專利名稱：襯底承載板和沉積設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
這里所公開的主題一般地涉及高壓
高功率半導(dǎo)體的技術(shù)領(lǐng)域:
沉積的i殳備,
背景技術(shù)：
通常，雙極功率半導(dǎo)體，例如二極管、晶閘管、GTO和GCT， 是由硅片制成的。在這些硅片經(jīng)過不同的植入、擴散、光刻和金屬 化工藝之后，它們被切割成圓形盤片，并且在高電壓阻斷pn結(jié)上磨 出負斜角或正斜角。這些斜面通常需要用電鈍化層來保護。當(dāng)前所 使用的現(xiàn)有技術(shù)中的一種鈍化材料是氫化非晶碳(a-C: H，也稱為 類金剛石碳DLC),其通常通過等離子體增強型化學(xué)氣相沉積 (PECVD)工藝沉積在平行板等離子體反應(yīng)器內(nèi)部，但通?？梢猿?積在其他幾何形狀的PECVD反應(yīng)器中，或通過離子束、賊射、陰極 弧、脈沖激光沉積或低壓CVD來沉積。
圖1中給出了通常PECVD工藝的簡化圖。該硅片通過襯底承載 板與反應(yīng)室內(nèi)部的第二下部電極相接觸。碳氫化合物前體氣體(例 如曱烷、乙炔)通過第一上部電極中的開口進入等離子體反應(yīng)器的 反應(yīng)室，通過射頻被電離，并且形成主等離子體。邊緣等離子體層 是這樣的空間在該空間中，由于在兩個電極之間施加的DC偏壓， 而使得等離子體離子被加速到襯底和襯底承載板的方向上。
如圖1所示，通用的工藝是將硅片放置在鋁襯底承載板上的凹 槽中。該村底承載板不但充當(dāng)該硅片(襯底)的支座，而且其還建 立了盤片與反應(yīng)室中主動冷卻的第二 (下部)電極的熱接觸和電接 觸。面對該第一 (上部)電極的硅片上的斜面暴露于a-C: H沉積等離子體，同時硅片其余的上表面被鋁掩模(shadow mask)所覆蓋。 在沉積工藝期間對硅片進行主動冷卻是必要的，以避免具有令人不 滿意的電對爭寸生的4屯4匕層。J. Robertson在Materials Science and Engineering: R Reports 37, (2002) 129中發(fā)表的"Diamond-like amorphous carbon"中報告了 a-C:H的熱降低。
具有兩個高電壓阻斷pn結(jié)的硅片在其相對面的每個面上可以具 有一個磨出的負斜面(例如晶閘管)。通過上述通用工藝，在單次 工藝流程(run)中只有上部斜面包覆有a-C:H。結(jié)果，需要手動地 翻轉(zhuǎn)該硅片以及第二次a-C:H沉積工藝流程。由于在第二工藝步驟
中包覆的斜面在第 一工藝步驟期間被面向下放置在凹槽中且處于不 受保護和非常敏感的狀態(tài)，所以所述斜面存在被污染從而導(dǎo)致阻斷
率降低的高風(fēng)險。 發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的 一個目的是揭示以單步驟方法在硅片的兩面上沉積電 鈍化層，例如均勻a-C:H層。本發(fā)明的另一目的是改進現(xiàn)有的沉積 設(shè)備，從而允許這種用于在硅片上沉積電鈍化層的單步驟工藝。
本發(fā)明基于結(jié)合了改進的襯底支座設(shè)備的等離子體化學(xué)氣相沉 積。具體而言，本發(fā)明的方法包括步驟將硅片安裝在襯底承載板 的抬高的村底支撐體上，以及將具有硅片的襯底承載板放置在等離 子體反應(yīng)器中。由于抬高的襯底支撐體，硅片兩個相對面均暴露于 等離子體，并且因此被涂覆有電鈍化層。
相對于以前的方法，本發(fā)明是有利的，因為a-C:H層在一個工藝 步驟中沉積于硅片的兩面上，或者都處于一個硅片的兩面上，或者 處于背對背疊置的兩個硅片上。
為了避免由于襯底承載板的抬高的襯底支撐體上承載的硅片與 主動冷卻的下部電極之間距離增加而引起的熱傳導(dǎo)惡化，本發(fā)明還 涉及將該新穎的襯底承載板設(shè)計與改進的硅片冷卻機制結(jié)合起來。. 這考慮到對于沉積工藝至關(guān)重要的合理散熱,因為更多的具有令人可以在大約200° C之上的襯底溫度處 進行沉積。
所描述的本發(fā)明強調(diào)了替代了凹槽的類基座襯底承載板的重要 性。因此，硅片的兩面暴露于等離子體。然而，均勻沉積是高度重 要的，特別是對于鄰近下部電極的斜面更是如此。由于對于沉積均
