CN106653561B

CN106653561B - 一种具有背吸杂能力的300mm重掺硅片的加工方法

Info

Publication number: CN106653561B
Application number: CN201510737156.2A
Authority: CN
Inventors: 冯泉林; 赵而敬; 李宗峰; 程凤伶; 盛方毓; 王永涛; 闫志瑞
Original assignee: Grinm Semiconductor Materials Co Ltd
Current assignee: Youyan semiconductor silicon materials Co.,Ltd.
Priority date: 2015-11-03
Filing date: 2015-11-03
Publication date: 2021-03-30
Anticipated expiration: 2035-11-03
Also published as: CN106653561A

Abstract

本发明公开了一种具有背吸杂能力的300mm重掺硅片的加工方法，该方法至少包括以下步骤：(1)切片；(2)倒角；(3)双面磨削；(4)单面化学腐蚀或单面磨削，去除硅片正面损伤层；(5)边缘抛光；(6)双面抛光；(7)在硅片正面和背面都沉积多晶硅；(8)边缘二次抛光；(9)正面多晶抛光去除；(10)最终抛光；(11)清洗检测。本发明结合300mm硅片的制造过程提出了一种新的硅片加工方法，通过磨削加工引入背面损伤和背面薄层多晶沉积相结合的方式，达到外吸杂的目的。通过本发明的方法加工的300mm硅片既能满足双面抛光的要求，同时能够获得可控的背面损伤层，避免了背面多晶沉积较厚时对硅片翘曲度的影响。

Description

一种具有背吸杂能力的300mm重掺硅片的加工方法

技术领域

本发明涉及一种具有背吸杂能力的300mm重掺硅片的加工方法，属于硅片加工制造技术领域。

背景技术

随着集成电路技术的飞速发展，300mm硅片已经取代200mm硅片成为集成电路加工的主流硅衬底。目前市场上主流的300mm硅片为轻掺P型片，但是市场上对300mm重掺硅片的需求也逐渐增加。在功率器件制造中，当前的主流衬底已经从6吋重掺硅片转移到8吋重掺杂硅片。但是随着成本降低的要求，衬底类型必然会向12吋转移。

重掺杂硅片由于掺杂浓度过高，因此在热过程中形成的内吸杂效果相对较弱，内吸杂无法满足器件制程中金属沾污的控制。特别是在一些高温热循环较多的制程，金属沾污非常容易扩散到器件工作区内导致器件失效。为了提高器件制造良率，提升器件使用寿命，6、8吋功率器件使用的重掺杂衬底需要在硅片背面引入外吸杂结构满足吸杂要求。所谓外吸杂就是通过背面损伤杂或者多晶沉积，在热处理后引入二次缺陷而达到吸杂的目的。引入外吸杂的方法主要有背面喷砂工艺、多晶硅沉积工艺，以及有磷扩散、离子注入和激光照射等。当前业界主要使用的外吸杂工艺是硅片背面损伤和多晶硅沉积。硅片背损伤吸杂是在抛光加工前，对硅片背面喷射高速石英砂(或者Al₂O₃砂)，达到对硅片背面晶格损伤的目的。背损伤的深度和晶格损伤程度和石英砂粒径以及喷速有关。多晶硅吸杂是在硅片背面沉积多晶硅，利用多晶硅对金属吸杂。

当重掺杂硅片在300mm加工时会面临两个矛盾：双面抛光和背损伤的矛盾、硅片翘曲度和多晶沉积的矛盾。300mm硅片的加工都需要双面抛光，通过双面抛光，硅片背面的颗粒数量被有效降低，但是双面抛光带来的后果是硅片背面无法做喷砂处理。当背面多晶沉积时，多晶硅的膨胀系数和衬底不一致会导致硅片翘曲度的增加。当300mm硅片引入多晶硅沉积后，多晶硅导致的翘曲增加，会因硅片直径变大效应而更加明显。因此，12吋重掺硅片加工过程需要引入新的外吸杂技术，改进加工工艺。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有背吸杂能力的300mm重掺硅片的加工方法，通过该方法加工的300mm硅片既能满足双面抛光的要求，同时能够获得可控的背面损伤层，避免了背面多晶沉积较厚时对硅片翘曲度的影响。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：

一种具有背吸杂能力的300mm重掺硅片的加工方法，该方法至少包括以下步骤：(1)切片；(2)倒角；(3)双面磨削；(4)单面化学腐蚀或单面磨削，去除硅片正面损伤层；(5)边缘抛光；(6)双面抛光；(7)在硅片正面和背面都沉积多晶硅；(8)边缘二次抛光，将边缘多晶和边缘损伤去除；(9)正面多晶抛光去除，将沉积在正面的多晶去除；(10)最终抛光，获得最优的抛光表面；(11)硅片清洗检测。

