CN102354663B - 一种硅片刻蚀方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种硅片刻蚀方法，所述方法包括：利用氧化溶液将硅片的待刻蚀层进行氧化；将所述氧化后的硅片清洗后，利用氢氟酸溶液将生成的氧化层剥离；将剥离氧化层后的硅片进行清洗；重复执行以上步骤，直至确定所述硅片的待刻蚀层全部剥离。通过本发明实施例，可以实现硅片的精确腐蚀，提高了硅片刻蚀的精确度。

Description

一种硅片刻蚀方法

技术领域

本发明涉及半导体制作技术领域，更具体的说是涉及一种硅片刻蚀方法。

背景技术

硅晶体是半导体的主要材料，其可以用于制作半导体器件、太阳能电池等。

在硅半导体制作中，硅片在切片或者机械加工后，由于加工应力，会给硅片表面带来一定的机械损伤以及污染，因此需要通过刻蚀，将硅片表面的损伤污染层去掉。另外，在硅半导体的PN结的制作中，PN结是通过P（positive，正性）型半导体和N（negative，负性）型半导体制作在同一个硅半导体基片上制作形成的，容易形成死层，以磷扩散为例，PN结是磷原子从P型硅片表面向体内扩散的，使得P型层表面形成一定厚度的高浓度的磷，即为死层，因此需要将硅片表层去掉，消除死层，以增加硅片表面的少数载流子寿命。

现有的对硅片进行刻蚀的方法，通常是利用碱性溶液或者混酸溶液进行湿法刻蚀，但是由于碱性溶液刻蚀是各向异性的，不能实现硅片的均匀性腐蚀，而混酸溶液腐蚀速度较快，不能精确控制硅片刻蚀，容易导致底层硅片损伤。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种硅片刻蚀方法，用以解决现有技术中不能实现硅片精确刻蚀的技术问题，

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种硅片刻蚀方法，包括：

利用氧化溶液将硅片的待刻蚀层进行氧化；

将所述氧化后的硅片清洗后，利用氢氟酸溶液将生成的氧化层剥离；

将剥离氧化层后的硅片进行清洗；

重复执行以上步骤，直至确定所述硅片达到目标方阻值时，所述硅片的待刻蚀层全部剥离，其中，所述目标方阻值是根据待刻蚀层的厚度、以及硅片扩散层厚度与方阻值的对应关系确定的。

优选地，按照下述方法确定所述硅片的待刻蚀层全部剥离：

当所述重复执行的次数达到预设重复执行次数时，确定所述硅片的待刻蚀层全部剥离，所述预设重复次数是根据所述硅片未刻蚀前的方阻值以及所述目标方阻值计算得出。

优选地，所述重复执行以上步骤，直至所述硅片达到目标方包括：

测试所述剥离氧化层后的硅片的方阻值是否小于目标方阻值；

如果是，则返回利用氧化溶液将硅片的待刻蚀层进行氧化的步骤继续执行，直至所述剥离氧化层后的硅片达到目标方阻值。

优选地，所述氧化溶液为硝酸溶液。

优选地，所述硝酸溶液浓度为65%～68%，氧化温度为60℃～70℃。

优选地，所述氢氟酸溶液浓度具体为20%。

优选地，所述利用氧化溶液将待刻蚀的硅片进行氧化具体为：

将所述硅片的待刻蚀层浸于高温氧化溶液中第一预定时间，实现氧化。

优选地，所述利用氢氟酸溶液将生成的氧化层剥离具体为：

将氧化后的硅片的待刻蚀部分浸于氢氟酸溶液的第二预定时间。

优选地，所述对硅片进行清洗具体为利用纯水清洗预设次数。

经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明提供了一种硅片刻蚀方法，首先利用氧化溶液将硅片的待刻蚀部分进行氧化，形成氧化层，然后将氧化后的硅片清洗后，利用氢氟酸溶液将氧化层剥离掉，并重复执行所述氧化和剥离的操作，直至硅片的方阻值达到目标方阻值，完成硅片刻蚀。由于氧化溶液对硅片的氧化，所形成的氧化层厚度较小，且氢氟酸溶液只能剥离氧化层，而对底层硅片没有影响。因此采用先氧化后剥离的方式可以实现硅片的精确刻蚀，提高控制精度。

