CN112750698A - 一种降低锗衬底晶片背面缺陷的腐蚀方法 - Google Patents

一种降低锗衬底晶片背面缺陷的腐蚀方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种降低锗衬底晶片背面缺陷的腐蚀方法，将锗衬底晶片插入卡塞的插槽中，然后浸入腐蚀液中腐蚀，再依次经去离子水冲洗、甩干，完成腐蚀；其中，卡塞从H头到U头共25个插槽，H头起至少第一个插槽中插有垫片，U头起至少第一个插槽中插有垫片，垫片为特氟龙塑料垫片和/或废锗垫片；腐蚀液的组成为：氢氟酸：硝酸：过氧化氢：冰乙酸：溴素＝(300‑500)：(500‑800)：(50‑100)：(300‑1000)：(3‑9)，前述比例为体积比。本发明通过对药液改进、增加垫片等方案的结合，有效降低了锗衬底晶片腐蚀过程中背面缺陷，进而降低了返修率和无量率，提高了背面腐蚀质量，提高了衬底晶片腐蚀的一致性，整体提高了晶片的强度；简化了操作，提高了生产效率，降低了生产成本。

Description

一种降低锗衬底晶片背面缺陷的腐蚀方法
技术领域
本发明涉及一种降低锗衬底晶片背面缺陷的腐蚀方法，属于锗半导体衬底加工技术领域。
背景技术
锗衬底晶片主要分为PD、PE及PP三种制式，其中98％以上是PD制式的晶片，PE和PP制式晶片很少。制造加工过程中，为了消除晶片内应力，提高并保证晶片的强度，都会有腐蚀的工艺步骤。PD和PE晶片的背面均以腐蚀作为最终处理，不会再有其他加工工艺，因此对背面的要求比较高，不允许有药印，腐蚀不均，卡塞印，波浪纹，划伤等各种缺陷。
锗衬底晶片腐蚀工艺一般都会采用氢氟酸-硝酸强酸药液腐蚀，腐蚀过程中会使用抗腐蚀的特氟龙材质的卡塞(H头到U头共25个插槽，每个插槽中可插入一片晶片)，将晶片背面朝H头放入卡塞中，然后在一定温度条件下将卡塞H头朝下放入药液中晃动腐蚀。这种腐蚀方法优点是晶片掉量快，时间短(数秒或十数秒)，去除内应力效果彻底，腐蚀后晶片强度较高。缺点是腐蚀药液和衬底晶片反应剧烈，药温升高很快，对员工经验手法要求高，背面很容易产生药印、腐蚀不均、卡塞印、波浪纹等缺陷。当晶片背面出现的缺陷达不到出货标准时，就需要返修背减(PD)或者研磨(PE)，且需再次腐蚀，导致晶片厚度降低甚至无量。
锗衬底晶片在腐蚀过程中，药液和晶片反应速率快，药液温度升的极快，将产生沸腾的情况，并产生大量气泡放出气体。卡塞中H头部的前几片晶片，因为放入药液最早取出最晚，相比于后面的晶片，出现各种背面缺陷的几率要高的多，尤其是H头第1到3片，基本上都会存在缺陷，在腐蚀过程中产生的返修晶片，80％背面缺陷会产生在H头前几片。卡塞U头尾部的最后几片(特别是U头最后1片)因为反应过程自下而上的热气泡，导致所承受温度最高，承受气泡药液最多，掉量快，也极易产生各种化学背面缺陷。
发明内容
本发明提供一种降低锗衬底晶片背面缺陷的腐蚀方法，通过对药液改进、增加垫片等方案的结合，有效降低了锗衬底晶片腐蚀过程中背面缺陷，进而降低了返修率和无量率，提高了背面腐蚀质量，更好地确保了衬底晶片的强度；简单易操作，大大降低了对操作员工的经验要求。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案如下：
一种降低锗衬底晶片背面缺陷的腐蚀方法，将锗衬底晶片插入卡塞的插槽中，然后浸入腐蚀液中腐蚀，再依次经去离子水冲洗、甩干，完成腐蚀；其中，卡塞从H头到U头共25个插槽，H头起至少第一个插槽中插有垫片，U头起至少第一个插槽中插有垫片，垫片为特氟龙塑料垫片和/或废锗垫片；腐蚀液的组成为：氢氟酸：硝酸：过氧化氢：冰乙酸：溴素＝(300-500)：(500-800)：(50-100)：(300-1000)：(3-9)，前述比例为体积比。
上述腐蚀液中，通过过氧化氢的复配，可以在反应过程中对晶片表面的物质进行更好的剥离与清洗，强化了清洗剥离效果；特定比例的氢氟酸和硝酸起到腐蚀作用；特定比例的冰乙酸，增强了缓冲效果；溴素起到催化溶解的作用，通过特定比例溴素的选择，提高了腐蚀效果，减少了腐蚀缺陷。
上述特定配比的腐蚀液，降低了反应剧烈程度，提高了腐蚀效果，减少了腐蚀缺陷。
通过腐蚀液结合垫片的设置，解决了两头易存在的晶片背面缺陷的问题，且由于垫片的缓冲、及特定组分腐蚀液的结合，提高了卡塞上锗衬底晶片腐蚀的均匀性，进一步减少了晶片背面缺陷的问题。
插槽一头为H头、另一头为U头；H头起至少第一个插槽，指从H头起算的至少第一个插槽；U头起至少第一个插槽，指从U头起算的至少第一个插槽。
本申请通过上述方法，达到了理想的腐蚀效果，同时降低可背面腐蚀缺陷。
优选，腐蚀液的组成为：氢氟酸：硝酸：过氧化氢：冰乙酸：溴素＝(300-500)：(500-800)：(50-100)：(300-500)：(3-9)。
锗衬底晶片规格一般有2吋、3吋、4吋和6吋几种规格(直径)，目前主要以4吋和6吋为主，4吋占绝大部分，2吋及3吋比较少。
