CN112259450A - 一种分段式蚀刻方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种分段式蚀刻方法，包括以下步骤，双氧水蚀刻‑氨水蚀刻‑清洗‑甩干，具体为：步骤一：双氧水蚀刻，将经过研磨后的晶圆放置在第一药液槽内，对晶圆的研磨面进行蚀刻，第一药液槽内药液为双氧水；步骤二：氨水蚀刻，将晶圆从第一药液槽取出，再放置进第二药液槽内，对晶圆的研磨面进行蚀刻，第二药液槽内药液为氨水。本发明不但能够改善晶圆整体均匀性，提高制程的稳定性，降低良率损失，而且还能节约蚀刻药液的成本。
Description
技术领域
本发明涉及半导体制造技术领域，特别涉及当晶圆研磨后，对晶圆进行分段式蚀刻的方法。
背景技术
在半导体制造过程中，后段工艺步骤是非常关键的，一般包括晶圆与基板键合、晶圆厚度减薄-研磨、晶圆厚度减薄-蚀刻、晶圆分离、晶圆清洗、晶圆贴膜、晶圆切割、晶圆扩张、蚀刻清洗、晶圆烘烤等步骤。
其中，晶圆厚度减薄-蚀刻步骤是为了消除研磨造成的晶圆背面裂纹，碎屑及残余应力等，提高晶圆强度。蚀刻的均匀性是衡量蚀刻工艺在晶片内和晶片间的可重复性，因此，蚀刻后晶圆的TTV（total thickness variation总厚度变化：在厚度扫描或一系列点的厚度测量中，所测晶圆的最大厚度与最小厚度的绝对差值）是一个重要指标，差值越大影响蚀刻的均匀性，造成制程的不稳定性，良率损失大。
在晶圆厚度减薄-蚀刻步骤中一般采用湿法蚀刻，通常需满足以下三个要求：①化学药品将表面材料溶解；②蚀刻的副产物是气体，液体或者是能够溶解于蚀刻液体；③纯化学过程是各向同性的。其具体有以下三个基本步骤：蚀刻-清洗-甩干。
例如，目前砷化镓晶圆研磨后蚀刻大多采用湿法蚀刻的方法，首先，将研磨后的晶圆是竖直放置于药液槽里，两种药液混合蚀刻在药液槽中作业25min（分钟）后，再将晶圆从药液槽中取出，进行纯水清洗250s，将表面残留的蚀刻药液和蚀刻碎屑清洗干净，最后，在室温的条件下，放入甩干槽进行高速旋转，在N2（氮气）的气氛中进行甩干，保证产品整体的清洁。因为晶圆是竖直放置在药液槽中，在蚀刻的过程中，晶圆的上方（离药液槽放入口近的一侧）和晶圆的下方（离药液槽放入口远的一侧）由于药液流动及振荡的关系，不同位置的蚀刻速率有轻微的差异，使得产品整体的厚度不均匀，导致产品厚度上薄下厚。采用该方法在以蚀刻25μm的条件下，每作业1批晶圆产品，蚀刻25min后，晶圆的边缘1cm（厘米）位置上方及下方TTV在±6μm（微米）左右。
发明内容
本发明的目的在于提供一种分段式蚀刻方法，不但能够改善晶圆整体均匀性，提高制程的稳定性，降低良率损失，而且还能节约蚀刻药液的成本。
为解决上述技术问题，本发明的技术解决方案是：
一种分段式蚀刻方法，包括以下步骤，步骤一：双氧水蚀刻，将经过研磨的晶圆放置在第一药液槽内，对晶圆的研磨面进行蚀刻，第一药液槽内药液为双氧水；步骤二：氨水蚀刻，将晶圆从第一药液槽取出，再放置进第二药液槽内，对晶圆的研磨面进行蚀刻，第二药液槽内药液为氨水。
优选的，还包括：步骤三：清洗，利用纯水对晶圆表面进行清洗；步骤四：甩干，将晶圆放置于甩干槽内甩干。
优选的，在步骤二中，还包括预清洗步骤，将晶圆从第一药液槽取出后放入清洗水槽，经过清洗后再放入第二药液槽。
优选的，第一药液槽内药液配比为H2O2：H2O=1：10，蚀刻时间为16min。
优选的，第二药液槽内药液配比为NH4OH：H2O=1：10，蚀刻时间为20min。
优选的，在第一药液槽内蚀刻时间小于第二药液槽内蚀刻时间。
优选的，在第一药液槽和第二药液槽内采用间接振荡方式。
一种研磨后使用所述方法蚀刻的晶圆，包括核心区和***区，所述核心区的顶表面高于所述***区的顶表面，晶圆的研磨面边缘1cm位置的TTV值在±3μm。
由于本发明采用两个药液槽两种不同药液，分别对研磨后晶圆进行分段蚀刻，可以进一步改善均匀性，缩小蚀刻后晶圆的TTV值，降低良率损失。
