CN101599452A - 腐蚀带有绝缘埋层的衬底边缘的方法 - Google Patents

Abstract

一种腐蚀带有绝缘埋层的衬底边缘的方法，包括如下步骤：提供带有绝缘埋层的衬底，包括支撑层、绝缘埋层和顶层半导体层；在衬底的正面和背面均形成覆盖层；将衬底正面的覆盖层研磨除去；将衬底的正面向下放置于旋转腐蚀载片平台上，通过旋转腐蚀的方法腐蚀正面顶层半导体层的边缘部分；将衬底的正面向上放置于旋转腐蚀载片平台上，腐蚀除去露出的绝缘埋层。本发明的优点在于，利用旋转腐蚀的方法将顶层半导体层和绝缘埋层的边缘除去，从而避免了在后续工艺中产生崩边等情况的发生，并且保证了衬底背面覆盖层的完整，避免了倒角后的衬底由于两面的应力状态不均衡而引起翘曲度的变化。

Description

腐蚀带有绝缘埋层的衬底边缘的方法

【技术领域】

本发明涉及集成电路制造领域，尤其涉及一种腐蚀带有绝缘埋层的衬底边缘的方法。

【背景技术】

绝缘体上硅(SOI：Silicon On Insulator)的基本结构包括：上层的顶层硅，中间的隐埋层二氧化硅以及底部的支撑衬底。键合SOI的制作方法是两片硅片用直接键合方法经高温加固后形成上述的三层结构。顶层硅(或称之为器件层)经过一系列方法减薄到一定厚度，但在减薄后又由于原硅片的边缘形状变化，必须要进行一定的边缘处理，边缘研磨或抛光，否则在后序工艺中会产生崩边等缺陷。

现有技术中，对SOI衬底进行边缘倒角有两种方法。

第一种是将SOI衬底倒角研磨后，将SOI硅片浸入四甲基氢氧化铵(TMAH)中腐蚀掉边缘的多余的硅，再将SOI硅片浸入氢氟酸，由于氢氟酸不腐蚀Si，因此HF溶液将边缘残余的二氧化硅腐蚀掉。

上述工艺要消除硅片边缘的二氧化硅残留，必须要浸入氢氟酸，但是这样会破坏SOI衬底的支撑衬底表面的热氧化的二氧化硅，从而破坏硅片的平衡翘曲度(BOW)。另外，浸入TMAH后在硅表面也会引入许多不必要的缺陷。

另一种是对具有薄顶层硅的SOI衬底在顶层硅研磨后，不进行倒角研磨，而是直接利用CMP的氧化物抛光液进行边缘残余二氧化硅的去除。

上述两种工艺处理方法的工艺步骤复杂，边缘倒角后的形状不容易控制，控制边缘的去除量以保证衬底同心度的难度很大。该方法容易产生边缘的二氧化硅的残留，以至于无法进行硅片单面处理，破坏衬底的整体翘曲度，而影响后续工艺的应用。

【发明内容】

本发明所要解决的技术问题是，提供一种腐蚀带有绝缘埋层的衬底边缘的方法，能够在不腐蚀背面覆盖层的情况下，完成衬底边缘的处理工艺，从而保证衬底的翘曲度不受影响。

为了解决上述问题，本发明提供了一种腐蚀带有绝缘埋层的衬底边缘的方法，包括如下步骤：提供带有绝缘埋层的衬底，所述带有绝缘埋层的衬底包括支撑层、绝缘埋层和顶层半导体层；在衬底的正面和背面均形成覆盖层，所述正面是顶层半导体层一侧的表面，背面是与正面相对的另一面；将衬底正面的覆盖层研磨除去；将衬底的正面向下放置于旋转腐蚀载片平台上，将顶层半导体层的腐蚀液通至衬底背面的覆盖层并同时旋转衬底，使腐蚀液流通过衬底的边沿流淌到正面，腐蚀正面顶层半导体层的边缘部分；将衬底的正面向上放置于旋转腐蚀载片平台上，将绝缘埋层腐蚀液通至衬底正面并同时旋转衬底，腐蚀除去衬底边缘由于顶层半导体层被腐蚀除去而露出的绝缘埋层。

