CN108878262A - 一种高掺杂Si衬底器件底层SI定量去除方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高掺杂Si衬底器件底层SI定量去除方法，器件中包括高掺杂衬底层、低掺杂外延层、器件层和保护层，其特征在于，包括步骤：1)在高掺杂衬底层的上表面覆盖低掺杂外延层；2)在低掺杂外延层的上表面制备器件，形成器件层；3)在器件层的上表面覆盖保护层；4)将步骤3)中得到的圆片进行倒置后，对高掺杂衬底层进行机械减薄；5)使用1#Si腐蚀液对步骤4)中减薄后的高掺杂衬底层进行湿法腐蚀，直至高掺杂衬底层全部去除；6)使用2#Si腐蚀液对步骤5)中裸露出的低掺杂外延层进行湿法腐蚀，直至低掺杂外延层的厚度为1～100μm。

Description

一种高掺杂Si衬底器件底层SI定量去除方法

技术领域

本发明涉及柔性半导体技术领域，具体是一种高掺杂Si衬底器件底层SI定量去除方法。

背景技术

柔性半导体器件凭借其可延展、可弯曲、低成本、低功耗等突出优势而存在广阔的应用前景，如曲面显示、智能标签、小型计算芯片、可穿戴设备等。这些器件需要由柔性材料制成。体硅硬而脆，但是当其经过硅微机械加工，厚度薄至几十甚至几各微米后，在有机柔性材料的保护下，就依然能够表现出很好的柔韧可弯曲性能。

硅微机械加工技术广泛应用于各种半导体器件的加工领域，它包含了常规减薄，化学机械抛光，干法刻蚀，湿法腐蚀等方法。其中，常规减薄和化学机械抛光两项技术分别拥有极高的SI定量去除效率和优秀的SI取出后表观粗糙度控制能力，但与此同时也都存在着对被加工衬底片的机械损伤，这种机械损伤在宏观和微观上都广泛存在，从而限制了其在柔性半导体制造技术中的深入应用。

对于柔性半导体制造技术来说，为了去除不同掺杂浓度的SI的同时又保证极薄的器件层免受各种机械损伤，干法刻蚀和湿法腐蚀等SI的去除方法就显得尤为关键。

SI干法刻蚀方法由于技术原因，只能局限于SI图形的刻蚀，无法广泛满足对于光片整面SI的刻蚀需求。

而常规的SI湿法腐蚀方法由于腐蚀液的使用限制以及均匀性和选择比偏低而无法广泛应用。例如，用于SI腐蚀的有机腐蚀液通常含有剧毒不便于操作；用于SI腐蚀的碱性腐蚀液腐蚀速率偏低且其中含有大量金属离子存在；用于SI腐蚀的HNO₃-HF-HAC腐蚀液对不同掺杂浓度的SI腐蚀速率差异太大，无法用于低掺杂SI材料的腐蚀工艺等等。

因此，现有技术中亟需一种新的可以实现高掺杂Si衬底器件底层SI定量去除的方法。

发明内容

本发明的目的是解决现有技术中存在的问题，提供一种高掺杂Si衬底器件底层SI定量去除方法。

为实现本发明目的而采用的技术方案是这样的，一种高掺杂Si衬底器件底层SI定量去除方法，器件中包括高掺杂衬底层、低掺杂外延层、器件层和保护层，其特征在于，包括步骤：

