CN103021831A

CN103021831A - 一种高少数载流子寿命单晶硅腐蚀片的加工方法

Info

Publication number: CN103021831A
Application number: CN2012105082808A
Authority: CN
Inventors: 张宇; 孙希凯; 石明; 崔玉伟; 黄建国
Original assignee: Tianjin Zhonghuan Semiconductor Joint Stock Co Ltd
Current assignee: Tianjin Zhonghuan Semiconductor Joint Stock Co Ltd; Tianjin Zhonghuan Advanced Material Technology Co Ltd
Priority date: 2012-12-03
Filing date: 2012-12-03
Publication date: 2013-04-03

Abstract

本发明涉及一种高少数载流子寿命单晶硅腐蚀片的加工方法。其方法是：1）将单晶硅片双面去除量控制在30-34μm；2）将9.07~12.45%氢氟酸、40.2~42.3%硝酸及15.54~19.43%醋酸加去离子水混合成酸腐蚀液；3）每腐蚀50片单晶硅片之后，将排出一部分酸腐蚀液，排出量和补充量为所用酸腐蚀液总量的2%~3%；4）将腐蚀后的单晶硅片用10~20%盐酸、10~20%双氧水及60~80%去离子水配成的清洗药液进行清洗。采用本方法可有效地抑制单晶硅腐蚀片表面晶格内少数载流子与多数载流子的复合，从而提高了单晶硅腐蚀片的少数载流子寿命。采用本方法制备的单晶硅腐蚀片，其少数载流子寿命可实现＞1000μs。本方法可以实现批量生产，而且质量稳定，是一种适宜大批量生产的高少数载流子寿命单晶硅腐蚀片加工方法。

Description

一种高少数载流子寿命单晶硅腐蚀片的加工方法

技术领域

本发明涉及单晶硅片表面加工工艺，特别涉及一种高少数载流子寿命单晶硅腐蚀片的加工方法。

背景技术

近年来，随着半导体行业的高速发展和激烈的市场竞争，为了降低半导体原材料成本，越来越多的半导体器件厂商采用经过腐蚀加工后的单晶硅腐蚀片替代抛光后的单晶硅晶圆片，从而省去了对加工设备环境、清洗方式、化学辅料纯度等要求较高的抛光过程。

而对于半导体器件，无论是依靠少数载流子输运来工作的双极型半导体器件还是场效应器件，少数载流子寿命是一个直接影响到器件性能的重要参量。比如少子寿命将严重影响器件的阻断特性：无论是扩散区的少子扩散电流，还是势垒区中复合中心的产生电流都与少数载流子寿命反相关，当载流子寿命减短到一定程度时，反向电流即大幅度地上升，就会产生反向电流不饱和的“软”的阻断特性。由于单晶硅腐蚀片表面状态不如抛光片，因此用单晶硅腐蚀片代替单晶硅抛光片作为半导体器件（尤其是双极型器件）的基底材料会对硅片少数载流子寿命有很高的要求，这就需要研发一种能制备高少数载流子寿命单晶硅腐蚀片的工艺。

发明内容

本发明的目的就是为克服现有技术的不足，特别提供一种高少数载流子寿命单晶硅腐蚀片的加工方法。本方法通过控制酸腐蚀液寿命等酸腐蚀工艺及采用单晶硅腐蚀片腐蚀后的表面清洗技术，经过数次试验，终于成功制备出高少数载流子寿命的单晶硅腐蚀片。

少数载流子主要的复合机理包括：直接复合、间接复合、表面复合和厄歇（anger）复合等，其中间接复合和表面复合通常占主导因素，所以少数载流子寿命主要取决于单晶硅腐蚀片体内的杂质和缺陷数目以及单晶硅腐蚀片表面的复合中心数目。腐蚀片体内杂质和缺陷数目越多，腐蚀片表面符合中心数目越多，少数载流子寿命越低。反之，少数载流子寿命越高。

本发明根据以上影响少数载流子寿命的机理，通过这样的技术方案实现的：一种高少数载流子寿命单晶硅腐蚀片的加工方法，其特征在于，所述的加工方法包括：

（1）.将单晶硅片双面去除量控制在30-34μm；

（2）.酸腐蚀液的配制：各化学成分所占浓度百分比为：氢氟酸：9.07~12.45%、硝酸：40.2~42.3%、醋酸：15.54~19.43%，加去离子水混合而成；

（3）.每腐蚀50片单晶硅片之后，将排出一部分酸腐蚀液，排出量为所用酸腐蚀液总量的2%~3%，然后补充与排出量相等数量的酸腐蚀液来维持酸腐蚀液的浓度动态平衡；

（4）.将腐蚀后的单晶硅片用以下按重量百分比配制的清洗药液进行清洗：盐酸：10~20%，双氧水：10~20%，去离子水：60~80%。

在酸腐蚀工艺中，按照酸腐蚀液寿命200～8000标片进行加工的单晶硅腐蚀片其表面粗糙度小，易于后序清洗，表面金属含量也较少。腐蚀后再利用清洗药液（SC-2清洗剂—标准RA清洗剂）进行清洗。此清洗技术的作用基理是：由于SC-2清洗剂具有极强的氧化性和络合性，SC-2清洗剂中的酸根离子与硅片表面金属离子形成可溶性金属盐类随去离子水冲洗被去除，硅片表面被氧化的金属离子与Cl离子作用生成的可溶性络合物亦随去离子水冲洗而被去除。

