CN106033709A - 一种酸洗蚀刻方法及清洗机 - Google Patents

Abstract

为克服现有技术中去除晶圆背面原生氧化层的方法工序复杂、碎片率高的问题，本发明提供了一种酸洗蚀刻方法，包括如下步骤；S1、提供一工作台，工作台内部具有工作腔，所述工作台上表面具有连通工作腔的酸洗口；将晶圆置于工作台上，所述晶圆具有原生氧化层的背面朝下，并且覆盖所述酸洗口；所述晶圆待蚀刻的部位位于所述酸洗口内；S2、在所述晶圆背面形成水膜；S3、在所述工作腔内形成氢氟酸酸雾，使所述氢氟酸酸雾溶于所述水膜，通过内部溶解有氢氟酸的水膜对所述晶圆背面进行蚀刻处理。同时，本发明还公开了采用上述酸洗蚀刻方法的清洗机。本发明提供的酸洗蚀刻方法不需要贴膜和剪膜两道工序，简化了工艺流程，提高了生产效率，并且碎片率低。

Description

一种酸洗蚀刻方法及清洗机

技术领域

本发明涉及一种IGBT晶圆的酸洗蚀刻方法及清洗机。

背景技术

绝缘栅双极型晶体管IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)于二十世纪八十年代被提出和迅速推广，现已广泛应用于中高压大电流领域，并同MOSFET(金属-氧化物-半导体场效应晶体管)将功率电子技术推向了高频时代。对比其它种类的功率半导体，如双极型晶体管、MOSFET，绝缘栅双极型晶体管作为一种电压控制器件，能够以更低的功率损耗处理更高的功率，并且能够工作于高频的电路当中，是IGBT最为突出的特点和优势。IGBT目前已经广泛应用电力电子领域。

IGBT器件由一个MOS晶体管和一个PNP双极晶体管组成，也可看作是由一个VDMOS(Vertical double diffused MOSFET，垂直双扩散MOS晶体管)和一个二极管组成。IGBT器件实现了MOSFET和BJT的优化组合，实现了低能耗、高压、高速的特性。这种器件广泛地应用于工业、交通、能源等领域，业已经成为一种不可替代的电力电子器件。

通常，在制备IGBT器件时，将硅衬底减薄后蒸镀金属前需要除去晶圆背面的原生氧化层。目前，常规的去除该原生氧化层的方法是将晶圆浸泡于氢氟酸(HF)溶液中，通过氢氟酸将该原生氧化层腐蚀除去。

但是，由于将晶圆完全浸泡于氢氟酸中时，晶圆正面同样会受到氢氟酸的腐蚀，导致晶圆正面的金属(铝)以及保护层(PI)出现不同程度的缺陷。

为避免上述问题的产生，通常在腐蚀之前，先在晶圆正面贴附一层保护膜，待腐蚀完成后，再将该保护膜除去。由此，增加了上述贴膜和剪膜工序，降低了生产效率。并且由于薄片贴膜和剪膜均是人工操作，导致碎片率较高。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中去除晶圆背面原生氧化层的方法工序复杂、碎片率高的问题，提供一种酸洗蚀刻方法。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案如下：

提供一种酸洗蚀刻方法，其特征在于，包括如下步骤；

S1、提供一工作台，所述工作台内部具有工作腔，所述工作台上表面具有连通工作腔的酸洗口；将晶圆置于工作台上，所述晶圆具有原生氧化层的背面朝下，并且覆盖所述酸洗口；所述晶圆待蚀刻的部位位于所述酸洗口内；

S2、在所述晶圆背面形成水膜；

S3、在所述工作腔内形成氢氟酸酸雾，使所述氢氟酸酸雾溶于所述水膜，通过内部溶解有氢氟酸的水膜对所述晶圆背面进行蚀刻处理。

同时，本发明还提供了一种清洗机，包括机体、工作台、用于容纳氢氟酸的氢氟酸罐、用于容纳水的水罐、惰性气源和喷嘴；所述工作台固定于机体上，工作台内部具有工作腔，所述工作台上表面具有连通工作腔的酸洗口；所述氢氟酸罐的底部和水罐的底部各自独立的可开启或闭合的连通至惰性气源；所述喷嘴固定于工作台底部，并且所述喷嘴的喷口连通至工作腔，喷嘴的入口连接至所述氢氟酸罐和水罐的顶部，并可择一连通。