1)在高掺杂衬底层的上表面覆盖低掺杂外延层。

2)在低掺杂外延层的上表面制备器件，形成器件层。

3)在器件层的上表面覆盖保护层。

4)将步骤3)中得到的圆片进行倒置后，对高掺杂衬底层进行机械减薄。

5)使用1#Si腐蚀液对步骤4)中减薄后的高掺杂衬底层进行湿法腐蚀，直至高掺杂衬底层全部去除。

6)使用2#Si腐蚀液对步骤5)中裸露出的低掺杂外延层进行湿法腐蚀，直至低掺杂外延层的厚度为1～100μm。

进一步，所述低掺杂外延层的厚度为10～120μm。

进一步，所述保护层包括有机覆盖物或键合Si。所述有机覆盖物包括蓝膜或光刻胶。

进一步，所述步骤4)中减薄后的高掺杂衬底层的厚度小于120μm。

进一步，所述器件层的厚度为2～10μm。

进一步，所述步骤5)中1#Si腐蚀液为自配混合液，所述1#Si腐蚀液的原料包括硝酸、缓冲氧化物刻蚀液、醋酸和硫酸；

所述硝酸在自配混合液中的体积分数小于30％；

所述缓冲氧化物刻蚀液在自配混合液中的体积分数小于50％；

所述醋酸在自配混合液中的体积分数小于30％；

所述硫酸在自配混合液中的体积分数小于40％。

所述1#Si腐蚀液对不同掺杂浓度SI的腐蚀速率差异明显，对(低阻SI)/(高阻SI)有高选择比。腐蚀使用特殊设备，可以通过参数调整获得较高的腐蚀均匀性。

进一步，所述步骤6)中2#Si腐蚀液为自配混合液，所述2#Si腐蚀液的原料包括硝酸、缓冲氧化物刻蚀液、盐酸和磷酸；

所述硝酸在自配混合液中的体积分数小于20％；

所述缓冲氧化物刻蚀液在自配混合液中的体积分数小于50％；

所述盐酸在自配混合液中的体积分数小于40％；

所述磷酸在自配混合液中的体积分数小于40％。

所述2#Si腐蚀液对(低阻SI)/(高阻SI)基本无选择性。腐蚀使用的特殊设备可以通过参数调整获得高的腐蚀均匀性。

本发明的技术效果是毋庸置疑的，本发明具有以下优点：

1)本发明采用了机械去除+化学去除的复合去除方法，提高了工艺效率，避免了器件层的机械损伤；

2)本发明中使用的1#Si腐蚀液对(低阻SI)/(高阻SI)选择比高于40︰1，甚至可以达到无穷大，可以保证在对残余高掺杂SI过腐蚀过程中有效控制其对低掺杂外延Si层的腐蚀量。

3)本发明中使用的2#Si腐蚀液对不同掺杂浓度SI的腐蚀速率没有选择性，可以广泛适用于不同掺杂浓度的外延层结构。

4)本发明采用了双段湿法腐蚀工艺来实现高掺杂衬底底层SI/低掺杂外延Si层定量去除，经过试片后，两段湿法腐蚀工艺可以在一台机台上通过整合成一个工艺菜单，一次腐蚀过程就能实现，工艺简单、生产效率高。

附图说明

图1为在高掺杂衬底片上制备低掺杂外延层和器件层后的剖面示意图；

图2为在图1的器件层顶部作保护层后的剖面示意图；

图3为在图2硅片倒置后对高掺杂底层SI减薄后的剖面示意图；

图4为在图3的硅片上对高掺杂底层SI湿法腐蚀后的剖面示意图；

图5为在图4的硅片上对低掺杂外延SI层湿法腐蚀后的剖面示意图；

图6为整体流程的结构示意图。

图中：高掺杂衬底层101、被减薄去除的高掺杂衬底层1011、减薄去除后剩余的高掺杂衬底层/被湿法去除的高掺杂衬底层1012、低掺杂外延层102、被湿法去除的低掺杂外延层1021、湿法去除后剩余的低掺杂外延层1022、器件层103和保护层104。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步说明，但不应该理解为本发明上述主题范围仅限于下述实施例。在不脱离本发明上述技术思想的情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段，做出各种替换和变更，均应包括在本发明的保护范围内。

