CN101256953A - 半导体基板表面的化学处理方法及其装置 - Google Patents

半导体基板表面的化学处理方法及其装置 Download PDF

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Abstract

本发明属于半导体制造工业领域。具体公开了一种新的半导体基板表面的化学处理方法及其装置。本发明化学处理方法是利用支架将半导体基板放置在化学溶液的上方，且半导体基板的下表面与化学溶液的液面之间有一定的距离，通过喷射装置将化学溶液喷射到半导体基板的下表面，从而对下表面进行化学处理的。本发明的装置包括容纳化学溶液的化学槽，将半导体基板放置在化学溶液上方的支架，以及把化学溶液喷射到半导体基板的下表面的喷射装置。本发明的化学处理方法及其装置可以只对半导体基板的某一个表面进行化学处理，而同时不需要对另一个表面做任何的保护。

Description

半导体基板表面的化学处理方法及其装置
技术领域
本发明涉及半导体制造工业中对半导体基板进行化学处理的技术，具体是在制备半导体太阳能电池领域中对半导体基板进行湿化学处理的方法；更具体的，涉及对半导体基板的某一个表面进行湿化学处理的方法。
背景技术
用化学溶液对半导体基板的表面进行处理是半导体制造工业中常用的工艺。例如对半导体基板进行表面的腐蚀过程、清洗过程等。一般的，上述的湿化学处理过程是把半导体基板浸泡在化学溶液中进行的。此时，是对半导体基板的两个表面均进行湿化学处理。
但是，在半导体的工业生产中，在很多情况下，许多工艺只要求对半导体基板的某一表面进行湿化学处理。例如，单面的硅表面的腐蚀、单面的氧化物的腐蚀等。此时，上述的把半导体基板浸泡在化学溶液中的处理方法就不能达到只对半导体基板的某一表面进行湿化学处理的要求。
为了达到只对半导体基板的单面进行湿化学处理的目的，现有技术中的普遍的做法是将不需要做化学处理的一面用掩膜进行保护，以使其不与化学溶液接触，不被化学溶液处理，从而达到只对半导体基板未进行保护的某一表面进行处理的目的。例如在半导体工业生产中，经常使用光刻胶对不需要进行处理的一面进行保护以达到对单面进行化学处理的目的。但是上述用掩膜进行保护而后进行湿化学处理的方法也有很大的缺点：不但增加了操作过程中镀膜和清洗膜的步骤，还增加了原材料的成本以及处理过程中产生的废水量。使得整个处理过程的步骤更加烦琐而且产品的成本明显增加。
在现有技术中，针对上述掩膜方法的缺点，研究人员做出了一定的改进。即在化学处理过程中，不是把半导体基板垂直放置在化学槽中的化学溶液内，而是水平地放置/浮在化学槽内的化学溶液的表面。当半导体基板被水平的放置/浮在化学溶液的液面上时，使得只有半导体基板的下表面和化学溶液的液面接触，从而达到单面处理半导体基板(腐蚀或清洗)的目的。
但是上述改进的对半导体基板进行单面处理的方法在实际的操作中仍存在很大的缺点和不足。由于环境的影响，化学溶液的液面总会有轻微的波动。由于使用的半导体基板越来越薄，当半导体基板的厚度很薄时，例如，半导体基板的厚度在500微米以下时，当半导体基板水平的放置/浮在化学溶液的液面上进行处理时，化学溶液液面的轻微的波动就会造成化学溶液润湿到半导体基板的上表面，至少会润湿到半导体基板上表面的边沿部位；其次，当半导体基板放置/浮在化学溶液的液面上进行处理时，溶液的表面张力所造成的虹吸现象，也会使得化学溶液吸到半导体基板的上表面。上述两种情况均会对不需要处理的半导体基板的上表面部分的进行化学处理，从而使得半导体基板的质量不合格或均一性很差，达不到要求。
发明内容
