TWI851023B - 用於對矽片進行背封的方法和設備 - Google Patents
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Abstract
本發明是關於用於對矽片進行背封的方法和設備，其中，矽片經由其邊緣被懸空地且背面朝上地支承，該方法包括：從矽片的下方加熱矽片以使其升溫至並保持在預定溫度；以及在預定溫度下對矽片的背面進行化學氣相沉積以在其上形成背封膜，其中，在達到預定溫度之前的升溫過程中，矽片的中心區域的溫度被控制成低於邊緣的溫度。
Description
本發明屬於半導體製造技術領域，具體地，是關於用於對矽片進行背封的方法和設備。
重摻矽片在磊晶生長階段需要防止出現自摻雜現象，即在磊晶生長過程的高溫環境下，重摻矽片的摻雜劑會從矽片的正面和背面向外擴散，從而與磊晶生長的反應氣體混合並沉積形成矽片的磊晶層，這會導致電阻率漂移，嚴重影響矽片的品質。矽片背封技術是一種常用的阻止自摻雜的手段，其通過在矽片背面沉積一層例如二氧化矽膜之類的背封膜來將摻雜劑原子封閉在矽片內，從而有效抑制摻雜劑向外擴散。
目前，通常採用常壓化學氣相沉積（Atmospheric Pressure Chemical Vapor Deposition，APCVD）的方式來沉積背封膜。利用該沉積方式的APCVD設備包括反應腔室，在該腔室內設置有用於承載待沉積的矽片的承載盤、用於傳送承載盤的傳送裝置、設置在傳送裝置上方的用於向矽片噴射反應氣體的裝置以及設置在傳送裝置下方的用於對矽片加熱以使其能夠處於沉積反應所需溫度的加熱裝置。在對矽片進行背封時，需要將矽片翻轉後搭放在承載盤上，以使矽片的背面朝上且正面與承載盤的表面間隙佈置，由此，通過化學氣相沉積在矽片背面生長出背封膜。
然而，在通過加熱裝置對矽片進行加熱的預熱階段和反應階段，由於置於承載盤上的矽片的上下表面存在溫度差，即矽片正面的溫度略高於背面的溫度，並且由於矽片在承載盤上的佈置方式即矽片邊緣搭放在承載盤上而中心區域不接觸承載盤，矽片會在內力及自身重力的作用下發生中心區域向下塌陷的變形，而且可能導致矽片的中心區域與承載盤接觸，由此會對矽片的正面即待生長磊晶層的一面造成損傷。
本部分提供了本發明的總體概要，而不是對本發明的全部範圍或所有特徵的全面公開。
本發明的目的在於提供一種能夠阻止背封中矽片的中心區域的下塌變形的用於對矽片進行背封的方法。
為了實現上述目的，根據本發明的一方面，提供了一種用於對矽片進行背封的方法，其中，矽片經由其邊緣被懸空地且背面朝上地支承，該方法包括：
從矽片的下方加熱矽片以使其升溫至並保持在預定溫度；以及
在預定溫度下對矽片的背面進行化學氣相沉積以在其上形成背封膜，
其中，在達到預定溫度之前的升溫過程中，矽片的中心區域的溫度被控制成低於邊緣的溫度。
在上述用於對矽片進行背封的方法中，邊緣的溫度與中心區域的溫度之差可以隨著升溫過程的進行逐步減小。
在上述用於對矽片進行背封的方法中，邊緣的溫度與中心區域的溫度之差可以按照相等的梯度逐步減小。
在上述用於對矽片進行背封的方法中，邊緣的溫度與中心區域的溫度之差可以為10℃至50℃。
在上述用於對矽片進行背封的方法中，預定溫度可以為400℃，並且在升溫過程中，邊緣的溫度可以按照50℃的梯度逐步增加。
在上述用於對矽片進行背封的方法中，在升溫過程中，溫度可以按照5℃的精度進行控制。
在上述用於對矽片進行背封的方法中，在升溫過程中，中心區域的中心部位的溫度可以被控制成低於中心區域的邊緣部位的溫度。
