專利名稱：晶棒表面之調(diào)質(zhì)方法及其晶棒的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
一種調(diào)質(zhì)方法，尤指一種針對晶棒表面進(jìn)行改質(zhì)的調(diào)質(zhì)設(shè)備及其晶棒。
背景技術(shù)：
晶棒在機(jī)械加工的過程中會(huì)由于所受到的機(jī)械切削力量，進(jìn)而產(chǎn)生晶棒表面的損傷層，而損傷層對于單晶棒或多晶棒而言屬于排列較為混亂而無秩序的部分；同樣地，晶圓在鉆石輪磨的過程中會(huì)由于切削力及熱沖擊，進(jìn)而產(chǎn)生晶圓內(nèi)之殘留應(yīng)力，而殘留應(yīng)力會(huì)造成晶圓表面凸起或凹下等現(xiàn)象；這種現(xiàn)象將增加后續(xù)加工過程的困難，如在后續(xù)加工時(shí)會(huì)因殘留應(yīng)力過大而造成硅晶圓表面破裂，或因表面凸起或凹下導(dǎo)致加工后平坦度變差。退火是治金材料制程中常見之一種制程技術(shù)，其主要目的是消除材料(尤其是金屬材料)中因缺陷而累積之內(nèi)應(yīng)力。退火使用的方法則是將欲進(jìn)行退火之材料置于適當(dāng)高溫下一段時(shí)間，利用熱能使材料內(nèi)原子有能力進(jìn)行晶格位置的重排，以降低材料內(nèi)的缺陷密度，包括晶粒界面、差排及各種點(diǎn)缺陷。一種所熟知的技術(shù)稱做快速熱退火制程(rapidthermal annealing, RTP),其于加工期間大量地減少了半導(dǎo)體組件暴露在高溫下的時(shí)間。傳統(tǒng)的快速熱加工技術(shù)可包括以足夠的能量照射晶圓，用以快速地升高晶圓的溫度并維持在該溫度一段足夠長的時(shí)間使能順利地完成制程。但以現(xiàn)有技術(shù)而言，目前的退火爐均是針對薄片狀的晶圓所設(shè)計(jì)，由于熱量的傳遞對于晶圓與晶棒而言是不同影響，例如熱量對薄片狀晶圓與柱狀晶棒所造成的變形現(xiàn)象就有相當(dāng)大的差異，也就是說，在現(xiàn)有的退火爐無法適用于晶棒之退火處理的情況下，故提供一種有效針對晶棒(或非薄板狀之加工件)進(jìn)行退火處理的裝置。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明之目的之一，在于提供一種晶棒表面之調(diào)質(zhì)方法，其可利用熱退火的方式消除晶棒表面之損傷層。本發(fā)明實(shí)施例提供一種晶棒表面之調(diào)質(zhì)方法，包含以下步驟:步驟一:提供一晶棒，并以一蓋體罩蓋該晶棒；步驟二:利用一加熱單元將該晶棒加熱至一預(yù)定溫度并持溫一段時(shí)間；步驟二:進(jìn)打一冷卻步驟，以將該晶棒冷卻；其中，該蓋體至少具有一部分的透明區(qū)域，使該加熱單元的熱輻射透過該透明區(qū)域而對該晶棒進(jìn)行加熱。本發(fā)明實(shí)施例提供一種調(diào)質(zhì)后的晶棒，該晶棒之表面硬度的軟化率介于3%至7%。本發(fā)明具有以下有益的效果:本發(fā)明主要利用熱退火方法將晶棒之至少一表面進(jìn)行表面改質(zhì)/調(diào)質(zhì)，以消除晶棒之表面上因加工所殘留的損傷層，藉以達(dá)到晶棒的有序化，而從晶棒表面的特性觀之，經(jīng)過本發(fā)明之調(diào)質(zhì)方法改善后，晶棒表面的硬度下降，尤其晶棒中不會(huì)因?yàn)闊崃考性斐蔁釕?yīng)變的問題。