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，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明一种硅片刻蚀方法实施例1的流程图；

图2为本发明一种硅片刻蚀方法实施例2的流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例公开了一种硅片刻蚀方法，首先将硅片的待刻蚀层置于氧化溶液中，利用氧化溶液进行氧化。氧化后的硅片清洗后，再利用氢氟酸溶液将氧化层剥离掉，完成一次刻蚀，然后将一次刻蚀后的硅片重复进行氧化和剥离氧化层的操作，进行多次刻蚀，直至硅片达到目标方阻值。由于氧化溶液对硅片的氧化，所形成的氧化层厚度较小，且氢氟酸溶液只能剥离氧化层，而对底层硅片没有影响。因此能够实现硅片的精确刻蚀，提高控制精确度。

参见图1，示出了本发明一种硅片刻蚀方法实施例1的流程图，所述方法可以包括：

步骤101：利用氧化溶液将硅片的待刻蚀层进行氧化。

硅片在进行机械加工时，会形成损伤污染层，需要将其刻蚀掉；在PN结的制作过程，以在P型半导体中进行磷扩散形成PN结为例，由于扩散的磷浓度较高容易在P型半导体表面形成死层，也需要将死层刻蚀掉。因此所述的待刻蚀层即是硅片的需要刻蚀的部分，可以是指损伤污染层，或者死层等。

在实际应用中，利用氧化溶液将待刻蚀层进行氧化具体是：将所述硅片的待刻蚀层浸于高温氧化溶液中第一预定时间，即可实现氧化。

其中，所述的氧化温度可以具体为60℃～70℃。所述第一预定时间根据实际氧化情况设定，例如可以为20秒。

所述的氧化溶液具体可以选用硝酸溶液，所述硝酸溶液浓度为65%～68%，即硝酸含量为65%～68%。当然，本发明并不对硝酸溶液的浓度做出具体限制，能够实现硅片氧化即可。因此，所述的氧化溶液还可以选择其他能够实现硅片氧化的溶液。

硅片被氧化后，生成二氧化硅，形成一层氧化层。

步骤102：将所述氧化后的硅片清洗后，利用氢氟酸溶液将生成的氧化层剥离。

为了防止氧化后的硅片携带的氧化溶液与氢氟酸溶液发生反应，在将剥离生成的氧化层之前首先进行纯水清洗，将氧化后的硅片放入纯水流水槽中进行反复清洗预设次数，一般清洗5次即可。

氢氟酸溶液可以与氧化层发生反应，将二氧化硅溶解掉，从而实现将生成的氧化层剥离。

用氢氟酸溶液将生成的氧化层剥离具体是将氧化后的硅片浸泡于氢氟酸溶液中第二预定时间，所述第二预定时间可以根据具体的剥离速率以及氧化的厚度来确定，例如，利用硝酸溶液高温氧化20秒后的硅片，所述第二预定时间具体设置为5秒。

步骤103：将剥离氧化层的硅片进行清洗，返回步骤101继续执行，直至确定所述硅片的待刻蚀层全部剥离。

由于利用氧化溶液对硅片进行氧化，生成的氧化层厚度通常很薄，例如利用硝酸溶液在高温下进行氧化20秒，形成的氧化后的二氧化硅层厚度约为1nm（纳米），而通常硅片的待刻蚀层的厚度通常远远大于该氧化层的厚度，因此使得一次刻蚀的硅片厚度较小，需要反复执行步骤101～步骤102的操作。由于硅片的待刻蚀层厚度通常较薄，采用本发明的实施方案，能够精确控制硅片的刻蚀，从而提高了硅片刻蚀的精确度。