根據本發明的另一方面，提供了一種用於對矽片進行背封的設備，該設備用於執行根據前述段落中的任一個所述的用於對矽片進行背封的方法，該設備包括：
承載裝置，其構造成用於支承背面朝上的矽片的邊緣以懸空地承載矽片；
加熱裝置，其設置在承載裝置的下方以用於從矽片的下方加熱矽片，並且構造成能夠針對矽片的以從邊緣向中央收縮的方式劃分的不同區域單獨地進行溫度控制；以及
沉積裝置，其設置在承載裝置的上方以用於對矽片的背面進行化學氣相沉積。
在上述用於對矽片進行背封的設備中，加熱裝置可以為電阻加熱器，電阻加熱器可以包括並排佈置的多條電阻絲，其中，每條電阻絲的發熱量是能夠調節的。
在上述用於對矽片進行背封的設備中，還可以包括旋轉機構，旋轉機構構造成用於使承載裝置能夠繞其中心軸線旋轉，以帶動矽片繞其中心軸線旋轉，其中，承載裝置構造成使得其中心軸線與其所承載的矽片的中心軸線重合。
根據本發明，通過使得在達到反應階段的預定溫度之前的升溫過程中矽片的中心區域的溫度低於邊緣的溫度，使矽片的中心區域相對於矽片的被支承的邊緣略微拱起，或者至少在一定程度上限制矽片的中心區域的下塌，從而當在反應階段於一致的預定溫度下反應時，仍能夠在總體上減小矽片的中心區域的最終下塌量，由此減小或甚至避免了背封中矽片中心區域的向下塌陷變形，也因此降低了矽片正面的平坦度惡化以及因此磊晶生長效果變差的風險，而且在矽片由承載盤承載的情況下也降低了因矽片的中心區域下塌程度較大而導致矽片的待生長磊晶的正面與承載盤接觸從而對矽片的正面造成損傷的風險。
通過以下結合附圖對本發明的示例性實施方式的詳細說明，本發明的上述特徵和優點以及其他特徵和優點將更加清楚。
下面參照附圖、借助於示範性實施方式對本發明進行詳細描述。要注意的是，對本發明的以下詳細描述僅僅是出於說明目的，而絕不是對本發明的限制。
如之前所述，參照圖1，在背封時，矽片1通過其邊緣以背面朝上的方式放置在承載盤2上，並且矽片1的中心區域與承載盤2的表面20間隙佈置。當加熱裝置（未示出）從矽片1下方加熱矽片1時，由於承載在承載盤2上的矽片1的下表面即正面相比於上表面即背面距離加熱裝置更近而導致下表面的溫度會略高於上表面的溫度，並且由於矽片1通過其邊緣以懸空的方式放置在承載盤2上，使得矽片1會在內力及自身重力的作用下發生中心區域向下塌陷的變形，這可能會影響矽片正面的平坦度並在之後影響磊晶的生長效果，而且當變形較大時，即矽片的中心區域下塌程度較大時，可能導致矽片正面在中心區域處與承載盤2的表面20接觸，由此會對矽片的待生長磊晶的正面造成損傷。
為此，根據本發明的實施方式，提供了一種用於對矽片進行背封的方法，其中，矽片經由其邊緣被懸空地且背面朝上地支承，該方法包括：
從矽片的下方加熱矽片以使其升溫至並保持在預定溫度；以及
在預定溫度下對矽片的背面進行化學氣相沉積以在其上形成背封膜，
其中，在達到預定溫度之前的升溫過程中，矽片的中心區域的溫度被控制成低於邊緣的溫度。
對於矽片的背封過程，可以分為預熱階段和反應階段。預熱階段也可以稱為升溫階段，在該預熱階段中，矽片被加熱，使得其溫度不斷升高直至達到預定溫度；之後進入反應階段，在該反應階段中，對矽片的背面在該預定溫度下進行化學氣相沉積以在其上沉積形成背封膜。
需要注意的是，在整個反應階段中，矽片的溫度需要是一致的，以使最終在矽片的背面上長成的背封膜的厚度是一致的。
在本發明中，在預熱階段即在達到預定溫度之前的升溫過程中，矽片的中心區域的溫度被控制成低於邊緣的溫度，由此會使矽片的中心區域相對於矽片的被支承的邊緣略微拱起，或者會至少在一定程度上限制矽片的中心區域的下塌，從而當在反應階段於一致的預定溫度下反應時，儘管矽片的中心區域可能會因為上述提到的原因發生下塌，仍能夠在總體上減小矽片的中心區域的最終下塌量，也就是說，使得矽片的中心區域在背封結束時的最終下塌量小於採用矽片的中心區域的溫度與邊緣的溫度相等的通常背封方式時矽片中心區域的最終下塌量。