勻的a-C:H層而言需要均勻的等離子體流速和均勻電場兩者，所以 抬高的襯底支撐體的蘑菇形(例如凹陷、倒置截錐形等等)設(shè)計趨 向于比純圓柱形設(shè)計更加有利。
在另一實施方式中，本發(fā)明還涉及DC偏壓的調(diào)節(jié)沉積工藝參數(shù)。


通過參考結(jié)合附圖所做出的隨后的詳細描述，可以獲得對本發(fā) 明更完整的理解，其中
圖1示意性地示出了在現(xiàn)有技術(shù)的單面沉積工藝中平行板反應(yīng) 器中具有硅片的組件；
圖2示意性地示出了在平行板反應(yīng)器中本發(fā)明的抬高的襯底支 撐體上具有硅片的組件；
圖3以本發(fā)明的抬高的襯底支撐體的第一實施方式(圓柱形) 更詳細地示出了圖2的組件；
圖4以本發(fā)明的抬高的襯底支撐體的第二實施方式(截錐形) 更詳細地示出了圖2的組件；以及
圖5示意性地示出了在平行板反應(yīng)器中本發(fā)明的抬高的襯底支 撐體上具有疊置硅片的組件。
參考符號列表
1, 2 電極
22 冷卻設(shè)備
3 襯底承載板
31， 31，抬高的襯底支撐體
632冷卻設(shè)備
33凹槽
34導(dǎo)電連接
4， 45硅片/襯底
41上部斜面
42下部4牛面
5掩模
6主等離子體
7邊緣等離子體層
8等離子體反應(yīng)器的反應(yīng)室
具體實施方式
圖1提供了在現(xiàn)有技術(shù)PECVD工藝中使用的平行板反應(yīng)器的示 意圖，其具有 一對平行板電才及1和2，反應(yīng)室8、主等離子體6、 邊緣等離子體層7、硅片4、掩模5以及具有凹槽33的襯底承載板3。 電子能量(等離子體)被用作激活方法以使得能夠在硅片上進行 a-C:H沉積。碳氬化合物前體氣體(例如曱烷、乙炔)通過上部電極 1中的開口 11進入反應(yīng)室8。其通過射頻被電離，并且形成主等離 子體6。邊緣等離子體層7在反應(yīng)室8中是這樣的空間在該空間中， 由于在兩個電極1和2之間施加的DC偏壓，而使得等離子體離子 被加速到襯底或襯底承載板。作為襯底的硅片4被放置到襯底承載 板3上的凹槽33中。該襯底承載板3不但充當(dāng)機械襯底支座，而且， 其還在硅片和等離子體反應(yīng)器的反應(yīng)室8中的下部電極2之間建立 熱接觸和電接觸。將要被鈍化的硅片上的一個斜面面對上部電極1。, 該斜面暴露于a-C:H沉積等離子體6和/或7。未經(jīng)受鈍化的硅片頂 面上的區(qū)域由掩模5來覆蓋。在當(dāng)前工藝中，在單次的工藝流程中 只有上部斜面被a-C:H涂覆。結(jié)果，對于具有兩個高電壓阻斷pn結(jié) (其在每個相對面上具有一個斜面)的硅片(例如晶閘管)，需要 手動地翻轉(zhuǎn)該硅片以及第二次a-C:H沉積工藝流程。如上所述，由于在第二工藝步驟中涂覆的斜面在第 一工藝步驟期間被面向下放置 在凹槽33中(處于不受保護并且因此非常敏感的狀態(tài))，所以所述 斜面存在被污染從而導(dǎo)致阻斷率降低的高風(fēng)險。
圖2提供了在本發(fā)明的 一 步雙面PECVD工藝中4吏用的改進版本 的平行板反應(yīng)器的示意圖。該設(shè)備與圖1中所用設(shè)備的不同之處在 于，使用了新開發(fā)的襯底承載板3。該板優(yōu)選地由電和熱傳導(dǎo)材料制 成，例如鋁或其他金屬。該硅片襯底不再放置于襯底承載板3的凹 槽中，從而克服了只能進行單面a-C:H沉積的限制。取而代之的是， 硅片被放置在"類蘑菇"或"類基座"突出物的頂部上，將該突出 物稱為抬高的襯底支撐體31。所述抬高的襯底支撐體31被設(shè)置在襯 底承載板3的頂部上，與襯底承載板3成一體，或者可選地作為分
在珪片與反應(yīng)室8中的下部電極2之間建立熱接觸和電接觸。通過 抬升硅片的位置，同樣從通過平行板電極1流入到反應(yīng)室8中的前 體氣體創(chuàng)建的等離子體流不再限制于硅片村底的上部斜面41。 a-C:H 沉積同時在石圭片的上部斜面41和下部斜面42處發(fā)生。石圭片的未涂 覆的上部表面區(qū)域同樣被掩模5所覆蓋。為了間接地將硅片的溫度 限制在大約20(TC之下的水平，對底部電極2進行主動冷卻，例如通 過在大約15至2(TC溫度下運行的水冷卻設(shè)備22來進行主動冷卻。