在本发明的加工方法中，针对双面磨削工艺、单面化学腐蚀/单面磨削工艺做调整，使得双面磨削时的加工残余损失残留在硅片背面。然后按照正常的加工工序对硅片做抛光加工处理。同时根据产品对吸杂能力的要求，适当的增加多晶沉积工艺获得更强的吸杂能力。

首先是针对双面磨削加工工艺的调整。双面磨削加工就是通过高速旋转的砂轮逐渐缓慢进刀，利用砂轮的高速旋转力对硅片表面做切削加工。在磨削过程中，砂轮会对硅片产生很强的冲击力和切削力。在正常的加工过程中，切削力是磨削加工工艺所需要的，主要目的是去除线切割加工时带来的损伤和刀痕。而冲击力本身会给硅片近表层带来新的晶格损伤层，需要后道工序中将这种损伤去除。本发明正是利用了双面磨削加工中冲击力导致的损伤效应，为了增加双面磨削产生的晶格损伤效应，本发明在双面磨削加工中使用的砂轮的粒径选择在1000-1500目，而在现有技术中正常的双面磨削加工时砂轮粒径选择在2000-3000目之间。在本发明的加工方法中，除了双面磨削加工中采用粒径较粗的砂轮以外，其他的磨削加工参数和正常双面磨削加工基本一致，磨削去除量也和正常加工一致。由于更换了粒径较粗的砂轮，所以经过双面磨削后硅片的正面和背面产生了更强的双面磨削损伤层。在后续加工中，需要将硅片正面的双面磨削损伤去除，而硅片背面的磨削损伤要保留下来做背吸杂用。

在本发明的加工方法中，双面磨削时硅片单面去除量在10-30μm的范围，砂轮的型号为1000-1500号砂轮，砂轮的转速为3000-5000转/min，砂轮的进刀速率为5-150μm/min。

此本发明的第二个关键步骤是将双面磨削导致的正面损伤层去除，而背面损伤要保留下来。去除硅片正面损伤的方法有化学腐蚀法和单面磨削两种方法。

化学腐蚀分为碱腐蚀和酸腐蚀两种类型，传统的化学腐蚀加工中，这两种化学腐蚀都是在化学槽内进行，同时腐蚀硅片正面和背面。而在本发明中，由于正面和背面去除量要求不一致，因此需要做单面腐蚀。单面腐蚀的装置如图1，通过选择酸腐蚀液(HF+HNO₃)或碱腐蚀液(KOH)，有效控制腐蚀液温度、硅片转速、腐蚀时间，将硅片正面的损伤层有效去除。

单面磨削加工也可以用来去除双面磨削导致的硅片正面损伤，正常的工艺是依次对硅片正面和背面做磨削。单面磨削选择的砂轮需要在6000-8000号左右。单面磨削加工的工艺条件和正常的单面磨削一致，根据磨削加工设备自身的设计特点，砂轮转速、进刀速率、冷却水速率均可做适当调整。对于本发明，需要对硅片正面做正常的磨削去除，而对于硅片的背面需要做适当的单面磨削处理，以去除明显的加工刀痕，但是一定要控制背面的磨削去除量。正面做正常的磨削去除量要不低于10μm，背面磨削去除量不高于5μm。

双面磨削加工和正面磨削损伤层去除工序是本发明的核心工序，经过这两道工序加工的硅片可以做边缘和后续的双面抛光处理。

本发明中的硅片双面抛光可以按照正常的加工工艺进行，硅片单面去除量在5-15μm即可。经过双面抛光的硅片需要做清洗处理，以去除双面抛光中的抛光液和表面金属。在双面抛光工艺中，背面损伤层被不断抛去，但是由于双面磨削导致的晶格缺陷应力较大，这样的晶格缺陷在抛光的机械力下向晶体内部延伸，因此背面损伤不会因为双面抛光去除量的增加而消失。

经过清洗的双面抛光片利用CVD的方法沉积多晶硅，以进一步增加吸杂性能。不同于普通多晶硅沉积过程，本发明的多晶硅沉积主要体现在以下两个方面：

1、多晶硅薄膜的沉积厚度：本发明的多晶硅沉积薄膜厚度为

正常的多晶硅薄膜一般沉积厚度为

以上。多晶硅沉积在硅片背面会影响硅片的翘曲度，特别是300mm硅片，多晶硅沉积对翘曲度的影响更加明显。在本发明中，利用背面损伤和多晶硅薄膜结合的方式，可以有效保障吸杂效果的同时，避免硅片翘曲大量增加。