为了进一步减少背面腐蚀缺陷，当锗衬底晶片的直径为2～4吋时，卡塞上，H头起前两个插槽中均插有特氟龙塑料垫片，H头起第三个插槽中插有废锗垫片，U头起第一个插槽中插有特氟龙塑料垫片，其余卡塞的插槽中无间隔地插有锗衬底晶片，每个卡塞中共插入21片锗衬底晶片；当锗衬底晶片的直径为6吋时，H头起第一个插槽中插有特氟龙塑料垫片，H头起第二个插槽中插有废锗垫片，H头起第三个插槽不插片，U头起第一个插槽中插有特氟龙塑料垫片，每个卡塞中共插有11片锗衬底晶片，每相邻两片锗衬底晶片之间留有一个空插槽。废锗垫片也即生产上报废的锗垫片，废锗垫片的设置，起到了更好的缓冲效果，在提高卡塞上锗衬底晶片腐蚀均匀性的同时，更好地减少了背面腐蚀缺陷的现象。
上述最容易出现的缺陷的位置，都被垫片取代，加上垫片的缓冲，使得加工片的表面质量和均匀性更好更高，同时减少了物料损失。
为了进一步提高腐蚀的均匀性，腐蚀液的温度控制在28～32℃。当药温偏高时，可以通过搅拌及水浴降温的方式降温。这样可减缓反应的剧烈程度，更易降低背面缺陷。腐蚀液的温度可使用红外测温枪测量。
为了确保腐蚀效果，同时减少物料损失，卡塞在腐蚀液中的停留时间小于10s。
为了更好地确保产品质量，冲洗所用去离子水的温度为12-14℃。加工过程中晶片和药液反应剧烈，取出时表面温度很高、且有一定的腐蚀液残留，通过冲洗水温度的控制，可更好地确保晶片的强度和表面质量。
为了提高冲洗效果，冲洗水压为0.28-0.32Mpa。这样既能确保冲洗效果，又能避免因冲洗力度过大，而导致的破裂。
为了进一步提高冲洗效果，冲洗时，卡塞置于装满去离子水的冲洗槽内，冲洗枪对着卡塞上的锗衬底晶片冲洗，且冲洗槽向外的溢流量大于2L/min。
进一步优选，卡塞在冲洗槽中，H头朝上倾斜，倾斜角度为15到30度。这样能使晶片背面不与卡槽接触或不与卡槽之间受力，保证H头背面受到保护，降低卡塞印几率。冲水时保证晶片绝大部分(90％以上)浸在去离子水中，以保证晶片得到更好的清洗和表面低温。
本申请卡塞浸入腐蚀液时，是H头朝下垂直浸入的，而冲洗时，则是近似于横着浸入冲洗槽中的，且H头朝上倾斜15到30度。
上述通过多个方面的改进结合，让腐蚀过程更加可控，减少背面缺，且对操作者的要求不高。
本发明未提及的技术均参照现有技术。
本发明降低锗衬底晶片背面缺陷的腐蚀方法，通过对药液改进、增加垫片等方案的结合，有效降低了锗衬底晶片腐蚀过程中背面缺陷，进而降低了返修率和无量率，提高了背面腐蚀质量，提高了衬底晶片腐蚀的一致性，整体提高了晶片的强度；简化了操作，提高了生产效率，降低了生产成本，简单易操作，大大降低了对操作员工的经验要求。
附图说明
图1为实施例1-2中腐蚀2、3、4、6吋锗衬底晶片时的卡塞装片示意图；
图2为对比例1-2中腐蚀2、3、4、6吋锗衬底晶片时的卡塞装片示意图。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。
实施例1
腐蚀液的组成为：氢氟酸：硝酸：过氧化氢：冰乙酸：溴素＝400：650：80：400：6，前述比例为体积比。氢氟酸的质量浓度为49％，硝酸的质量浓度为68％，过氧化氢的质量浓度为30％，冰乙酸的质量浓度为99.7％，溴素的质量浓度为99.5％。
腐蚀4吋锗衬底晶片：如图1所示，卡塞上，H头起前两个插槽中均插有特氟龙塑料垫片，H头起第三个插槽中插有废锗垫片，U头起第一个插槽中插有特氟龙塑料垫片，其余卡塞的插槽中无间隔地插有锗衬底晶片，每个卡塞中共插入21片锗衬底晶片，图1中的生产片指锗衬底晶片。
将卡塞H头朝下浸入腐蚀液腐蚀5s后，快速取出，置于装满去离子水的冲洗槽内，用去离子水冲洗60s，然后甩干，完成腐蚀，其中，腐蚀液的温度控制在28～32℃；冲洗时，卡塞置于冲洗槽内(冲洗前，冲洗槽内装满去离子水)，且H头朝上倾斜，倾斜角度为25度左右，冲洗枪对着卡塞上的锗衬底晶片冲洗，且冲洗槽向外的溢流量大于2L/min，去离子水的温度控制在12-14℃，冲洗水压为0.28-0.32Mpa。只有U头起第二个插槽(图中的第21片)中的锗衬底晶片存在轻微腐蚀不均，但可以达到出货标准，背面缺陷率0％；各晶片掉量均匀，强度均不小于15bf(厚度在210um左右)。扩大生产630片锗衬底晶片，有2片存在腐蚀不均，需要返修，返修率为0.3％，生产稳定性好，易于操作控制。
对比例1
与实施例1所不同的是，如图2所示，25个插槽内均插入锗衬底晶片，H头起的1-5片锗衬底晶片及U头起的1-4片锗衬底晶片均存在比较严重的药印、卡塞印、波浪纹、腐蚀不均，需要返修。
实施例2
腐蚀6吋锗衬底晶片：如图1所示，卡塞上，H头起第一个插槽中插有特氟龙塑料垫片，H头起第二个插槽中插有废锗垫片，H头起第三个插槽不插片，U头起第一个插槽中插有特氟龙塑料垫片，每个卡塞中共插有11片锗衬底晶片，每相邻两片锗衬底晶片之间留有一个空插槽。其余均参照实施例1，背面缺陷率0％；各晶片掉量均匀，强度均不小于21bf(厚度在280um左右)。
对比例2
与实施例2所不同的是，如图2所示，不使用垫片，自H头起，间隔性地插入锗衬底晶片，共插入锗衬底晶片13片。其余均参照实施例1，H头起的3片锗衬底晶片及U头起的2片锗衬底晶片均存在比较严重的药印、卡塞印、波浪纹、腐蚀不均，需要返修。