為使能更進(jìn)一步了解本發(fā)明之特征及技術(shù)內(nèi)容，請參閱以下有關(guān)本發(fā)明之詳細(xì)說明與附圖，然而附圖僅提供參考與說明用，并非用來對本發(fā)明加以限制。
四

圖1系為本發(fā)明之調(diào)質(zhì)設(shè)備的立體示意圖。圖2系為本發(fā)明之調(diào)質(zhì)設(shè)備的蓋體罩蓋于晶棒之示意圖。圖3系為本發(fā)明之調(diào)質(zhì)設(shè)備的剖面示意圖。圖4顯示本發(fā)明之調(diào)質(zhì)方法將晶棒加熱至300°C及450°C，并維持10秒到150秒的條件下，晶棒之表面硬度的軟化率曲線。主要組件符號(hào)說明:I調(diào)質(zhì)設(shè)備11 蓋體110 腔體111 側(cè)面112 頂面

113 進(jìn)氣口114 出氣口IlA 開口部12 加熱單元121 金屬板件122 快速加熱組件13 保護(hù)氣體輸送單元14 冷卻單元15 控制單元151 傳感器16晶棒支撐座I晶棒A、B 仿真曲線
五具體實(shí)施例方式本發(fā)明主要提供一種晶棒表面之調(diào)質(zhì)方法，其可利用熱量輻射傳導(dǎo)的方式針對晶棒的至少一表面，尤其是在后續(xù)制程中涂布有連接層之表面進(jìn)行改質(zhì)的作業(yè)。另外，本發(fā)明之晶棒表面之調(diào)質(zhì)方法可降低晶棒中的熱量傳導(dǎo)對于晶棒內(nèi)熱應(yīng)力集中/熱變形的現(xiàn)象。值得說明的是，本發(fā)明所定義之“晶棒”可廣泛地解釋，并不特指某一制程所制作者，例如利用將原料多晶娃鑄造形成之晶錠(Ingot),或者是將晶碇切方(squaring)、切割以形成近似四方柱形之塊狀晶棒，更或者是切方所得后進(jìn)行拋光所得之加工后之晶棒均可適用于本發(fā)明，且本發(fā)明亦不限制單晶棒、多晶棒的保護(hù)范疇；而本發(fā)明之“晶棒”乃為一種具有一定厚度的塊狀材料，更具體的說，工件厚度大于I公厘之塊材即可適用于本發(fā)明之調(diào)質(zhì)設(shè)備。請參考圖1至圖3，其顯示本發(fā)明之晶棒表面之調(diào)質(zhì)方法所使用之調(diào)質(zhì)設(shè)備I的示意圖，然本發(fā)明之調(diào)質(zhì)制程并不限定下文所述之設(shè)備。在一種具體實(shí)施例中，調(diào)質(zhì)設(shè)備I包括蓋體11、加熱單元12、保護(hù)氣體輸送單元13及冷卻單元14 ;其中蓋體11之中界定出一用于容置晶棒I之腔體110，而蓋體11至少具有一部分的透明區(qū)域，使位于蓋體11外側(cè)之加熱單元12的熱輻射可透過該透明區(qū)域而對晶棒I進(jìn)行加熱，以達(dá)到調(diào)質(zhì)的效果。如圖2所示，蓋體11可為一種全透明的罩蓋結(jié)構(gòu)，其大致具有四個(gè)側(cè)面111及一個(gè)連接所述之四個(gè)側(cè)面111的頂面112，換言之，蓋體11可利用側(cè)面111與頂面112界定出前述之腔體110，但不以此為限，例如蓋體11可具有一個(gè)頂面112及一個(gè)側(cè)面111 (如空心圓柱狀之蓋體11)或是具有一個(gè)頂面112及三個(gè)側(cè)面111(如空心三角柱狀之蓋體11)等各種型態(tài)；且蓋體11更具有一個(gè)連通腔體Iio的開口部11A，據(jù)此，使用者可透過開口部IlA將晶棒I置入前述之腔體110內(nèi)，以進(jìn)行退火制程，腔體110系用以提供進(jìn)行快速退火處理所需的密死循環(huán)境，且其更可利用外部抽真空裝置(圖未示)以維持適當(dāng)?shù)恼婵斩取６谝痪唧w實(shí)施例中，蓋體11可由耐高溫玻璃所制成，例如石英等。