2、多晶硅沉积时在双面抛光之后，这样保证硅片背面依旧是抛光面，不会有大量颗粒的聚集，与正常抛光片不同的是，硅片背面略有色差，但是这种色差不影响硅片的使用。

硅片在经过多晶沉积后，需要对硅片再次做边缘抛光，以去除边缘沉积的多晶。

经过边缘抛光的硅片先做正面多晶去除抛光，然后做最终抛光处理，由于多晶沉积时会对硅片正面和背面同时沉积，因此正面沉积的多晶首先被抛光。正面抛光的去除量一般控制在1μm的范围内，这样可以确保正面多晶被有效去除。经过正面多晶去除抛光后做最终抛光，将最终抛光后的抛光液、颗粒、金属等通过清洗去除，然后就可以做检测出厂。

本发明的优点在于：

本发明结合300mm硅片的制造过程提出了一种新的硅片加工方法，通过磨削加工引入背面损伤和背面薄层多晶沉积相结合的方式，达到外吸杂的目的。

1、通过改变双面磨削加工中的砂轮型号，加强双面磨削带来的表面损伤。在双面磨削后加工过程中，只去除正面损伤。因此磨削加工中的损伤结构被保留在硅片背面。

2、在双面抛光处理时，硅片背面的损伤部分被去除，但是大部分的损伤层无法被双面抛光去除，从而可以被用来充当吸杂层。

3、双面抛光后的多晶薄膜沉积，通过控制多晶薄膜的厚度，既能确保多晶薄膜对背损伤吸杂做有效补充，又能避免多晶薄膜恶化硅片翘曲。

附图说明

图1为单面化学腐蚀装置的结构示意图。

图2为实施例1获得的背吸杂效果图。

图3为实施例2获得的背吸杂效果图。

具体实施方式

以下通过结合附图和具体实施例对本发明做进一步说明，但并不意味着对本发明保护范围的限制。

实施例1

将<100>重掺B硅棒按照表2所示工艺路线加工，所谓硅棒就是将单晶经过滚磨、开槽后的单晶棒。本实施例中选择单面磨削来去除硅片的正面损伤，同时对硅片的背面去除了3μm的损伤层。

经过该工艺路线加工的硅片，先做模拟热处理(800℃，4小时+1000℃，16小时)，然后将硅片解理并腐蚀断面，然后在显微镜下分析缺陷分布，具体结果如图2所示。

表2实施例1的硅片的加工步骤

实施例2

将<100>重掺B硅棒按照表3所示工艺路线加工，所谓硅棒：就是将单晶经过滚磨、开槽后的单晶棒。本实施例中采用单面腐蚀的方法去除硅片正面的磨削损伤层，单面腐蚀的装置如图1所示。硅片通过吸盘载入环形卡盘(这时硅片的正面朝上)，卡盘带着硅片高速旋转，将腐蚀液滴到硅片正面，形成约5mm厚度的腐蚀液膜。在腐蚀结束时，通过取液泵将腐蚀液返回到腐蚀液存储罐中。在腐蚀结束后，向卡盘内注入纯水，冲洗硅片表面，同时将冲洗后的纯水用取液泵排走。本实施例中的腐蚀液是70℃的KOH溶液，KOH溶液在储存罐中恒温保存，并循环使用。

经过该工艺路线加工的硅片，先做模拟热处理(800℃，4小时+1000℃，16小时)，然后将硅片解理并腐蚀断面，然后在显微镜下分析缺陷分布，具体结果如图3所示。对比图2和图3，发现实施例2中缺陷密度更高，这是因为实施例2中的背面损伤层去除较少，从而吸杂效应更明显。

表3实施例2的硅片的加工步骤

Claims

1.一种具有背吸杂能力的300mm重掺硅片的加工方法，其特征在于，该方法至少包括以下步骤：(1)切片；(2)倒角；(3)双面磨削，使用的砂轮的粒径为1000-1500目，双面磨削时硅片单面去除量为10-30μm；(4)单面磨削，去除硅片正面损伤层，正面的磨削去除量不低于10μm，背面磨削去除量不高于5μm；(5)边缘抛光；(6)双面抛光；(7)在硅片正面和背面都沉积多晶硅，多晶硅的沉积厚度为

(8)边缘二次抛光；(9)正面多晶抛光去除；(10)最终抛光；(11)硅片清洗检测。

2.根据权利要求1所述的加工方法，其特征在于，所述砂轮的转速为3000-5000转/min，砂轮的进刀速率为5-150μm/min。

3.根据权利要求1所述的加工方法，其特征在于，所述步骤(4)单面磨削中使用的砂轮为6000-8000号砂轮。

4.根据权利要求1所述的加工方法，其特征在于，所述步骤(6)双面抛光时硅片单面去除量为5-15μm。