Claims (8)

1.一种降低锗衬底晶片背面缺陷的腐蚀方法，其特征在于：将锗衬底晶片插入卡塞的插槽中，然后浸入腐蚀液中腐蚀，再依次经去离子水冲洗、甩干，完成腐蚀；其中，卡塞从H头到U头共25个插槽，H头起至少第一个插槽中插有垫片，U头起至少第一个插槽中插有垫片，垫片为特氟龙塑料垫片和/或废锗垫片；腐蚀液的组成为：氢氟酸：硝酸：过氧化氢：冰乙酸：溴素＝(300-500)：(500-800)：(50-100)：(300-1000)：(3-9)，前述比例为体积比。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：当锗衬底晶片的直径为2～4吋时，卡塞上，H头起前两个插槽中均插有特氟龙塑料垫片，H头起第三个插槽中插有废锗垫片，U头起第一个插槽中插有特氟龙塑料垫片，其余卡塞的插槽中无间隔地插有锗衬底晶片，每个卡塞中共插入21片锗衬底晶片；当锗衬底晶片的直径为6吋时，H头起第一个插槽中插有特氟龙塑料垫片，H头起第二个插槽中插有废锗垫片，H头起第三个插槽不插片，U头起第一个插槽中插有特氟龙塑料垫片，每个卡塞中共插有11片锗衬底晶片，每相邻两片锗衬底晶片之间留有一个空插槽。
3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于：腐蚀液的温度控制在28～32℃。
4.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于：卡塞在腐蚀液中的停留时间小于10s。
5.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于：冲洗所用去离子水的温度为12-14℃。
6.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于：冲洗水压为0.28-0.32Mpa。
7.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于：冲洗时，卡塞置于冲洗槽内，冲洗枪对着卡塞上的锗衬底晶片冲洗，且冲洗槽向外的溢流量大于2L/min。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于：卡塞在冲洗槽中H头朝上倾斜，倾斜角度为15到30度。
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