针对以上现有技术的不足，本发明的技术方案是提供一种新的半导体基板表面的化学处理方法及其装置，该方法和装置能对半导体基板的某一表面进行表面化学处理。
因此，本发明的一个目的是提供一种半导体基板表面的化学处理方法。该方法可以只对半导体基板的某一个表面进行化学处理，而同时不需要对另一个表面做任何的保护。
本发明的另一个目的是提供一种上述半导体基板表面的化学处理装置，该装置可以只对半导体基板的某一个表面进行化学处理同时，另一个表面不会由于化学溶液的液面波动和虹吸现象而被润湿。
为了实现上述目的，本发明提供的一种半导体基板表面的化学处理方法，是利用支架将半导体基板放置在化学溶液的上方，且半导体基板的下表面与化学溶液的液面之间有一定的距离，通过安装在半导体基板下方的喷射装置将化学溶液喷射到半导体基板的下表面，从而对半导体基板的下表面进行湿化学处理的。
本发明提供的一种半导体基板表面的化学处理装置，包括容纳化学溶液的化学槽，将半导体基板放置在化学溶液上方的支架，以及把化学溶液喷射到半导体基板的下表面的喷射装置。
本发明的有益效果在于：本发明的化学处理方法及其装置，采用安装在半导体基板下方的喷嘴装置向半导体基板的下表面喷射化学溶液的方法，使化学溶液与半导体基板的下表面接触。在保证半导体基板的下表面与化学溶液接触的情况下，可以有效地增加化学槽中化学溶液的液面和半导体基板下表面的距离，从而杜绝化学溶液润湿到基板的上表面的可能性。
在工业生产的条件下，化学溶液的液面，由于受到各种零部件不断移动的影响和周围环境震动的影响，其液面总会产生一定程度的波动。由于半导体基板的厚度一般小于500微米，如果半导体基板的下表面与化学溶液的液面的距离太小，波动的化学溶液液面很容易润湿半导体基板的上表面。另一方面，如果半导体基板的下表面与化学溶液的液面距离太大，半导体基板的下表面将不会与化学溶液的液面接触，达不到湿化学处理的目的。利用本发明的化学处理方法和装置，其中的喷射装置把化学溶液喷射到半导体基板的下表面，从而起到润湿并接触半导体基板下表面的目的。因此，本发明的化学处理方法和装置，在保证半导体基板的下表面与化学溶液接触的情况下，可以有效的增大半导体基板的下表面与化学溶液液面的距离，从而避免由于化学溶液液面的波动造成半导体基板的上表面被润湿的可能性。
即使在没有任何震动的环境中，在半导体基板与化学溶液的液面接触后，由于表面张力的作用，即虹吸现象，化学溶液可以通过半导体基板的四周表面，逐渐润湿半导体基板的上表面。利用本发明的化学处理方法和装置，把化学溶液喷射到半导体基板的下表面，从而起到润湿并接触半导体基板下表面的目的。因此，本发明的化学处理方法和装置，在保证半导体基板的下表面与化学溶液接触的情况下，可以有效的增大半导体基板的下表面与化学溶液液面的距离，从而可以阻止化学溶液在半导体基板产生的虹吸现象。
同样，利用本发明的化学处理方法和装置，在保证半导体基板的下表面被化学溶液润湿并接触的情况下，可以有效的增大半导体基板的下表面与化学溶液液面的距离，从而增加了半导体基板在支架上的稳定性。如果半导体基板与化学溶液液面接触浮在液面上时，由于受到浮力的作用和液面波动的影响，加上半导体基板本身较轻，在工业生产中，半导体基板很难稳定地被固定在支架上。特别是在连续生产的情况下，半导体基板被沿着某一水平方向移动，半导体基板很容易被波动的液面改变其设定的移动方向。采用本发明的化学处理方法和装置，可以有效的增大半导体基板的下表面与化学溶液液面的距离。在这种情况下，液体的表面张力作用在半导体基板的下表面后，产生一个向下的拉力，从而增加了半导体基板在支架上的稳定性。