本发明所产生的有益效果：采用本方法可以有效地去除硅片表面金属离子，减少由于金属离子存在而影响的晶格内少数载流子与多数载流子的复合，从而提高了单晶硅腐蚀片的少数载流子寿命。采用本方法制备的单晶硅腐蚀片，其少数载流子寿命可实现＞1000μs。本方法可以实现批量生产，而且质量稳定，是一种适宜大批量生产的高少数载流子寿命单晶硅腐蚀片加工方法。

附图说明

图1是不同工艺条件加工的单晶硅腐蚀片少数载流子寿命对比曲线图。

图中：—

Figure 2012105082808100002DEST_PATH_IMAGE001

—表示经过SC-2清洗剂清洗的单晶硅腐蚀片；—■—表示不经过SC-2清洗剂清洗的单晶硅腐蚀片。

具体实施方式

为了更清楚的理解本发明，结合附图和实施例对本发明作进一步说明：

实施例1：5英寸区熔（FZ）硅片，掺杂方法：NTD，晶向：<111>，电阻率：70±10%Ωcm，厚度：440um，数量：10000片，抽测片数：22片。具体步骤如下：

（1）将单晶硅片双面去除量控制在：在32±2μm。

（2）根据单晶硅片的产品规格，选择酸腐蚀液的浓度百分比为HF：HNO₃：CH₃COOH=10.76：41.3：17.5%；其纯度为：氢氟酸：电子级，金属含量＜1.25ppm；硝酸：电子级，金属含量＜1ppm；醋酸，电子级，金属含量＜1ppm；腐蚀液寿命为200至10000标片。

（3）设定腐蚀工艺参数：酸腐蚀液的温度保持在30℃；自转速率为50rpm，酸腐蚀液循环量为300L；氮气位置为100mm；氮气流量为300L/min；氮气压力为300Pa；氮气时间为全程。

（4）将放置单晶硅片的滚筒放入酸腐蚀机中，开始腐蚀。在腐蚀液寿命为200、1000、2000、3000、4000、5000、6000、7000、8000、9000、10000时各抽取两片，共22片，分成两组，每组11片（一组经过SC-2清洗剂清洗，一组未经过SC-2清洗剂清洗）。

（5）每腐蚀50片单晶硅片之后，排液量和补液量均为8L。

（6）按重量百分比比例配制清洗药液：盐酸（HCl，UPS级，金属含量＜1ppm）：15%，双氧水（H₂O₂ ，UPS级，金属含量＜1ppm）：15%，去离子水（电阻率>18MΩ）70%；清洗5分钟，超声频率为400kHZ；对上述抽取的两组腐蚀后的单晶硅片，一组进行清洗，另一组不进行清洗，然后进行对比。

（7）酸腐结束后，对经过SC-2清洗剂清洗和未经过SC-2清洗剂清洗的两组分别用进行ICP-MS 7700CS进行表面金属寿命测量，两组不同的单晶硅腐蚀片少数载流子寿命如图1所示。

从实施例1和图1中可以看出，本工艺的技术要点为控制腐蚀液寿命及腐蚀后的清洗。在控制腐蚀液寿命≤8000片的条件下，腐蚀后的单晶硅硅片再经SC-2清洗剂清洗后所获得的少数载流子寿命明显高于未经SC-2清洗剂清洗的单晶硅腐蚀片的少数载流子寿命。

实施例2：5英寸区熔（FZ）硅片，掺杂方法：NTD，晶向：<111>，电阻率：70±10%Ωcm，厚度：440um、数量：3000片。具体步骤如下：

（1)）将单晶硅片双面去除量控制在：在32±2μm。

（2）根据单晶硅片的产品规格，选择酸腐蚀液的浓度百分比为HF：HNO₃：CH₃COOH=10.76：41.3：17.5%；其纯度为：氢氟酸：电子级，金属含量＜1.25ppm；硝酸：电子级，金属含量＜1ppm；醋酸：电子级，金属含量＜1ppm；腐蚀液寿命为3000标片。

（3）设定腐蚀工艺参数：酸腐蚀液的温度保持在30℃；自转速率为50rpm，酸腐蚀液循环量为300L；氮气位置为100mm；氮气流量为300L/min；氮气压力为300Pa，氮气时间为全程；

（4）将放置单晶硅片的滚筒放入酸腐蚀机中，开始腐蚀。

（5）每腐蚀50片单晶硅片之后，排液量和补液量均为8L。

（6）按重量百分比比例配制清洗药液：盐酸（HCl，UPS级，金属含量＜1ppm）：15%，双氧水（H₂O₂ ，UPS级，金属含量＜1ppm）：15%，去离子水（电阻率>18MΩ）：70%；清洗5分钟，超声频率为400kHZ。

（7）腐蚀结束后，进行检验测量，然后包装。

技术效果检测：采用上述酸腐蚀工艺生产3000片，少数载流子寿命均大于1000us。化腐后单晶硅片TTV<3.5，TIR<3.5，经表面良好的检验标准进行检验，合格2955片，合格率为98.5%。该检测结果表明，本工艺能实现高少数载流子单晶硅腐蚀片的量产。

Claims

1.一种高少数载流子寿命单晶硅腐蚀片的加工方法，其特征在于，所述的加工方法包括：

（1）.将硅片双面去除量控制在30-34μm；

（3）.每腐蚀50片硅片之后，将排出一部分酸腐蚀液，排出量为所用酸腐蚀液总量的2%~3%，然后补充与排出量相等数量的酸腐蚀液来维持酸腐蚀液的浓度动态平衡；

（4）.将腐蚀后的硅片用以下按重量百分比配制的清洗药液进行清洗：盐酸：10~20%，双氧水：10~20%，去离子水：60~80%。