再者，當(dāng)晶棒I置入前述之腔體110內(nèi)時(shí)，加熱單元12之熱輻射可透過蓋體11之側(cè)面111或頂面112針對晶棒I進(jìn)行退火處理；而在本具體實(shí)施例中，加熱單元12系包括多個(gè)金屬板件121及多個(gè)固定于該些金屬板件121上之快速加熱組件122，金屬板件121所組成之尺寸、外型大致對應(yīng)于蓋體11，而快速加熱組件122則例如為紅外線加熱管，其系安裝固定于金屬板件121，以發(fā)出熱量(如紅外光)針對晶棒I進(jìn)行快速熱退火處理，而如圖所示，加熱單元12系設(shè)置于頂面112上，使紅外線加熱管所發(fā)出之熱輻射透過透明之頂面112而針對晶棒I的上表面進(jìn)行快速熱退火處理。另一方面，保護(hù)氣體輸送單元13系連通于腔體110以注入保護(hù)氣體于腔體110中，進(jìn)而避免在快速熱退火處理中在晶棒I的表面上生成副產(chǎn)物，或避免不需要的摻雜物擴(kuò)散等問題在高的加工溫度下發(fā)生。具體而言，保護(hù)氣體輸送單元13可至少包括氣體源及管路等等，而蓋體11上則具有進(jìn)氣口 113與出氣口 114，保護(hù)氣體輸送單元13之管路系連接于進(jìn)氣口 113與出氣口 114，使氣體源可將保護(hù)性氣體，如鈍氣(氦氣、氬氣等)、氮?dú)獾裙嘧⒂谇惑w110中。再者，冷卻單元14系對應(yīng)地鄰近設(shè)置于加熱單元12，具體而言，冷卻單元14利用管路連接于加熱單元12之金屬板件121，并將冷卻媒介，如冷卻水等經(jīng)過管路針對加熱單元12進(jìn)行冷卻。而在本具體實(shí)施 例中，加熱單元12僅需針對晶棒I的上表面進(jìn)行快速熱退火處理，而冷卻單元14即可針對晶棒I的側(cè)面進(jìn)行控溫的效果，以降低加熱單元12對晶棒I的側(cè)面之熱影響，換言之，本創(chuàng)作之調(diào)質(zhì)設(shè)備I可利用加熱單元12選擇性地針對所需要的晶棒表面進(jìn)行調(diào)質(zhì)、改質(zhì)，同時(shí)利用冷卻單元14將不需改質(zhì)的晶棒表面控制在較為低溫的條件。而在一較佳實(shí)施例中，本發(fā)明之調(diào)質(zhì)設(shè)備I更可具有控制單元15及晶棒支撐座16?？刂茊卧?5系耦接于加熱單元12，控制單元15可包括加熱控制器(圖未示)，以精準(zhǔn)控制快速加熱組件122的加熱溫度及時(shí)間；控制單元15更可具有至少一傳感器151，如熱電耦等等，在快速熱退火處理的過程中，傳感器151可鄰近地設(shè)置于快速加熱組件122，以監(jiān)控快速加熱組件122的溫度，以反饋給控制單元15，進(jìn)而控制該加熱單元12的加熱條件，如加熱速率、溫度等，另外，傳感器151亦可用來量測晶棒I的表面溫度，以精準(zhǔn)地控制晶棒I的退火溫度。晶棒支撐座16則主要用于承載晶棒I，換言之，操作者可先將晶棒I固定于晶棒支撐座16上，再將蓋體11由上而下的罩蓋于晶棒支撐座16與晶棒I，使晶棒支撐座16與晶棒I均容置于腔體110中；較佳地,晶棒支撐座16可為一種耐高溫材料,例如防火襯墊等等
