CN102437043B - 采用划磨方式去除igbt用抛光片晶圆边缘氧化膜的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种采用划磨方式去除IGBT用抛光片晶圆边缘氧化膜的方法，其特征在于，将专用划磨式去边机应用于抛光片晶圆边缘氧化膜处理过程，首先通过热缩机在硅片背表面粘附卷装塑料蓝膜；然后根据硅片的不同规格，用所述划磨式去边机在硅片背表面粘附的塑料蓝膜上划出不同尺寸的圆形切痕，再沿切痕把需要腐蚀的环形圆形塑料蓝膜撕掉；从而使不需要去除背封SiO2膜的部分保护起来；本发明通过划磨式去边技术，可以用于IGBT等电力电子器件用外延片的原材料衬底的制备，该方法操作简单，成本低，生产效率高，实用性强，是一种适用于大规模工业生产的去除背面SiO2膜的技术。
Description
技术领域
本发明涉及半导体晶圆硅抛光片的背处理技术，特别涉及一种采用划磨方式去除IGBT用抛光片晶圆边缘氧化膜的方法。
背景技术
伴随着中国经济的腾飞，国内各项基础设施及能源建设都处在飞速发展时期。以国家电网工程、高速轨道交通、电动汽车及混合动力汽车、绿色节能产业等为代表的一批对国民经济有巨大拉动作用的国家重点项目，均对新型电力电子器件有着旺盛的需求。随着以IGBT为代表的新型电力电子器件的快速增长，作为IBGT用外延片的原材料衬底——硅晶圆抛光片的发展提供了广阔市场空间和不可多得的机遇。硅晶圆抛光片的加工一般主要包括切片、倒角、磨片、腐蚀、背处理、抛光、清洗等制程，其中背处理制程一般包括背损伤处理、背封处理和边缘氧化膜去除处理等。边缘氧化膜去除处理是硅晶圆抛光片加工的重要制程，对抛光片以及后道外延和IGBT器件的良率起着至关重要的作用：因为背封工艺过程造成的倒角面、硅片正面的SiO2的残留，甚至硅片背面边缘的SiO2残留都可能成为外延生长过程中的成核中心，在边缘形成多晶、非晶（无定形态硅）；从而影响了外延质量，减少了外延的有效面积。而外延后边缘的晶格缺陷，可造成后道器件边缘良率低。
遗憾的是，目前国内晶圆制造厂家在边缘氧化膜去除处理技术都有各自的局限性：通常包括如下方法：方法1是：用HF气体在反应室内将硅片边缘的氧化膜去除（文中简称反应室去边技术），该技术的缺点是HF气体易挥发，一次腐蚀就需耗费大量的HF，不利于控制成本，也可能对操作员工造成伤害；另外无法精确控制HF去除范围，可能会将硅片背面中央的背封SiO2膜一并去除。
方法2：将放有晶圆硅片的片架对准转轮，使硅片与转轮接触（文中简称滚轮式去边技术）；利用转轮带动装有硅片的片架转动，转轮的下方设有HF槽，在转轮转动的同时，硅片边缘上的SiO2膜被HF刻蚀；这种技术虽能确保背面中央的背封SiO2膜不被去除，但由于HF液体始终在流动，该方法难以精确控制HF对SiO2膜的去除范围其边缘去除范围，其边缘往往参差不齐，加工合格率较低。
方法3：采用人工贴附的方法（文中简称手贴膜去边技术）将不被HF腐蚀的圆形塑料蓝膜粘附到硅片和吸盘表面，将硅片不需要去除背封SiO2膜的部分保护起来，然后将其置于HF酸蒸汽中或是HF液体中，去除边缘背封二氧化硅膜；该方法可以控制HF酸蒸汽的去除时间，从而限制HF的使用，另外可以精确控制HF对SiO2膜的去除范围；但是由于专用的圆形塑料蓝膜被少数制造厂商垄断，成本通常成本很高；而且该制程精度控制完全取决于人工贴附圆形塑料蓝膜是否准确，对操作人操作要求很高，不利于大规模量产；另外由于其圆形塑料蓝膜规格有限，往往不能满足实际晶圆边缘氧化膜去除的生产需要。
