CN102446736A - 一种用hf和冰乙酸配制的腐蚀液去除晶圆边缘氧化膜的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用HF和冰乙酸配制的腐蚀液去除晶圆边缘氧化膜的方法，包括如下步骤：A、配制冰乙酸和HF的混合溶液，将其倒入滚轮式去边机的酸槽内；冰乙酸为98%，AR级；HF为40%-49%，AR级；配比为数据为，冰乙酸：HF=1:1至15:1；B、将装有晶圆硅片的片架装入滚轮式去边机，转动转轮，使转轮上布袋浸有的氢氟酸与硅片氧化膜边缘反应；C、取出片架，清洗，检验边缘去除效果，应用本发明的腐蚀液后的滚轮式去边技术，可以用于大规模集成电路及分立器件所用的抛光片的制备。该方法成本低，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边缘SiO₂膜的技术。

Description

一种用HF和冰乙酸配制的腐蚀液去除晶圆边缘氧化膜的方法

技术领域

    本发明涉及半导体晶圆硅抛光片的背处理技术，特别涉及一种用HF和冰乙酸配制的腐蚀液去除晶圆边缘氧化膜的方法。

背景技术

    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），该技术的缺点是不容易控制HF的用量，不利于控制成本，也可能对操作员工造成伤害；也无法精确控制HF去除范围。有的采用采用人工贴附的方法（文中简称贴膜式去边技术）将不被HF腐蚀的圆形塑料蓝膜粘附到硅片和吸盘表面，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；但由于专用的圆形塑料蓝膜规格有限且成本很高，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，都不利于大规模量产。

方法2是：将放有晶圆硅片的片架对准转轮，使硅片与转轮接触，利用转轮带动装有硅片的片架转动，转轮的下方设有氢氟酸槽，在转轮转动的同时，硅片边缘上的SiO₂膜被HF刻蚀（文中简称滚轮式去边技术）；这种技术虽能确保背面中央的背封SiO₂膜不被去除，但由于该方法难以精确控制SiO₂膜的去除范围，其边缘往往参差不齐，加工合格率较低；通常是通过调节HF槽内HF的浓度和调节风箱排风速度控制箱体内氢氟酸的浓度的方法来改善这种状况，但效果往往有限。

滚轮式去边设备的腐蚀原理是滚轮上的布袋在氢氟酸槽内浸上氢氟酸溶液，再利用转轮上布袋浸有的氢氟酸及布袋挥发出的氟化氢气体与硅片边缘的氧化膜发生作用，

SiO₂+6HF=H₂SiF₆↑+2H₂O                   （1）

   从而去除掉边缘的氧化膜。而由于水是HF和SiO₂的反应生成物，溶液中的H₂O作为化学反应生成物促使反应向逆反应方向进行，所以需要腐蚀液中含有较高浓度的氢氟酸保证反应速率，使HF溶液作用的范围达到要求的腐蚀宽度；另一方面，如果腐蚀液中HF浓度过高，挥发出的HF气体会迅速溶于硅片表面吸附的水蒸气中，生成氟离子（F^-），发生反应，

SiO₂+4HF=SiF₄+2H₂O                          （2）

    对更宽区域的氧化膜进行刻蚀；因此，HF腐蚀液的浓度就变得很难选择，如果浓度太低，HF溶液作用的范围就太短达不到要求的腐蚀宽度；而如果浓度太高，氟化氢气体使去除氧化层的范围过宽同样达不到生成要求。

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，新工艺采用将氢氟酸腐蚀液中加入冰乙酸来控制氢氟酸及氟化氢蒸汽的腐蚀速度，从而达到控制滚轮式去边机背封SiO₂膜边缘去除量的目的。

    本发明是通过这样的技术方案实现的：一种用HF和冰乙酸配制的腐蚀液去除晶圆边缘氧化膜的方法，其特征在于，用HF与冰乙酸混合配置腐蚀液替代传统的HF与水混合的腐蚀液进行晶圆边缘氧化膜去除处理，包括如下步骤： 

A 、配制冰乙酸和HF的混合溶液，将其倒入滚轮式去边机的酸槽内；冰乙酸为98%，AR级； HF为40%-49%，AR级；配比为数据为，冰乙酸：HF=1:1至15:1；