本发明中，通过将晶圆置于工作台上，并且晶圆具有原生氧化层的背面朝向工作台内部的工作腔。在晶圆背面形成水膜后通入氢氟酸酸雾，可对晶圆背面的原生氧化层进行有效的蚀刻以将其除去，同时，可有效的避免对晶圆的正面产生损伤。

另一方面，通过先在晶圆背面形成水膜，然后在通入氢氟酸酸雾，是氢氟酸溶于上述水膜内，可更均匀有效的对晶圆背面的原生氧化层进行蚀刻，并且蚀刻更均匀稳定。

附图说明

图1是本发明优选实施方式提供的清洗机的内部正视图；

图2是图1中A处局部放大图；

图3是本发明优选实施方式提供的清洗机的内部侧视图；

图4是图3中B处局部放大图。

说明书附图中的附图标记如下：

1、机体；2、支撑板；3、氢氟酸罐；4、水罐；5、通气嘴；6、酸液添加口；7、工作台；71、工作腔；72、缓冲腔；8、隔板；9、喷嘴。

具体实施方式

为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本发明提供的酸洗蚀刻方法包括如下步骤；

S1、提供一工作台，所述工作台内部具有工作腔，所述工作台上表面具有连通工作腔的酸洗口；将晶圆置于工作台上，所述晶圆具有原生氧化层的背面朝下，并且覆盖所述酸洗口；所述晶圆待蚀刻的部位位于所述酸洗口内；

S2、在所述晶圆背面形成水膜；

S3、在所述工作腔内形成氢氟酸酸雾，使所述氢氟酸酸雾溶于所述水膜，通过内部溶解有氢氟酸的水膜对所述晶圆背面进行蚀刻处理。

如现有技术中所知晓的，对晶圆背面的原生氧化层进行蚀刻处理时，需避免蚀刻物质与晶圆正面的结构接触而损伤晶圆正面结构。本发明中，首先提供一用于承载晶圆的工作台，工作台上表面具有连通工作腔的酸洗口。当晶圆置于该工作台上时，酸洗口四周的框体与晶圆四周边缘接触，使晶圆覆盖所述酸洗口，并且晶圆待蚀刻的部位位于所述酸洗口内。

此时，晶圆待蚀刻的背面与晶圆需避免被蚀刻的正面相互隔离，进行蚀刻时，晶圆正面不受任何影响。

由于晶圆背面的原生氧化层较薄，为有效除去该原生氧化层，同时避免损伤晶圆，本发明中，优选情况下，如上述步骤S2，将晶圆置于工作台上之后，先在晶圆背面形成一层水膜。在具有该水膜的前提下，采用后续的步骤S3进行蚀刻时可更均匀的对晶圆背面的原生氧化层进行蚀刻，有效去除原生氧化层的同时，避免损伤晶圆。

在晶圆背面形成水膜的方法可以为常规的各种，例如，通过惰性气体将水雾化，雾化后的水再在晶圆背面凝结形成上述水膜。具体方式可以为，向水内部通入惰性气体，通过惰性气体将水分带出，含有大量水分的气流流动至晶圆背面后会在晶圆背面凝结成水。

为便于惰性气体有效的将水分雾化带出，优选情况下，先将水加热至75℃以上，然后再通入惰性气体，将其雾化。

在晶圆背面形成上述水膜之后，如步骤S3，在所述工作腔内形成氢氟酸酸雾，使所述氢氟酸酸雾溶于所述水膜，对所述晶圆背面进行蚀刻处理。

类似的，可通过惰性气体将氢氟酸雾化形成所述氢氟酸酸雾，并将所述氢氟酸酸雾通入工作腔内。具体方式同样可以为：向氢氟酸液内部通入惰性气体，通过惰性气体将氢氟酸分带出，带有氢氟酸的气流流动至晶圆背面，与水膜结合后会对晶圆背面的原生氧化膜进行腐蚀，从而实现酸洗蚀刻的目的。