为了避免剥离氧化层后的硅片携带的氢氟酸与氧化溶液发生反应，在重复执行步骤101～步骤102的操作之前，需要先将剥离氧化层后的硅片放入纯水流水槽中进行反复清洗预设次数，一般清洗5次即可。

其中，当所述待刻蚀层为硅片形成的扩散层的一部分时，例如PN结中，死层即位于硅片形成的扩散层中，确定所述硅片的待刻蚀层全部剥离具体是当所述硅片的刻蚀后的方阻值达到目标方阻值时，即确定所述硅片的待刻蚀层全部剥离，即可结束刻蚀流程。

方阻即是指方块电阻，其可以用于衡量扩散过程中，扩散杂质进入硅片内形成的厚度。所述的目标方阻值具体是根据待刻蚀层的厚度、以及硅片扩散层厚度与方阻值的对应关系所确定的。方阻与扩散后的表面杂质浓度，以及扩散形成的结深度有关。例如，对于恒定源的扩散方式，距离扩散面X处的方阻与所述距离X为余误差函数，因此硅片扩散层厚度与方阻值的对应关系可以用余误差函数表示，根据该余误差函数即可计算得出待刻蚀层厚度所对应的方阻值。根据剥离后测得的方阻值，即可确定硅片剥离的厚度，从而可以判断待刻蚀层是否剥离完毕。

其中，该硅片扩散层厚度以及方阻值的对应关系具体可以根据样片硅片经过多次测量统计得出的。

其中，确定所述硅片的待刻蚀层全部剥离，具体还可以是当重复执行步骤101～步骤102的操作的次数为预设重复执行次数时，即可确定所述硅片的待刻蚀层全部剥离。

所述预设的重复执行次数具体是根据硅片未刻蚀前的方阻值以及目标方阻值计算得出的。由于利用氧化溶液一次氧化后形成的氧化层的厚度，也即一次剥离的厚度是已知的，根据该硅片未刻蚀前的方阻值和所述目标方阻值可以首先计算得出硅片待刻蚀的厚度，根据该待刻蚀的厚度以及一次剥离的厚度，即可计算得出需要重复执行的次数。例如要求硅片方阻值从40欧姆达到200欧姆，计算得出需要去除的待刻蚀层的厚度约为0.1μm（微米），假设利用硝酸溶液在高温下进行氧化20秒，生成的氧化层为1nm，因此一次剥离的厚度为1nm，则需要重复执行的次数为100次。

需要说明的是，按照步骤101～步骤102的操作，重复执行所述重复执行次数后，为了避免出现偏差，还可以测试硅片的方阻值，判断其是否达到目标方阻值，若否，则可以继续进行执行步骤101～步骤102的刻蚀操作，直至测试出硅片方阻值达到目标方阻值。

在实际应用中，进行硅片刻蚀时，首先将硅片插在片架上，然后将片架放入装有氧化溶液的腐蚀槽中，将硅片的待刻蚀层浸于氧化溶液中，并在高温下煮第一预定时间，具体可以为20秒，实现氧化；然后将片架取出，放置于纯水流水槽中，下上反复清洗，具体可以为5次；再将纯水清洗后的硅片置于装有氢氟酸溶液的腐蚀槽中第二预定时间，具体可以为5秒，即可实现将氧化层剥离；将剥离后的硅片再置于纯水流水槽中，下上反复清洗后，按照所述的步骤继续进行氧化和剥离的操作，直至硅片的方阻值达到目标方阻值。

在本实施例中，首先将硅片的待刻蚀层利用硝酸溶液进行氧化，然后在将氧化的硅片利用氢氟酸溶液将生成的氧化层剥离，反复执行所述氧化和剥离的操作，即可完成硅片达到目标方阻值，完成硅片刻蚀。由于进行多次氧化和剥离，且每次所去除的硅片厚度较小，从而可以实现硅片的精确刻蚀，提高了硅片刻蚀的控制精确度。

