CN112410888A - 超薄晶圆的背面刻蚀液及刻蚀方法 - Google Patents

超薄晶圆的背面刻蚀液及刻蚀方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于半导体制造技术领域，具体涉及一种晶圆的背面刻蚀液及刻蚀方法。其中方法包括将晶圆经上料区上料；将晶圆从上料区置于第一刻蚀槽内，晶圆浸入混合液中，对晶圆的背面进行刻蚀；将晶圆置于第一溢流槽内进行第一次清洗；将晶圆置于第二刻蚀槽内，晶圆浸入混合液中，对晶圆的背面再次进行刻蚀；将晶圆置于第二溢流槽内进行第二次清洗；将晶圆置于氢氟酸槽，晶圆浸入氢氟酸液中去除表面的自然氧化膜；将晶圆置于第三溢流槽内进行第三次清洗；将晶圆经下料区下料，完成晶圆的刻蚀。采用本发明刻蚀液及方法得到的晶圆，表面平坦度好，一致性好，质量较佳。

Description

超薄晶圆的背面刻蚀液及刻蚀方法
技术领域
本发明属于半导体制造技术领域，具体涉及一种晶圆的背面刻蚀液及刻蚀方法。
背景技术
刻蚀技术(etching technique)，是在半导体工艺，按照掩模图形或设计要求对半导体衬底表面或表面覆盖薄膜进行选择性腐蚀或剥离的技术。刻蚀技术不仅是半导体器件和集成电路的基本制造工艺，而且还应用于薄膜电路、印刷电路和其他微细图形的加工。刻蚀可分为湿法刻蚀和干法刻蚀。
其中湿法刻蚀是最普遍和设备成本较低的刻蚀方法。在湿法刻蚀中，影响刻蚀速率及刻蚀质量的因素通常有刻蚀液配方、刻蚀温度及刻蚀时间。现有的刻蚀液在实现湿法刻蚀时，硫酸比例较高，均匀性不好，平坦度低，后续工艺蒸镀或者溅射后，容易产生芯片电阻增加，得到的晶圆产品性能衰减，致使产品质量较差，影响了后续工艺。
发明内容
本发明针对现有的湿法刻蚀得到的晶圆质量较差的技术问题，目的在于提供一种超薄晶圆的背面刻蚀液及刻蚀方法。
超薄晶圆的背面刻蚀液，包括混合液，所述混合液包括硫酸、硝酸和氢氟酸，所述硫酸、硝酸和氢氟酸的质量配比为5-7：2-4：0.5-1.5。
优选，所述硫酸、硝酸和氢氟酸的质量配比为6：3：1。
本发明采用上述配比应用于晶圆背面刻蚀中后，能大大提高晶圆刻蚀的平坦度，使得刻蚀的均匀性好，更有利于后续的蒸镀工艺良率。
所述硫酸的摩尔浓度为97％-98％，优选98％；
所述硝酸的摩尔浓度为64％-65％，优选65％；
所述氢氟酸的摩尔浓度为48％-49％，优选49％。
还包括盐酸，所述盐酸质量含量是所述混合液的0.01％-0.05％，优选0.03％。在用于刻蚀的混合液中加入一定量的盐酸，作为催化功能，使得刻蚀速率更高，且均匀性更好。
所述盐酸的摩尔浓度为30％-35％，优选32％。
本发明的刻蚀液虽然减少了硫酸的比重，增加了硝酸的比重，但是硫酸依然在氧化性的作用下，刻蚀液实现了硫酸和二氧化硅产生反应，产生硫酸盐和水的效果。同时由于增加了硝酸的配比，且加入了适量的盐酸，使得刻蚀速率好控制，在对晶圆刻蚀过程中，实现了更好刻蚀均匀性，提高平坦度的效果。
超薄晶圆的背面刻蚀方法，包括如下步骤：
1)将晶圆经上料区上料；
2)将所述晶圆从上料区置于第一刻蚀槽内，所述第一刻蚀槽内含有所述混合液，所述晶圆浸入所述混合液中，在密闭环境下，以第一预设温度保持第一预设时间，对所述晶圆的背面进行刻蚀；
3)将所述晶圆置于第一溢流槽内进行第一次清洗；
4)将所述晶圆置于第二刻蚀槽内，所述第二刻蚀槽内含有所述混合液，所述晶圆浸入所述混合液中，在密闭环境下，以第二预设温度保持第二预设时间，对所述晶圆的背面再次进行刻蚀；
5)将所述晶圆置于第二溢流槽内进行第二次清洗；
6)将所述晶圆置于氢氟酸槽，所述氢氟酸槽内含有氢氟酸液，所述晶圆浸入所述氢氟酸液中去除表面的自然氧化膜；
7)将所述晶圆置于第三溢流槽内进行第三次清洗；
