專利名稱：采用高溫氧化制程制備igbt用單晶硅晶圓背封材料的工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及單晶硅晶圓硅拋光片的背處理技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種采用高溫氧化制程制備IGBT用單晶硅晶圓背封材料的工藝。
背景技術(shù)：
目前，以IGBT為代表的新型電力電子器件的快速增長，造成生產(chǎn)電力電子器件的主體材料硅單晶的緊缺，對國內(nèi)電力電子器件的發(fā)展形成制約，從而威脅到我國以高壓輸變電工程、智能電網(wǎng)、高速鐵路建設(shè)等為代表的一系列重大項目的安全；巨大的市場需求為 IGBT用外延片的原材料襯底——單晶硅晶圓拋光片的發(fā)展提供了廣闊市場空間和不可多得的機遇。單晶硅晶圓拋光片的加工一般主要包括切片、倒角、磨片、腐蝕、背處理、拋光、清洗等制程，其中背處理制程一般包括背損傷處理、背封處理和邊緣氧化膜去除處理等。背封處理是單晶硅晶圓加工的重要制程，其背封面的質(zhì)量優(yōu)劣對后道外延過程起著至關(guān)重要的作用，這是因為一般而言，外延沉積的硅片是重摻雜的，在外延生長過程的溫度(1100°C 左右)上，重摻硅片的摻雜劑會從重摻硅片外擴散與流動的反應(yīng)物混合，一般這種現(xiàn)象被稱為“自摻雜效應(yīng)”。當(dāng)外延層在硅片正表面生長時，這個效應(yīng)會減弱，但硅片背面的外擴散仍在繼續(xù)；在這個高溫過程中，如果在硅片背面淀積一層薄膜，就能有效阻止摻雜劑的向外擴散，這一層就如同密封劑一樣防止摻雜劑的逃逸。在單晶硅晶圓加工制程中，一般選取的是二氧化硅(SiO2)作為背封材料。目前為止，主要采用三種CVD (Chemical Vapor Deposition)技術(shù)制備二氧化硅背封材料，即常壓 Uf^(才百 MIR (Atmospheric Pressure Chemical Vapor Deposition-APCVD ),
氣相沉積(Low Pressure Chemical Vapor Deposition-LPCVD)和等離子增強化學(xué)氣相
沉積(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition-PECVD)等。遺憾的是，目前這三
種二氧化硅背封制備技術(shù)都有它各自的局限性APCVD雖設(shè)備簡單，制程溫度低，沉積速度快，但其制備的二氧化硅薄膜通常含較多的粒子沾污，可能存在針孔等不良現(xiàn)象，影響其合格率；另外，且其步階覆蓋率較低，可能影響其背封效果。LPCVD雖制備的二氧化硅薄膜步階覆蓋率極佳，純度極好，但其反應(yīng)速度很慢，生長速率通常只有5至lOnm/min，這樣生長一片500nm的背封膜就需要一個小時左右，不可能大批量生產(chǎn)。而PECVD雖能兼顧沉積速率和步階覆蓋率，但其制備的二氧化硅薄膜中不可避免的含有氫等化學(xué)、粒子污染，對后道加工帶來不利影響。這就說明急需找到一種制備二氧化硅薄膜的背封技術(shù)，既能兼顧產(chǎn)量和合格率，又不引入新的污染。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提供一種利用半導(dǎo)體制造中的高溫氧化制程制備單晶硅晶圓背封材料的工藝技術(shù)方案，從而突破現(xiàn)有單晶硅晶圓背封工藝的局限。
本發(fā)明是通過這樣的技術(shù)方案實現(xiàn)的一種采用高溫氧化制程制備IGBT用單晶硅晶圓背封材料的工藝，其特征在于所述工藝包括如下次序步驟
A.將裝有待處理晶圓的石英舟裝入高溫氧化爐體內(nèi)，爐體溫度保持為600至800°C；
B.通入純度彡99%的氮氣和純度彡99.9993%的氧氣；通入氮氣的流量為6至9L/min， 通入氧氣A的流量為4至16L/min ；待15分鐘勻氣后，開始升溫，60至90分鐘內(nèi)爐體升溫至1000°C — 1150°C，然后恒溫退火4小時以上；使晶圓正反面都完全氧化，保持通O2，降溫 2至3小時后，爐體降溫到600至800°C ；
C.停止通O2，將石英舟從高溫氧化爐取出，用N2吹掃，流量為6至9L/min;待晶圓降至室溫后從石英舟中取出；
D.利用劃磨式或手貼膜式去除氧化膜的方法去除正面及邊緣的氧化層。本發(fā)明的優(yōu)點及效果是本發(fā)明利用半導(dǎo)體制造中的高溫氧化制程制備單晶硅晶圓背封材料，從而突破了現(xiàn)有背封工藝的局限。高溫氧化屬于半導(dǎo)體制造的通用設(shè)備，結(jié)構(gòu)原理簡單。高溫氧化背封膜對比APCVD制備的背封膜，高溫氧化背封由于在高純氮氣、氧氣氣氛下制備，不會造成粒子沾污；另外，高溫氧化背封膜致密，背封效果較好。對比LPCVD技術(shù)，高溫氧化背封一爐能產(chǎn)出800片晶圓，需10小時左右，而LPCVD生產(chǎn)同樣800片晶圓則需800小時。對比PECVD技術(shù)，高溫氧化不會帶來化學(xué)、粒子污染。本發(fā)明通過高溫氧化工藝制備單晶硅晶圓背封材料，能兼顧產(chǎn)量和合格率，又不引入新的污染，是該技術(shù)領(lǐng)域中具革命性的突破，可以用于IGBT等電力電子器件用外延片的原材料襯底的制備，是適用于大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)的制備單晶硅晶圓背封技術(shù)。