因此，如何克服上述方法的不足，保留其优点，使边缘氧化膜去除处理技术突破传统技术，就成为了本技术领域的技术人员所要研究和解决的问题。
发明内容
本发明的目的是针对抛光片晶圆边缘氧化膜去除技术现状，提供一种过程简单、高效、成本低新工艺，新工艺中采用划磨方式去除IGBT用抛光片晶圆边缘氧化膜边缘，设计专用划磨式去边机，用半自动装置来替代纯手工，进而降低了对操作人的要求，适合大规模量产的需要。
本发明是通过这样的技术方案实现的：一种采用划磨方式去除IGBT用抛光片晶圆边缘氧化膜的方法，其特征在于，制造专用划磨式去边机，将其应用于抛光片晶圆边缘氧化膜处理过程，首先通过热缩机在硅片背表面粘附卷装塑料蓝膜；然后根据硅片的不同规格，用所述划磨式去边机在硅片背表面粘附的塑料蓝膜上划出不同尺寸的圆形切痕，再沿切痕把需要腐蚀的环形圆形塑料蓝膜撕掉；从而使不需要去除背封SiO2膜的部分保护起来；最后将其置于HF蒸汽中或是HF溶液中，去除边缘背封二氧化硅膜；所述方法包括如下步骤：
步骤1、 把经过背损伤、背封之后的腐蚀片从片蓝中取出，背封面朝下，正面朝上，将其依次粘附在卷装塑料蓝膜上；
步骤2、 待热缩机预热后，将步骤1中所形成的粘附硅片的卷装塑料蓝膜通过热缩机；
步骤3、 塑料蓝膜通过热缩机的加热收缩，粘附在硅片背表面；
步骤4、 按照硅片的尺寸剪断蓝膜；
步骤5、 将背表面粘附蓝膜的硅片正面朝下置于划磨式去边机的卡槽上，用真空吸盘固定好；
步骤6 、根据需要选择背表面SiO2膜的直径宽度，在刀头定位之后，下刀，划蓝膜；
步骤7 、待刀头复位后，去真空，下片，撕掉边缘的蓝膜，留下圆形蓝膜；
步骤8 、将背表面粘附蓝膜的硅片置于充满HF蒸汽的腔室或浸入HF溶液中1-5分钟完全除去边缘的SiO2膜；
步骤10、用纯水冲洗掉硅片表面残留的HF后，将硅片置于60℃以上的温水10分钟；
步骤11、撕掉硅片背表面的硅片，用硅片清洗剂清洗硅片，甩干。
所述划磨式去边机由支架、机轴升降定位装置、机轴、横杆、刀架、刀头、真空吸盘）、摇柄组成；机轴升降定位装置安装在支架上平面；
机轴升降定位装置由滑梯形定位盘、滑动升降卡头组成，滑梯形定位盘中心孔中配合安装机轴，机轴的上部和滑动升降卡头通过螺钉固定；
滑动升降卡头在滑梯形定位盘上转动过程中沿滑道上升和下降的同时带动机轴上升或下降；
机轴的下轴端固定横杆，横杆的叉形开口上固定连接刀架、刀架上安装刀头，机轴的上轴端固定摇柄；
真空吸盘置于支架的下平面；
当划磨式去边机处于准备工作时滑动升降卡头处于滑梯形定位盘的最高处；
当划磨式去边机处于工作时滑动升降卡头处于滑梯形定位盘的最底处；
通过机轴升降定位装置控制机轴的轴向位置，进而通过机轴控制横杆和刀架，刀架在横杆的叉形开口上可水平调节位置， 转动摇柄，机轴带动横杆、刀架和刀头作圆周运动，刀头划切硅片背表面粘附的塑料蓝膜，刀架上有螺纹调节帽可上下调节刀头的上下位置；通过调节刀头位置来控制刀头切入深度。
本发明的优点及效果：发明将传统的手贴特制蓝膜的方法变为利用划磨式半自动去边机制备不同规格的圆形塑料蓝膜，从而完成晶圆背面氧化膜的去除。对比反应室去边技术，由于不需要去除背封SiO2膜的部分被蓝膜保护起来，可以方便的控制HF的浓度、用量，从而既能保证SiO2膜被完全除去又能控制成本，还保证了员工的安全。对比滚轮式去边技术，由于圆形蓝膜为机械加工所得，可以精确控制其精度，从而精确控制HF对SiO2膜的去除范围，大大提高了生产效率。对比手贴膜去边技术，由于采用的是通用的卷装塑料蓝膜，而非特制的圆形塑料蓝膜，打破了少数制造厂商垄断，成本大大降低；而且采用半自动的卡槽定位定位替代纯手工，降低了对操作人的要求，有利于大规模量产；另外由于刀头轨迹方便可调，打破了圆形塑料蓝膜规格的局限性，能满足任何规格的晶圆边缘氧化膜去除的生产需要。
