CN103014876A - 一种单晶硅晶圆单切腐蚀片的加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种单晶硅晶圆单切腐蚀片的加工方法。其工艺是：1.将硅片双面去除量控制在20±2μm；2.酸腐蚀液配比：氢氟酸9.03~12.41%、硝酸39.9~42.0%、醋酸19.2~23.1%加去离子水混合；3.在酸腐蚀液中添加氨水作为添加剂，氨水为酸腐蚀液总量的1.08~2.48%；4.经腐蚀后的硅片表面光泽度控制在2～4Gs；5.在酸腐蚀过程中，选择在氮气位置为50～150mm吹氮气，氮气流量100～300L/min，氮气压力80～300Pa，氮气时间为全程；6.酸腐蚀液循环量为300L，在每腐蚀50片后，酸腐蚀液排出量为1～2L，酸腐蚀液补入量为0.3～1L。通过该方法制备单晶硅晶圆切片腐蚀片替代研磨腐蚀片，不仅省去倒角到研磨等加工流程，而且增加出片率，大幅度地降低了成本。从而达到以制备单晶硅晶圆切片腐蚀片替代研磨腐蚀片的目的。

Description

一种单晶硅晶圆单切腐蚀片的加工方法

技术领域

本发明涉及单晶晶圆硅片表面加工工艺，特别涉及一种单晶硅晶圆单切腐蚀片的加工方法。

背景技术

作为半导体器件厂商的基底材料—单晶硅晶圆抛光片的主要加工流程包括：单晶生长→滚磨→切片→倒角→研磨→腐蚀→背损伤→背封→去边→抛光→清洗→包装等。抛光片有较好的表面平整度，较小的粗糙度和高的反射率，但抛光片对加工设备、加工环境和清洗方式、化学辅料纯度等要求较高，因此成本也会较高。近年来，随着半导体行业的高速发展和激烈的市场竞争，为了降低半导体原材料成本，越来越多的半导体制造厂商逐渐采用诸如用单晶硅腐蚀片替代单晶硅抛光片作为功率器件的基底。

单晶硅腐蚀片虽然省去了背损伤至抛光的加工流程，但在整个晶片加工流程仍然较繁复，其中硅料的损失仍然较大，其中研磨加工需要在切片的基础上去除约70um。如果在表面参数的要求不高的领域中使用切片后进行腐蚀的单晶硅晶圆腐蚀片替代常规腐蚀片、甚至抛光片，不仅避免质量过剩，而且可以大大节约成本。

然而，如果利用现有技术中公开报导的常规酸腐蚀或碱腐蚀工艺及相关技术进行腐蚀加工，所获得的腐蚀片表面很难达到客户要求，通常体现为几何参数如TTV较大，碎片率较高，表面存在线痕等，因此，很难使产品进行大批量的稳定加工。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术工艺存在的不足，特别提供一种单晶硅晶圆单切腐蚀片的加工方法，通过采用氨水作为腐蚀液添加剂、控制硅片双面去除量和各项腐蚀参数，实现批量的稳定加工，既降低产品加工成本，同时也满足使用要求。

本发明采取的技术方案是：一种单晶硅晶圆单切腐蚀片的加工方法，其特征在于，采取如下工艺：

（一）.将硅片双面去除量控制在：20±2μm；

（二）.酸腐蚀液按照以下组分的浓度百分比进行配制：氢氟酸：9.03~12.41%，硝酸：39.9~42.0%，醋酸：19.2~23.1%，其余组分为去离子水； 

（三）.在酸腐蚀液中添加氨水作为添加剂，氨水为酸腐蚀液总量的1.08~2.48%； 

（四）.经腐蚀后的硅片表面光泽度控制在2～4Gs； 

（五）.在酸腐蚀过程中，选择在氮气位置为50～150mm向酸腐蚀液槽中鼓吹氮气，氮气流量为100～300L/min，氮气压力为80～300Pa，氮气时间为全程；  

（六）.酸腐蚀液循环量为300L，在每腐蚀50片后，酸腐蚀液排出量为1～2L，酸腐蚀液补入量为0.3～1L。 

本发明的优点及效果是：通过添加的氨水与硝酸进行反应以及控制去除量，使得硅片因未经磨片而造成的切片线痕等外观缺陷在荧光灯下不易显现；氨水与硝酸反应后的生成物分解形成气泡，起到了搅拌作用，使硅片与腐蚀液的反应更加均匀，可以有效的控制表面几何参数；氨水还降低了HF：HNO₃的局部配比，配合一定氮气位置的吹扫，完全去除倒角面损失层，修复倒角面降低碎片率；通过一定量的排补酸实现批量稳定生产。从而达到以制备单晶硅晶圆切片腐蚀片替代研磨腐蚀片的目的。通过该方法制备单晶硅晶圆切片腐蚀片替代研磨腐蚀片不仅省去倒角到研磨等加工流程，而且可以增加出片率，大幅度地降低了成本。

附图说明

图1是采取不同位置吹入氮气所产生的碎片率对比曲线图。

图中：—◆—表示碎片率。

具体实施方式

以下结合实例对本发明作进一步说明：本发明采取如下工艺：

（一）.将硅片双面去除量控制在：20±2μm。

（二）.酸腐蚀液按照以下组分的浓度百分比进行配制：氢氟酸：9.03~12.41%，硝酸：39.9~42.0%，醋酸：19.2~23.1%，其余组分为去离子水。

（三）.在酸腐蚀液中添加氨水作为添加剂，氨水为酸腐蚀液总量的1.08~2.48%；氨水与硝酸反应后的生成物，在强酸作用下进行分解：

NH₄OH+HNO₃=NH₄NO₃+H2O-------------（1）

NH₄NO₃=N₂O↑+2H2O----------------------（2）

分解出的N₂O在腐蚀液中形成气泡，起到了搅拌的作用，使硅片与腐蚀液的反应更加均匀，通常这样的方法可以有效的控制表面几何参数。

（四）.经腐蚀后的硅片表面光泽度控制在2～4Gs；由于腐蚀液中添加了强碱性的氨水，加之去除量较小，使得经腐蚀后的硅片表面光泽度较暗，这使得硅片因未经磨片而造成的切片线痕等外观缺陷在荧光灯下不易显现。