圖3提供了在頂部具有硅片的襯底承載板3的本發(fā)明"類基座" 抬高的襯底支撐體31的第一實施方式的更詳細視圖。來自主等離子 體6的離子在電連接到底部電極2的表面附近的邊緣等離子體層7 中被加速到硅片4。在不同區(qū)域A和B處的硅片4上進行均勻a-C:H 沉積是高度重要的，特別是對于硅片上的下部斜面更是如此。原因 在于，均勻分布的等離子體流速和均勻電場對于沉積均勻的a-C:H 層非常必要。然而，除了極小的等離子體邊緣層厚度之外，等離子 體流密度以及加速電場對于區(qū)域A和B可以有所不同，這使得在這 些區(qū)域產(chǎn)生略微非均勻a-C:H沉積。在一定程度上，此非均勻可以 通過略微調(diào)整工藝參數(shù)來進行補償，因為等離子體邊緣層厚度與DC偏壓的平方才艮成比例，而該DC偏壓可以降低到最小大約500伏。 該最小DC偏壓對于一些反應(yīng)器可以發(fā)生變化，因為其取決于很多 不同的參數(shù)。
圖4提供了本發(fā)明抬高的襯底支撐體31的第二實施方式的更詳 細視圖。代替使用純圓柱形突起物作為襯底承載板3的抬高的襯底 支撐體31，在基部處進行附加的圓周切割產(chǎn)生了凹陷截面的抬高的 襯底支撐體31。關(guān)于這種類型的幾何輪廓，這些抬高的襯底支撐體 在這里被稱為"蘑菇形"?？赡艿膸缀吻懈畹哪⒐叫屋喞幌抻谥?線。原則上，假設(shè)等離子體流速足夠高并且硅片底部斜面上的電/磁 場例如用于一是供盡可能均勻的沉積速率，則可以使用任何幾何輪廓 的抬高的襯底支撐體31,例如凹陷、倒置截錐形等等。在這些情況 中，便于在不同區(qū)域A和B處的硅片4上進行均勻a-C:H沉積。其 余可能的非均勻同樣可以通過略微調(diào)整工藝參數(shù)來進行補償，因為 等離子體邊緣層厚度與DC偏壓的平方根成比例，而該DC偏壓可以 降低到最小大約500伏?？蛇x地，通過利用設(shè)置在襯底承載板3中 或附近的、或者設(shè)置在襯底承載板的抬高的襯底支撐體31中或附近 的冷卻設(shè)備32進行主動冷卻，可以實現(xiàn)對硅片的改進和更直接的冷 卻。作為冷卻設(shè)備，可以使用例如在15至20。C的溫度下操作的水冷 卻。該優(yōu)化的原位(in-situ)冷卻策略結(jié)合可選的對石圭片和/或襯底 承載板的預(yù)冷卻過程，使得硅片的最高工藝溫度低于20(TC。為了在 沉積工藝期間進一步地降低硅片的溫度，冷卻裝置可選地設(shè)置在覆 蓋硅片上表面的掩模中。如上所述，令人滿意的散熱對于沉積工藝 至關(guān)重要，因為高于200。C的硅片溫度會導(dǎo)致沉積出具有令人不滿意 的電特性的類石墨碳層。
為了更適當(dāng)?shù)匦?zhǔn)(即共心地校準(zhǔn))硅片4和襯底承載板3的 抬高的襯底支撐體31,可以在將組件裝載到等離子體反應(yīng)器的反應(yīng) 室中之前使用校準(zhǔn)或定心裝置。
可選地，如圖5所示，附加的硅片4'可以疊置于在抬高的襯底 支撐體31上承載的一個硅片4的頂部上。在疊置的相鄰硅片4和4，
9之間，設(shè)置抬高的襯底支撐體31，，從而允許在相鄰硅片進行均勻
a-C:H沉積?？蛇x地，可以省略該附加的抬高的襯底支撐體，乂人而允 許背對背地疊置兩個硅片，每個硅片僅具有一個高電壓阻斷pn結(jié)， 例如二才及管、GTO和GCT,并且因此僅對一個斜面進行鈍化。于是 兩個硅片的這些斜面將可以被設(shè)置在這兩個硅片的疊置的外部?？?選地，冷卻裝置可以設(shè)置在附加的襯底支撐體31，和/或設(shè)置在該疊 置頂部的掩模5中?？蛇x地，在附加的抬高的襯底支撐體31，與電連 接到下部電極2的一個或多個或所有部件(即抬高的襯底支撐體31、 襯底承載板3或下部電極2本身)之間設(shè)置有導(dǎo)電連接34。
權(quán)利要求1. 一種襯底承載板(3)，用于在等離子體反應(yīng)器室中的硅片(4)的表面上沉積電鈍化層(7)的沉積工藝期間承載硅片(4)，其特征在于，所述襯底承載板(3)包括用于承載硅片(4)的抬高的襯底支撐體(31)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的襯底承載板，其特征在于，包括圓柱形抬高的襯底支撐體(31 )。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的村底承載板，其特征在于，包括具有凹陷橫截面的蘑菇形抬高的襯底支撐體(31)。