附图说明
图1是本发明的工艺流程图；
图2是使用本发明方法处理后的晶圆测量示意图；
图3是本发明不同药液单独蚀刻的蚀刻率对比图；
图4是本发明不同药液单独蚀刻的蚀刻量对比图；
图5是使用本发明与现有工艺实际蚀刻后晶圆不同位置的厚度对比图；
图6是使用本发明与现有工艺实际蚀刻后晶圆的TTV对比图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详述。需要说明的是，若出现术语“上”、“下”、“内”、“外”等方位或位置关系为基于附图所示的方位或者位置关系，或者是该申请产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述，不能理解为对本发明的限制。
本发明所揭示的是一种分段式蚀刻方法，包括以下步骤，双氧水蚀刻-氨水蚀刻-清洗-甩干，如图1所示，为本发明的较佳实施例，步骤一：双氧水蚀刻，将经过研磨后的晶圆放置在第一药液槽内，对晶圆的研磨面进行蚀刻，第一药液槽内药液为双氧水；步骤二：氨水蚀刻，将晶圆从第一药液槽取出，再放置进第二药液槽内，对晶圆的研磨面进行蚀刻，第二药液槽内药液为氨水；步骤三：清洗，利用纯水对晶圆表面进行清洗，将表面残留的蚀刻药液和蚀刻碎屑清洗干净；步骤四：甩干，将晶圆放置于甩干槽内甩干，保证晶圆整体的清洁。
优选的，在步骤二中，还包括预清洗步骤，预清洗是指将晶圆从第一药液槽取出后放入清洗水槽，经过预先清洗后再放入第二药液槽，避免第一药液槽里的药液残留至第二药液槽内。
第一药液槽内药液双氧水配比（体积比）为H2O2：H2O=1：10，蚀刻时间为16min，这样才能保证实际的蚀刻厚度，第二药液槽内药液氨水配比（体积比）为NH4OH：H2O=1：10，蚀刻时间为20min，（因为在饱和蚀刻量的状态下，才能保证应力完全释放，所以，当双氧水蚀刻时间为某一数值时，氨水蚀刻的时间也须匹配个相应数值，以便获得最好的效果）。在第一药液槽和第二药液槽内，均采用间接振荡方式，即振荡15s，静置30s。
一种研磨后使用本方法蚀刻的晶圆，包括核心区和***区，所述核心区的顶表面高于所述***区的顶表面，晶圆的研磨面边缘1cm位置上方（离药液槽放入口近的一侧）和下方（离药液槽放入口远的一侧）的TTV值在±3μm。
在砷化镓生产过程中发现，未经过减薄或造成损伤层的GaAs（砷化镓），是不会与双氧水或氨水单独反应，但当GaAs（砷化镓）有经过接触式减薄工艺或损伤之后，可以单独使用双氧水或者氨水进行蚀刻，主要目的在蚀刻研磨后造成的GaAs（砷化镓）碎屑，达到释放应力的效果。
为了更好的验证本方法，将研磨后的砷化镓晶圆分别置于双氧水氨水混合蚀刻、单独双氧水蚀刻、单独氨水蚀刻三种条件下。如图3和图4所示，验证结果发现，单独使用双氧水或氨水也可以对研磨后的产品进行蚀刻，但蚀刻速率比两种液体混合的慢；当蚀刻时间20min以后，双氧水及氨水单独蚀刻的药液在蚀刻量上会达到饱和状态，蚀刻量变化较缓慢。
为了更好的说明本方法的提升效果明显，以实际研磨后的砷化镓产品进行验证。根据图3的蚀刻率和图4的蚀刻量变化，发现当使用氨水或双氧水单独蚀刻时，到达一定的时间后蚀刻率和蚀刻量均会慢慢降低，慢慢达到饱和状态。饱和状态的蚀刻方式对产品厚度会起到改善效果，这样整体厚度均匀性会更好。因此，使用实际研磨后的产品（测试片1、测试片2和测试片3）进行验证，采用不同槽体不同药液对研磨后晶圆的研磨面进行分段蚀刻。
测试片1：以正常生产研磨后产品蚀刻25min为例：先使用双氧水，H2O2（过氧化氢）:H2O（水）=1:10，蚀刻时间为16min，蚀刻厚度为15μm。再用氨水，NH4OH（氢氧化铵）:H2O（水）=1:10，蚀刻时间为20min，蚀刻厚度为10μm。利用纯水对晶圆表面进行清洗后，将晶圆放置于甩干槽内甩干。
