；
A4、薄膜淀积所用的时间必须短；
A5、淀积温度必须低；
A6、CVD不允许化学反应的气态副产物进入薄膜；
A7、化学反应必须在被加热的衬底表面。
优选的，所述APCVD工序在工作时，是以气相方式被运输到反应器内，由于衬底高温或有其他形式能量的激发，源发生化学反应，生成固态的薄膜物质淀积在衬底表面形成薄膜，生成的其他副产物质是气态，被排出反应器。
本发明提出的一种新型结构的硅单晶抛光片，与现有技术相比，具有以下优点：
1、本发明通过Si单晶抛光片、高温热氧化层和低温热氧化层的配合，Si单晶抛光片在APCVD工序长低温热氧化层前，先在LPCVD机台长一层高温热氧化层SiO2，再流片到APCVD工序长一层低温氧化层SiO2，使高温热氧化层非常致密，没有孔洞，外延不会形成大量硅渣，一定程度上可满足IGBT领域的衬底需求。
附图说明
图1为本发明的叠构示意图；
图2为本发明的制备流程框图；
图3为现有技术叠构示意图；
图4为现有技术自掺杂Autodoping原理图；
图5为现有技术外延硅渣SiliconNodule原理图。
具体实施方式
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。此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。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，都属于本发明保护的范围。
本发明提供了如图1所示的一种新型结构的硅单晶抛光片，包括Si单晶抛光片、高温热氧化层和低温热氧化层，高温热氧化层位于Si单晶抛光片和低温热氧化层之间，Si单晶抛光片是一种用于硅单晶材料的抛光工艺，在加工前，需要进行以下准备工作：
清洗：将Si单晶抛光片进行清洗，去除表面的杂质和污垢。可以使用溶剂或者超声波清洗设备进行清洗。
切割：将Si单晶材料切割成所需尺寸和形状的抛光片。可以使用切割机、钻孔机等设备进行切割。
研磨：对切割好的Si单晶抛光片进行研磨，去除表面的粗糙度和划痕。可以使用研磨机和研磨液进行研磨。
抛光：将研磨好的Si单晶抛光片进行最终的抛光处理，使其表面光滑且具有一定的平整度。可以使用抛光机和抛光液进行抛光。
清洗：最后对抛光好的Si单晶抛光片进行再次清洗，确保表面干净无杂质。通过以上准备工作，可以得到质量较高、表面光滑的Si单晶抛光片，以满足不同领域的需求。
Si单晶抛光片在APCVD工序长低温热氧化层前，先在LPCVD机台长一层高温热氧化层SiO2，再流片到APCVD工序长一层低温氧化层SiO2；
高温热氧化层的外延厚度为50-5000A埃米，高温热氧化层在淀积时的温度为500℃-1200℃。
高温热氧化层是指在高温环境下，材料表面与氧气发生氧化反应形成的一层氧化物薄膜。这种氧化层通常形成在金属、合金或其他材料的表面，具有一定的厚度和化学成分。高温热氧化层具有以下特点：
保护作用：高温热氧化层可以防止材料表面继续氧化，起到一定的保护作用，减缓材料的腐蚀和氧化速度。
密封性：高温热氧化层通常具有较好的密封性，可以阻止氧气和其他有害物质进一步渗透到材料内部。
绝缘性：高温热氧化层在一定程度上具有绝缘性质，可以阻挡电流和热量的传导，起到绝缘隔热的作用。
影响机械性能：高温热氧化层的形成会改变材料的表面形貌和结构，可能会对材料的机械性能产生一定的影响。高温热氧化层广泛应用于许多领域，如航空航天、能源、电子等。在一些特殊情况下，高温热氧化层也可以通过特殊的工艺方法进行控制和利用，例如在半导体工业中用于制造氧化硅层等
高温热氧化层在LPCVD工序时产生的反应如下：Si+O2＝SiO2。
LPCVD工序在工作时，将气体在反应器内的压力降低到大约133Pa进行沉积的反应，在常压下，气体分子运动速率快于化学反应速率，成膜时会因为反应不完全形成孔洞，影响成膜质量，通过真空泵将炉腔内抽成低压，使得在适当温度下，分子的运动速率慢于化学反应速率，提高了成膜质量。
低温热氧化层的外延厚度为2000-10000A埃米，低温热氧化层在沉积时的温度为300℃-500℃。
低温热氧化层是指在相对较低温度下(一般低于材料的熔点)，材料表面与氧气发生氧化反应形成的一层氧化物薄膜。这种氧化层通常形成在金属、合金或其他材料的表面，具有一定的厚度和化学成分。低温热氧化层具有以下特点：
厚度控制：相比于高温热氧化层，低温热氧化层一般具有较薄的厚度，可以通过控制氧化时间和温度来实现对氧化层厚度的控制。
表面改性：低温热氧化层可以改变材料表面的化学成分和结构，引入新的功能性组分，如增加材料的耐腐蚀性、耐磨损性等。
保护作用：低温热氧化层可以提供一定的保护作用，减缓材料的腐蚀和氧化速度。
不同应用领域：低温热氧化层广泛应用于电子、光电、材料科学等领域。例如，低温热氧化层可以用于制备薄膜晶体管(TFT)的栅极绝缘层，用于增强材料的附着性和耐腐蚀性等。需要注意的是，低温热氧化层的形成过程和条件可能因具体材料而异，需要根据材料的特性和要求选择适当的氧化工艺参数。
APCVD工序长一层低温氧化层SiO2时产生的化学反应如下：SiH4+2O2＝SiO2+2H2O，需满足以下条件：
A1、在淀积温度下，反应剂需有高的蒸气压；
A2、除淀积物外，反应的其它物质必须具有挥发性；
