CN102054669B - 加工硅晶片的方法 - Google Patents
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Abstract
提供处理半导体晶片的方法，所述方法的特征在于连续地实施以下步骤：(1)制备打磨的半导体硅晶片；(2)用表面活性剂清洗晶片的步骤；(3)用碱或酸清洗晶片的步骤；以及(4)用高纯度氢氧化钠蚀刻晶片的步骤。
Description
技术领域
本发明涉及加工硅晶片的方法。
背景技术
制造用于诸如IC和LSI的集成电路或诸如晶体管和二极管的独立半导体元件的硅晶片时，使用内径刀切割机或线锯对通过Czochralski方法(CZ方法)或浮融区方法(FZ方法)得到的单晶进行切割，其边缘部分经过斜切加工(bevelingprocessing)，而其主表面则使用松散的研磨颗粒经过打磨加工，以提高其平整度。然后，在实现这些方法的过程中对晶片运用去除污染的清洗方法。进一步，进行用于去除加工应变的湿法蚀刻，并且随后实施镜面抛光。去除加工应变的湿法蚀刻的实例包括碱蚀刻，所述碱蚀刻使用诸如氢氧化钠或氢氧化钾的碱(日本专利申请公开号No.2005-210085)。所述碱蚀刻的优势在于，由于其蚀刻速度低，蚀刻后可以得到具有良好平整度的晶片。另一方面，所述碱蚀刻的缺点在于，碱蚀刻过程中含在碱蚀刻溶液中的金属杂质扩散到晶片中。
最近，为了解决上述缺点，已经开发了一种使用超高纯度氢氧化钠溶液作为碱蚀刻溶液的技术(日本专利申请公开号No.2005-210085)。然而，对于使用所述超高纯度氢氧化钠蚀刻溶液的情况，尽管可以充分防止重金属污染等，防止蚀刻后晶片平整度劣化的技术仍不令人满意。本发明提供防止蚀刻后晶片平整度劣化的方法，即使在使用超高纯度氢氧化钠蚀刻溶液时。
为了找到防止蚀刻方法后晶片平整度劣化的方法，所述蚀刻方法中使用以上说明的超高纯度氢氧化钠，本发明人开展了辛勤研发。结果是，本发明人发现，在打磨之后并且在用超高纯度氢氧化钠溶液蚀刻之前，实施两个清洗过程可以充分防止所述晶片平整度劣化，从而实现了本发明。
根据本发明处理硅晶片的方法特征在于连续地实施以下步骤：
(1)制备打磨的半导体硅晶片；
(2)用表面活性剂清洗晶片的步骤；
(3)用碱或酸清洗晶片的步骤；以及
(4)用高纯度氢氧化钠蚀刻晶片的步骤。
在本发明的方法中，在打磨之后并且在用高纯度氢氧化钠溶液蚀刻之前实施两个清洗过程；结果是可以防止蚀刻后晶片平整度劣化。因此，可以得到没有金属等污染及平整度劣化的出色的半导体晶片。
附图说明
图1表示显示根据本发明的方法的流程图。
图2表示显示实施例中得到的分析结果的图。
图3表示显示比较例中得到的分析结果的图。
具体实施方式
图1为显示本发明方法的流程图。
本发明方法的第一步骤(S1)为制备打磨的半导体硅晶片的步骤。在本说明书中，打磨的半导体硅晶片是指通常公知的制造方法后得到的硅晶片，所述公知的制造方法使用内径刀切割机或线锯切割单晶，晶片的边缘部分经过斜切加工，而其主表面使用松散的研磨颗粒经过打磨加工，以提高其平整度。对晶片的尺寸没有特定的限制，并且适用于125～450mm的晶片。
根据本发明方法的第二步骤(S2)为用表面活性剂清洗打磨半导体硅晶片的步骤，所述的打磨半导体硅晶片如以上所述制备。在本说明书中，对可用于本发明的表面活性剂没有特定限制，在此情况下，清洗是指在打磨之后并且在使用通常公知的表面活性剂进行酸或碱蚀刻之前实施的清洗。用表面活性剂清洗的主要目的是为了清除存在于打磨的半导体晶片表面上的各种杂质(有机物质污染和颗粒污染)。表面活性剂的具体实例包括从基于碱到基于酸的表面活性剂。此外，本发明的第二步骤还包括用表面活性剂清洗之后用纯水清洗晶片的方法。此外，如有必要，第二步骤可以重复多次。