在半导体工业中，很多半导体基板的化学处理会产生气泡，例如，在半导体基板表面的化学腐蚀过程中会产生氢气。由于本发明的化学处理方法和装置可以有效的增大半导体基板的下表面与化学溶液液面的距离，可以使得化学处理过程中产生的气泡很容易的离开半导体基板的下表面，保证了化学处理过程的正常进行。
更进一步，根据需要，本发明的化学处理方法及其装置还可以用在半导体基板的下表面与化学溶液的液面不保持接触的情况。本发明在这种应用情况下，通过喷嘴连续地或间歇地向半导体基板的下表面喷射化学溶液，既能保证化学溶液充分的润湿半导体基板的下表面，而且能有效保证半导体基板下表面的化学溶液得到不断的更新，有利于半导体基板的化学处理。
本发明的化学处理方法和装置不仅适用于一般厚度的半导体基板的某一表面的处理，而且适合于厚度较小的半导体基板的某一表面的处理。尤其在处理厚度小于300微米的半导体基板的某一面时，本发明更具有优势。
附图说明
图1为在连续处理过程中半导体基板进入化学槽的结构示意图。
图2为半导体基板行进到喷嘴的上方，喷嘴开始喷液的结构示意图。
图3为半导体基板的下表面的一部分逐渐被润湿的结构示意图。
图4为半导体基板的下表面全部被润湿并与液面接触的结构示意图。
图5为半导体基板的下表面全部被润湿但不与液面接触的结构示意图。
附图中的符号说明：
1、化学槽        2、滚轴支架    3、喷嘴(喷射装置)
4、半导体基板    5、化学溶液
具体实施方式
参照附图及具体实施例对本发明做进一步的详细说明，但并不是用以限制本发明。
本发明提供的一种半导体基板表面的化学处理方法，是利用支架将被处理的半导体基板4放置在化学槽1中化学溶液5的上方，且半导体基板4的下表面与化学溶液5的液面之间有一定的距离，通过喷射装置3将化学溶液5喷射到半导体基板4的下表面，从而对半导体基板4的下表面进行化学处理的。
上述的半导体基板是指由半导体材料所制成的薄片，厚度为50-500微米。例如硅片、锗片等。
上述的半导体基板4放置在化学溶液5的上方时，优选为水平放置。但是小角度的倾斜放置也不会影响本发明的效果。
上述的可以使半导体基板4水平放置的支架2可以使用本领域的常规技术达到。优选为此装置是带有传送功能，可以使得半导体基板4沿某一个方向水平的移动，例如带有滚轴的支架2，从而达到连续处理半导体基板表面的目的。
上述的半导体基板4的下表面与化学溶液5的液面具有一定的距离。此距离为0.1-10mm，优选为1-3mm，更优选为2mm。当半导体基板4的下表面与化学溶液5的液面的距离较小时，喷射装置3喷射化学溶液5的强度可以小些；当半导体基板4的下表面与化学溶液5的液面的距离较大时，喷射装置3喷射化学溶液5的强度可以大些。为了使得喷射装置3喷出的化学溶液5不影响半导体基板4移动的稳定性，一般的化学溶液的喷射高度为喷射装置的上端口和半导体基板下表面的距离。
上述的化学溶液可以是单组分的化学溶液，也可以是多组分的化学溶液。
上述的喷射装置(例如喷嘴3)喷出的化学溶液5的强度，以能润湿半导体基板4的下表面而且不影响半导体基板4移动的稳定性为佳。优选的，喷射装置3喷出的化学溶液5液面以上的高度为半导体基板4的下表面和化学溶液5的液面之间的距离。
在对半导体基板4的下表面进行处理的过程中，半导体基板4和喷射装置3的位置均可以处于静止状态，也可以是相对移动状态。优选为相对移动的状态。
上述的相对移动状态，可以是喷射装置3静止不动，半导体基板4沿着某一方向移动；可以是半导体基板4静止不动，喷射装置3沿着某一方向移动；可以是半导体基板4和喷射装置3分别向相反的方向移动；可以是半导体基板4和喷射装置3以不同的速率同向移动。优选为喷射装置3静止不动，半导体基板4沿着某一方向移动。