8)将所述晶圆经下料区下料，完成所述晶圆的刻蚀。
步骤2)中，所述第一预设温度为15℃-25℃，优选22℃；
所述第一预设时间为30秒-60秒，优选30秒。
所述第一刻蚀槽内的所述混合液、所述第二刻蚀槽内的所述混合液均包括硫酸、硝酸和氢氟酸。所述硫酸、硝酸和氢氟酸的质量配比为5-7：2-4：0.5-1.5。优选，所述硫酸、硝酸和氢氟酸的质量配比为6：3：1。
步骤2)中在对所述晶圆第一次刻蚀、步骤4)中在对所述晶圆再次刻蚀时均按批次对所述晶圆进行刻蚀，每批次采用13片所述晶圆同时浸入所述混合液中进行刻蚀。
在初次刻蚀前，先在所述混合液中滴加质量含量为所述混合液的0.01％-0.05％的盐酸，且每刻蚀完10批次所述晶圆后，在下一批次刻蚀前，滴加一次质量含量为所述混合液的0.01％-0.05％的盐酸。
步骤3)、步骤5)和步骤7)中，分别对晶圆进行三次清洗时，均采用超纯水进行清洗。
步骤4)中，第二预设温度为25℃-35℃，优选35℃；
所述第二预设时间为60秒-150秒，优选120秒。
步骤6)中，所述氢氟酸槽内的所述氢氟酸液摩尔浓度为48％-49％，优选48.5％。
步骤6)中，在对所述晶圆去除表面的自然氧化膜时的温度为12℃-20℃，优选13℃，所述晶圆在所述氢氟酸槽内停留时间为8秒-20秒，优选15秒。
本发明的积极进步效果在于：本发明采用超薄晶圆的背面刻蚀液及刻蚀方法，刻蚀得到的晶圆具有平坦度达到98％～99％的显著优点，有利于后续的蒸镀工艺良率。
附图说明
图1为本发明一种流程图。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示进一步阐述本发明。
超薄晶圆的背面刻蚀液，包括混合液，混合液包括硫酸、硝酸和氢氟酸，硫酸、硝酸和氢氟酸的配比为5-7：2-4：0.5-1.5。优选，硫酸、硝酸和氢氟酸的配比为6：3：1。
具体的，硫酸的摩尔浓度为97％-98％，优选98％。
具体的，硝酸的摩尔浓度为64％-65％，优选65％。
具体的，氢氟酸的摩尔浓度为48％-49％，优选49％。
还包括盐酸，盐酸含量是混合液的0.01％-0.05％，优选0.03％。盐酸的摩尔浓度为30％-35％，优选32％。
参照图1，超薄晶圆的背面刻蚀方法，包括如下步骤：
S1，上料：将晶圆经上料区上料。
S2，第一次刻蚀：将晶圆从上料区置于第一刻蚀槽内，第一刻蚀槽内含有混合液，晶圆浸入混合液中，在密闭环境下，以第一预设温度保持第一预设时间，对晶圆的背面进行刻蚀。
本步骤中，第一预设温度为15℃-25℃，优选22℃；第一预设时间为30秒-60秒，优选30秒。
第一刻蚀槽内的混合液包括硫酸、硝酸和氢氟酸。硫酸、硝酸和氢氟酸的配比为5-7：2-4：0.5-1.5。优选，硫酸、硝酸和氢氟酸的配比为6：3：1。
本步骤中，在对晶圆第一次刻蚀时按批次对晶圆进行刻蚀，每批次采用13片晶圆同时浸入混合液中进行刻蚀。在初次刻蚀前，先在混合液中滴加含量为混合液的0.01％-0.05％，优选0.03％的盐酸，且每刻蚀完10批次晶圆后，在下一批次刻蚀前，滴加一次含量为混合液的0.01％-0.05％，优选0.03％的盐酸。
S3，第一次清洗：将晶圆置于第一溢流槽内进行第一次清洗。
第一溢流槽内的清洗液为超纯水。
S4，第二次刻蚀：将晶圆置于第二刻蚀槽内，第二刻蚀槽内含有混合液，晶圆浸入混合液中，在密闭环境下，以第二预设温度保持第二预设时间，对晶圆的背面再次进行刻蚀。
本步骤中，第二预设温度为25℃-35℃，优选35℃；第二预设时间为60秒-150秒，优选120秒。
第二刻蚀槽内的混合液包括硫酸、硝酸和氢氟酸。硫酸、硝酸和氢氟酸的配比为5-7：2-4：0.5-1.5。优选，硫酸、硝酸和氢氟酸的配比为6：3：1。
