CN112802744B - 硅腐蚀液激活方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种硅腐蚀液激活方法，通过将设备初始化后，更换硅腐蚀液、然后将3至5片高掺杂硅片传送至设备的工艺腔内，选好对应的操作程序后，使硅腐蚀液和高掺杂硅片反应，反应后的硅腐蚀液自动返回至容器内，测试硅腐蚀液的腐蚀速率与选择比。采用通常的激活方式得到的硅腐蚀液的腐蚀速率(高掺杂硅)一般为5‑5.5um/min，选择比不高于80。本发明提出的硅腐蚀液激活方法可以将腐蚀速率(高掺杂硅)提高至6.5‑7um/min，选择比在100以上。此外，本发明提出的方法中所使用的激活用硅片可以无限制重复利用，直至厚度过薄无法机械传片。一般来说，激活硅片可以重复利用8‑12次，大大降低了成本。
Description
技术领域
本发明属于半导体芯片加工技术领域，尤其涉及一种硅腐蚀液激活方法。
背景技术
在半导体行业中，硅的腐蚀通常分为湿法腐蚀和干法腐蚀两种，虽然湿法腐蚀已经大部分被干法腐蚀取代，但是它在特定工序中仍然起着重要作用。与干法刻蚀相比，湿法腐蚀的有点主要在于对下层材料具有很高的选择比，对器件不会带来等离子损伤，并且设备简单。例如，在背照式图像传感器生产过程中需要进行硅减薄，此道工序要求将低掺杂硅上的高掺杂硅全部去除而不腐蚀低掺杂硅。目前广泛使用的是氢氟酸-硝酸(HF-HNO3)体系。对于氢氟酸-硝酸体系，此种混合液并不能直接将硅腐蚀掉，而是需要一道激活工序。通常做法是在硅衬底上生长一定厚度的多晶硅，并将6-10片的此种硅片与硅腐蚀液反应。经过一段时间后，硅片表面的多晶硅被腐蚀掉(无法再次使用)，硅腐蚀液也具有了一定的腐蚀速率。但是，此种方法需要消耗大量的多晶硅片,且此种硅片不可回收再利用。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种硅腐蚀液激活方法，具体为：
一种硅腐蚀液激活方法，包括如下步骤：
S1将硅片腐蚀设备初始化；
S2在所述硅片腐蚀设备中更换硅腐蚀液，将所述硅腐蚀液放置在对应容器内；
S3所述硅片腐蚀设备的机械手取3至5片高掺杂硅片送至所述硅片腐蚀设备的工艺腔体中；
S4所述硅片腐蚀设备的喷嘴按顺序向所述高掺杂硅片提供硅腐蚀液，当一片高掺杂硅片反应完全后，所述喷嘴对下一片高掺杂硅片进行硅腐蚀液喷洒，直至全部高掺杂硅片反应完全，反应后的硅片会自动退出所述硅片腐蚀设备，所述硅腐蚀液与所述高掺杂硅片的反应原理为：
3Si(s)+4HNO3(aq)+18HF(aq)—3H2SiF6(aq)+4NO(g)+8H2O(aq) (1)
其中s为固体，aq为液体，g为气体；
S5选取一片新的高掺杂硅片和一片新的低掺杂硅片测试所述硅腐蚀液的腐蚀速率和选择比；
S6选择出硅腐蚀速率为6.5-7.0um/min且选择比大于100的硅腐蚀液。
优选的，所述腐蚀速率的测试方法为：
S501分别测量所述新的高掺杂硅片和新的低掺杂硅片的厚度，所述新的高掺杂硅片的厚度记为Tp1，所述新的低掺杂硅片的厚度记为Tp2；
S502将所述新的高掺杂硅片和新的低掺杂硅片放入机台并选择程序使硅片与硅腐蚀液进行反应；
S503当所述新的高掺杂硅片和新的低掺杂硅片被腐蚀t(3≤t≤4)分钟后，测量被腐蚀后的高掺杂硅片和低掺杂硅片，所述腐蚀后的高掺杂硅片的厚度记为Ta1，所述被腐蚀后的低掺杂硅片记为Ta2；
S504计算所述新的高掺杂硅片腐蚀速率V1，计算公式为：
计算所述新的低掺杂硅片腐蚀速率V2，计算公式为：
S505计算硅腐蚀液的选择比K，计算公式为：
优选的，将所述步骤4中的反应后的高掺杂硅片挑出，测量步骤4中所有高掺杂硅片的单片厚度记为m，若m≥450μm，则步骤4中所有高掺杂硅片可重复使用。
优选的，所述硅腐蚀液为49％的氢氟酸与70％的硝酸按照体积比1:3至1:4配置，并加入醋酸作为缓冲剂。
优选的，所述步骤4的高掺杂硅片为硼的重掺杂硅片，厚度为725μm，典型电阻率为0.01至0.02Ω·cm。