本发明通过划磨式去边技术，可以用于IGBT等电力电子器件用外延片的原材料衬底的制备。该方法操作简单，成本低，生产效率高，实用性强，是一种适用于大规模工业生产的去除背面SiO2膜的技术。
附图说明
图1、划磨式去边机轴测图。
图中：1. 支架，2. 机轴升降定位装置，3. 机轴，4. 横杆，5. 刀架,6. 刀头 ，7. 真空吸盘，8. 手柄，21. 滑梯形定位盘，22. 滑动定位卡头，51. 螺纹调节帽 。
具体实施方式
为了更清楚的理解本发明，结合附图和实施例详细描述本发明：
如图1、图2所示，所述划磨式去边机由支架1、机轴升降定位装置2、机轴3、横杆4、刀架5、刀头6、真空吸盘7、摇柄8组成；机轴升降定位装置2安装在支架上平面；
机轴升降定位装置2由滑梯形定位盘21、滑动升降卡头22组成，滑梯形定位盘21中心孔中配合安装机轴3，机轴3的上部和滑动升降卡头22通过螺钉固定；
滑动升降卡头22在滑梯形定位盘21上转动过程中沿滑道上升和下降的同时带动机轴3上升或下降；
机轴3的下轴端固定横杆4，横杆4的叉形开口上固定连接刀架5、刀架5上安装刀头6，机轴3的上轴端固定摇柄8；
真空吸盘7置于支架1的下平面；
当划磨式去边机处于准备工作时滑动升降卡头22处于滑梯形定位盘21的最高处；
当划磨式去边机处于工作时滑动升降卡头22处于滑梯形定位盘21的最底处；
通过机轴升降定位装置2控制机轴3的轴向位置，进而通过机轴3控制横杆4和刀架5，刀架5在横杆4的叉形开口上可水平调节位置， 转动摇柄8，机轴3带动横杆4、刀架5和刀头6作圆周运动，刀头6划切硅片背表面粘附的塑料蓝膜，刀架5上有螺纹调节帽51可上下调节刀头6的上下位置；通过调节刀头6位置来控制刀头5切入深度。
可以通过弹簧装置使机轴3产生向下的力，进而给刀头5施力，或通过机轴3自身重力给刀头5施力。
实施例1：
本发明传统的手贴特制蓝膜的方法变为利用划磨式半自动去边机制备不同规格的圆形塑料蓝膜，从而完成晶圆背面氧化膜的去除。具体制备过程如下：
1） 准备背损伤、背封之后的6英寸（直径150mm）厚度为642μm，掺杂剂为As，<111>晶向，电阻率为0.002-0.004的单晶硅片作为原料；准备塑料蓝膜作为辅料，材质为PVC材质，厚度380μm，宽度160mm，一卷长度10m；
2）将从片蓝中取出，背封面朝下，正面朝上，将其依次粘附在卷装塑料蓝膜上，
3）待热缩机预热后，将粘附硅片的卷装塑料蓝膜通过热缩机；
4) 塑料蓝膜通过热缩机的加热收缩，粘附在硅片背表面；
5）将背表面粘附蓝膜的硅片正面朝下置于划磨式去边机卡槽上，用真空吸盘固定好；
6）根据需要选择背表面SiO2膜的直径宽度，在刀头定位之后，下刀，划蓝膜；
7）待刀头复位后，去真空，下片，撕掉边缘的蓝膜，留下圆形蓝膜；
8）将背表面粘附蓝膜的硅片置于充满HF蒸汽的腔室或浸入HF溶液中5分钟完全除去边缘的SiO2膜；
9）用纯水冲洗掉硅片表面残留的HF后，将硅片置于70℃的温水10分钟；
10）撕掉硅片背表面的硅片，用硅片清洗剂清洗硅片，甩干。
11）按照1）-10）的方法实施600片的小批量生产，合格率达到98.83%，说明该方法是一种适用于大规模工业生产的去除背面SiO2膜的技术。