实施例1：

如图6所示，一种高掺杂Si衬底器件底层SI定量去除方法，器件中包括高掺杂衬底层101、低掺杂外延层102、器件层103和保护层104，其特征在于，包括步骤：

1)在高掺杂衬底层101的上表面覆盖低掺杂外延层102。

所述低掺杂外延层102的厚度为10～120μm。

2)在低掺杂外延层102的上表面制备器件，形成器件层103。

所述器件层103的厚度为2～10μm。

3)在器件层103的上表面覆盖保护层104。

所述保护层104包括有机覆盖物或键合Si。所述有机覆盖物包括蓝膜或光刻胶。

4)将步骤3)中得到的圆片进行倒置后，对高掺杂衬底层101进行机械减薄。

所述减薄后的高掺杂衬底层101的厚度小于120μm。

5)使用1#Si腐蚀液对步骤4)中减薄后的高掺杂衬底层101进行湿法腐蚀，直至高掺杂衬底层101全部去除。

所述1#Si腐蚀液为自配混合液，所述1#Si腐蚀液的原料包括硝酸、缓冲氧化物刻蚀液、醋酸和硫酸；

所述硝酸在自配混合液中的体积分数小于30％；

所述缓冲氧化物刻蚀液在自配混合液中的体积分数小于50％；

所述醋酸在自配混合液中的体积分数小于30％；

所述硫酸在自配混合液中的体积分数小于40％。

所述1#Si腐蚀液对不同掺杂浓度SI的腐蚀速率差异明显，对(低阻SI)/(高阻SI)有高选择比。腐蚀使用特殊设备，可以通过参数调整获得较高的腐蚀均匀性。

6)使用2#Si腐蚀液对步骤5)中裸露出的低掺杂外延层102进行湿法腐蚀，直至低掺杂外延层102的厚度为1～100μm。

所述2#Si腐蚀液为自配混合液，所述2#Si腐蚀液的原料包括硝酸、缓冲氧化物刻蚀液、盐酸和磷酸；

所述硝酸在自配混合液中的体积分数小于20％；

所述缓冲氧化物刻蚀液在自配混合液中的体积分数小于50％；

所述盐酸在自配混合液中的体积分数小于40％；

所述磷酸在自配混合液中的体积分数小于40％。

所述2#Si腐蚀液对(低阻SI)/(高阻SI)基本无选择性。腐蚀使用的特殊设备可以通过参数调整获得高的腐蚀均匀性。

实施例2：

一种高掺杂Si衬底器件底层SI定量去除方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)如图1所示，在高掺杂衬底层101上制备低掺杂外延层102和器件层103；

具体的：选用P型、<100>、厚625±20um、电阻率0.02～0.08Ω˙cm的高掺杂衬底层101；

在高掺杂衬底层101的上表面制备30um，电阻率为10～20Ω˙cm的低掺杂外延层102，并在低掺杂外延层102的上表面制备器件层103；

2)如图2所示，在步骤1)中得到的器件层103的上表面键合SI片；具体的：运用临时键合技术使用某种键合剂在器件层表面键合SI片；

3)如图3所示，对步骤2)中的wafer倒置，对高掺杂衬底层101进行减薄；

具体的：对步骤1)中的P型、<100>晶向、厚度625±20um、电阻率0.02～0.08Ω˙cm的高掺杂衬底层101进行常规机械减薄；

减薄过程分别使用某两种目数的磨轮进行粗减薄和细减薄，减薄至高掺杂衬底层101的剩余厚度为100～120um；

4)如图4所示，使用1#SI腐蚀液对步骤3)中的得到的减薄去除后剩余的高掺杂衬底层1012进行湿法腐蚀，直至减薄去除后剩余的高掺杂衬底层1012全部去除，使得低掺杂外延层102裸露；

具体的：对步骤3)中剩余的约100～120um厚度的减薄去除后剩余的高掺杂衬底层1012，使用HNO₃-BOE-HAC-H₂SO₄混合腐蚀液在特殊装置上进行腐蚀；