本發(fā)明之調(diào)質(zhì)設(shè)備I可用于熱退火程序以消除晶棒I之損傷層，其操作步驟可例示如下:(I)首先將晶棒I置于晶棒支撐座16上，并以蓋體11罩蓋之；(2)利用保護(hù)氣體輸送單元13輸入氮?dú)庥谇惑w110中；(3)利用加熱單元12以50°C /秒的方式將晶棒I加熱至300到900°C左右，并維持此一溫度足夠的時(shí)間(即持溫時(shí)間約10秒到150秒)來消除晶棒I之至少一表面之損傷層，同時(shí)利用冷卻單元14針對不需改質(zhì)的晶棒表面進(jìn)行控溫，在本實(shí)施例中，加熱單元12針對晶棒I的上表面進(jìn)行加熱，而冷卻單元14則針對晶棒I的側(cè)表面進(jìn)行控溫，以降低熱量對于晶棒I之側(cè)表面的影響；(4)將晶棒I置于腔體110中以自然爐冷的方式降溫，并利用冷卻單元14針對加熱單元12/晶棒I進(jìn)行冷卻；(5)關(guān)閉保護(hù)氣體輸送單元13之氮?dú)猓?6)將晶棒I空冷至常溫，冷卻的速率約為1°C /秒至5°C /秒，較佳為2°C /秒至3°C /秒，即完成熱退火之調(diào)質(zhì)程序。另外，圖4則顯示在步驟(3)中利用加熱單元12以50°C /秒的方式將晶棒I加熱至300°C及450°C，并維持此一溫度足夠的時(shí)間(即持溫時(shí)間約10秒到150秒)的條件下，晶棒I之表面的硬度之軟化率，由實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，晶棒I之表面的硬度在經(jīng)過加熱至450°C、持溫時(shí)間在10秒至120秒之間之快速熱退火作業(yè)后，均可達(dá)到軟化晶棒I之表面的效果(曲線A為此條件下之多項(xiàng)式仿真曲線)，其中晶棒I之表面硬度的軟化率介于2%至8%;而晶棒I之表面的硬度在經(jīng)過加熱至300°C、持溫時(shí)間在10秒至150秒之間之快速熱退火作業(yè)后，均可達(dá)到軟化晶棒I之表面的效果(曲線B為為此條件下之多項(xiàng)式仿真曲線)，其中晶棒I之表面硬度的軟化率介于6%至7%，顯見上述的快速熱退火作業(yè)可有效消除晶棒I之表面損傷層。另外，在上述具體的實(shí)驗(yàn)中，將晶棒I加熱至450°C、持溫時(shí)間在40秒之間之快速熱退火作業(yè)后，晶棒I之表面硬度約下降至11.5GPa ;而將晶棒I加熱至450°C、持溫時(shí)間在60秒之間之快速熱退火作業(yè)后，晶棒I之表面硬度約下降至10.9GPa。綜上所述，本發(fā)明可利用熱處理程序來降低晶棒在加工制程中所產(chǎn)生的內(nèi)部損傷情形。另外，本發(fā)明可具有低污染之優(yōu)點(diǎn)，本發(fā)明可降低在晶棒表面污染之副產(chǎn)物，也不會(huì)造成晶圓表面之表面粗糙度變差，換言之，本發(fā)明之調(diào)質(zhì)設(shè)備在其熱退火的過程中屬于較"干凈"的制程。以上所述僅為本發(fā)明之較佳可行實(shí)施例，非因此局限本發(fā)明之專利范圍，故舉凡運(yùn)用本發(fā)明說明書及圖示內(nèi)容所為之等效技術(shù)變化，均包含于本發(fā)明之范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種晶棒表面之調(diào)質(zhì)方法，包含以下步驟: 提供一晶棒，并以一蓋體罩蓋該晶棒； 利用一加熱單元將該晶棒之至少一表面加熱至一預(yù)定溫度并持溫一段時(shí)間，同時(shí)利用一冷卻單元針對不需改質(zhì)的該晶棒的其它表面進(jìn)行控溫；以及 進(jìn)行一冷卻步驟，以將該晶棒冷卻； 其中，該蓋體至少具有一部分的透明區(qū)域，使該加熱單元的熱輻射透過該透明區(qū)域而對該晶棒進(jìn)行加熱。