（五）.在酸腐蚀过程中，选择在氮气位置为50～150mm向酸腐蚀液槽中吹氮气，氮气流量为100～300L/min，氮气压力为80～300Pa，氮气时间为全程。由于在腐蚀液中添加了氨水与硝酸发生化学反应，降低HF：HNO₃的局部配比，配合一定氮气位置的吹扫，使硅片与腐蚀液的反应在局部呈现各项异性，使得倒角面因未经倒角的机械损失层首先被完全去除，客观上达到修复倒角面损伤的目的，克服了未倒角造成的碎片率过高的缺点。

（六）.在每腐蚀50片后，酸腐蚀液排出量为1～2L，酸腐蚀液补入量为0.3～1L，以维持酸腐蚀液浓度的动态平衡，从而保持混酸浓度及比例的相对稳定，有效缩小不同回合生产的酸腐蚀片去除量的散差。

实施例1：5英寸区熔掺P<111>晶向硅片，电阻率0.0034±12%Ω.㎝，厚度203μm。采取如下工艺：

1）将硅片双面去除量控制在：20±2μm。

2）根据硅片的产品规格，酸腐蚀液按照以下组分的浓度百分比进行配制：HF：HNO₃：CH₃COOH=9.03%：39.9%：23.1%，其余组分为去离子水。

3）在酸腐蚀液中添加氨水作为添加剂，氨水为酸腐蚀液总量的2%。

4）经腐蚀后的硅片表面光泽度控制在3Gs。

5）在酸腐蚀过程中，在氮气位置为50～150mm范围内分别选取十个不同位置向酸腐蚀液槽中吹氮气，其结果对比见图1。

6）选择适当工艺进行腐蚀：酸腐蚀液的温度保持在35℃；自转速率为50rpm，公转速率为10rpm；酸腐蚀液循环量为300L；氮气流量为300L/min；氮气压力为300Pa，氮气时间为全程；酸腐蚀液排出量为2L，酸腐蚀液补入量为1L。

7）将放置硅片的滚筒放入酸腐蚀机中，开始腐蚀。

8）腐蚀结束后，进行检验测量，其加工碎片率如图1所示。

通过实施例1说明，不同氮气位置对倒角面修复作用不同，导致碎片率有差异，较低碎片率的条件为氮气位置=117mm（如图1所示）。

实施例2：5英寸区熔掺P<111>晶向硅片，电阻率0.0034±12%Ω.㎝，厚度203μm。工艺步骤如下：

1）将硅片双面去除量控制在：20±2μm。

2）根据硅片的产品规格，酸腐蚀液按照以下组分的浓度百分比进行配制：HF：HNO₃：CH₃COOH=9.03%：39.9%：23.1%，其余组分为去离子水。

3）在酸腐蚀液中添加氨水作为添加剂，氨水为酸腐蚀液总量的2%。

4）经腐蚀后的硅片表面光泽度控制在3Gs。 

5）选择适当工艺进行腐蚀：酸腐蚀液的温度保持在35℃；自转速率为50rpm，公转速率为10rpm；酸腐蚀液循环量为300L；氮气位置为117mm；氮气流量为300L/min；氮气压力为300Pa，氮气时间为全程；酸腐蚀液排出量为2L，酸腐蚀液补入量为1L。

6）将放置硅片的滚筒放入酸腐蚀机中，开始腐蚀。

7）腐蚀结束后，进行检验测量，然后包装。

技术效果检测：采用上述酸腐蚀工艺生产的腐蚀片，经过ADE7200型几何参数分选仪检验对3058片全检：以厚度散差为中心值±10μm，TTV<10μm，TIR<10μm，表面无脏、花、划道、线痕的检验标准进行检验，不良品有3片碎，1片崩边，2片缺口，1片线痕，8片划道，4片花，4片沾污划道，其余合格，无几何参数不良，合格率达99.25%。采用上述工艺生产的出片数较传统的磨片腐蚀片的出片数增加了35.9%。

通过实施例2说明，该工艺能实现单晶硅晶圆切片腐蚀片替代研磨腐蚀片的量产。

Claims (1)

1.一种单晶硅晶圆单切腐蚀片的加工方法，其特征在于，采取如下工艺：

（一）.将硅片双面去除量控制在：20±2μm；

（二）.酸腐蚀液按照以下组分的浓度百分比进行配制：氢氟酸：9.03~12.41%，硝酸：39.9~42.0%，醋酸：19.2~23.1%，其余组分为去离子水； 

（三）.在酸腐蚀液中添加氨水作为添加剂，氨水为酸腐蚀液总量的1.08~2.48%；

（四）.经腐蚀后的硅片表面光泽度控制在2～4Gs； 

（五）.在酸腐蚀过程中，选择在氮气位置为50～150mm向酸腐蚀液槽中鼓吹氮气，氮气流量为100～300L/min，氮气压力为80～300Pa，氮气时间为全程； 

（六）.酸腐蚀液循环量为300L，在每腐蚀50片后，酸腐蚀液排出量为1～2L，酸腐蚀液补入量为0.3～1L。