腐蚀前试片监控腐蚀速率，从而计算出所需要的腐蚀时间；

混合腐蚀液中各组分的体积分数分别为：HNO₃ 0～30％，BOE 0～50％，HAC 0～30％，H₂SO₄ 0～40％；

由于1#SI混合腐蚀液对(低阻SI)/(高阻SI)的腐蚀速率选择比达40:1甚至更高，所以可通过腐蚀时间来保证减薄去除后剩余的高掺杂衬底层1012被完全去除；

5)如图5所示，使用2#Si腐蚀液对步骤4)中的得到的倒置低掺杂外延层102进行湿法腐蚀，从30um厚度腐蚀至剩余外延层厚度2～5um。

具体的：对低掺杂外延层102使用HNO₃-BOE-HCL-H₃PO₄混合腐蚀液在特殊装置上进行腐蚀；

腐蚀前试片监控腐蚀速率，从而计算出所需要的腐蚀时间；

混合腐蚀液中各组分的体积分数分别为：HNO₃ 0～20％，BOE 0～50％，HCL 0～40％，H₃PO₄ 0～40％；

通过调整腐蚀装置各项参数，可以保证低掺杂外延层102的去除量为20～25um的同时，TTV(对整个圆片不同区域厚度进行扫描测试，最大厚度与最小厚度的差值即为TTV)的增加值在1um以内。

Claims (7)

1.一种高掺杂Si衬底器件底层SI定量去除方法，器件中包括高掺杂衬底层(101)、低掺杂外延层(102)、器件层(103)和保护层(104)，其特征在于，包括步骤：

1)在高掺杂衬底层(101)的上表面覆盖低掺杂外延层(102)；

2)在低掺杂外延层(102)的上表面制备器件，形成器件层(103)；

3)在器件层(103)的上表面覆盖保护层(104)；

4)将步骤3)中得到的圆片进行倒置后，对高掺杂衬底层(101)进行机械减薄；

5)使用1#Si腐蚀液对步骤4)中减薄后的高掺杂衬底层(101)进行湿法腐蚀，直至高掺杂衬底层(101)全部去除；

6)使用2#Si腐蚀液对步骤5)中裸露出的低掺杂外延层(102)进行湿法腐蚀，直至低掺杂外延层(102)的厚度为1～100μm。

2.根据权利要求1所述的一种高掺杂Si衬底器件底层SI定量去除方法，其特征在于：所述低掺杂外延层(102)的厚度为10～120μm。

3.根据权利要求1所述的一种高掺杂Si衬底器件底层SI定量去除方法，其特征在于：所述保护层(104)包括有机覆盖物或键合Si；所述有机覆盖物包括蓝膜或光刻胶。

4.根据权利要求1所述的一种高掺杂Si衬底器件底层SI定量去除方法，其特征在于：所述步骤4)中减薄后的高掺杂衬底层(101)的厚度小于120μm。

5.根据权利要求1所述的一种高掺杂Si衬底器件底层SI定量去除方法，其特征在于：所述器件层(103)的厚度为2～10μm。

6.根据权利要求1所述的一种高掺杂Si衬底器件底层SI定量去除方法，其特征在于：所述步骤5)中1#Si腐蚀液为自配混合液，所述1#Si腐蚀液的原料包括硝酸、缓冲氧化物刻蚀液、醋酸和硫酸；

所述硝酸在自配混合液中的体积分数小于30％；

所述缓冲氧化物刻蚀液在自配混合液中的体积分数小于50％；

所述醋酸在自配混合液中的体积分数小于30％；

所述硫酸在自配混合液中的体积分数小于40％。

7.根据权利要求1所述的一种高掺杂Si衬底器件底层SI定量去除方法，其特征在于：所述步骤6)中2#Si腐蚀液为自配混合液，所述2#Si腐蚀液的原料包括硝酸、缓冲氧化物刻蚀液、盐酸和磷酸；

所述硝酸在自配混合液中的体积分数小于20％；

所述缓冲氧化物刻蚀液在自配混合液中的体积分数小于50％；

所述盐酸在自配混合液中的体积分数小于40％；

所述磷酸在自配混合液中的体积分数小于40％。