CN102978711A - 一种采用低温hf腐蚀液去除硅晶圆片边缘氧化膜的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种采用低温HF腐蚀液去除硅晶圆片边缘氧化膜的方法，其步骤如下：1、配制低温HF腐蚀液：先将HF与DIW按照质量配比为HF：DIW=1:0.9至1:2.5混合成HF腐蚀液，然后倒入滚轮式去边机的酸槽内；再放入质量相当于DIW三倍的DIW冰块，搅拌均匀并静置25-30分钟，其温度控制在6±0.7℃；2、将装有硅晶圆片的片架装入滚轮式去边机上；3、去除处理结束后，取出片架进行清洗，最后检验边缘去除效果；4、每加工200片，排出和补入占低温HF腐蚀液总量10%的低温HF腐蚀液。本发明的滚轮式去边技术可用于大规模集成电路及分离器件所用抛光片的制备，并具有成本低，生产效率高，实用性强等优点，是一种适用于大规模工业生产抛光片的去除背面边缘SiO₂膜的技术。

Description

一种采用低温HF腐蚀液去除硅晶圆片边缘氧化膜的方法

技术领域

本发明涉及半导体晶圆硅抛光片的背处理技术，特别涉及一种采用低温HF腐蚀液去除硅晶圆片边缘氧化膜的方法。

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：反应室去边技术。该方法用HF气体在反应室内将硅片边缘的氧化膜去除。此技术的缺点是：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。

方法2：贴膜式去边技术。该方法采用人工贴附的方法，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3：滚轮式去边技术。该方法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；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（其化学反应式为：SiO₂+6HF=H₂SiF₆↑+2H₂O），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（其化学反应式为：SiO₂+4HF=SiF₄+2H₂O），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、成本低的一种新工艺，即一种采用低温HF腐蚀液去除硅晶圆片边缘氧化膜的方法。该方法采用低温氢氟酸腐蚀液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：一种采用低温HF腐蚀液去除硅晶圆片边缘氧化膜的方法，其特征在于，用HF腐蚀液与DIW（纯水）冰块混合配制成低温HF腐蚀液进行硅晶圆片边缘氧化膜的去除处理，其步骤如下：

步骤一、配制低温HF腐蚀液：

（A）、先将HF与DIW按照质量配比为HF：DIW=1:0.9至1:2.5混合成HF腐蚀液，然后倒入滚轮式去边机的酸槽内；

（B）、再放入质量相当于步骤（A）配比中DIW三倍的DIW冰块，搅拌均匀并静置25-30分钟，其温度控制在6±0.7℃，即为低温HF腐蚀液；

步骤二、将装有硅晶圆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低温HF腐蚀液与硅晶圆片边缘氧化膜发生反应；

步骤三、去除处理结束后，取出片架进行清洗，最后检验边缘去除效果；

步骤四、每加工200片，排出和补入占低温HF腐蚀液总量10%的低温HF腐蚀液，以保持腐蚀液浓度及温度稳定。

本发明的优点及效果：本方法根据溶液挥发性随温度降低而降低的原理，用HF与DIW冷冻制成的冰块混合配制成腐蚀液，其温度为6±0.7℃；与传统的HF与DIW直接混合的温度25±2℃相比，此方法配制的低温HF腐蚀液远低于常温，能有效抑制HF的挥发，从而减轻对硅片更宽边缘的刻蚀。这种腐蚀液突破了传统滚轮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。在弥补该项不足之后，滚轮式去边技术对比其它去边技术都有着明显的优势：对比反应室去边技术，可以方便地控制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，不再受到其规格的约束，不仅节约了成本，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DIW冰块来控制氢氟酸挥发，缓和氢氟酸和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。本方法成本低，生产效率高，实用性强，是一种适用于大规模工业生产抛光片的去除背面边缘SiO₂膜的技术。

具体实施方式

为了更清楚的理解本发明，以下结合实施例详细描述本发明：

实施例：采用低温HF腐蚀液去除硅晶圆片边缘氧化膜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）配制低温HF腐蚀液：HF纯度为49%，AR级；DIW冰块为DIW（电阻率＞18.0 MΩ）经冰冻后形成的冰块，大小为1cm见立方。配制方法为：先将HF与DIW按照质量配比为HF：DIW=1:1.3混合成HF腐蚀液，然后倒入滚轮式去边机的酸槽内；再放入质量相当于配比中DIW三倍的DIW冰块，搅拌均匀并静置25-30分钟，此时冰块恰好溶于水，低温HF腐蚀液温度为6.3℃。

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。将装有硅晶圆片的片架装入滚轮式去边机装载台上，转动转轮，使转轮上布袋浸有的低温HF腐蚀液与硅晶圆片边缘氧化膜发生反应。

4）去除处理结束后，取出片架，用纯水冲洗掉硅片表面残留的HF，甩干；最后检验边缘去除效果。

5）每加工200片，排出占低温HF腐蚀液总量10%的腐蚀液，并按照配制比例补入相同质量的低温HF腐蚀液，以保持腐蚀液浓度及温度稳定。

实施对比例：将上述实施例中去除处理结束后的低温HF腐蚀液倒掉，装入传统常温的HF腐蚀液，HF纯度为49%，AR级，配比为HF：DIW=1:1.3，重复实施例1的3）步骤过程，最后检验其去除边缘氧化膜效果。

经对比,采用传统HF腐蚀液加工后，检验其去除边缘氧化膜效果：边缘不平滑，而且边缘参差不齐。而采用低温HF腐蚀液加工后，检验其去除边缘氧化膜效果：其边缘平滑，无参差不齐现象。

由此，按照实施例的方法又实施800片的小批量生产，经检验，合格率达到97.50%，说明该方法是一种适用于大规模工业生产抛光片的去除背面SiO₂膜的技术。

Claims (1)

1.一种采用低温HF腐蚀液去除硅晶圆片边缘氧化膜的方法，其特征在于，用HF腐蚀液与DIW冰块混合配制成低温HF腐蚀液进行硅晶圆片边缘氧化膜的去除处理，其步骤如下：

步骤一、配制低温HF腐蚀液：

（A）、先将HF与DIW按照质量配比为HF：DIW=1:0.9至1:2.5混合成HF腐蚀液，然后倒入滚轮式去边机的酸槽内；

（B）、再放入质量相当于步骤（A）配比中DIW三倍的DIW冰块，搅拌均匀并静置25-30分钟，其温度控制在6±0.7℃，即为低温HF腐蚀液；

步骤二、将装有硅晶圆片的片架装入滚轮式去边机上，转动转轮，使转轮上布袋浸有的低温HF腐蚀液与硅晶圆片边缘氧化膜发生反应；

步骤三、去除处理结束后，取出片架进行清洗，最后检验边缘去除效果；

步骤四、每加工200片，排出和补入占低温HF腐蚀液总量10%的低温HF腐蚀液，以保持腐蚀液浓度及温度稳定。