4. 一種沉積設(shè)備，用于在硅片(4)上沉積電鈍化層，該設(shè)備包括等離子體反應(yīng)器的反應(yīng)室(8)中的兩個平行板電極(1, 2)、可以放置在所述電極(2)之一上的村底承載板(3)、和至少一個硅片(4),其特征在于，所述襯底承載板(3)包括用于承載所述硅片(4)的抬高的襯底支撐體(31)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的沉積設(shè)備，其特征在于，包括用于在所述沉積工藝期間對所述硅片(4)進行冷卻的冷卻裝置(22, 32)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的沉積設(shè)備，其特征在于，所述冷卻裝置(22)被設(shè)置在所述襯底承載板(3)承載的電極(2)中或者附近。
7. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的沉積設(shè)備，其特征在于，所述冷卻裝置(32)被設(shè)置在所述襯底承載板(3)中或設(shè)置在所述襯底承載板的所述抬高的襯底支撐體(31)中。
8. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的沉積設(shè)備，其特征在于，所述冷卻裝置被設(shè)置在掩模(5)中，該掩模覆蓋與所述兩個平板電極(1)中另一個電極面對的所述硅片(4)的表面。
9. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的沉積設(shè)備，其特征在于，所述冷卻裝置(32)被設(shè)置在所述襯底承載板(3)中或設(shè)置在所述襯底承載板的所述抬高的襯底支撐體(31)中。
10. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的沉積設(shè)備，其特征在于，所述冷卻裝置被設(shè)置在掩模(5)中，該掩模覆蓋與所述兩個平板電極(1)中另一個電才及面對的所述^i片(4)的表面。
11. 根據(jù)權(quán)利要求4至10中任意一項所述的沉積設(shè)備，其特征在于，疊置多個硅片(4, 4，)，其中第一硅片(4)由所述抬高的襯底支撐體(31 )來承載。
12. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的沉積設(shè)備，其特征在于，在疊置的相鄰硅片(4, 4，)之間設(shè)置附加的抬高的襯底支撐體(31，)。
13. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的沉積設(shè)備，其特征在于，在所述附加的抬高的襯底支撐體(31，)中設(shè)置冷卻裝置(32)。
14. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的沉積設(shè)備，其特征在于，在所述附加的抬高的襯底支撐體(31，)與所述抬高的襯底支撐體(31)和/或所述襯底承載板(3 )和/或襯底承載板(3 )承載的電極(2 )之間設(shè)置導(dǎo)電連接(34)。
15. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的沉積設(shè)備，其特征在于，在所述附加的抬高的襯底支撐體(31，)與所述抬高的襯底支撐體(31)和/或所述襯底承載板(3 )和/或襯底承載板(3 )承載的電極(2 )之間設(shè)置導(dǎo)電連接(34)。
專利摘要本實用新型公開了一種襯底承載板和沉積設(shè)備。襯底(4)安裝到襯底承載板(3)的抬高的襯底支撐體(31)上。然后，具有襯底的襯底承載板放置到等離子反應(yīng)器(8)中。由于抬高的襯底支撐體，襯底的兩個相對面暴露于等離子體(6)，并且因此被包覆有電鈍化層(7)。
文檔編號H01L21/683GK201266602SQ20082012531
公開日2009年7月1日 申請日期2008年7月4日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月4日
發(fā)明者A·齊默曼, K·阿庫拉蒂, M·庫諾, R·杰維斯 申請人:Abb技術(shù)有限公司