所述的腐蚀片材料为但不限于6英寸（直径150mm）单晶硅片，厚度从300μm至1600μm，掺杂剂为As，P，Sb或B，晶向为<100>或<111>，电阻率从10-4至104Ω；
所述的卷装塑料蓝膜为但不限于PVC材质，厚度200-400μm，宽度160mm，一卷长度10m；
HF溶液浓度为但不限于10%至49%；
该方法可用于各种规格的单晶硅片边缘氧化膜去除技术，制备出的抛光片可以用于但不限于高压、中压、低压等IGBT电力电子器件用外延片的原材料衬底。
上述详细说明是有关本发明的具体说明，凡未脱离本发明精神的任何等效实施或变更，均属于本发明的内容范围。
根据上述说明，结合本领域技术可实现本发明的方案。
Claims (1)
1.一种采用划磨方式去除IGBT用抛光片晶圆边缘氧化膜的方法，其特征在于，制造专用划磨式去边机，划磨式去边机由支架（1）、机轴升降定位装置（2）、机轴（3）、横杆（4）、刀架（5）、刀头（6）、真空吸盘（7）、摇柄（8）组成；机轴升降定位装置（2）安装在支架上平面；
机轴升降定位装置（2）由滑梯形定位盘（21）、滑动升降卡头（22）组成，滑梯形定位盘（21）中心孔中配合安装机轴（3），机轴（3）的上部和滑动升降卡头（22）通过螺钉固定；滑动升降卡头（22）在滑梯形定位盘（21）上转动过程中沿滑道上升和下降的同时带动机轴（3）上升或下降；机轴（3）的下轴端固定横杆（4），横杆（4）的叉形开口上固定连接刀架（5）、刀架（5）上安装刀头（6），机轴（3）的上轴端固定摇柄（8）；
真空吸盘（7）置于支架（1）的下平面；当划磨式去边机处于准备工作时滑动升降卡头（22）处于滑梯形定位盘（21）的最高处； 当划磨式去边机处于工作时滑动升降卡头（22）处于滑梯形定位盘（21）的最底处； 通过机轴升降定位装置（2）控制机轴（3）的轴向位置，进而通过机轴（3）控制横杆（4）和刀架（5），刀架（5）在横杆（4）的叉形开口上可水平调节位置， 转动摇柄（8），机轴（3）带动横杆（4）、刀架（5）和刀头（6）作圆周运动，刀头（6）划切硅片背表面粘附的塑料蓝膜，刀架（5）上有螺纹调节帽（51）可上下调节刀头（6）的上下位置；通过调节刀头（6）位置来控制刀头（5）切入深度；
将划磨式去边机应用于抛光片晶圆边缘氧化膜处理过程，首先通过热缩机在硅片背表面粘附卷装塑料蓝膜；然后根据硅片的不同规格，用所述划磨式去边机在硅片背表面粘附的塑料蓝膜上划出不同尺寸的圆形切痕，再沿切痕把需要腐蚀的环形圆形塑料蓝膜撕掉；从而使不需要去除背封SiO2膜的部分保护起来；最后将其置于HF蒸汽中或是HF溶液中，去除边缘背封二氧化硅膜；所述方法包括如下步骤：
步骤1、 把经过背损伤、背封之后的腐蚀片从片蓝中取出，背封面朝下，正面朝上，将其依次粘附在卷装塑料蓝膜上；
步骤2、 待热缩机预热后，将步骤1中所形成的粘附硅片的卷装塑料蓝膜通过热缩机；
步骤3、 塑料蓝膜通过热缩机的加热收缩，粘附在硅片背表面；
步骤4、 按照硅片的尺寸剪断蓝膜；
步骤5、 将背表面粘附蓝膜的硅片正面朝下置于划磨式去边机的卡槽上，用真空吸盘固定好；
步骤6 、根据需要选择背表面SiO2膜的直径宽度，在刀头定位之后，下刀，划蓝膜；
步骤7 、待刀头复位后，去真空，下片，撕掉边缘的蓝膜，留下圆形蓝膜；
步骤8 、将背表面粘附蓝膜的硅片置于充满HF蒸汽的腔室或浸入HF溶液中1-5分钟完全除去边缘的SiO2膜；
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