CN109930205B - 一种去除单晶硅棒表面机械损伤层的装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种去除单晶硅棒表面机械损伤层的装置及方法。该装置包括腐蚀槽和喷淋式清洗水管，其中，腐蚀槽分为三个相互隔绝、尺寸不同的长方体形腐蚀槽；每个腐蚀槽相对的两侧壁上分别设有螺孔，每个螺孔上穿设有螺杆，螺杆位于槽内的一端连接夹持块，单晶硅棒被夹持在两个带有卡槽的夹持块之间，通过旋转螺杆使夹持块夹紧单晶硅棒；螺杆位于槽外的一端通过连接杆连接旋转电机，旋转电机驱动螺杆带动单晶硅棒和夹持块旋转；在腐蚀槽的所述两侧壁的上沿分别设有喷淋式清洗水管，水管上设有调节水流量的开关，且有多个喷嘴均匀分布在水管上。本发明可以提高单晶硅棒腐蚀和清洗的均匀性，减少单晶硅棒表面的雪花状斑块，增加单晶硅棒表面光亮度。
Description
技术领域
本发明涉及一种去除单晶硅棒表面机械损伤层的装置及方法，属于单晶硅棒加工技术领域。
背景技术
2016年下半年，全球半导体市场复苏，全年市场规模达到3300亿美元，比2015年增长1.1％。2017年上半年，全球半导体市场规模达到1905亿美元，同比增长21.00％，属2010年以来增长最快、规模最大的半年度市场份额。全球半导体产业进入温和增长期。在半导体产业持续增长的带动下，最基础的单晶硅材料产业也在持续稳定地发展。用于硅部件和芯片制造的单晶硅棒需求量大大增加，高效、高质量地去除滚磨后单晶硅棒表面机械损伤层显得尤为重要。
目前，去除单晶硅棒表面机械损伤层的腐蚀槽尺寸与单晶硅棒尺寸相差较大，使用腐蚀剂和高纯水存在浪费现象，增加了生产成本和腐蚀剂带来的环境压力。腐蚀和清洗过程的不均匀性，造成单晶硅棒表面存在许多雪花状斑块，不利于观察单晶硅棒表面形态。
发明内容
本发明的目的在于提供一种去除单晶硅棒表面机械损伤层的装置，以提高单晶硅棒腐蚀和清洗的均匀性，减少单晶硅棒表面的雪花状斑块，增加单晶硅棒表面光亮度。
本发明的另一目的在于提供一种使用所述装置去除单晶硅棒表面机械损伤层的方法。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种去除单晶硅棒表面机械损伤层的装置，该装置包括腐蚀槽和喷淋式清洗水管，其中，腐蚀槽分为三个相互隔绝、尺寸不同的长方体形腐蚀槽；每个腐蚀槽相对的两侧壁上分别设有螺孔，每个螺孔上穿设有螺杆，螺杆位于槽内的一端连接夹持块，单晶硅棒被夹持在带有卡槽的两个夹持块之间，通过旋转螺杆使夹持块夹紧单晶硅棒；螺杆位于槽外的一端通过连接杆连接旋转电机，旋转电机驱动螺杆带动单晶硅棒和夹持块旋转；在腐蚀槽的所述两侧壁的上沿分别设有喷淋式清洗水管，水管上设有调节水流量的开关，且有多个喷嘴均匀分布在水管上。
优选地，所述三个腐蚀槽的清洗水管单独控制开关。
优选地，所述喷嘴喷射雾状水流，相邻喷嘴之间的距离为80-100mm。
优选地，所述夹持块具有与单晶尺寸和形状相匹配的卡槽。
优选地，所述旋转电机可以调节单晶硅棒的旋转方向和旋转速度。
一种使用所述装置去除单晶硅棒表面机械损伤层的方法，包括以下步骤：
(1)将单晶硅棒置于与之尺寸匹配的腐蚀槽内，旋转螺杆将单晶硅棒夹持在夹持块之间；
(2)将腐蚀剂倒入腐蚀槽，直至腐蚀剂没过单晶硅棒；
(3)打开旋转电机开关，设置转速与旋转方向切换周期，转速为5-10rpm，切换周期为1-2min，腐蚀时间为5-15min。
(4)将腐蚀剂排放至回收槽，并对单晶硅棒进行清洗，控制喷嘴的水流量为500-1000mL/min；
其中，所述腐蚀剂为腐蚀剂由氢氟酸、硝酸组成，氢氟酸的质量浓度为40％-42％，硝酸的质量浓度为65％-68％，氢氟酸与硝酸的体积比为1∶(3.9～4.3)。
本发明的优点在于：
本发明可以减少用酸量和用水量，降低腐蚀剂和高纯水成本。本发明可以使单晶硅棒更均匀地被腐蚀和清洗，减少单晶表面雪花状的斑块，增加单晶表面光亮度，从而更便于观察单晶表面形态。
附图说明
图1是本发明的去除单晶硅棒表面机械损伤层装置的结构示意图。
图2是具有标识面的单晶硅棒的结构示意图，图中a面为标识面。
图3是位于夹持块端部的单晶硅棒卡槽示意图。
图4是喷淋式清洗水管的结构示意图。
具体实施方式
下面通过附图和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。