通過這種方式，減小或甚至避免了背封中矽片中心區域的向下塌陷變形，由此降低了矽片正面的平坦度惡化以及因此磊晶生長效果變差的風險，而且在矽片由承載盤承載的情況下也降低了因矽片的中心區域下塌程度較大而導致矽片的待生長磊晶的正面與承載盤接觸從而對矽片的正面造成損傷的風險。
由於反應階段中矽片表面的溫度需要是一致的，因此在預熱階段中，無論是矽片的邊緣的溫度還是中心區域的溫度最終都需要在預熱階段結束前達到矽片進行化學氣相沉積時的預定溫度。
在根據本發明的實施方式中，邊緣的溫度與中心區域的溫度之差可以隨著升溫過程的進行逐步減小。
通過這種方式，使得邊緣的溫度與中心區域的溫度在均達到預定溫度前不會被急速地控制成相等的，而是使二者之間的溫度差異能夠被逐步地減小，由此降低了因急速地消除溫度差而可能導致的矽片平坦度惡化的風險。
為了更好地平滑升溫過程中邊緣的溫度與中心區域的溫度之間的溫度差變化以避免出現矽片平坦度惡化，在本發明的實施方式中，邊緣的溫度與中心區域的溫度之差可以按照相等的梯度逐步減小。
如圖3中所示，提供了利用根據本發明的實施方式的用於對矽片進行背封的方法設置的溫度控制表。
該溫度控制表根據預熱階段和反應階段劃分為預熱區和反應區，即預熱區的溫度對應在預熱階段所要控制成的溫度，而在反應區的溫度對應在反應階段所要控制成的溫度，其中，溫度控制表的上下兩行中的溫度代表的是針對邊緣所要控制成的溫度，而中間一行中的溫度代表的是針對中心區域所要控制成的溫度。
需要注意的是，由於通常是通過加熱裝置來間接地控制矽片的溫度，因此該溫度控制表中的溫度值可以理解為加熱裝置針對矽片的邊緣和中心區域產生的溫度值，也可以理解成矽片的邊緣和中心區域要被控制成的溫度值。為方便說明，僅作為示例，下面的描述按照後一種理解進行。
可以看到，例如，當邊緣的溫度為300℃時，中心區域的溫度為260℃，二者之差為40℃；隨著升溫過程的進行，邊緣的溫度升高為350℃，中心區域的溫度升高為320℃，二者之差為30℃；依次類推，二者之差分別為20℃、10℃和0，即矽片的邊緣的溫度與中心區域的溫度之差按照10℃的梯度逐步減小。
在本發明的實施方式中，如圖3中所示，邊緣的溫度與中心區域的溫度之差可以為10℃至50℃。
可以理解的是，二者的溫度差可以為一定值，即最大可以為50℃並且最小可以為10℃；而在二者之差隨升溫過程的進行逐步減小的情況下，二者的溫度差可以為從50℃至10℃以逐步減小的方式變化。
如圖3中所示，預定溫度可以為400℃，並且在升溫過程中，邊緣的溫度可以按照50℃的梯度逐步增加。此外，在升溫過程中，溫度可以按照5℃的精度進行控制。
也就是說，在進行溫度控制時，可以按照最小控制單位為5℃的精度進行。由此，可以避免因溫差急速變化而導致矽片平坦度惡化的風險。
可以理解的是，在矽片的中心區域發生下塌變形時，由於矽片自身重力的影響且由於矽片的中心距離被支承的邊緣最遠，矽片的中心的下塌程度最大，並且下塌程度基本也呈現出從矽片的中心沿徑向方向向外減小的趨勢，如圖2中所示。
因此，可以設想的是，在升溫過程中，可以進一步使中心區域的中心部位的溫度被控制成低於中心區域的邊緣部位的溫度。
在這種情況下，可以進一步減緩原本下塌程度最大的矽片中心的下塌，由此進一步降低了矽片正面的平坦度惡化以及因此磊晶生長效果變差的風險，而且也進一步降低了矽片的待生長磊晶的正面與承載盤接觸從而對矽片的正面造成損傷的風險。