本发明的第三步骤(S3)为用碱或酸清洗半导体硅晶片的步骤，所述半导体硅晶片如以上所述用表面活性剂清洗过。在本发明的第三个步骤中清洗不但是指清除半导体硅晶片表面上的杂质(有机物质污染和颗粒污染)，而且还指用具体的量蚀刻半导体硅晶片的表面。第三步骤清洗/蚀刻的主要目的是除去不均匀的杂质和方法影响层，打磨半导体晶片的最高表面上两者都有存在。为了实现所述目的，例如，在使用碱的情况下可以使用氢氧化钾或氢氧化钠水溶液，并且其中使用浓度优选40～50重量％。碱清洗的蚀刻量优选每面0.3～0.8μm。如果量小于此，就不能充分消除存在于打磨半导体晶片最高表面上的不均匀杂质和加工影响层，并且加剧随后通过高纯度氢氧化钠蚀刻的碱蚀刻所引起的平整度劣化。如果去除量大于此，第三步骤清洗/蚀刻本身所引起的平整度劣化会变得明显。在使用酸的情况下，例如，可以使用氢氟酸和硝酸的混合酸水溶液，并且对其中的混合比没有特定限制。酸清洗的蚀刻量优选每面0.3～0.8μm。如果量小于此，就不能充分消除存在于打磨半导体晶片最高表面上的不均匀杂质和加工影响层，并且加剧随后通过高纯度氢氧化钠蚀刻的碱蚀刻所引起的平整度劣化。如果去除量大于此，第三步骤清洗/蚀刻本身所引起的平整度劣化会变得明显。
在本发明中，优选使用浓度40～50重量％的氢氧化钾水溶液用作碱清洗。在此情况下，蚀刻量优选0.3～0.8μm。
本发明的第四步骤(S4)为用高纯度氢氧化钠蚀刻用以上所述方式得到清洗过的半导体硅晶片的步骤。在本说明书中，用高纯度氢氧化钠实施蚀刻是指使用具有以下特性的高纯度氢氧化钠溶液作为碱蚀刻溶液。特别地，不同于传统上用于硅晶片碱蚀刻的蚀刻溶液，碱蚀刻溶液为所含金属杂质含量极低的碱水溶液。在本说明书中，作为杂质所含的金属包括非离子和离子两种形式，并且对金属的种类也没有限制。在本发明中，金属包括已知经过碱蚀刻会在晶片中扩散并且会劣化晶片质量的所有金属。尤其是，包括过渡金属，并且其中与铁、镍、铜、和铬特别相关。金属杂质的含量优选尽可能低。在本发明中，金属杂质的含量极低是指Cu、Ni、Mg、Cr的元素含量为1ppb或更低，Pb、Fe的元素含量为5ppb或更低，Al、Ca、Zn的元素含量为10ppb或更低，并且氯化物、硫酸盐、磷酸盐、和氮化物化合物为1ppm或更低。
对优选用于本发明的碱水溶液的浓度没有特定限制，并且为了实现所要求的蚀刻，可以任意选择最佳碱浓度。特别地，其中的碱性组分为20重量％～70重量％，优选40重量％～60重量％，进一步优选50重量％～55重量％。
此外，对于生产所述金属杂质含量极低的所述碱水溶液的方法没有特定限制，并且溶液可以通过能实现高纯度的公知的传统化学和/或电化学方法得到。特别地，作为其中的实例，可以引用电解方法(日本专利号No.3380658)。可替代地，使用传统方法制造的碱水溶液通过传统的公知方法可以脱除杂质，所述碱水溶液中金属杂质含量可高于1ppb，直到杂质含量变成1ppb或更低。此外，本发明的碱蚀刻溶液还含有加入用于控制所谓的蚀刻不均匀度的各种盐(或酸)，所述不均匀度可由因以上所述的高纯度氢氧化钠水溶液而在硅晶片表面上引起。
对于蚀刻条件没有特定限制，可以优选使用使用通常公知的碱蚀刻溶液时所设定的条件。具体地，这些条件包括蚀刻浓度、蚀刻溶液量、蚀刻时间、温度、搅拌等。此外，对于用于根据本发明的碱蚀刻方法的装置没有特定限制，可以优选使用使用通常公知的碱蚀刻溶液时所用的装置。尤其是，应该注意从装置混入的金属杂质量。