本步骤中，在对晶圆再次刻蚀时按批次对晶圆进行刻蚀，每批次采用13片晶圆同时浸入混合液中进行刻蚀。在刻蚀前，先在混合液中滴加含量为混合液的0.01％-0.05％，优选0.03％的盐酸，且每刻蚀完10批次晶圆后，在下一批次刻蚀前，滴加一次含量为混合液的0.01％-0.05％，优选0.03％的盐酸。
S5，第二次清洗：将晶圆置于第二溢流槽内进行第二次清洗。
第二溢流槽内的清洗液为超纯水。
S6，去除自然氧化膜：将晶圆置于氢氟酸槽，氢氟酸槽内含有氢氟酸液，晶圆浸入氢氟酸液中去除表面的自然氧化膜。
本步骤中，氢氟酸槽内的氢氟酸液摩尔浓度为48％-49％，优选48.5％。
在对晶圆去除表面的自然氧化膜时的温度为12℃-20℃，优选13℃，晶圆在氢氟酸槽内停留时间为8秒-20秒，优选15秒。
S7，第三次清洗：将晶圆置于第三溢流槽内进行第三次清洗。
第三溢流槽内的清洗液为超纯水。
S8，下料：将晶圆经下料区下料，完成晶圆的刻蚀。
上述每个步骤均由一个工位完成，每个工位均设有独立的机械手臂，机械手臂从自身工位将晶圆送入下一个工位中，或者机械手臂从上一个工位将晶圆送入自身工位中，以此实现每个工位均独立的持续的进行晶圆刻蚀工艺，提高晶圆的刻蚀效率。
实施例1
配比：以重量份数为例，将质量配比为5：2：0.5的硫酸、硝酸和氢氟酸制成的混合液两份，分别置于第一刻蚀槽内、第二刻蚀槽内。其中，硫酸的摩尔浓度均为97％，硝酸的摩尔浓度均为64％，氢氟酸的摩尔浓度均为48％。将摩尔浓度为48％的氢氟酸液置于氢氟酸槽内。取质量百分比含量为混合液0.01％的盐酸两份，盐酸的摩尔浓度为30％。
刻蚀方法：将晶圆经上料区上料；通过手动或计量泵在第一刻蚀槽内滴加一份盐酸后，将晶圆从上料区置于第一刻蚀槽内，晶圆浸入混合液中，在密闭环境下，以15℃保持30秒，对晶圆的背面进行刻蚀；将晶圆置于第一溢流槽内进行第一次清洗；通过手动或计量泵在第二刻蚀槽内滴加另一份盐酸后，将晶圆置于第二刻蚀槽内，晶圆浸入混合液中，在密闭环境下，以25℃保持60秒，对晶圆的背面再次进行刻蚀；将晶圆置于第二溢流槽内进行第二次清洗；将晶圆置于氢氟酸槽，晶圆浸入氢氟酸液中，在温度为12℃停留8秒，去除表面的自然氧化膜；将晶圆置于第三溢流槽内进行第三次清洗；将晶圆经下料区下料，得到晶圆A。
实施例2
配比：以重量份数为例，将质量配比为7：4：1.5的硫酸、硝酸和氢氟酸制成的混合液两份，分别置于第一刻蚀槽内、第二刻蚀槽内。其中，硫酸的摩尔浓度均为98％，硝酸的摩尔浓度均为65％，氢氟酸的摩尔浓度均为49％。将摩尔浓度为49％的氢氟酸液置于氢氟酸槽内。取质量百分比含量为混合液0.05％的盐酸两份，盐酸的摩尔浓度为35％。
刻蚀方法：除在第一刻蚀槽内以25℃保持60秒刻蚀、第二刻蚀槽内以35℃保持150秒刻蚀、氢氟酸槽内在温度为20℃停留20秒外，与实施例1相同，得到晶圆B。
实施例3
配比：以重量份数为例，将质量配比为6：3：1的硫酸、硝酸和氢氟酸制成的混合液两份，分别置于第一刻蚀槽内、第二刻蚀槽内。其中，硫酸的摩尔浓度均为98％，硝酸的摩尔浓度均为65％，氢氟酸的摩尔浓度均为49％。将摩尔浓度为48.5％的氢氟酸液置于氢氟酸槽内。取质量百分比含量为混合液0.03％的盐酸两份，盐酸的摩尔浓度为32％。
刻蚀方法：除在第一刻蚀槽内以22℃保持30秒刻蚀、第二刻蚀槽内以35℃保持120秒刻蚀、氢氟酸槽内在温度为13℃停留15秒外，与实施例1相同，得到晶圆C。
对比例1
现有技术中，通常采用质量配比为8：1：1的硫酸、硝酸和氢氟酸制成刻蚀液进行晶圆的刻蚀。
效果对比
将按照现有技术的对比例1的圆晶与本发明的实施例1-3的圆晶按照现有常规方法进行平坦度和均一致进行测试，测试结果如下表1所示：
表1实施例1～3与对比例1的平坦度和均一致
Figure BDA0002789463500000061