參照圖4，針對上述用於對矽片進行背封的方法，提供了一種用於執行該方法的用於對矽片進行背封的設備100，包括：
承載裝置101，其構造成用於支承背面朝上的矽片1的邊緣以懸空地承載矽片1；
加熱裝置102，其設置在承載裝置101的下方以用於從矽片1的下方加熱矽片1，並且構造成能夠針對矽片1的以從邊緣向中央收縮的方式劃分的不同區域單獨地進行溫度控制；以及
沉積裝置（未示出），其設置在承載裝置101的上方以用於對矽片1的背面進行化學氣相沉積。
承載裝置101可以為如圖1和圖2中所示的承載盤2的形式，但也可以採用其他形式，其同樣構造成支承矽片1的邊緣並與矽片1的中心區域間隔開，以懸空地承載矽片1。
加熱裝置102可以用於從矽片1的下方加熱矽片1以使其升溫至並保持在預定溫度，並且由於可以針對矽片1的以從邊緣向中央收縮的方式劃分的不同區域單獨地進行溫度控制而能夠在升溫過程中控制矽片1的中心區域的溫度低於邊緣的溫度，而且也能夠控制中心區域的中心部位的溫度低於中心區域的邊緣部位的溫度。這裡，可以理解的是，矽片1的以從邊緣向中央收縮的方式劃分的不同區域指的是矽片1的沿著徑向方向一圈一圈地被劃分的不同區域，即包括了沿徑向方向同心佈置的多個環形區域和由最內側的環形區域包圍的中心圓形區域。
在本發明的實施方式中，加熱裝置102可以為電阻加熱器，電阻加熱器包括並排佈置的多條電阻絲102a，其中，每條電阻絲的發熱量是能夠調節的。
在這種情況下，可以通過調節各個電阻絲的發熱量來控制矽片的邊緣和中心區域的溫度。如圖4中所示，可以通過分別調節與矽片1的邊緣對應的電阻絲即圖4中位於上部和下部的多個電阻絲的溫度以及與矽片1的中心區域對應的電阻絲即圖4中位於中間的多個電阻絲的溫度來使矽片1的中心區域的溫度低於邊緣的溫度。
可以理解的是，儘管如圖4中的代表溫度區域的虛線框所示，矽片1的邊緣僅是位於上部和下部的部分的溫度被控制成高於矽片1的中心區域的溫度，但這種溫度差已經可以實現阻止矽片的中心區域下塌變形的效果。
為了實現對矽片邊緣的溫度的更均等地控制，設備100還可以包括旋轉機構（未示出），該旋轉機構構造成用於使承載裝置101能夠繞其中心軸線旋轉，以帶動矽片1繞其中心軸線旋轉，其中，承載裝置101構造成使得其中心軸線與其所承載的矽片1的中心軸線重合。
在這種情況下，矽片的邊緣的各部分會週期性地且均等地經過高溫和低溫，從而使矽片的邊緣的溫度是均勻的，從而能夠實現對矽片的邊緣的溫度的更均等地控制，並由此獲得更好的阻止中心區域下塌變形的效果。
可以設想的是，加熱裝置102也可以採用其他形式，例如，加熱裝置102可以是紅外加熱器或電磁感應加熱器。
以上所述，僅為本發明的具體實施方式，但本發明的保護範圍並不局限於此，任何熟悉本技術領域的通常知識者在本發明揭露的技術範圍內，可輕易想到的變化或替換，都應涵蓋在本發明的保護範圍之內。因此，本發明的保護範圍應以申請專利範圍的保護範圍為準。
1:矽片
2:承載盤
20:表面
100:設備
101:承載裝置
102:加熱裝置
102a:電阻絲
圖1示範性地示出了背封時矽片在未被加熱時在承載盤上的承載狀態；
圖2示範性地示出了背封時矽片在被加熱時在承載盤上的承載狀態；
圖3示出了利用根據本發明的實施方式的用於對矽片進行背封的方法設置的溫度控制表；以及
圖4為示範性地示出了根據本發明的實施方式的用於對矽片進行背封的設備的俯視圖，其中，示出了矽片的邊緣與中心區域在升溫過程中的溫度關係。
1:矽片
100:設備
101:承載裝置
102:加熱裝置