B 、将装有晶圆硅片的片架装入滚轮式去边机，转动转轮，使转轮上布袋浸有的氢氟酸与硅片氧化膜边缘发生反应； 

C 、取出片架，清洗，检验边缘去除效果。

     本发明的优点及效果： 本发明用HF与冰乙酸混合配置腐蚀液替代传统的HF与水混合的腐蚀液，这样由于腐蚀液中没有反应生成物H₂O的存在，就可以在维持同种腐蚀速率的条件下降低腐蚀液中HF的含量；另外由于冰乙酸同样具有挥发性，能抑制HF的挥发，从而减轻对硅片更宽边缘的刻蚀。这样结合调节风箱的排风速度的传统手段，可以制备出边缘整齐去边量适中的边缘氧化膜去除晶圆硅片。这种腐蚀液突破了传统滚模式去边技术难以克服的边缘参差不齐，加工合格率较低的瓶颈。在弥补该项短板之后，滚轮式去边技术对比其他去边技术都有着明显的优势：对比反应室去边技术，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；对比贴膜式去边技术，不需要昂贵的塑料蓝膜，节约了成本也不会受到其规格的约束，而且采用半自动设备克服了手贴精度的局限性。

    本发明将氢氟酸腐蚀液中加入冰乙酸来控制氢氟酸及氟化氢蒸汽的腐蚀速度，从而达到控制滚轮式去边机背封SiO₂膜边缘去除量的目的，突破其技术瓶颈。应用本发明的腐蚀液后的滚轮式去边技术，可以用于大规模集成电路及分立器件所用的抛光片的制备。该方法成本低，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边缘SiO₂膜的技术。

具体实施方式

    为了更清楚的理解本发明，结合实施例详细描述本发明：

实施例1：

    将氢氟酸腐蚀液中加入冰乙酸来控制氢氟酸及氟化氢蒸汽的腐蚀速度，从而达到控制滚轮式去边机背封SiO₂膜边缘去除量的目的。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Sb，<100>晶向，电阻率为0.01-0.02的单晶硅片作为原料；

2）配制腐蚀液，冰乙酸为98%，AR级；HF为49%，AR级；配比为冰乙酸：HF=6.8:1；将腐蚀液倒入滚轮式去边机腐蚀盒中；

3）用理片器理片；上片，将装有硅片的片蓝装到滚轮式去边机装载台上；

4）开动位于片架上方的风机，风箱风扇转速设定为2000转/分钟，控制调节箱体内空气中氟化氢气体的浓度；

5) 开动点击，滚轮转速设定为35转/分钟，转动转轮，带动片架内硅片转动，转轮上的布袋从腐蚀槽浸染了HF和冰乙酸混合腐蚀液，然后在硅片转动的同时与硅片背面的氧化膜边缘发生反应；

6）取出片架，用纯水冲洗掉硅片表面残留的HF，甩干；

7）检测晶圆氧化膜边缘；

8）倒掉腐蚀液，装入传统的HF腐蚀液，HF为49%，AR级，配比为5:1，重复3）-7）的实施过程，其去除边缘氧化膜效果；

9）经对比，本发明的腐蚀液较之传统腐蚀液，其边缘平滑，无参差不齐现象；

10）按照1）-7）的方法实施800片的小批量生产，合格率达到97.88%，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。 

    待硅片晶圆为背损伤、背封之后的腐蚀片，腐蚀片为但不限于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；

    冰乙酸为98%，AR级； HF为40%-49%，AR级；配比为冰乙酸：HF=1:1至15:1。

滚轮式去边机由槽体、支架、滚轮、腐蚀液槽、风箱等组成，滚轮转速设定为10至90转/分钟，风箱风扇转速设定为1000至5000转/分钟。

    该方法可用于各种规格的晶圆单晶硅片边缘氧化膜去除技术，该边缘氧化膜去除晶圆硅片制备出的抛光片可以用于但不限于大规模集成电路及分立器件的原材料。

    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。

Claims (1)

1.一种用HF和冰乙酸配制的腐蚀液去除晶圆边缘氧化膜的方法，其特征在于，用HF与冰乙酸混合配置腐蚀液替代传统的HF与水混合的腐蚀液进行晶圆边缘氧化膜去除处理，包括如下步骤： 

A 、配制冰乙酸和HF的混合溶液，将其倒入滚轮式去边机的酸槽内；冰乙酸为98%，AR级； HF为40%-49%，AR级；配比为数据为，冰乙酸：HF=1:1至15:1；

B 、将装有晶圆硅片的片架装入滚轮式去边机，转动转轮，使转轮上布袋浸有的氢氟酸与硅片氧化膜边缘发生反应； 

C 、取出片架，清洗，检验边缘去除效果。