一種硅片承載部件及降低高溫退火片體金屬含量的方法技術

本發明專利技術公開了一種用于硅片高溫退火工藝的硅片承載部件以及采用該硅片承載部件降低高溫退火片體金屬含量的方法。該硅片承載部件在用于硅片高溫退火工藝之前進行清潔處理和鍍膜處理，其表面經二氯乙烯和氧氣在高溫下反應生成的鹽酸氣體清洗，并且在清洗潔凈的表面上形成一氮化硅保護層。本發明專利技術的硅片承載部件主要應用于硅片高溫退火工藝中，特別是1200℃退火工藝，能夠顯著降低退火硅片體金屬的數值，提高產品的質量。利用本發明專利技術的硅片承載部件不僅能夠明顯的降低高溫退火硅片體金屬的含量，而且不需要拆裝硅片承載部件，完全避免了鹽酸的使用，安全可靠，降低了生成成本和安全成本。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及一種用于硅片高溫退火工藝的硅片承載部件，以及降低硅片高溫退火后體金屬含量的方法，屬于硅片加工

技術介紹
硅片一般是利用CZ法得到硅單晶錠，單晶錠經過線切割、磨削、拋光、清洗等工藝制備得到的。在用CZ法生長晶體的過程中，由于空位的聚集會形成一種空洞型微缺陷，即晶體原生粒子缺陷(COP)，這種缺陷會降低MOS器件柵氧化層的完整性(GOI)，因此為了滿足器件制備的要求，需要降低硅片表面的COP。高溫退火工藝就是一種有效的方法，一般工藝條件是將硅片置于Ar氣氛中，然后升溫到1200℃并保溫1h。硅片在高溫退火工藝過程中極易被爐管、支撐部件中的金屬雜質所沾污，造成金屬含量的增加。特別是金屬原子會從硅片的表面向體內擴散，造成體金屬的偏高，而這無法在后續的工序中將其去除。圖1和圖2顯示了退火后體金屬沾污和硅片支撐環的對應關系，其中圖1為碳化硅支撐環的結構示意圖，圖2為采用現有的碳化硅支撐環進行硅片退火后退火片內體鐵分布圖(測量方法為表面光電壓(SPV)法)。可以看出體鐵高的區域恰好與支撐環邊緣相對應，并且體鐵含量的平均值為1.72×E12atoms/cm3，已經嚴重超出了5×E10atoms/cm3的規范值。碳化硅是一種多孔材質，在制備、運輸、安裝過程中極易吸附周圍環境中的金屬雜質。以前主要使用氫氟酸和硝酸的混合液來進行清洗，但是這種工作一般比較危險，需要專業的公司來進行；而且如果清洗次數太多也會影響碳化硅的壽命，正常情況下是每年進行一次清洗。除了上述的清洗方法之外，在爐管中通入鹽酸進行清洗也是以前常用的一種清潔方法。盡管這種方法很有效，但是也存在以下幾個缺點：首先是鹽酸的強腐蝕性會對氣體管路、接口密封件產生腐蝕，造成氣體中金屬的增加；其次是鹽酸氣瓶的處理也需要非常小心，如果發生泄漏將會非常危險。為了克服鹽酸清洗的缺點，人們開始采用二氯乙烯作為鹽酸的來源。二氯乙烯是一種易揮發的液體可以通過特氟龍管被載氣攜帶進入爐管，從而避免了對氣體管路的腐蝕。通常二氯乙烯被存儲于透明的玻璃瓶中，易于保存和移動。二氯乙烯和氧氣在高溫下能夠通過以下反應式(1)生成大量的鹽酸氣體和二氧化碳氣體。鹽酸氣體能夠和爐管和碳化硅部件上攜帶的金屬雜質進行絡合反應而將其去除。同時二氧化碳和多余的氣體則隨尾氣排走。C2H2Cl2+2O2→2HCL+2CO2(1)雖然碳化硅部件在經過二氯乙烯產生的鹽酸氣體清洗之后，表面的金屬已經被去除，但是其內部的金屬還無法被完全去除，如果不進行處理在后續高溫工藝中仍然會析出，造成硅片的沾污。因此，需要在清潔干凈的硅片承載部件表面生長一保護層，防止其體內的金屬析出。該保護層主要是二氧化硅，但是二氧化硅的致密性較差，在工藝過程中金屬雜質還是會通過其進入硅片內部。
技術實現思路
本專利技術的目的在于提供一種用于硅片高溫退火工藝的硅片承載部件。該硅片承載部件在硅片進行退火處理時可以阻止金屬通過擴散進入硅片內部，明顯降低高溫退火片體金屬的含量。本專利技術的另一目的在于提供一種采用所述硅片承載部件降低高溫退火片體金屬含量的方法，能夠行之有效的解決退火片體金屬含量高的問題。為實現上述目的，本專利技術采取以下技術方案：一種用于硅片高溫退火工藝的硅片承載部件，該硅片承載部件在用于硅片高溫退火工藝之前進行清潔處理和鍍膜處理，其表面經二氯乙烯和氧氣在高溫下反應生成的鹽酸氣體清洗，并且在清洗潔凈的表面上形成一氮化硅保護層。本專利技術的主要原理是：首先利用二氯乙烯和氧氣在高溫下反應生成的鹽酸來去除吸附在硅片承載部件表面上的金屬沾污，然后在高溫下利用氮氣和碳化硅反應生成致密的氮化硅薄膜阻止因硅片承載部件內部金屬析出而造成的硅片沾污。其中，所述硅片承載部件為碳化硅舟和碳化硅環。