CN109913222A

CN109913222A - 一种硅片打磨液

Info

Publication number: CN109913222A
Application number: CN201910123412.7A
Authority: CN
Inventors: 李少平; 万杨阳; 贺兆波; 张庭; 尹印; 冯凯; 王书萍; 张演哲; 蔡步林
Original assignee: Hubei Xingfa Chemicals Group Co Ltd
Current assignee: Hubei Xingfa Chemicals Group Co Ltd
Priority date: 2019-02-18
Filing date: 2019-02-18
Publication date: 2019-06-21

Abstract

本发明涉及一种硅片打磨液。所述硅片打磨液主要用于硅片减薄，使其去除一定的厚度仍然保持很好的表面质量。该打磨液由氢氟酸、硝酸、硫酸、铵盐及超纯水组成。打磨液的蚀刻温度控制为28~32℃，优选30℃。采用搅拌工艺，其搅拌速率控制到300~350 r/min，优选330 r/min，以降低局部反应产生的HNO₂活性物质和反应热，防止局部反应线速度增加，导致腐蚀不均匀。硅片表面质量是一项重要的指标，其粗糙度大小及缺陷多少将影响打磨硅片后续的加工，利用该打磨液对硅片进行化学腐蚀能够去除前端因机械研磨而产生的表面损伤层和微裂纹区，从而获得粗糙度低、缺陷少的表面。

Description

一种硅片打磨液

技术领域

本发明属于湿电子化学品和晶圆制造交叉技术领域，具体涉及一种硅片打磨液及其使用工艺。

背景技术

在半导体晶圆制造中，由于后端芯片制造中的一些特殊工序，需要对硅片表面进行10微米以内的打磨处理，同时表面要具有非常好的粗糙度和平整度，且对表面的晶格缺陷要求也很高。而对于机械研磨减薄的方式而言，硅表面有划痕等机械损伤。传统的酸腐蚀液，由于酸液的自催化性使其蚀刻速率过快，难以控制在10微米以内，且在应用于工业化生产实际过程中，为了获得稳定的蚀刻速率，技术人员需要利用冷却装置、循环装置等附属装置来控制反应，这又增加了工艺成本。而晶圆减薄液，虽然能够在去除量上满足客户的需求，但是由于在传统的HF-HNO₃体系中加入了硫酸或者磷酸等粘性较大的液体来控制蚀刻速率过快，其反应的气体产物却难以扩散到溶液中，而会附着在硅片表面一段时间，这样使得腐蚀不能在气泡的掩蔽位置发生，导致蚀刻不均匀。因此行内人士不得不改用旋转喷淋工艺，利用高速旋转的离心力将产物甩出去，使其脱离硅片表面，这样便增加了生产成本。

因此配置一种速率可控，在搅拌浸泡工艺条件下便能获得平整均一低缺陷的表面的打磨液势在必行。这将大大降低了晶圆制造的成本，有助于推动IC产业的发展。

发明内容

本发明针对现有晶圆制造中化学腐蚀液和晶圆减薄液的不足，目的之一在于提供了一种硅片打磨液。

本发明目的之二在于提供了一种硅片打磨液的使用工艺。

为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案为：

其中，所述硅片打磨液由氢氟酸、硝酸、硫酸、铵盐及超纯水组成。

所述的氢氟酸为电子级氢氟酸，质量浓度为45-52％；

所述的硝酸为电子级硝酸，质量浓度为65-72％；

所述的硫酸为电子级浓硫酸，质量浓度为97％～98％；

所述的铵盐为优级纯，含量≥99.95％，其中氟化铵的质量浓度为35-42％；

所述的水为25℃下电阻率为17-18MΩ·cm的超纯水。

其优选方案为：

所述的氢氟酸为电子级氢氟酸，浓度约为50％；

所述的硝酸为电子级硝酸，浓度约为70％；

所述的硫酸为电子级浓硫酸，浓度约为97％～98％；

所述的铵盐为优级纯，含量≥99.95％，其中氟化铵的浓度为40％。

所述的水为电阻率18MΩ·cm(25℃)的超纯水。

所述的打磨液中氢氟酸的质量分数为1％～3％；硝酸的质量分数为5％～10％；硫酸的质量分数为60％～80％；铵盐的质量分数为1％-10％；去离子水的质量分数为余量。

所述的打磨液中的铵盐包括氟化铵、氯化铵、硫酸铵、硫酸氢铵、硝酸铵、乙酸铵中的至少一种。并优选氟化铵、硫酸铵、硫酸氢铵。

所述的铵盐给溶液提供了铵根离子，与硝酸根结合生成的硝酸铵在强酸性环境下易于分解生成一氧化二氮(N₂O)气体，NH₄NO₃→N₂O↑+2H₂O。大量的气体在升起的过程中起到了搅拌作用。气体搅拌促使气泡在硅片表面和溶液间迅速交换，避免了气泡的掩蔽效果，且加速了反应产物和局部热向溶液中扩散，同时随着气泡的大量引入，增加了氢氟酸的传质阻，有利于腐蚀坑结构的形成，获得更为平整均一的表面。