具體實施例方式下面結(jié)合實施例對本發(fā)明進一步述詳細說明 實施例1
1)準(zhǔn)備背損傷、背封之后的6英寸(直徑150mm)厚度為642μ m，摻雜劑為B，<111>晶向，電阻率為0. 002-0. 004的單晶硅片作為原料；
2)把經(jīng)過背損傷、背封之后的腐蝕片從片藍中取出，放入石英舟內(nèi)；每舟裝載200片晶圓；
3)將裝有待有晶圓的石英舟裝入高溫氧化爐體內(nèi)，此時爐體溫度保持為750°C；每只氧化爐能裝載4只石英舟；
4)通入02，流量為4至16L/min；
5)待15分鐘勻氣后，開始升溫，75分鐘內(nèi)爐體升溫至1000°C— 1120°C，然后恒溫退火 4小時；保持通02，3小時后，爐體降溫到750°C ；
6)停止通O2，將石英舟從高溫氧化爐取出，用N2吹掃，流量為7L/min;待晶圓降至室溫后從石英舟中取出；
7)用劃磨式或手貼膜式去除氧化膜的方法去除正面及邊緣的氧化層；
8)清洗、甩干晶圓后，檢驗背封膜質(zhì)量，在熒光燈下目檢背面表面有無針孔等表面形貌不良，用臺階儀測量膜厚是否符合客戶要求；
9)用10%的HF浸泡制備好的高溫氧化背封膜，240s后背封膜被完全腐蝕掉；相對應(yīng)的，采用APCVD法制備的背封膜2 后背封膜就被完全腐蝕掉，說明高溫氧化背封膜較之APCVD背封膜致密性強；
10)實施例1中，生產(chǎn)778片晶圓，從上片到下片共耗時9小時05分，經(jīng)過目檢未發(fā)現(xiàn)背封針孔等表面形貌不良；抽測8片膜厚，全部符合500士50nm的客戶要求，說明該方法是適用于大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)的制備單晶硅晶圓背封技術(shù)。腐蝕片材料為6英寸(直徑150mm)單晶硅片，但不限于6英寸(直徑150mm)單晶硅片，厚度從300 μ m至1600 μ m,摻雜劑為As，P，釙或B，晶向為<100>或<111>，電阻率從 10_4 至 IO4 Ω ；
高溫氧化爐體為半導(dǎo)體制程中的高溫氧化爐體，但不限于半導(dǎo)體制程中的高溫氧化爐
體；
所述氮氣為普氮，但不限于普氮，純度>99%;所述的氧氣為高純氧氣，但不限于高純氧氣，純度> 99. 9993%。該方法可用于各種規(guī)格的單晶硅片邊緣氧化膜去除技術(shù)，制備出的拋光片可以用于但不限于高壓、中壓、低壓等IGBT電力電子器件用外延片的原材料襯底。上述詳細說明是有關(guān)本發(fā)明的具體說明，凡未脫離本發(fā)明精神的任何等效實施或變更，均屬于本發(fā)明的內(nèi)容范圍。根據(jù)上述說明，結(jié)合本行業(yè)的公知技術(shù)，即可再現(xiàn)本發(fā)明的方案。
權(quán)利要求
1. 一種采用高溫氧化制程制備IGBT用單晶硅晶圓背封材料的工藝，其特征在于所述工藝包括如下次序步驟將裝有待處理晶圓的石英舟裝入高溫氧化爐體內(nèi)，爐體溫度保持為600至800°C ； 通入純度彡99%的氮氣和純度彡99. 9993%的氧氣；通入氮氣的流量為6至9L/min， 通入氧氣A的流量為4至16L/min ；待15分鐘勻氣后，開始升溫，60至90分鐘內(nèi)爐體升溫至1000°C — 1150°C，然后恒溫退火4小時以上；使晶圓正反面都完全氧化，保持通O2，降溫 2至3小時后，爐體降溫到600至800°C ；停止通O2，將石英舟從高溫氧化爐取出，用N2吹掃，流量為6至9L/min ；待晶圓降至室溫后從石英舟中取出；利用劃磨式或手貼膜式去除氧化膜的方法去除正面及邊緣的氧化層。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種采用高溫氧化制程制備IGBT用單晶硅晶圓背封材料的工藝，工藝包括如下步驟a、將裝有待處理晶圓的石英舟裝入高溫氧化爐體內(nèi)，爐體溫度保持為600至800℃；b、通入氮氣和氧氣；升溫至1000℃－1150oC，恒溫退火4小時以上；c、停止通O2，將石英舟從高溫氧化爐取出，d、用N2吹掃,利用劃磨式或手貼膜式去除氧化膜的方法去除正面及邊緣的氧化層，對比LPCVD技術(shù)，高溫氧化背封的加工量高，對比PECVD技術(shù)，高溫氧化不會帶來化學(xué)、粒子污染，能兼顧產(chǎn)量和合格率，又不引入新的污染，可以用于IGBT等電力電子器件用外延片的原材料襯底的制備，是適用于大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)的制備單晶硅晶圓背封技術(shù)。
文檔編號H01L21/331GK102522334SQ201110420549
公開日2012年6月27日 申請日期2011年12月15日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月15日
發(fā)明者孫晨光, 張俊生, 李曉東, 李滿 申請人:天津中環(huán)領(lǐng)先材料技術(shù)有限公司