如图1所示，为本发明去除单晶硅棒表面机械损伤层装置的结构示意图。该装置包括腐蚀槽和喷淋式清洗水管，其中，腐蚀槽设置在底座1上，分为三个相互隔绝、尺寸不同的长方体形腐蚀槽2、3、4；每个腐蚀槽相对的两侧壁5上分别设有螺孔7，每个螺孔7上穿设有螺杆6，螺杆6位于槽内的一端连接夹持块13，单晶硅棒10、11、12分别被夹持在两个夹持块之间，其中，单晶硅棒10为6英寸单晶硅棒，单晶硅棒11为8英寸单晶硅棒，单晶硅棒12为15英寸单晶硅棒。如2所示，为单晶硅棒的结构示意图，单晶硅棒具有标识面a。如图3所示，夹持块13上设有与单晶硅棒尺寸和形状相匹配的卡槽。通过旋转螺杆6使两个夹持块13牢固的夹持单晶硅棒的两端。螺杆6位于槽外的一端通过连接杆8连接旋转电机14，旋转电机14驱动螺杆6带动单晶硅棒和夹持块旋转，并可以调节旋转方向和旋转速度。两个喷淋式清洗水管9分别固定在腐蚀槽侧壁5的上沿，水管上设有调节水流量的开关，且有多个喷嘴15均匀分布在水管9上(如图4所示)，从喷嘴喷射出的水流呈雾状。
实施例1
首先，提供去除单晶硅棒表面机械损伤层的腐蚀剂和单晶硅棒。本实施例中，待腐蚀单晶硅棒的直径为152.4mm，长度为400mm，采用腐蚀槽2对单晶棒进行腐蚀和清洗。腐蚀剂由氢氟酸、硝酸组成，氢氟酸的质量浓度为40％，硝酸的质量浓度为65％。氢氟酸、硝酸溶液的比例为1∶4.1。
然后，通过旋转螺杆，将单晶硅棒牢固地夹持在两个夹持块之间，并连接螺杆、连接杆及旋转电机。
接着，将腐蚀剂倒入腐蚀槽，直至腐蚀剂没过单晶硅棒。打开旋转电机开关，设置转速与旋转方向切换周期，本实施例中转速和切换周期为分别为6rpm和1min，腐蚀时间为6min。
接着，将腐蚀剂排放至回收槽，并对单晶硅棒进行清洗。开启腐蚀槽的清洗水管，直至水面没过单晶硅棒，本实施例中，相邻喷嘴之间的距离间隔为80mm，控制喷嘴的水流量为750mL/min。关闭清洗水管，浸泡5min，排水至回收槽。如此重复3次。
检验单晶尺寸，直径为151.6mm，去除机械损伤层厚度为0.4mm。观察单晶外观，腐蚀均匀，表面光亮，无雪花状斑块。
实施例2
去除单晶硅棒表面机械损伤层的步骤与实施例1基本相同，其区别在于，所腐蚀单晶硅棒的直径为204.2mm，长度为300mm，采用腐蚀槽3对单晶硅棒进行腐蚀和清洗。
检验单晶尺寸，直径为203.2mm，去除机械损伤层厚度为0.5mm。观察单晶外观，腐蚀均匀，表面光亮，无雪花状斑块。
Claims (4)
1.一种去除单晶硅棒表面机械损伤层的方法，其特征在于，该方法中所使用的装置包括腐蚀槽和喷淋式清洗水管，其中，腐蚀槽分为三个相互隔绝、尺寸不同的长方体形腐蚀槽；每个腐蚀槽相对的两侧壁上分别设有螺孔，每个螺孔上穿设有螺杆，螺杆位于槽内的一端连接夹持块，所述夹持块具有与单晶尺寸和形状相匹配的卡槽；两个夹持块夹持单晶棒的两端，通过旋转螺杆使夹持块夹紧单晶硅棒；螺杆位于槽外的一端通过连接杆连接旋转电机，旋转电机驱动螺杆带动单晶硅棒和夹持块旋转；在腐蚀槽的所述两侧壁的上沿分别设有喷淋式清洗水管，水管上设有调节水流量的开关，且有多个喷嘴均匀分布在水管上；该方法包括以下步骤：
(1)将单晶硅棒置于与之尺寸匹配的腐蚀槽内，旋转螺杆将单晶硅棒夹持在夹持块之间；
(2)将腐蚀剂倒入腐蚀槽，直至腐蚀剂没过单晶硅棒；所述腐蚀剂为由氢氟酸、硝酸组成，氢氟酸的质量浓度为40％-42％，硝酸的质量浓度为65％-68％，氢氟酸与硝酸的体积比为1:(3.9～4.3)；
(3)打开旋转电机开关，设置转速与旋转方向切换周期，转速为5-10rpm，切换周期为1-2min，腐蚀时间为5-15min；
(4)将腐蚀剂排放至回收槽，并对单晶硅棒进行清洗，控制喷嘴的水流量为500-1000mL/min。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述三个长方体形腐蚀槽的清洗水管单独控制开关。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述喷嘴喷射雾状水流，相邻喷嘴之间的距离为80-100mm。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述旋转电机调节单晶硅棒的旋转方向和旋转速度。
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