所述的打磨液使用工艺的蚀刻温度控制为28～32℃，优选30℃。

所述的打磨液使用工艺的腐蚀过程采用搅拌工艺，其搅拌速率控制到300～350r/min，优选330r/min，以降低局部反应产生的HNO₂活性物质和反应热，防止局部反应线速度增加，导致腐蚀不均匀。

其中，用PFA材质的蚀刻槽盛装打磨液，加热传感器的温度设置为30℃，且设置搅拌速率为300～350r/min。然后将硅片水平放入溶液中反应2-3min。将反应结束后的硅片放入含大量去离子水的容器中，冲洗，烘干。

本发明的有益效果

本发明的优点和有益效果在于：在本发明中，通过引入铵盐，给溶液提供了铵根离子，与硝酸根结合生成的硝酸铵在强酸性环境下易于分解生成一氧化二氮(N₂O)气体，气体搅拌促使气泡在硅片表面和溶液间迅速交换，避免了气泡的掩蔽效果，且加速了反应产物和局部热向溶液中扩散，同时随着气泡的大量引入，增加了氢氟酸的传质阻，有利于腐蚀坑结构的形成，获得更为平整均一的表面。同时还兼顾了制造成本，优化了使用工艺，在获得稳定的蚀刻速率和最佳的蚀刻表面的同时，为工艺的更换节约了成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对对比例、实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些对比例和实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为实施例2进行硅蚀刻实验得到的硅片表面形貌。

图2为对比例1进行硅蚀刻实验得到的硅片表面形貌。

具体实施方式

为了更好地理解本发明，下面结合图表和实施例对本发明做进一步地详细说明，但是本发明要求保护的范围并不局限于下面的实施例。

实施例1

本实施例提供了一种硅片打磨液及其使用工艺，具体为：

使用的氢氟酸为质量分数为50％，硝酸为质量分数为70％，硫酸为质量分数为97.5％，铵盐是质量分数为40％的氟化铵，水为电阻率18MΩ·cm(25℃)的超纯水。

使用上述原料配制200g的硅打磨液，按重量含量配制14.3％的水，75.8％的硫酸，7.3％的硝酸，1.6％的氢氟酸，1％的氟化铵的混合溶液。

采用如下工艺步骤：

1)将上述制备好的硅打磨液先倒入蚀刻槽中；

2)加热传感器的温度设置为30℃；

3)搅拌速率设置为330r/min；

4)然后将硅片水平放入溶液中反应2min，反应过程中用红外测温仪探测打磨液不同位置的局部温度，其蚀刻温度维持30～31℃；

5)蚀刻过程中，反应5s后产生大量的白色小气泡，从硅片表面不断地向溶液中扩散开，并由于浮力的作用，迅速向液面升起，不会静止吸附在硅片表面，保持动态平衡，气泡的直径为0.8～1mm；

6)将反应结束后的硅片放入含大量去离子水的容器中，冲洗，烘干，硅片表面细腻平整，无白色气泡痕迹；

7)检测其蚀刻速率及蚀刻表面粗糙度，并将检测的结果记录于表1中。

实施例2

本实施例提供了一种硅片打磨液及其使用工艺，具体为：

使用的氢氟酸为质量分数为50％，硝酸为质量分数为70％，硫酸为质量分数为97.5％，铵盐是质量分数为99.95％的硫酸铵，水为电阻率18MΩ·cm(25℃)的超纯水。

使用上述原料配制200g的硅打磨液，按重量含量配制11％的水，73.4％的硫酸，7.1％的硝酸，1.5％的氢氟酸，7％的硫酸铵的混合溶液。

采用如下工艺步骤：

1)将上述制备好的硅打磨液先倒入蚀刻槽中；

2)加热传感器的温度设置为30℃；

3)搅拌速率设置为330r/min；

4)然后将硅片水平放入溶液中反应2min，反应过程中用红外测温仪探测打磨液不同位置的局部温度，其蚀刻温度维持30～30.5℃；

5)蚀刻过程中，反应一开始便产生大量的白色小气泡，从硅片表面不断地向溶液中扩散开，并由于浮力的作用，迅速向液面升起，不会静止吸附在硅片表面，保持动态平衡，气泡的直径为0.8～1mm；

6)将反应结束后的硅片放入含大量去离子水的容器中，冲洗，烘干，硅片表面细腻平整，无白色气泡痕迹，如图1所示；

实施例3

本实施例提供了一种硅片打磨液及其使用工艺，具体为：

使用的氢氟酸为质量分数为50％，硝酸为质量分数为70％，硫酸为质量分数为97.5％，铵盐是质量分数为99.95％的硫酸铵和40％的氟化铵，水为电阻率18MΩ·cm(25℃)的超纯水。

使用上述原料配制200g的硅打磨液，按重量含量配制12.1％的水，72.2％的硫酸，7.2％的硝酸，1.5％的氢氟酸，1.5％的氟化铵，5.5％的硫酸铵的混合溶液。采用如下工艺步骤：