如图2所示，当半导体基板4的一个边沿移动并通过喷射装置3的上方时，喷射装置3开始喷射化学溶液5。
在处理过程中，上述的喷射装置3喷射化学溶液5时，可以采用间歇喷射或连续喷射的方式。采用间歇喷射的方式可以喷射一次、也可以喷射数次。
当半导体基板4的下表面与化学溶液5的液面的距离较小时，喷射装置3可以只喷射一次，溶液可以借助化学溶液5的表面张力逐渐润湿半导体基板4的整个下表面，从而对半导体基板4的下表面进行化学处理。为了加快化学溶液5对于半导体基板4下表面的润湿速度，喷射装置3也可以增加喷射的次数；当然，喷射装置3也可以在处理过程中持续喷射。优选为，喷射装置3在半导体基板4通过其上方的过程中持续喷射化学溶液5。通过上述的优选的喷射化学溶液的方法和优选的半导体基板4下表面与化学溶液5的液面的距离，半导体基板4的下表面与化学槽1内的化学溶液5的液面在整个化学处理过程中始终保持接触。
当半导体基板4的下表面与化学溶液5的液面的距离较大时，喷射装置3持续喷射，直到半导体基板4的另一个边沿移动到喷射装置3的上方时停止。此时，半导体基板4的下表面与化学溶液5的液面不接触。在处理过程中，喷射装置3喷射化学溶液5的时间可以持续1秒到数秒，此时间取决于半导体基板4通过喷射装置3上方的时间和半导体基板4的大小。当然，所用时间越短越好。
在本发明的化学处理方法中，上述的喷射装置3，可以是一个，也可以是数个。当喷射装置是一个时，可以喷射一次，喷射数次，也可以持续喷射；当喷射装置是数个时，每个喷嘴可以喷射一次，喷射数次，也可以持续喷射。
当上述的喷射装置3是数个时，每个喷射装置3喷射的化学溶液5可以相同或者不同，此时取决于不同化学槽内容纳的化学溶液相同或者不同。
当不同的喷射装置3喷射不同的化学溶液5时，不同的化学溶液5最好容纳于不同的化学槽1中。
上述每一个喷射装置3(例如喷嘴)总的宽度等同于半导体基板的宽度；在能润湿整个半导体基板下表面的前提下，喷射装置的宽度可以略小于半导体基板的宽度。优选其总的宽度略小于半导体基板4的宽度。
上述半导体基板4和喷射装置3在相对移动时，其移动速度可以慢也可以快。当选用喷射装置3只喷射一次的形式时，优选为移动速度较慢，这样可以使得半导体基板4下表面的其它部分被完全的润湿；当选用喷射装置3喷射数次的形式时，移动速度可以较快；当选用喷射装置3持续喷射的形式时，移动速度可以更快，这样可以减少处理时间，适用于大批量处理。
当半导体基板4的下表面与化学溶液5的表面的距离较大，选用喷射装置3持续喷射的形式时，可以使用多个喷射装置3，每个喷射装置3喷射不同的化学溶液5，从而对半导体基板4的下表面连续进行不同的化学处理。此时，相邻的两个喷射装置3的距离可以较大也可以较小。优选为大于半导体基板4的长度。
因此，本发明的化学处理方法可以对半导体基板4的某一表面进行单次或多次的处理。
在半导体制造工业中，上述的化学溶液可以是本领域技术人员适用的任何化学溶液，比如不同浓度的氢氧化钠溶液，或不同浓度的氢氟酸溶液，当然还可以是一种或多种溶液的混合液。
本发明的半导体基板表面的化学处理装置，包括容纳化学溶液5的化学槽1，将半导体基板4放置在化学溶液5上方的支架2，以及把化学溶液5喷射到半导体基板4的下表面的喷射装置3。
所述的支架具有承载所述的半导体基板的功能，可以使所述的半导体基板位于化学溶液的上方并和化学溶液的液面保持一定的距离。
优选的上述的放置半导体基板的支架具有传送功能，例如带有滚轴，可以将半导体基板在化学溶液的上方水平移动。
所述的喷射装置可以是一个或者数个，每个喷射装置喷射的化学溶液可以相同或者不同。