A3、淀积物本身必须具有低的蒸气压；
A4、薄膜淀积所用的时间必须短；
A5、淀积温度必须低；
A6、CVD不允许化学反应的气态副产物进入薄膜；
A7、化学反应必须在被加热的衬底表面。
APCVD工序在工作时，是以气相方式被运输到反应器内，由于衬底高温或有其他形式能量的激发，源发生化学反应，生成固态的薄膜物质淀积在衬底表面形成薄膜，生成的其他副产物质是气态，被排出反应器。
在LPCVD工序和APCVD工序时，使用的反应器需满足以下条件：
材料选择：反应器应该采用耐高温、耐腐蚀的材料，如石英、石墨、陶瓷等。这是因为APCVD工序通常在高温和腐蚀性气体存在的环境下进行。
密封性：反应器需要具备良好的密封性能，以防止气体泄漏和外界杂质的进入。这有助于维持反应器内气氛的稳定性和纯净度。
温度控制：反应器应该具备精确的温度控制能力，能够在工艺所需的温度范围内保持稳定的温度。温度的稳定性对于制备高质量的薄膜至关重要。
气体流动控制：反应器需要具备可调节的气体流量控制装置，以实现对反应气体的精确控制。这有助于控制沉积速率和沉积均匀性。
废气处理：由于APCVD过程中会产生废气，反应器需要与废气处理系统连接，以有效处理和排放废气，防止对环境造成污染。总之，反应器在APCVD工序中的要求主要包括耐高温、耐腐蚀、良好的密封性、精确的温度控制能力、可调节的气体流动控制装置以及与废气处理系统的连接等。
通过上述方式制备硅单晶抛光片，并将制备的硅单晶抛光片以及传统的硅抛光片进行多次外延EPI测试，测试结果如下：
1、传统结构硅抛光片，如图3所示，在外延厚度超过50um，开始出现硅渣SN问题，随外延厚度增加，硅渣SN越来越严重，超过100um以后，SN报废率100％。
如图4所示，图中A为从背面自动掺杂；B为向自由流丢失的掺杂剂，晶圆背面自掺杂源需通入工艺气体，氧化物、氮化物或多晶硅背面涂层通常用于防止扩散和自掺杂，自掺杂影响外延层掺杂均匀性。
如图5所示，硅渣是由于氧化层中的针孔或孔隙暴露出下面的硅，优先沉积将导致形成硅渣。
2、本发明新型结构硅抛光片，如图1所示，在外延厚度超过100um，才零星出现硅渣SN问题，超过150um以后，SN报废率仅5％，极大提高了外延片的合格率。
3、随5G和新能源对IGBT电路的衬底需求越来越多，EPI外延厚度也随之越来越厚，新型结构硅单晶抛光片可充分满足IGBT领域的衬底需求。
综上，通过Si单晶抛光片、高温热氧化层和低温热氧化层的配合，Si单晶抛光片在APCVD工序长低温热氧化层前，先在LPCVD机台长一层高温热氧化层SiO2，再流片到APCVD工序长一层低温氧化层SiO2，使高温热氧化层非常致密，没有孔洞，外延不会形成大量硅渣，一定程度上可满足IGBT领域的衬底需求。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种新型结构的硅单晶抛光片，包括Si单晶抛光片、高温热氧化层和低温热氧化层，其特征在于：所述高温热氧化层位于Si单晶抛光片和低温热氧化层之间，所述Si单晶抛光片在APCVD工序长低温热氧化层前，先在LPCVD机台长一层高温热氧化层SiO2，再流片到APCVD工序长一层低温氧化层SiO2。
2.根据权利要求1所述的一种新型结构的硅单晶抛光片，其特征在于：所述高温热氧化层的外延厚度为50-5000A埃米，所述高温热氧化层在淀积时的温度为500℃-1200℃。
3.根据权利要求2所述的一种新型结构的硅单晶抛光片，其特征在于：所述高温热氧化层在LPCVD工序时产生的反应如下：Si+O2＝SiO2。
4.根据权利要求3所述的一种新型结构的硅单晶抛光片，其特征在于：所述LPCVD工序在工作时，将气体在反应器内的压力降低到大约133Pa进行沉积的反应，在常压下，气体分子运动速率快于化学反应速率，成膜时会因为反应不完全形成孔洞，影响成膜质量，通过真空泵将炉腔内抽成低压，使得在适当温度下，分子的运动速率慢于化学反应速率，提高了成膜质量。
5.根据权利要求4所述的一种新型结构的硅单晶抛光片，其特征在于：所述低温热氧化层的外延厚度为2000-10000A埃米，所述低温热氧化层在沉积时的温度为300℃-500℃。
6.根据权利要求5所述的一种新型结构的硅单晶抛光片，其特征在于：所述APCVD工序长一层低温氧化层SiO2时产生的化学反应如下：SiH4+2O2＝SiO2+2H2O，需满足以下条件：
A1、在淀积温度下，反应剂需有高的蒸气压；
A2、除淀积物外，反应的其它物质必须具有挥发性；
A3、淀积物本身必须具有低的蒸气压；
A4、薄膜淀积所用的时间必须短；
A5、淀积温度必须低；
A6、CVD不允许化学反应的气态副产物进入薄膜；
A7、化学反应必须在被加热的衬底表面。
7.根据权利要求6所述的一种新型结构的硅单晶抛光片，其特征在于：所述APCVD工序在工作时，是以气相方式被运输到反应器内，由于衬底高温或有其他形式能量的激发，源发生化学反应，生成固态的薄膜物质淀积在衬底表面形成薄膜，生成的其他副产物质是气态，被排出反应器。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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