通过根据本发明方法得到的半导体硅晶片在平整度方面也极其出色。可以用各种传统的公知测量方法评测硅晶片的平整度。具体地，这类方法的实例包括ADECorp.生产的Ultrascan和E+HCorp.生产的MX302。
在下文中，通过实施例对本发明进行进一步详细说明。然而，本发明不限定于此实施例。
实施例
晶片评价试验方法：
1)蚀刻去除量和晶片平整度：使用ADECorp.的Ultragate9700对化学处理前后晶片的厚度和形状进行测量。
2)使用ADECorp.生产的Metrotools-II分析软件处理1)得到的数据，分析化学处理前后的形状变化(ΔTTV)。
制备硅晶片，所述硅晶片已经过打磨过程(步骤1)和用于除去打磨浆液的表面活性剂清洗过程(步骤2)，所述硅晶片有由机械加工所引起的应变层。
作为步骤3，将制备的晶片
-浸于处理浴中，其中氢氧化钾(HayashiPureChemicalInd.，Ltd.的产品：EL48％氢氧化钾溶液)保持在100℃的溶液温度，这样可以进行两秒钟的清洗处理，目的是在每面去除0.5μm的材料，
-随后浸入超纯水中对其进行清洗，并且
-然后干燥。
作为步骤4，将晶片
-浸于处理浴中，其中通过溶解0.10重量％的硝酸钠(WakoPureChemicalIndustries，Ltd.的产品：特级化学品)制备氢氧化钠水溶液(TsurumiSodaCo.Ltd.的产品：Clearcut-S48％)保持在85℃，这样可以进行七分钟的蚀刻处理，目的是在每面去除12μm的材料，
-随后浸入超纯水中对其进行清洗，并且
-然后干燥。
步骤2、3、和4的每个步骤之后，根据上述晶片评价试验方法进行测定。测试结果概括在表1中。进一步，测试结果在图2中显示。
比较例
执行与实施例相同的方法，除了步骤3。类似地，步骤2和4的每个步骤之后，进行晶片评价试验方法所示的测定。
其测试结果归纳在表1和表2中。进一步，测试结果在图2中显示。
表1
每个步骤后的TTV
| 实施例 | 比较例 | |
| 步骤2[μm] | 0.69 | 1.08 |
| 步骤3[μm] | 0.67 | 无 |
| 步骤4[μm] | 0.79 | 1.42 |
| 步骤2和4之间的下降量[μm] | 0.10 | 0.34 |
表2
ΔTTV(用Metrotools-II分析)：去除量分布的TTV
| 实施例 | 比较例 | |
| 步骤2和3之间[μm] | 0.25 | 无 |
| 步骤3和4之间[μm] | 0.24 | 无 |
| 步骤2和4之间的下降量[μm] | 0.26 | 0.71 |
本发明的处理方法可以广泛应用于半导体晶片的制造过程，尤其是打磨方法后的碱蚀刻过程。
Claims (1)
1.处理硅晶片的方法，该方法包括连续地实施以下步骤：
(1)制备打磨的半导体硅晶片；
(2)继(1)之后，用表面活性剂清洗晶片；
(3)继(2)之后，用氢氧化钾或氢氧化钠量在40～50重量％范围内的水溶液清洗晶片，从而除去晶片每面0.3～0.8μm，随后用超纯水清洗晶片；以及
(4)继(3)之后，用高纯度氢氧化钠蚀刻晶片，其中所述高纯度氢氧化钠具有杂质，所述杂质中Cu、Ni、Mg和Cr每种的元素含量为1ppb或更低，Pb和Fe每种的元素含量为5ppb或更低，Al、Ca、Zn每种的元素含量为10ppb或更低，并且氯化物、硫酸盐、磷酸盐、和氮化物化合物的含量为1ppm或更低。
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