所述的喷射装置可以安装在化学溶液的液面以下，也可以安装在化学溶液的液面以上。
所述的喷射装置喷出的化学溶液的高度为半导体基板的下表面和喷射装置的上端口之间的距离。
所述的喷射装置的宽度等同于半导体基板的宽度；在能润湿整个半导体基板下表面的前提下，喷射装置的宽度可以略小于半导体基板的宽度。
当然，上述的喷射装置也可以水平地移动。
本发明的化学处理装置在对半导体基板的下表面进行处理的同时，半导体基板的上表面不会被润湿。
本发明的化学处理方法及其装置，可以通过喷射装置喷射的化学溶液使化学溶液和半导体基板的下表面接触，从而可以保证大规模生产的可靠性。
图1：半导体基板4进入化学槽1的结构示意图。半导体基板4的下表面和化学溶液5的液面的距离较小，约为2mm。滚轴支架2将半导体基板4水平的移动，并接近喷嘴3。此时，喷嘴3没有喷射化学溶液5。半导体基板4的下表面和化学溶液5的液面没有接触，没有被润湿。
图2：半导体基板4的下表面和化学溶液5的液面的距离较小，约为2mm。滚轴支架2将半导体基板4的一个边沿水平移动到喷嘴3的上方时，喷嘴3开始喷射化学溶液5，使得半导体基板4的下表面局部被润湿。
图3：半导体基板4的下表面和化学溶液5的液面的距离较小，约为2mm。滚轴支架2将半导体基板4继续水平移动，化学溶液5由于表面张力的作用，逐渐接触并润湿半导体基板4的下表面的其他部位。此时喷嘴3可以是持续喷射化学溶液5的状态，也可以是停止喷射化学溶液5的状态。当喷嘴3是持续喷射化学溶液5的状态时，喷嘴3可以是移动的状态，或者是向与半导体基板4相反的方向移动，或者是以比半导体基板4更慢的速度与半导体基板4同方向移动。
图4：半导体基板4的下表面和化学溶液5的液面的距离较小，约为2mm。滚轴支架2将半导体基板4继续水平移动，并且半导体基板移出了喷嘴3的上方。喷嘴3停止喷射化学溶液5。半导体基板4的下表面全部被化学溶液5润湿并与液面接触。
图5：半导体基板4的下表面和化学溶液5的液面的距离较大，约为3mm。滚轴支架2将半导体基板4水平移动到喷嘴3的上方时，喷嘴3开始喷射化学溶液5。由于半导体基板4的下表面和化学溶液5的液面的距离较大，化学溶液5无法依靠表面张力的作用和半导体基板4的下表面接触。所以在半导体基板4在喷嘴3的上方移动的过程中，喷嘴3持续在喷射化学溶液5。当半导体基板4移出喷嘴3的上方时，半导体基板4的下表面的全部被润湿但不与液面接触。半导体基板4继续向前移动，可以用下一个喷嘴3再次进行处理。当然，不同的喷嘴3所喷出的溶液可以相同或不同，这取决于实际的操作需要。
具体实施例1
化学溶液为硝酸和氢氟酸的混合溶液。喷射装置采用一个喷嘴，且固定不动。半导体基板的下表面和化学溶液的液面的距离是2mm。当半导体基板的一个边沿移动到喷嘴的上方时，喷嘴喷射化学溶液一次。然后半导体基板的下表面随着半导体基板的继续移动在表面张力的作用下被化学溶液逐步润湿。在整个处理过程中，半导体基板的下表面和化学槽中化学溶液的液面是接触的。处理完毕后，半导体基板的上表面没有被化学溶液润湿。
具体实施例2
喷射装置采用多个喷嘴，且固定不动。半导体基板的下表面和化学溶液的液面的距离是10mm。当半导体基板的一个边沿移动到喷嘴的上方时，喷嘴开始喷射氢氟酸溶液，一直持续到半导体基板的另一个边沿移动到喷嘴的上方时停止。半导体基板继续移动，当半导体基板的一个边沿移动到下一个喷嘴的上方时，喷嘴开始喷射氢氟酸溶液，一直持续到半导体基板的另一个边沿移动到下一个喷嘴的上方时停止。在整个处理过程中，半导体基板的下表面和化学槽中化学溶液的液面是不接触的。处理完毕后，半导体基板的上表面没有被化学溶液润湿。