具體來講，所述硅片承載部件的清潔處理和鍍膜處理包括以下步驟：(1)在氬氣氣氛下，于600-650℃將硅片承載部件升入爐管，溫度穩定后，通入氧氣進行氧化工藝，氧氣的流量為氬氣的50％；(2)升溫至800-900℃，停止通入氬氣，并以氬氣為載氣通入二氯乙烯，載氣的流量為氧氣流量的3％；(3)升溫至高于退火工藝溫度，同時增加氧氣的流量和載氣氬氣的流量，然后保溫3-5小時，停止通入二氯乙烯，保持氧氣流量1-2小時；(4)停止通入氧氣，并通入氮氣進行氮化工藝，持續3-5小時，然后將爐管溫度降到600-650℃，冷卻一段時間后將硅片承載部件從爐管降下。優選地，所述步驟(1)中氬氣的流量為10-15slm。一種利用所述硅片承載部件降低高溫退火片體金屬含量的方法，將從爐管降下的硅片承載部件立即用于高溫退火工藝。本專利技術的優點在于：本專利技術的硅片承載部件主要應用于硅片高溫退火工藝中，特別是1200℃退火工藝，能夠顯著降低退火硅片體金屬的數值，提高產品的質量。利用本專利技術的硅片承載部件不僅能夠明顯的降低高溫退火硅片體金屬的含量，而且不需要拆裝硅片承載部件，完全避免了鹽酸的使用，安全可靠，降低了生成成本和安全成本。附圖說明圖1為碳化硅支撐環的結構示意圖。圖2為采用現有的碳化硅支撐環進行硅片退火后退火片內體鐵分布圖。圖3為本專利技術硅片承載部件清潔處理和鍍膜處理的工藝流程圖。圖4為采用本專利技術的硅片承載部件進行硅片退火后退火片內體鐵分布圖。具體實施方式下面結合附圖和實施例對本專利技術做進一步說明，但并不意味著對本專利技術保護范圍的限制。如圖3所示，為本專利技術硅片承載部件清潔處理和鍍膜處理的工藝流程圖，具體包括以下步驟：第一步：將硅片承載部件在氬氣氣氛下、T1溫度下升入爐管(1-2)，然后穩定一段時間(2-3)，待溫度穩定后通入氧氣進行氧化工藝(3-4)，然后開始升溫到T2溫度(4-5)。該步典型的工藝參數是T1為600-650℃，T2為800-900℃，氬氣流量為10-15slm，氧氣的流量為氬氣的50％，但是不限于此，也可以根據設備條件進行調整。第二步：在溫度穩定到T2后(5-6)，停止通入氬氣，打開Bubbler開始通入二氯乙烯(6-7)，同時升溫到T3(7-8)。Bubbler的載氣通常為氬氣，載氣的流量為氧氣流量的3％。T3的溫度在1200-1250℃之間，根據高溫退火工藝的溫度進行選擇，一般要高于退火工藝溫度50℃。第三步：溫度穩定在T3后，將氧氣的流量增加到10slm，相應的Bubbler載氣流量也要增加，然后保溫一段時間，通常是3-5小時(8-9)。之后關閉Bubbler，保持氧氣流量，通常是1-2小時(9-10)，完成后關閉氧氣，通入氮氣進行氮化工藝，通常是3-5小時(10-11)。第四步：氮化工藝結束后，氮氣流量不變，將爐管溫度降到T1(11-12)，冷卻一段時間后將硅片承載部件從爐管降下(12-13)，整個工藝完成。實施例該實施例中選擇的設備是ASM的A412高溫退火爐，用碳化硅舟和碳化硅環來裝載硅片，最大載片量為90片。第一步是設定爐管溫度為650℃，保護氣體為氬氣流量為10slm，將碳化硅舟和碳化硅環以150mm/min的速度升入爐管中，穩定30分鐘。然后在爐管中通入5slm的氧氣，穩定10分鐘后，以10℃/min的速度將爐管溫度升溫到800℃。第二步是在爐管溫度在800℃穩定10分鐘后，停止通入氬氣，開始打開Bubbler通入二氯乙烯氣體本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種用于硅片高溫退火工藝的硅片承載部件，其特征在于，該硅片承載部件在用于硅片高溫退火工藝之前進行清潔處理和鍍膜處理，其表面經二氯乙烯和氧氣在高溫下反應生成的鹽酸氣體清洗，并且在清洗潔凈的表面上形成一氮化硅保護層。

【技術特征摘要】
1.一種用于硅片高溫退火工藝的硅片承載部件，其特征在于，該硅片承載部件在用于硅片高溫退火工藝之前進行清潔處理和鍍膜處理，其表面經二氯乙烯和氧氣在高溫下反應生成的鹽酸氣體清洗，并且在清洗潔凈的表面上形成一氮化硅保護層。2.根據權利要求1所述的用于硅片高溫退火工藝的硅片承載部件，其特征在于，所述硅片承載部件為碳化硅舟和碳化硅環。3.根據權利要求1或2所述的用于硅片高溫退火工藝的硅片承載部件，其特征在于，所述清潔處理和鍍膜處理包括以下步驟：(1)在氬氣氣氛下，于600-650℃將硅片承載部件升入爐管，溫度穩定后，通入氧氣進行氧化工藝，氧氣的流量為氬氣的50％；(2)升溫至800-900℃，停止通入氬氣，并以氬氣為載氣通入二氯乙烯，載氣的流...

【專利技術屬性】
技術研發人員：李宗峰，馮泉林，趙而敬，盛方毓，王永濤，葛鐘，庫黎明，王磊，劉建濤，
申請(專利權)人：有研半導體材料有限公司，
類型：發明
國別省市：北京;11