如前所述，为便于惰性气体有效的将氢氟酸带出，本发明中，优选情况下，先将氢氟酸溶液加热至75℃以上，然后再通入惰性气体，将其雾化。

对于上述步骤S2和S3，其中所采用的惰性气体可以为常规的各种惰性气体，本发明中，惰性气体可以采用化学领域常用的氮气、氦气、氖气、氩气等。

根据本发明，为进一步提高蚀刻的均匀性，优选情况下，所述工作台内部设置有隔板，所述隔板将所述工作台的内腔分割成工作腔和缓冲腔，所述工作腔位于所述缓冲腔上方；所述隔板上开设有多个连通所述工作腔和缓冲腔的通孔。

在此结构下，所述步骤S2中，在所述缓冲腔内喷出水雾，并使所述水雾通过隔板运动至工作腔内，在所述晶圆背面形成水膜。

重要的是，所述步骤S3中，在所述缓冲腔内喷出氢氟酸酸雾，并使所述氢氟酸酸雾通过隔板运动至工作腔内，并溶于所述水膜。

通过上述隔板可通过缓冲腔将氢氟酸酸雾匀化，使不同区域的氢氟酸量更均匀，利于更均匀有效的对晶圆背面的原生氧化膜进行蚀刻。

本发明中，优选情况下，在所述步骤S3之后还包括在所述工作腔内通入惰性气体，对所述晶圆进行干燥处理。通过上述干燥处理，可有效的避免在后续蚀刻完成后取片时含有氢氟酸的雾体蚀刻晶圆的正面。

如前所述，上述惰性气体可以采用化学领域常用的氮气、氦气、氖气、氩气等。

通过本发明提供的酸液蚀刻方法，可一次性将晶圆背面的原生氧化膜去除，简化了工序，大大提高了工作效率。同时可降低碎片率。

同时，本发明还提供了一种采用上述方法对晶圆背面的原生氧化膜进行酸洗蚀刻的清洗机，具体机体、工作台、用于容纳氢氟酸的氢氟酸罐、用于容纳水的水罐、惰性气源和喷嘴；所述工作台固定于机体上，工作台内部具有工作腔，所述工作台上表面具有连通工作腔的酸洗口；所述氢氟酸罐的底部和水罐的底部各自独立的可开启或闭合的连通至惰性气源；所述喷嘴固定于工作台底部，并且所述喷嘴的喷口连通至工作腔，喷嘴的入口连接至所述氢氟酸罐和水罐的顶部，并可择一连通。

上述机体形成清洗机的主体框架。工作台固定于机体上。具体的，清洗机可以包括支撑板，所述工作台设置于支撑板上。

上述氢氟酸罐用于盛放氢氟酸溶液。本发明中，具体可以采用浓度为49％的氢氟酸溶液。氢氟酸罐的底部可开启或闭合的连通至惰性气源。例如，氢氟酸罐的底部设置有通气嘴，通气嘴通过气管连通至惰性气源，并且可通过通气嘴控制气管的通断。当氢氟酸罐连通至惰性气源时，惰性气源向氢氟酸罐内持续通入惰性气体，用以将氢氟酸雾化和带出。

上述水罐用于盛放去离子水。同样的，水罐的底部可开启或闭合的连通至惰性气源。例如，水罐的底部设置有通气嘴，通气嘴通过气管连通至惰性气源，并且可通过通气嘴控制气管的通断。当水罐连通至惰性气源时，惰性气源向水罐内持续通入惰性气体，用以将水雾化和带出。

根据本发明，上述喷嘴固定于工作台底部，并且所述喷嘴的喷口连通至工作腔，喷嘴的入口连接至所述氢氟酸罐和水罐的顶部，并可择一连通。

具体的，可采用具有两个入口的三通阀门，三通阀门的两个入口分别连通至氢氟酸罐和水罐的顶部，三通阀门的出口连通至喷嘴的入口。同时，喷嘴的喷口连通至工作腔，当氢氟酸罐通过三通阀门经喷嘴连通至工作腔时，水罐经三通阀门至喷嘴的通路关断，反之，当水罐通过三通阀门经喷嘴连通至工作腔时，氢氟酸罐经三通阀门至喷嘴的通路关断。