具体实施例3
化学溶液为化学镀镍溶液。喷射装置采用一个喷嘴，且固定不动。半导体基板的下表面和化学溶液的液面的距离是0.1mm。当半导体基板的一个边沿移动到喷嘴的上方时，喷嘴开始喷射化学镀镍溶液。一直持续到半导体基板的另一个边沿移动到喷嘴的上方时停止。在整个处理过程中，半导体基板的下表面和化学槽中化学溶液的液面是接触的。处理完毕后，半导体基板的上表面没有被化学溶液润湿。
具体实施例4
化学溶液为异丙醇溶液。喷射装置采用多个喷嘴，且固定不动。半导体基板的下表面和化学溶液的液面的距离是5mm。当半导体基板的一个边沿移动到喷嘴的上方时，喷嘴开始喷射异丙醇溶液，一直持续到半导体基板的另一个边沿移动到喷嘴的上方时停止。半导体基板继续移动，当半导体基板的一个边沿移动到下一个喷嘴的上方时，下一个喷嘴开始喷射氢氟酸溶液，一直持续到半导体基板的另一个边沿移动到下一个喷嘴的上方时停止。在整个处理过程中，半导体基板的下表面和化学槽中化学溶液的液面是不接触的。处理完毕后，半导体基板的上表面没有被化学溶液润湿。
本发明的处理方法和处理装置不仅仅适用于半导体基板的某一表面的处理。本领域技术人员在不脱离本发明思想的前提下，可以进行多样的变更或修改。因此应用本发明的处理方法和处理装置对其它物体的某个表面进行处理，也在本发明的所属领域和保护范围之内。

Claims (13)

1. 半导体基板表面的化学处理方法，其特征在于，利用支架将半导体基板放置在化学槽内的化学溶液的上方，且半导体基板的下表面与化学溶液的液面之间有一定的距离，通过喷射装置将化学溶液喷射到半导体基板的下表面，从而润湿半导体基板的下表面，对半导体基板的下表面进行化学处理。
2. 根据权利要求1所述的化学处理方法，其特征在于，所述的半导体基板是指由半导体材料制成的薄片，厚度为50-500微米。
3. 根据权利要求1所述的化学处理方法，其特征在于，半导体基板的下表面与化学槽内的化学溶液的液面之间的距离为0.1-10mm。
4. 根据权利要求3所述的化学处理方法，其特征在于，半导体基板的下表面与化学槽内的化学溶液的液面之间的距离为1-3mm。
5. 根据权利要求1所述的化学处理方法，其特征在于，所述的化学溶液是单一组分的化学溶液或是多组分的化学溶液。
6. 根据权利要求1所述的化学处理方法，其特征在于，使用喷射装置对半导体基板的下表面喷射化学溶液，采用间歇喷射或连续喷射的方式。
7. 根据权利要求1或6所述的化学处理方法，其特征在于，喷射装置喷出的化学溶液的高度为半导体基板的下表面和喷射装置的上端口之间的距离。
8. 根据权利要求6所述的化学处理方法，其特征在于，使用喷射装置对半导体基板的下表面进行间歇喷射化学溶液时，可以一次或者数次。
9. 半导体基板表面的化学处理装置，其特征在于，包括：容纳化学溶液的化学槽，将半导体基板放置在化学溶液上方的支架，以及把化学溶液喷射到半导体基板下表面的喷射装置。
10. 根据权利要求9所述的化学处理装置，其特征在于，所述的支架具有传送功能，可以使所述的半导体基板沿某一个方向水平的移动。
11. 根据权利要求9所述的化学处理装置，其特征在于，所述的化学槽内容纳有化学溶液，并安装有所述的喷射装置。
12. 根据权利要求9所述的化学处理装置，其特征在于，所述的喷射装置在化学槽内可以是一个或者数个，每个喷射装置喷射的化学溶液可以相同或者不同。
13. 根据权利要求9所述的化学处理装置，其特征在于，所述的喷射装置的宽度等同于半导体基板的宽度，或略小于半导体基板的宽度。
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