2.如權(quán)利要求1所述之晶棒表面之調(diào)質(zhì)方法，其中在提供一晶棒的步驟中，系提供一種全透明的罩蓋結(jié)構(gòu)罩蓋于所述之晶棒，該罩蓋結(jié)構(gòu)具有一個(gè)頂面及至少一個(gè)連接該頂面之側(cè)面。
3.如權(quán)利要求2所述之晶棒表面之調(diào)質(zhì)方法，其中在提供一晶棒的步驟之后，更包括提供一保護(hù)氣體輸送單元，以注入保護(hù)氣體于該蓋體所界定之腔體中。
4.如權(quán)利要求3所述之晶棒表面之調(diào)質(zhì)方法，其中在提供一保護(hù)氣體輸送單元之步驟中，該蓋體具有一進(jìn)氣口與一出氣口，該保護(hù)氣體輸送單元系連接于該進(jìn)氣口與該出氣口以注入保護(hù)氣體于該蓋體所界定之腔體中。
5.如權(quán)利要求2所述之晶棒表面之調(diào)質(zhì)方法，其中在利用一加熱單元加熱該晶棒之步驟中，該加熱單元系設(shè)置于該頂面上，以將該加熱單元的熱輻射透過該頂面而對該晶棒進(jìn)行加熱。
6.如權(quán)利要求5所述之晶棒表面之調(diào)質(zhì)方法，其中在利用一加熱單元加熱該晶棒之步驟中，該加熱單元系包括多個(gè)金屬板件及多個(gè)固定于該些金屬板件上之快速加熱組件，該些快速加熱組件針對該晶棒之加熱速率為50°C /秒，加熱溫度介于300°C至900°C之間，并維持10秒到150秒之間。
7.如權(quán)利要求6所述之晶棒表面之調(diào)質(zhì)方法，其中在利用一加熱單元加熱該晶棒之步驟中，更包括提供一耦接于該加熱單元之控制單元，該控制單元具有一鄰近地設(shè)置于該些快速加熱組件之傳感器，該傳感器監(jiān)測該些快速加熱組件的溫度，使控制單元控制該加熱單元的加熱條件。
8.如權(quán)利要求2所述之晶棒表面之調(diào)質(zhì)方法，其中在該冷卻步驟中，系利用該冷卻單元針對該加熱單元與該晶棒進(jìn)行冷卻。
9.如權(quán)利要求8所述之晶棒表面之調(diào)質(zhì)方法，其中該晶棒之冷卻速率為TC/秒至5。。/ 秒。
10.一種經(jīng)過如權(quán)利要求1至9的其中之一所述之晶棒表面之調(diào)質(zhì)方法所調(diào)質(zhì)之晶棒，該晶棒之表面硬度的軟化率介于2%至8%。
全文摘要
一種晶棒表面之調(diào)質(zhì)方法，包含以下步驟步驟一提供一晶棒，并以一蓋體罩蓋該晶棒；步驟二利用一加熱單元將該晶棒加熱至一預(yù)定溫度并持溫一段時(shí)間；及步驟三進(jìn)行一冷卻步驟，以將該晶棒冷卻；其中，該蓋體至少具有一部分的透明區(qū)域，使該加熱單元的熱輻射透過該透明區(qū)域而對該晶棒進(jìn)行加熱，藉此，晶棒表面的損傷層可藉由此一退火制程而加以消除。
文檔編號(hào)C30B33/02GK103194802SQ20121001183
公開日2013年7月10日 申請日期2012年1月5日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月5日
發(fā)明者陳炤彰, 鄭世隆, 劉建億, 陳鈺麟, 黃國維, 鄭守智 申請人:昆山中辰矽晶有限公司