可见，降低了硫酸的配比，并添加了盐酸制成的刻蚀液对晶圆进行刻蚀后，从平坦度来看，从原有的85％，提高到了98％以上，平坦度和均匀性大大提高，从而保证了后续工艺的蒸镀和溅射的良率，为后续工艺制程做好了良好的基础。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (10)

1.超薄晶圆的背面刻蚀液，包括混合液，其特征在于，所述混合液包括硫酸、硝酸和氢氟酸；
所述硫酸、硝酸和氢氟酸的质量配比为5-7：2-4：0.5-1.5。
2.如权利要求1所述的超薄晶圆的背面刻蚀液，其特征在于，所述硫酸、硝酸和氢氟酸的质量配比为6：3：1。
3.如权利要求1所述的超薄晶圆的背面刻蚀液，其特征在于，所述硫酸的摩尔浓度为97％-98％，优选98％；
所述硝酸的摩尔浓度为64％-65％，优选65％；
所述氢氟酸的摩尔浓度为48％-49％，优选49％。
4.如权利要求1、2或3所述的超薄晶圆的背面刻蚀液，其特征在于，还包括盐酸，所述盐酸质量含量是所述混合液的0.01％-0.05％，优选0.03％；
所述盐酸的摩尔浓度为30％-35％，优选32％。
5.超薄晶圆的背面刻蚀方法，采用权利要求1至3中任意一项所述的刻蚀液，包括如下步骤：
1)将晶圆经上料区上料；
2)将所述晶圆从上料区置于第一刻蚀槽内，所述第一刻蚀槽内含有所述混合液，所述晶圆浸入所述混合液中，在密闭环境下，以第一预设温度保持第一预设时间，对所述晶圆的背面进行刻蚀；
3)将所述晶圆置于第一溢流槽内进行第一次清洗；
4)将所述晶圆置于第二刻蚀槽内，所述第二刻蚀槽内含有所述混合液，所述晶圆浸入所述混合液中，在密闭环境下，以第二预设温度保持第二预设时间，对所述晶圆的背面再次进行刻蚀；
5)将所述晶圆置于第二溢流槽内进行第二次清洗；
6)将所述晶圆置于氢氟酸槽，所述氢氟酸槽内含有氢氟酸液，所述晶圆浸入所述氢氟酸液中去除表面的自然氧化膜；
7)将所述晶圆置于第三溢流槽内进行第三次清洗；
8)将所述晶圆经下料区下料，完成所述晶圆的刻蚀。
6.如权利要求5所述的超薄晶圆的背面刻蚀方法，其特征在于，步骤2)中，所述第一预设温度为15℃-25℃，优选22℃；
所述第一预设时间为30秒-60秒，优选30秒；
步骤4)中，第二预设温度为25℃-35℃，优选35℃；
所述第二预设时间为60秒-150秒，优选120秒。
7.如权利要求5所述的超薄晶圆的背面刻蚀方法，其特征在于，所述第一刻蚀槽内的所述混合液、所述第二刻蚀槽内的所述混合液均包括硫酸、硝酸和氢氟酸，所述硫酸、硝酸和氢氟酸的质量配比为5-7：2-4：0.5-1.5，优选，所述硫酸、硝酸和氢氟酸的质量配比为6：3：1。
8.如权利要求5所述的超薄晶圆的背面刻蚀方法，其特征在于，步骤2)中在对所述晶圆第一次刻蚀、步骤4)中在对所述晶圆再次刻蚀时均按批次对所述晶圆进行刻蚀，每批次采用13片所述晶圆同时浸入所述混合液中进行刻蚀；
在初次刻蚀前，先在所述混合液中滴加质量含量为所述混合液的0.01％-0.05％的盐酸，且每刻蚀完10批次所述晶圆后，在下一批次刻蚀前，滴加一次质量含量为所述混合液的0.01％-0.05％的盐酸。
9.如权利要求5所述的超薄晶圆的背面刻蚀方法，其特征在于，步骤3)、步骤5)和步骤7)中，分别对晶圆进行三次清洗时，均采用超纯水进行清洗。
10.如权利要求5所述的超薄晶圆的背面刻蚀方法，其特征在于，步骤6)中，所述氢氟酸槽内的所述氢氟酸液摩尔浓度为48％-49％，优选48.5％；
步骤6)中，在对所述晶圆去除表面的自然氧化膜时的温度为12℃-20℃，优选13℃，所述晶圆在所述氢氟酸槽内停留时间为8秒-20秒，优选15秒。
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