优选的，所述步骤4中，控制所述硅腐蚀液温度在22℃至24℃之间，所述硅片腐蚀设备内的硅腐蚀液流量为400ml/min至1200ml/min，高掺杂硅片的转速为500rpm至1200rpm。
优选的，所述步骤4中喷嘴向所述高掺杂硅片提供硅腐蚀液的方式为所述喷嘴固定在高掺杂硅片中心上方喷洒硅腐蚀液或者喷嘴采用扫描模式喷洒硅腐蚀液。
优选的，所述步骤5中新的高掺杂硅片的电阻率为0.01Ω·cm至0.02Ω·cm，所述新的低低掺杂硅片的电阻率为30Ω·cm±6Ω·cm。
优选的，所述硅片腐蚀设备选用SU-2000型号。
有益效果：本发明通过在所述硅片腐蚀设备上进行硅腐蚀液激活，解决了现有技术中在激活过程中对硅片的浪费问题；通过本发明的操作，现有技术中需要用10片左右的硅片与硅腐蚀液反应，使用后的硅片不可再利用；通过设备和本操作的方法后，本发明只需要3至5片的硅片就可以满足激活需求且在后续或过程中，硅片的表面不会被破坏，所以这些硅片可回收利用的机会更大。
采用通常的激活方式得到的硅腐蚀液的腐蚀速率(高掺杂硅)一般为5-5.5um/min，选择比不高于80。本发明提出的硅腐蚀液激活方法可以将腐蚀速率(高掺杂硅)提高至6.5-7um/min，选择比在100以上。此外，本发明提出的方法中所使用的激活用硅片可以无限制重复利用，直至厚度过薄无法机械传片。一般来说，激活硅片可以重复利用8-12次，大大降低了成本。
附图说明
图1为本发明一种实施例的流程图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
需要注意的是，本文使用术语第一、第二、第三等来描述各种部件或零件，但这些部件或零件不受这些术语的限制。这些术语仅用来区别一个部件或零件与另一部件或零件。术语诸如“第一”、“第二”和其他数值项在本文使用时不是暗示次序或顺序，除非由上下文清楚地指出。为了便于描述，本文使用空间相对术语，诸如“内部”、“外部”、“上端”、“下端”、“左侧”、“右侧”、“上部的”、“左”、“右”等，以描述本实施例中部件或零件的方位关系，但这些空间相对术语并不对技术特征在实际应用中的方位构成限制。
如图1所示，一种硅腐蚀液激活方法，包括如下步骤：
S1将硅片腐蚀设备初始化；
S2在所述硅片腐蚀设备中更换硅腐蚀液，将所述硅腐蚀液放置在对应容器内；
S3所述硅片腐蚀设备的机械手取3至5片高掺杂硅片送至所述硅片腐蚀设备的工艺腔体中；
S4所述硅片腐蚀设备的喷嘴按顺序向所述高掺杂硅片提供硅腐蚀液，当一片高掺杂硅片反应完全后，所述喷嘴对下一片高掺杂硅片进行硅腐蚀液喷洒，直至全部高掺杂硅片反应完全，反应后的硅片会自动退出所述硅片腐蚀设备，所述硅腐蚀液与所述高掺杂硅片的反应原理为：
3Si(s)+4HNO3(aq)+18HF(aq)—3H2SiF6(aq)+4NO(g)+8H2O(aq) (1)
其中s为固体，aq为液体，g为气体；
S5选取一片新的高掺杂硅片和一片新的低掺杂硅片测试所述硅腐蚀液的腐蚀速率和选择比；
S6选择出硅腐蚀速率为6.5-7.0um/min且选择比大于100的硅腐蚀液。
其中，本发明中的步骤5中所述腐蚀速率的测试方法为：
S501分别测量所述新的高掺杂硅片和新的低掺杂硅片的厚度，所述新的高掺杂硅片的厚度记为Tp1，所述新的低掺杂硅片的厚度记为Tp2；
S502将所述新的高掺杂硅片和新的低掺杂硅片放入机台并选择程序使硅片与硅腐蚀液进行反应；
S503当所述新的高掺杂硅片和新的低掺杂硅片被腐蚀t(3≤t≤4)分钟后，测量被腐蚀后的高掺杂硅片和低掺杂硅片，所述腐蚀后的高掺杂硅片的厚度记为Ta1，所述被腐蚀后的低掺杂硅片记为Ta2；
S504计算所述新的高掺杂硅片腐蚀速率V1，计算公式为：
计算所述新的低掺杂硅片腐蚀速率V2，计算公式为：
S505计算硅腐蚀液的选择比K，计算公式为：