作为可选的技术方案，所述顶层半导体层的材料为硅，腐蚀液为四甲基氢氧化铵。四甲基氢氧化铵的浓度范围是5％至50％，流量范围是每分钟0.5至2.0升，优选每分钟1.0至1.5升。

作为可选的技术方案，腐蚀顶层半导体层的步骤中，旋转腐蚀的旋转速率范围是每分钟50至1000圈，优选每分钟100至500圈。

作为可选的技术方案，所述绝缘埋层的材料为氧化硅，腐蚀液绝缘埋层的腐蚀液为氢氟酸。氢氟酸的浓度范围是5％至49％，流量范围是每分钟0.5至2.5升，优选每分钟1.5至2.5升。

作为可选的技术方案，腐蚀顶层半导体层的步骤中，旋转腐蚀的旋转速率大于每分钟1200圈，优选大于每分钟1500圈。

本发明的优点在于，利用旋转腐蚀的方法将顶层半导体层和绝缘埋层的边缘除去，从而避免了在后续工艺中产生崩边等情况的发生，并且巧妙利用旋转腐蚀对腐蚀液的离心效果，利用背面的覆盖层作为阻挡层腐蚀顶层半导体层的边缘，并进一步在腐蚀绝缘埋层的时候利用旋转腐蚀对腐蚀液的离心效果，保证了衬底背面覆盖层的完整，避免了倒角后的衬底由于两面的应力状态不均衡而引起翘曲度的变化。并且，除去顶层半导体层边缘的方法利用的是旋转腐蚀对腐蚀液的离心力作用，因此同普通的研磨工艺相比具有更好的同心度。

【附图说明】

附图1所示是本发明具体实施方式的实施步骤示意图；

附图2至附图7为本发明具体实施方式的工艺流程图。

【具体实施方式】

下面结合附图对本发明提供的腐蚀带有绝缘埋层的衬底边缘的方法的具体实施方式做详细说明。

附图1所示是本具体实施方式的实施步骤示意图，包括：步骤S10，提供带有绝缘埋层的衬底，所述带有绝缘埋层的衬底包括支撑层、绝缘埋层和顶层半导体层；步骤S11，在衬底的正面和背面均形成覆盖层，所述正面是顶层半导体层一侧的表面，背面是与正面相对的另一面；步骤S12，将衬底正面的覆盖层研磨除去；步骤S13，将衬底的正面向下放置于旋转腐蚀载片平台上，将顶层半导体层的腐蚀液通至衬底背面的覆盖层并同时旋转衬底，使腐蚀液流通过衬底的边沿流淌到正面，腐蚀正面顶层半导体层的边缘部分；步骤S14，将衬底的正面向上放置于旋转腐蚀载片平台上，将绝缘埋层腐蚀液通至衬底正面并同时旋转衬底，腐蚀除去衬底边缘由于顶层半导体层被腐蚀除去而露出的绝缘埋层。

本具体实施方式中，顶层半导体层的材料为硅，对应所采用的顶层半导体层腐蚀液为四甲基氢氧化铵；绝缘埋层的材料为氧化硅，对应所采用的绝缘埋层的腐蚀液为氢氟酸。在其他的具体实施方式中，顶层半导体层也可是锗、锗硅以及其他任何常见的半导体材料；绝缘埋层可以是氮化硅等其他绝缘材料。并根据所采用的材料选择合适的溶液作为腐蚀顶层半导体层和绝缘埋层的腐蚀溶液。

附图2至附图7为本具体实施方式的工艺流程图。

附图2所示，参考步骤S10，提供带有绝缘埋层的衬底10，所述带有绝缘埋层的衬底10包括支撑层110、绝缘埋层120和顶层半导体层130。

所述支撑层110的厚度通常为数百微米，用于支撑绝缘埋层120和顶层半导体层130，以上支撑绝缘埋层120和顶层半导体层130的厚度通常只有数微米至数十纳米的范围内，因此需要设置在较厚的支撑衬底110上才能够进一步用于后续工艺。所述支撑衬底110的材料可以是单晶硅、蓝宝石等常见的衬底材料，甚至也可以是铝或者铜等金属。