此时，通过惰性气源向水罐内通入惰性气体，惰性气体将水雾化并通过气流将水雾通过三通阀门经喷嘴喷入工作腔，从而在晶圆背面形成水膜。同样的，通过惰性气源向氢氟酸罐内通入惰性气体，惰性气体将氢氟酸雾化并通过气流将含有氢氟酸酸雾通过三通阀门经喷嘴喷入工作腔，溶于水膜后即可进行蚀刻。

如前所述，为使对晶圆背面的蚀刻更均匀的进行，优选情况下，所述清洗机还包括隔板；所述隔板设置于工作台内部，并将工作台的内腔分割成工作腔和缓冲腔，所述工作腔位于所述缓冲腔上方；所述隔板上开设有多个连通所述工作腔和缓冲腔的通孔；所述喷嘴的喷口位于所述缓冲腔内。

在此结构下，上述带有水分的气流从喷嘴的喷口进入缓冲腔，经过隔板匀化后通过隔板上的通孔进入工作腔，在晶圆背面形成水膜。同样的，带有氢氟酸的酸雾从喷嘴的喷口进入缓冲腔，经过隔板匀化后通过隔板上的通孔进入工作腔，溶于水膜后即可进行蚀刻。

根据本发明，为进一步提高蚀刻的均匀性，优选情况下，工作台底部设置有多个喷嘴，多个喷嘴在工作台底部均匀分布。

对于本发明提供的清洗机，还包括酸液添加口，所述酸液添加口连通至氢氟酸罐。可通过上述酸液添加口向氢氟酸罐内添加氢氟酸。具体的，上述酸液添加口可设置于支撑板上，并通过管道连通至氢氟酸罐。

下面结合图1-图4对本发明优选实施方式提供的清洗机的结构进行进一步说明。

具体参见图1和图3，该清洗机包括长方体状机体1，机体1中部水平设置有支撑板2。支撑板2上设置有工作台7和酸液添加口6。

具体参见图2和图4，工作台7为长方体状。工作台7内部中空。工作台7内部水平设置有隔板8，隔板8上开设有多个通孔。隔板8将工作台7的内腔分割为工作腔71和缓冲腔72。工作腔71位于缓冲腔72上方，并且工作腔71与缓冲腔72通过隔板8上的通孔连通。

同时，工作台7上表面具有酸洗口，酸洗口与工作腔71连通。

工作台7底部设置有8个喷嘴9，喷嘴9的喷口位于缓冲腔72内。

继续参见图1和图3，氢氟酸罐3和水罐4并排设置于支撑板2下方，氢氟酸罐3和水罐4的底部均通过通气嘴5各自独立的通过气管连通至氮气气源(图中未示出)。通过通气嘴5控制气管的通断。

氢氟酸罐3的顶部和水罐4的顶部均通过气管连通至8个喷嘴9的入口，并且8个喷嘴9的入口均择一与氢氟酸罐3的顶部或水罐4的顶部连通。

支撑板2上的酸液添加口6通过管道连通至氢氟酸罐3，用于向氢氟酸罐3内添加酸液。

下面结合上述清洗机对本发明提供的酸洗蚀刻方法进行详细说明。

首先，将晶圆置于工作台7上，晶圆的背面向下并覆盖工作台7上的酸洗口。

其次，将水罐4与喷嘴9的入口连通。并通过氮气气源向水罐4内通入氮气，氮气将水罐4内的水分雾化。含有水分的气流通过喷嘴9的喷口喷入缓冲腔72，经过隔板8的匀化作用后，经隔板8上的通孔进入工作腔71，与覆盖于酸洗口上的晶圆背面接触冷凝，逐渐在晶圆背面形成水膜。

然后，关闭水罐4至喷嘴9的通路，将氢氟酸罐3与喷嘴9的入口连通。通过氮气气源向氢氟酸罐3内通入氮气，氮气气流携带氢氟酸通过喷嘴9的喷口喷入缓冲腔72，经过隔板8的匀化作用后，经隔板8上的通孔进入工作腔71，与覆盖于酸洗口上的晶圆背面的水膜接触并溶于水膜，逐渐对晶圆背面的原生氧化膜进行蚀刻处理，直至将原生氧化膜除去。