本申请具体的操作为：首先硅片腐蚀设备选用迪恩士SU-2000，将迪恩士SU-2000设备初始化，在该设备的操作页面选择硅腐蚀液更换的操作。此操作在设备中会将待工作容器内的液体换成硅腐蚀液，这个过程中，一般需要硅腐蚀液的容量在40L左右。接下来取一些高掺杂硅片，硅片的数量3至5片即可，然后通过迪恩士SU-2000设备中的机械手将上述的高掺杂硅片送入到迪恩士SU-2000设备的工艺内腔中。通过程序设定，使得硅腐蚀液与高掺杂硅片反应，这个过程中是一片一片的反应，也就是第一片先与硅腐蚀液反应，当反应完全后，第二片反应，这里的第一片和第二片等先后顺序并不是按照提前设定的，只是指需要一片一片的反应，没有设定某一片一定要作为一片先进行反应。当全部硅片反应结束后，反应后的硅片会被设备自动化撤离反应室。此时，可以利用一片新的高掺杂硅片和一片新的低掺杂硅片测试硅腐蚀液的腐蚀速率和选择比。测试方法为先测量这两种硅片腐蚀前的厚度，腐蚀t分钟后再测量这两种硅片腐蚀后的厚度，然后通过计算得出硅片腐蚀速率和选择比，本发明的结果中，进行了一些统计得出硅腐蚀速率一般为6.5-7.0um/min，选择比为大于100。满足此种条件的硅腐蚀液可以实现对高掺杂硅的快速刻蚀，并可将腐蚀停止在低掺杂硅层，因此实现了背照式图像传感器的硅减薄作业。
采用通常的激活方式得到的硅腐蚀液的腐蚀速率(高掺杂硅)一般为5-5.5um/min，选择比不高于80。本发明提出的硅腐蚀液激活方法可以将腐蚀速率(高掺杂硅)提高至6.5-7um/min，选择比在100以上。此外，本发明提出的方法中所使用的激活用硅片可以无限制重复利用，直至厚度过薄无法机械传片。
优选的一种实施方式，将所述步骤4中的反应后的高掺杂硅片挑出，测量步骤4中所有高掺杂硅片的单片厚度记为m，若m≥450μm，则步骤4中所有高掺杂硅片可重复使用。一般来说，激活硅片可以重复利用8-12次，大大降低了成本。
优选的一种实施方式，所述硅腐蚀液为49％的氢氟酸与70％的硝酸按照体积比1:3至1:4配置，并加入醋酸作为缓冲剂。这里的按体积比1:3至1:4配置是指70％的硝酸的体积是49％氢氟酸的体积的3到4倍。
优选的一种实施方式，所述步骤4的高掺杂硅片为硼的重掺杂硅片，厚度为725μm，典型电阻率为0.01至0.02Ω·cm。
优选的一种实施方式，所述步骤4中，控制所述硅腐蚀液温度在22℃至24℃之间，所述硅片腐蚀设备内的硅腐蚀液流量为400ml/min至1200ml/min，高掺杂硅片的转速为500rpm至1200rpm。
优选的一种实施方式，所述步骤4中喷嘴向所述高掺杂硅片提供硅腐蚀液的方式为所述喷嘴固定在高掺杂硅片中心上方喷洒硅腐蚀液或者喷嘴采用扫描模式喷洒硅腐蚀液。
优选的一种实施方式，所述步骤5中新的高掺杂硅片的电阻率为0.01Ω·cm至0.02Ω·cm，所述新的低低掺杂硅片的电阻率为30Ω·cm±6Ω·cm。
本发明提出一种硅腐蚀液激活方法，即利用迪恩士SU-2000单晶圆清洗系统将高掺杂的硅片(电阻率0.01-0.02Ω·cm)作为激活介质，通过机械方式将3-5片此种硅片传送至工艺腔体中并与硅腐蚀液反应。经过一段时间后，可使硅腐蚀液具备更高的腐蚀速率和选择比，而且此种激活用硅片可重复利用。本发明通过在所述硅片腐蚀设备上进行硅腐蚀液激活，解决了现有技术中在激活过程中对硅片的浪费问题；通过本发明的操作，现有技术中需要用10片左右的硅片与硅腐蚀液反应，使用后的硅片不可再利用；通过设备和本操作的方法后，本发明只需要3至5片的硅片就可以满足激活需求且在后续或过程中，硅片的表面不会被破坏，所以这些硅片可回收利用的机会更大。
以上实施例不局限于该实施例自身的技术方案，实施例之间可以相互结合成新的实施例。以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而并非对其进行限制，凡未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明技术方案的范围内。
Claims (9)