附图3所示，参考步骤S11，在衬底10的正面和背面均形成覆盖层140，包括正面覆盖层141和背面覆盖层142，所述正面是顶层半导体层130一侧的表面，背面是与正面相对的另一面。

形成覆盖层可以采用化学沉积等常见工艺。如果支撑层110和顶层半导体层130的材料均为单晶硅，则可以采用热氧化的方法形成二氧化硅作为覆盖层140。采用热氧化方法的优点在于质地较其他的工艺形成的覆盖层140致密，并且正面和背面的厚度均匀一致，避免由于正面和背面的覆盖层厚度不同而引起衬底翘曲程度的变化。

附图4所示，参考步骤S12，将衬底10正面的覆盖层141研磨除去。

此步骤采用研磨而不采用腐蚀层其他方法的目的在于，研磨可以保证只将正面覆盖层141除去而不影响背面覆盖层142，从而保证背面覆盖层142在此步骤实施完毕之后仍然保持完整。

附图5所示，参考步骤S13，将衬底10的正面向下放置于旋转腐蚀载片平台20上，将顶层半导体层130的腐蚀液通至衬底10背面的覆盖层142表面并同时旋转衬底10，使腐蚀液流通过衬底10的边沿流淌到正面，腐蚀正面顶层半导体层130的边缘部分。

在顶层半导体层130的材料为硅的情况下，可以采用四甲基氢氧化铵(TMAH)作为腐蚀液。此步骤需要优化腐蚀液的浓度和腐蚀时间的工艺参数，能够做到腐蚀速率可控，并且将腐蚀时间控制在合理的范围内。如果腐蚀液的通入流量过大或者腐蚀液的浓度过高，腐蚀速率变快而难以控制；反之通入流量过小或者腐蚀液的浓度过低，则腐蚀时间变长，不利于提高工艺效率。实践表明，腐蚀液的浓度范围控制在5％至50％之间，通入的流量范围控制在每分钟0.5至2.0升之间，能够同时兼顾腐蚀速度和腐蚀时间，是较为合适的工艺参数。通入腐蚀液流量的进一步优选范围是每分钟1.0至1.5升。当然，采用上述范围之外的工艺参数也能够实施本步骤所述工艺，但技术效果相对较差。

此步骤中，另一个关键的参数是旋转腐蚀的旋转速率。选择合适的转速有利于控制将顶层半导体层130的背腐蚀掉的边缘部分的宽度。旋转速度过快会导致大部分的溶液都被直接甩到衬底之外而不会通过边缘流到衬底10的正面，并且流淌到正面的腐蚀液由于离心力的作用而只能浸入到边缘很窄的部分；反之如果转速过慢，则容易获得相反的效果。实验表明，旋转腐蚀的旋转速率范围是每分钟50至1000圈是优选的转速范围，尤其每分钟100至500圈为更佳。当然，采用上述范围之外的工艺参数也能够实施本步骤所述工艺，但技术效果相对较差。

本步骤中，如果直接将腐蚀液通入衬底10正面裸露的顶层半导体层130，会将顶层半导体层130全部除去，无法做到边缘腐蚀。

在顶层半导体层130与支撑层110的材料不同，并且腐蚀液并不腐蚀支撑层110的情况下，本步骤也可以在步骤S11之前实施。

在顶层半导体层130与支撑层110的材料相同的情况下，此步骤必须在步骤S12实施完毕后实施。并且此步骤巧妙的利用了背面的覆盖层142作为腐蚀阻挡层，如果没有背面的覆盖层142，则腐蚀液会直接通到支撑层110的表面。

在大多数情况下，顶层半导体层130与支撑层110的材料都是单晶硅材料，因为单晶硅材料是半导体领域最为常见的材料。而在此情况下，腐蚀液会被支撑层110消耗而无法腐蚀正面的顶层半导体层130。因此如果没有背面覆盖层142的阻挡作用，该工艺在大多数的情况下是无法实施的。

附图6所示，参考步骤S14，将衬底10的正面向上放置于旋转腐蚀载片平台20上，将绝缘埋层腐蚀液通至衬底10正面并同时旋转衬底10，腐蚀除去衬底10边缘由于顶层半导体层130被腐蚀除去而露出的绝缘埋层120。