1)将上述制备好的硅打磨液先倒入蚀刻槽中；

2)加热传感器的温度设置为30℃；

3)搅拌速率设置为330r/min；

对比例1：

对比例1提供了无铵盐组分的硅打磨液与相对应的使用工艺，具体为：

使用的氢氟酸为质量分数为50％，硝酸为质量分数为70％，硫酸为质量分数为97.2％，水为电阻率18MΩ·cm(25℃)的超纯水。

使用上述原料配制200g的硅打磨液，按重量含量配制15.2％的水，75％的硫酸，7.8％的硝酸，2％的氢氟酸的混合溶液。

采用如下工艺步骤：

1)将上述制备好的硅打磨液先倒入蚀刻槽中；

2)加热传感器的温度设置为30℃；

3)搅拌速率设置为330r/min；

4)然后将硅片水平放入溶液中反应2min，反应过程中用红外测温仪探测打磨液不同位置的局部温度，其蚀刻最高温度达35℃；

5)蚀刻过程中，反应10s后，开始产生较大的白色气泡并附着在硅片表面，蚀刻20s后,气泡布满整个硅片，气泡几乎静止不动，气泡的直径为4～5mm；

6)将反应结束后的硅片放入含大量去离子水的容器中，冲洗，烘干，硅片表面出现肉眼可见的白色气泡痕迹，如图2所示；

对比例2：

对比例2提供了不同温度条件下使用硅打磨液及其蚀刻效果，具体为：

采用如下工艺步骤：

1)将上述制备好的硅打磨液先倒入蚀刻槽中；

2)加热传感器的温度设置为45℃；

3)搅拌速率设置为330r/min；

4)然后将硅片水平放入溶液中反应2min，反应过程中用红外测温仪探测打磨液不同位置的局部温度，其蚀刻最高温度达48℃；

5)蚀刻过程中，反应一开始便产生大量的白色小气泡，从硅片表面不断地向溶液中扩散开，并由于浮力的作用，迅速向液面升起，不会静止吸附在硅片表面，保持动态平衡，气泡的直径为1～2mm；

6)将反应结束后的硅片放入含大量去离子水的容器中，冲洗，烘干，硅片表面没有白色气泡痕迹；

对比例3：

对比例3提供了停止搅拌下使用硅打磨液及其蚀刻效果，具体为：

采用如下工艺步骤：

1)将上述制备好的硅打磨液先倒入蚀刻槽中；

2)加热传感器的温度设置为30℃；

3)搅拌速率设置为0r/min；

4)然后将硅片水平放入溶液中反应2min，反应过程中用红外测温仪探测打磨液不同位置的局部温度，其局部最高温度达33℃；

5)蚀刻过程中，反应8s后产生大量的白色小气泡，从硅片表面缓慢地向溶液中扩散开，并向液面升起，不会静止吸附在硅片表面，保持动态平衡，气泡的直径为0.8～1mm；

6)将反应结束后的硅片放入含大量去离子水的容器中，冲洗，烘干，硅片表面局部地方出现少量的白色气泡痕迹；

对比例4：

检测蚀刻前硅片表面的粗糙度，并将检测的结果记录于表1中。

通过表1中的实验数据对比可以得出，实施例1、实施例2、实施例3，由于加入了本发明的铵盐组份，其表面粗糙度较对比例1和对比例4而言显著降低，且能维持稳定的蚀刻速率。其中，对比实施例2与对比例2、对比例3进一步优化了该打磨液的最佳使用工艺，为该打磨液的产业化应用提供了技术支持。

显然，上述实施例仅是为清楚地说明所作的实例，而并非对实施方式的限制。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而因此所引申的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之内。

表1实施例1至3及对比例1至4进行硅蚀刻实验测得的实验结果。

Claims

1.一种硅片打磨液，其特征在于：所述硅片打磨液由氢氟酸、硝酸、硫酸、铵

盐及超纯水组成；

所述的氢氟酸为电子级氢氟酸，质量浓度为45-52%；

所述的硝酸为电子级硝酸，质量浓度为65-72%；

所述的硫酸为电子级浓硫酸，质量浓度为97%~98%；

所述的铵盐为优级纯，含量≥99.95%，其中氟化铵的质量浓度为35-42%；

所述的水为25℃下电阻率为17-18MΩ•cm的超纯水。

2.根据权利要求1所述的硅片打磨液，其特征在于：打磨液中氢氟酸的质量分数为1%~3%；硝酸的质量分数为5%~10%；硫酸的质量分数为60%~80%；铵盐的质量分数为1%-10%；去离子水的质量分数为余量。

3.根据权利要求1所述的硅片打磨液，其特征在于：打磨液中的铵盐包括氟化铵、氯化铵、硫酸铵、硫酸氢铵、硝酸铵、乙酸铵中的一种或两种；并优选氟化铵、硫酸铵、或硫酸氢铵。