参见图2，示出了本发明一种硅片刻蚀方法实施例2的流程图，所述方法可以包括：

步骤201：利用氧化溶液将硅片的待刻蚀层进行氧化。

所述氧化溶液具体可以是硝酸溶液，浓度可以为65%～68%。氧化温度需为高温环境，以加快氧化，具体可以为60℃～70℃。氧化时间可以为20秒，从而可形成厚度为1nm的氧化层。

所述待刻蚀层具体是指硅片由于扩散形成的扩散层中需要剥离掉的部分。

步骤202：将所述氧化后的硅片清洗后，利用氢氟酸溶液将生成的氧化层剥离。

所述氢氟酸溶液具体可以利用40%的氢氟酸，加入20%的水，形成浓度为20%的氢氟酸溶液，其腐蚀剥离的温度选择常温即可。

步骤203：将剥离氧化层的硅片进行清洗。

步骤204：测试所述剥离氧化层后的硅片的方阻值是否小于目标方阻值。若是，则返回步骤201继续执行，若否，则结束流程。

本实施例中，硅片进行一次刻蚀后，即测试其方阻，若小于目标方阻值，则返回步骤201继续执行。

在本实施例中，先利用氧化溶液对硅片的待刻蚀层进行氧化，然后再利用氢氟酸溶液将生成的氧化层剥离掉，完成硅片一次刻蚀，然后测试一次刻蚀后的硅片方阻，若其未达到目标方阻值，则将硅片继续进行氧化，剥离氧化层的操作，由于每次刻蚀掉的厚度较小，且先氧化再剥离使得刻蚀速率不至于太快，减少了刻蚀误差，以及对硅片的损伤，因此可以实现硅片刻蚀的精确控制。

在实际应用中，本发明所述的硅片刻蚀方法可以具体应用于PN结制作中，用于消除硅片的死层效应，采用本发明的方案可以实现硅片的精确刻蚀，因此能够精确控制刻蚀硅片的厚度，提高控制精确度，且避免了对底层硅片带来的损伤。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (9)

1.一种硅片刻蚀方法，其特征在于，包括：

利用氧化溶液将硅片的待刻蚀层进行氧化；

将所述氧化后的硅片清洗后，利用氢氟酸溶液将生成的氧化层剥离；

将剥离氧化层后的硅片进行清洗；

重复执行以上步骤，直至确定所述硅片达到目标方阻值时，所述硅片的待刻蚀层全部剥离，其中，所述目标方阻值是根据待刻蚀层的厚度、以及硅片扩散层厚度与方阻值的对应关系确定的。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，按照下述方法确定所述硅片的待刻蚀层全部剥离：

当所述重复执行的次数达到预设重复执行次数时，确定所述硅片的待刻蚀层全部剥离，所述预设重复次数是根据所述硅片未刻蚀前的方阻值以及所述目标方阻值计算得出。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述重复执行以上步骤，直至所述硅片达到目标方阻值，包括：

测试所述剥离氧化层后的硅片的方阻值是否小于目标方阻值；

如果是，则返回利用氧化溶液将硅片的待刻蚀层进行氧化的步骤继续执行，直至所述剥离氧化层后的硅片达到目标方阻值。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述氧化溶液为硝酸溶液。

5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述硝酸溶液浓度为65%～68%，氧化温度为60℃～70℃。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述氢氟酸溶液浓度具体为20%。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述利用氧化溶液将待刻蚀的硅片进行氧化具体为：

将所述硅片的待刻蚀层浸于高温氧化溶液中第一预定时间，实现氧化。

8.根据权利要求1或6所述的方法，其特征在于，所述利用氢氟酸溶液将生成的氧化层剥离具体为：

将氧化后的硅片的待刻蚀部分浸于氢氟酸溶液的第二预定时间。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对硅片进行清洗具体为利用纯水清洗预设次数。

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