在绝缘埋层120的材料为硅的情况下，可以采用氢氟酸作为腐蚀液。

由于顶层半导体层130的阻挡作用，本步骤所采用的腐蚀液只腐蚀露出的绝缘埋层120。

同上面步骤类似的，腐蚀液的浓度、流量以及载片平台20的旋转速度都会影响到腐蚀工艺的实施效果。因此，需要控制腐蚀液的浓度和流量在合适的范围内，以获得腐蚀可控性和速度的平衡。较佳的氢氟酸浓度是5％至49％，流量范围是每分钟0.5至2.5升，尤其以每分钟1.5至2.5升为最佳。当然，采用上述范围之外的工艺参数也能够实施本步骤所述工艺，但技术效果相对较差。

但是，同步骤S13相反的是，本步骤中要将背面覆盖层142完整保留下来，因此并不希望腐蚀液留到衬底10的另一面。所以本步骤最好能够控制载片平台20的旋转速率在一个较大的范围内。实验表明，本步骤中较佳的旋转速率是大于每分钟1200圈，尤其以大于每分钟1500圈为最佳。当然，采用上述范围之外的工艺参数也能够实施本步骤所述工艺，但技术效果相对较差。

附图7所示是上述步骤实施完毕后获得的衬底示意图。顶层半导体层130和绝缘埋层120的边缘已经通过旋转腐蚀的方法被除去，从而避免了在后续工艺中产生崩边等情况的发生，并且将衬底10背面的覆盖层142保持完整，避免了衬底10两面的应力状态不均衡而引起翘曲度的变化。上述方法进一步的优点还在于除去顶层半导体层120边缘的方法利用的是旋转腐蚀对腐蚀液的离心力作用，因此同普通的研磨工艺相比具有更好的同心度。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种腐蚀带有绝缘埋层的衬底边缘的方法，其特征在于，包括如下步骤：

提供带有绝缘埋层的衬底，所述带有绝缘埋层的衬底包括支撑层、绝缘埋层和顶层半导体层；

在衬底的正面和背面均形成覆盖层，所述正面是顶层半导体层一侧的表面，背面是与正面相对的另一面；

将衬底正面的覆盖层研磨除去；

将衬底的正面向下放置于旋转腐蚀载片平台上，将顶层半导体层的腐蚀液通至衬底背面的覆盖层并同时旋转衬底，使腐蚀液流通过衬底的边沿流淌到正面，腐蚀正面顶层半导体层的边缘部分；

将衬底的正面向上放置于旋转腐蚀载片平台上，将绝缘埋层腐蚀液通至衬底正面并同时旋转衬底，腐蚀除去衬底边缘由于顶层半导体层被腐蚀除去而露出的绝缘埋层。

2.根据权利要求1所述的腐蚀带有绝缘埋层的衬底边缘的方法，其特征在于，所述顶层半导体层的材料为硅，腐蚀液为四甲基氢氧化铵。

3.根据权利要求2所述的腐蚀带有绝缘埋层的衬底边缘的方法，其特征在于，腐蚀顶层半导体层的步骤中，四甲基氢氧化铵的浓度范围是5％至50％，流量范围是每分钟0.5至2.0升。

4.根据权利要求1至3任意一项所述的腐蚀带有绝缘埋层的衬底边缘的方法，其特征在于，腐蚀顶层半导体层的步骤中，旋转腐蚀的旋转速率范围是每分钟50至1000圈。

5.根据权利要求1所述的腐蚀带有绝缘埋层的衬底边缘的方法，其特征在于，所述绝缘埋层的材料为氧化硅，腐蚀液绝缘埋层的腐蚀液为氢氟酸。

6.根据权利要求5所述的腐蚀带有绝缘埋层的衬底边缘的方法，其特征在于，腐蚀绝缘埋层的步骤中，氢氟酸的浓度范围是5％至49％，流量范围是每分钟0.5至2.5升。

7.根据权利要求1或5或6任意一项所述的腐蚀带有绝缘埋层的衬底边缘的方法，其特征在于，腐蚀顶层半导体层的步骤中，旋转腐蚀的旋转速率大于每分钟1200圈。

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