一种立式退火炉超薄片晶圆叠片平放退火工艺的制作方法

本发明涉及半导体晶圆热处理工艺，具体涉及一种立式退火炉超薄片晶圆叠片平放退火工艺。

背景技术：

1、超薄晶圆广泛应用于功率器件、mems、芯片封装等领域，晶圆厚度薄、刚性差、抗弯强度极低，热处理过程极易破损变形。

2、当前常用立式退火炉统一采用单片平放装片工艺，将晶圆横向卡入石英舟卡槽单片独立热处理，现有方案存在四大缺陷：

3、1、超薄片横向放置依靠边缘受力支撑，晶圆自重、炉内循环气流冲刷、升降温产生的不均匀热应力，极易造成晶圆边缘崩裂、整片碎裂，物料损耗成本巨大；

4、2、单片悬空无平面支撑，高温下应力释放无约束，晶圆出现弓形翘曲、表面凹凸不平，晶圆平整度超标，后续光刻、镀膜、研磨工序无法正常加工，批量良率低下；

5、3、人工手动单片插片、取片时极易触碰划伤、掰裂超薄片，对操作工熟练度要求极高，单炉装片耗时久，单炉承载数量少，设备稼动率受限；

6、4、单片横向放置晶圆正反面、中心与边缘温场存在温差，内部应力释放不均衡，同批次晶圆电学参数一致性差。

7、一般晶圆双层叠片高温热处理会发生硅片界面键合粘连，使得两片晶圆牢牢粘合无法分离直接报废，因此所有退火、氧化设备均禁止晶圆叠片接触，暂无针对超薄晶圆的叠片平放退火成熟工艺，超薄片退火高破损、低产能的行业痛点长期无法有效解决。

8、为此，本发明提出一种立式退火炉超薄片晶圆叠片平放退火工艺。

技术实现思路

1、本发明的目的是解决上述的不足，提供一种立式退火炉超薄片晶圆叠片平放退火工艺。

2、为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种立式退火炉超薄片晶圆叠片平放退火工艺，包括以下步骤：

3、s1、将立式退火炉的石英舟出炉，并对炉腔进行氮气吹扫，建立纯氮气惰性氛围；

4、s2、将一片预处理后的合格超薄晶圆背面与一片测试晶圆正面贴合叠放在晶圆盒同一卡槽内，且超薄晶圆与测试晶圆的平边错开放置，形成叠片组；将叠片组水平放置于石英舟上，使测试晶圆支撑超薄晶圆；

5、s3、将石英舟送入炉腔，关闭炉盖后持续通入一段时间氮气，排出炉内氧气和水汽；

6、s4、采用分段阶梯升温方式进行退火，保温后分段控温冷却至室温。

7、进一步的，所述s2中，所述超薄晶圆与测试晶圆的平边错开角度为8°~15°。

8、进一步的，所述平边错开角度为10°。

9、进一步的，所述s2中，所述超薄晶圆的厚度为50~200μm，所述测试晶圆为与超薄晶圆同材质、同尺寸的裸硅片且厚度大于超薄晶圆，二者之间无键合胶层。

10、进一步的，所述s2中，所述预处理包括：对超薄晶圆背面进行清洗和干燥，去除颗粒及有机残留。

11、进一步的，所述s3中，先以大流量氮气持续5~10min置换炉内气体，再以小流量维持炉内微正压。

12、进一步的，所述s4中，所述分段阶梯升温包括：以第一速率升温至第一温度并保温第一时长，再以第二速率升温至第二温度并恒温保温第二时长；

13、所述分段控温冷却包括：以第一降温速率降温至第一冷却温度，再随炉自然冷却至室温。

14、进一步的，所述第一温度为250℃~350℃，所述第二温度为400℃~900℃；所述第一速率为5℃/min~10℃/min，所述第二速率为5℃/min~10℃/min；所述第一时长为10min~20min，所述第二时长为20min~60min。

15、进一步的，所述第一降温速率为5℃/min~10℃/min，所述第一冷却温度为250℃~350℃。

16、进一步的，还包括s5：退火完成后将石英舟出炉，对叠片组进行分片，使超薄晶圆与测试晶圆分离，并对超薄晶圆进行检测。

17、对比现有技术，本发明具有如下的有益效果：

18、本发明通过氮气全程氛围保护、匀速升降温、叠片规整装炉、缓冷定型的整套匹配设计，显著解决超薄晶圆叠片变形、粘连、翘曲、高温氧化问题，工艺稳定性高、批次一致性好，适配立式退火炉大批量量产作业，工艺可复制、可落地，符合半导体精密热处理生产标准。

1.一种立式退火炉超薄片晶圆叠片平放退火工艺，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的立式退火炉超薄片晶圆叠片平放退火工艺，其特征在于，所述s2中，所述超薄晶圆与测试晶圆的平边错开角度为8°~15°。

3.根据权利要求2所述的立式退火炉超薄片晶圆叠片平放退火工艺，其特征在于，所述平边错开角度为10°。

4.根据权利要求1所述的立式退火炉超薄片晶圆叠片平放退火工艺，其特征在于，所述s2中，所述超薄晶圆的厚度为50~200μm，所述测试晶圆为与超薄晶圆同材质、同尺寸的裸硅片且厚度大于超薄晶圆，二者之间无键合胶层。

5.根据权利要求1所述的立式退火炉超薄片晶圆叠片平放退火工艺，其特征在于，所述s2中，所述预处理包括：对超薄晶圆背面进行清洗和干燥，去除颗粒及有机残留。

6.根据权利要求1所述的立式退火炉超薄片晶圆叠片平放退火工艺，其特征在于，所述s3中，先以大流量氮气持续5~10min置换炉内气体，再以小流量维持炉内微正压。

7.根据权利要求1所述的立式退火炉超薄片晶圆叠片平放退火工艺，其特征在于，所述s4中，所述分段阶梯升温包括：以第一速率升温至第一温度并保温第一时长，再以第二速率升温至第二温度并恒温保温第二时长；

8.根据权利要求7所述的立式退火炉超薄片晶圆叠片平放退火工艺，其特征在于，所述第一温度为250℃~350℃，所述第二温度为400℃~900℃；所述第一速率为5℃/min~10℃/min，所述第二速率为5℃/min~10℃/min；所述第一时长为10min~20min，所述第二时长为20min~60min。

9.根据权利要求7所述的立式退火炉超薄片晶圆叠片平放退火工艺，其特征在于，所述第一降温速率为5℃/min~10℃/min，所述第一冷却温度为250℃~350℃。

10.根据权利要求1所述的立式退火炉超薄片晶圆叠片平放退火工艺，其特征在于，还包括s5：退火完成后将石英舟出炉，对叠片组进行分片，使超薄晶圆与测试晶圆分离，并对超薄晶圆进行检测。