最后通过氮气气源向工作腔71内通入干燥的氮气，将经过蚀刻处理的晶圆背面进行干燥处理。

上述方法可稳定有效的除去晶圆背面的原生氧化膜，并且不会对晶圆正面的结构产生损伤。同时，上述方法简化了工艺，提高了生产效率。并且可大大降低碎片率。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种酸洗蚀刻方法，其特征在于，包括如下步骤；

S1、提供一工作台(7)，所述工作台(7)内部具有工作腔(71)，所述工作台(7)上表面具有连通工作腔(71)的酸洗口；将晶圆置于所述工作台(7)上，所述晶圆具有原生氧化层的背面朝下，并且覆盖所述酸洗口；所述晶圆待蚀刻的部位位于所述酸洗口内；

S2、在所述晶圆背面形成水膜；

S3、在所述工作腔(71)内形成氢氟酸酸雾，使所述氢氟酸酸雾溶于所述水膜，通过内部溶解有氢氟酸的水膜对所述晶圆背面进行蚀刻处理。

2.根据权利要求1所述的酸洗蚀刻方法，其特征在于，所述步骤S2中，通过惰性气体将水雾化，并使水雾在晶圆背面凝结形成所述水膜。

3.根据权利要求1所述的酸洗蚀刻方法，其特征在于，所述步骤S3中，通过惰性气体将氢氟酸雾化形成所述氢氟酸酸雾，并将所述氢氟酸酸雾通入工作腔(71)内。

4.根据权利要求2或3所述的酸洗蚀刻方法，其特征在于，先将所述水和/或氢氟酸加热到75℃以上，然后再将其雾化。

5.根据权利要求1-3中任意一项所述的酸洗蚀刻方法，其特征在于，所述工作台(7)内部设置有隔板(8)，所述隔板(8)将所述工作台(7)的内腔分割成工作腔(71)和缓冲腔(72)，所述工作腔(71)位于所述缓冲腔(72)上方；

所述隔板(8)上开设有多个连通所述工作腔(71)和缓冲腔(72)的通孔；

所述步骤S2中，在所述缓冲腔(72)内喷出水雾，并使所述水雾通过隔板(8)运动至工作腔(71)内，在所述晶圆背面形成水膜；

所述步骤S3中，在所述缓冲腔(72)内喷出氢氟酸酸雾，并使所述氢氟酸酸雾通过隔板(8)运动至工作腔(71)内，并溶于所述水膜。

6.根据权利要求5所述的酸洗蚀刻方法，其特征在于，在所述步骤S3之后还包括在所述工作腔(71)内通入惰性气体，对所述晶圆进行干燥处理。

7.根据权利要求2、3、6中任意一项所述的酸洗蚀刻方法，其特征在于，所述惰性气体为氮气。

8.一种清洗机，其特征在于，包括机体(1)、工作台(7)、用于容纳氢氟酸的氢氟酸罐(3)、用于容纳水的水罐(4)、惰性气源和喷嘴(9)；

所述工作台(7)固定于机体(1)上，工作台(7)内部具有工作腔(71)，所述工作台(7)上表面具有连通工作腔(71)的酸洗口；

所述氢氟酸罐(3)的底部可开启或闭合的连通至惰性气源；所述水罐(4)的底部可开启或闭合的连通至惰性气源；

所述喷嘴(9)固定于工作台(7)底部，并且所述喷嘴(9)的喷口连通至工作腔(71)，喷嘴(9)的入口连接至所述氢氟酸罐(3)和水罐(4)的顶部，并可择一连通。

9.根据权利要求8所述的清洗机，其特征在于，所述清洗机还包括隔板(8)；

所述隔板(8)设置于工作台(7)内部，并将工作台(7)的内腔分割成工作腔(71)和缓冲腔(72)，所述工作腔(71)位于所述缓冲腔(72)上方；

所述隔板(8)上开设有多个连通所述工作腔(71)和缓冲腔(72)的通孔；

所述喷嘴(9)的喷口位于所述缓冲腔(72)内。

10.根据权利要求8或9所述的清洗机，其特征在于，所述清洗机还包括支撑板(2)，所述工作台(7)设置于支撑板(2)上；

所述工作台(7)底部设置有多个喷嘴(9)；

所述支撑板(2)上还设置有酸液添加口(6)，所述酸液添加口(6)连通至氢氟酸罐(3)。