因为砷化镓晶圆和双氧水先反应表面会生成氧化砷是有毒的物质，为了确保能将其完全蚀刻掉，在本实施例中，双氧水蚀刻时间需要小于氨水蚀刻时间，即在第一药液槽内蚀刻时间小于第二药液槽内蚀刻时间。
如图2所示，晶圆的研磨面上方蚀刻后边缘1cm位置处选取厚度最大的点，其厚度为a，晶圆的研磨面下方蚀刻后边缘1cm位置处选取厚度最小的点，其厚度为b，TTV即a-b=2～6μm。晶圆的研磨面上方与下方边缘1cm的厚度差异均匀性改善60%，整体均匀性也得到改善，提高制程稳定性，降低良率损失。
为验证测试片1所得的结果是否是稳定的，以及时间组合是否合理，使用测试片2和测试片3进行二次验证，同样使用双氧水蚀刻16min，氨水蚀刻20min的方式，最后的结果如图5和图6所示，测试片2和测试片3达到预期的结果，蚀刻后产品总体的厚度TTV值控制在1μm内，比原工艺条件有明显的改善，验证了此发明的可行性。
单纯的使用双氧水蚀刻产品表面会形成氧化砷是有毒物质，需再经过氨水清洗；单纯的使用氨水蚀刻，蚀刻量会达到饱和状态，无法达到释放应力的效果；而两种液体混合蚀刻，蚀刻速率稳定，但产品厚度均匀性不可控。本发明使用两种药液分槽蚀刻的方式，即能保证产品不会产生有毒物质，又达到释放应力的效果，还能对产品整体厚度及均匀性可控，对制程的稳定性起到明显的改善。特别是在采用了实施例一中的特殊参数设置后，效果显著。
同时，采用本发明的分段式蚀刻方法后，研磨后蚀刻速率主要因氨水速率降低而减慢，每6H（小时）需更换一次氨水，双氧水挥发量较NH4OH（氨水）慢，分开使用可以减少H2O2（双氧水）的使用量，从6H提升至12H，也节约药液的成本。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的设计构思并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，利用此构思对本发明进行非实质性的改动，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (8)
1.一种分段式蚀刻方法，其特征在于：包括以下步骤，步骤一：双氧水蚀刻，将经过研磨的晶圆放置在第一药液槽内，对晶圆的研磨面进行蚀刻，第一药液槽内药液为双氧水；步骤二：氨水蚀刻，将晶圆从第一药液槽取出，再放置进第二药液槽内，对晶圆的研磨面进行蚀刻，第二药液槽内药液为氨水。
2.根据权利要求1所述的一种分段式蚀刻方法，其特征在于：还包括：步骤三：清洗，利用纯水对晶圆表面进行清洗；步骤四：甩干，将晶圆放置于甩干槽内甩干。
3.根据权利要求1所述的一种分段式蚀刻方法，其特征在于：在步骤二中，还包括预清洗步骤，将晶圆从第一药液槽取出后放入清洗水槽，经过清洗后再放入第二药液槽。
4.根据权利要求1所述的一种分段式蚀刻方法，其特征在于：第一药液槽内双氧水药液配比为H2O2：H2O =1：10，蚀刻时间为16min。
5.根据权利要求1所述的一种分段式蚀刻方法，其特征在于：第二药液槽内氨水药液配比为NH4OH：H2O =1：10，蚀刻时间为20min。
6.根据权利要求1所述的一种分段式蚀刻方法，其特征在于：在第一药液槽内蚀刻时间小于第二药液槽内蚀刻时间。
7.根据权利要求1所述的一种分段式蚀刻方法，其特征在于：在第一药液槽和第二药液槽内采用间接振荡方式。
8.一种研磨后使用如权利要求1所述方法蚀刻的晶圆，其特征在于：包括核心区和***区，所述核心区的顶表面高于所述***区的顶表面，晶圆的研磨面边缘1㎝位置的TTV值在±3μm。
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- 2020-09-18 CN CN202010988853.6A patent/CN112259450A/zh active Pending
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