102a:電阻絲
Claims (9)
- 一種用於對矽片進行背封的方法，其中，該矽片經由其邊緣被懸空地且背面朝上地支承，該方法包括：從該矽片的下方加熱該矽片以使其升溫至並保持在預定溫度；以及在該預定溫度下對該矽片的背面進行化學氣相沉積以在其上形成背封膜，其中，在達到該預定溫度之前的升溫過程中，該矽片的中心區域的溫度被控制成低於該邊緣的溫度；該邊緣的溫度與該中心區域的溫度之差隨著該升溫過程的進行逐步減小；且在預熱階段中，無論是矽片的邊緣的溫度還是中心區域的溫度最終都需要在預熱階段結束前達到矽片進行化學氣相沉積時的預定溫度。
- 如請求項1所述的用於對矽片進行背封的方法，其中，該邊緣的溫度與該中心區域的溫度之差按照相等的梯度逐步減小。
- 如請求項1或2所述的用於對矽片進行背封的方法，其中，該邊緣的溫度與該中心區域的溫度之差為10℃至50℃。
- 如請求項1或2所述的用於對矽片進行背封的方法，其中，該預定溫度為400℃，並且在該升溫過程中，該邊緣的溫度按照50℃的梯度逐步增加。
- 如請求項1或2所述的用於對矽片進行背封的方法，其中，在該升溫過程中，溫度按照5℃的精度進行控制。
- 如請求項1或2所述的用於對矽片進行背封的方法，其中，在該升溫過程中，該中心區域的中心部位的溫度被控制成低於該中心區域的邊緣部位的溫度。
- 一種用於對矽片進行背封的設備，該設備用於執行如請求項1至6中任一項所述的用於對矽片進行背封的方法，該設備包括：承載裝置，其構造成用於支承背面朝上的該矽片的該邊緣以懸空地承載該矽片；加熱裝置，其設置在該承載裝置的下方以用於從該矽片的下方加熱該矽片，並且構造成能夠針對該矽片的以從邊緣向中央收縮的方式劃分的不同區域單獨地進行溫度控制；以及沉積裝置，其設置在該承載裝置的上方以用於對該矽片的背面進行化學氣相沉積。
- 如請求項7所述的用於對矽片進行背封的設備，其中，該加熱裝置為電阻加熱器，該電阻加熱器包括並排佈置的多條電阻絲，其中，每條電阻絲的發熱量是能夠調節的。
- 如請求項8所述的用於對矽片進行背封的設備，其中，還包括旋轉機構，該旋轉機構構造成用於使該承載裝置能夠繞其中心軸線旋轉，以帶動該矽片繞其中心軸線旋轉，其中，該承載裝置構造成使得其中心軸線與其所承載的該矽片的中心軸線重合。
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| US20140162445A1 (en) | 2011-01-31 | 2014-06-12 | Nanogram Corporation | Silicon substrates with doped surface contacts formed from doped silicon based inks and corresponding processes |
Patent Citations (1)
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| US20140162445A1 (en) | 2011-01-31 | 2014-06-12 | Nanogram Corporation | Silicon substrates with doped surface contacts formed from doped silicon based inks and corresponding processes |
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