1.一种硅腐蚀液激活方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1将硅片腐蚀设备初始化；
S2在所述硅片腐蚀设备中更换硅腐蚀液，将所述硅腐蚀液放置在对应容器内；其中，所述硅腐蚀液为HF-HNO3体系；
S3所述硅片腐蚀设备的机械手取3至5片高掺杂硅片送至所述硅片腐蚀设备的工艺腔体中；
S4所述硅片腐蚀设备的喷嘴按顺序向所述高掺杂硅片提供硅腐蚀液，当一片高掺杂硅片反应结束后，所述喷嘴对下一片高掺杂硅片进行硅腐蚀液喷洒，直至全部高掺杂硅片反应结束，反应后的硅片会自动退出所述硅片腐蚀设备，所述硅腐蚀液与所述高掺杂硅片的反应原理为：
3Si+4HNO3+18HF—3H2SiF6+4NO+8H2O(1)
S5选取一片新的高掺杂硅片和一片新的低掺杂硅片测试所述硅腐蚀液的腐蚀速率和选择比；
S6选择出硅腐蚀速率为6.5-7.0um/min且选择比大于100的硅腐蚀液；其中，硅腐蚀速率是对新的高掺杂硅片的腐蚀速率，选择比是新的高掺杂硅片的腐蚀速率与新的低掺杂硅片的腐蚀速率之比。
2.根据权利要求1所述的硅腐蚀液激活方法，其特征在于，所述腐蚀速率的测试方法为：
S501分别测量所述新的高掺杂硅片和新的低掺杂硅片的厚度，所述新的高掺杂硅片的厚度记为Tp1，所述新的低掺杂硅片的厚度记为Tp2；
S502将所述新的高掺杂硅片和新的低掺杂硅片放入机台并选择程序使硅片与硅腐蚀液进行反应；
S503当所述新的高掺杂硅片和新的低掺杂硅片被腐蚀t分钟后，测量被腐蚀后的高掺杂硅片和低掺杂硅片，所述腐蚀后的高掺杂硅片的厚度记为Ta1，所述被腐蚀后的低掺杂硅片记为Ta2，3≤t≤4；
S504计算所述新的高掺杂硅片腐蚀速率V1，计算公式为：
计算所述新的低掺杂硅片腐蚀速率V2，计算公式为：
S505计算硅腐蚀液的选择比K，计算公式为：
3.根据权利要求1所述的硅腐蚀液激活方法，其特征在于，将所述步骤4中的反应后的高掺杂硅片挑出，测量步骤4中所有高掺杂硅片的单片厚度记为m，若m≥450μm，则步骤4中所有高掺杂硅片可重复使用。
4.根据权利要求1所述的硅腐蚀液激活方法，其特征在于，所述硅腐蚀液为49％的氢氟酸与70％的硝酸按照体积比1:3至1:4配置，并加入醋酸作为缓冲剂。
5.根据权利要求1所述的硅腐蚀液激活方法，其特征在于，所述步骤4的高掺杂硅片为硼的重掺杂硅片，厚度为725μm，典型电阻率为0.01至0.02Ω·cm。
6.根据权利要求1所述的硅腐蚀液激活方法，其特征在于，所述步骤4中，控制所述硅腐蚀液温度在22℃至24℃之间，所述硅片腐蚀设备内的硅腐蚀液流量为400ml/min至1200ml/min，高掺杂硅片的转速为500rpm至1200rpm。
7.根据权利要求1所述的硅腐蚀液激活方法，其特征在于，所述步骤4中喷嘴向所述高掺杂硅片提供硅腐蚀液的方式为所述喷嘴固定在高掺杂硅片中心上方喷洒硅腐蚀液或者喷嘴采用扫描模式喷洒硅腐蚀液。
8.根据权利要求1所述的硅腐蚀液激活方法，其特征在于，所述步骤5中新的高掺杂硅片的电阻率为0.01Ω·cm至0.02Ω·cm，所述新的低掺杂硅片的电阻率为30Ω·cm±6Ω·cm。
9.根据权利要求1所述的硅腐蚀液激活方法，其特征在于，所述硅片腐蚀设备选用SU-2000型号。
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| JP2001156040A (ja) * | 1999-11-26 | 2001-06-08 | Shin Etsu Handotai Co Ltd | 単結晶ウェーハの処理方法とその装置 |
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| Title |
|---|
| 硅的化学腐蚀(综述);陈鼎孙;《电机电器技术》;19830920(第03期);全文 * |
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