CN115552570A - 硅晶圆的蚀刻方法 - Google Patents

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Abstract

本发明是一种硅晶圆的蚀刻方法，其包含旋转蚀刻工序，所述旋转蚀刻工序一边通过供给喷嘴对硅晶圆的表面或背面供给酸蚀刻液，一边使所述硅晶圆旋转，从而使所述酸蚀刻液的供给范围扩大至所述硅晶圆的表面或背面的整面以进行酸蚀刻，在开始硅晶圆的旋转之前，向从供给喷嘴供给的酸蚀刻液在供给喷嘴的正下方与所述硅晶圆的表面碰撞的碰撞喷流区域内滴加至少含有氢氟酸和硝酸的混合酸，用所述混合酸覆盖所述碰撞喷流区域后，开始所述硅晶圆的旋转，以进行所述旋转蚀刻工序。由此，可提供一种硅晶圆的蚀刻方法，其于旋转蚀刻方式的蚀刻中，可加快碰撞喷流区域中的蚀刻速度。

Description

硅晶圆的蚀刻方法
技术领域
本发明涉及通过旋转蚀刻进行的硅晶圆的蚀刻方法。
背景技术
在硅晶圆的制造工序中，从单晶锭的状态切成薄片的晶圆通常会经过倒角加工及研磨加工以进行平坦化。此时，在晶圆的表面背面会产生因上述加工所造成的大小不同的伤痕或加工变形，如果这些伤痕或变形在后工序中明显化，则可能会成为严重的质量问题。
因此，通常会进行蚀刻处理，以去除这些伤痕或加工变形。作为蚀刻方法，已知有同时处理多个晶圆的表面背面的批次方式、或以单片方式依次处理晶圆的表面及背面的旋转蚀刻方式(参考专利文献1)。另外，根据目的不同，有以酸蚀刻液进行处理的情况和以碱性蚀刻液进行处理的情况这2种手段，在例如酸蚀刻的情况下，通常使用含有适当调节了浓度的氢氟酸和硝酸等的混合酸。
在专利文献2中记载了一种半导体晶圆的蚀刻方法，其能同时达成用于使晶圆薄层化的均匀蚀刻和作为目的的均匀的粗面化，该方法将以氢氟酸和硝酸为主成分的蚀刻液供给至保持水平的硅晶圆上直至覆盖其上的整面，之后停止供给该蚀刻液，并在使该硅晶圆静置的状态下进行蚀刻反应。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2007-53178号公报
专利文献2：日本特开2001-93876号公报
发明内容
(一)要解决的技术问题
如果要以现有的旋转蚀刻方式对硅晶圆进行酸蚀刻，则由于在从供给喷嘴供给的酸蚀刻液在供给喷嘴的正下方与硅晶圆的表面碰撞的区域(以下，称为“碰撞喷流区域”)的蚀刻速度变慢，而使得晶圆整体的蚀刻加工余量的PV(Peak to Valley，峰谷比)恶化，结果会有导致蚀刻后的晶圆面内的TTV(Total Thickness Variation，总厚度变化)恶化的问题。与加工残留应力较多的研磨面等的情况下相比，这样的问题在晶圆表层几乎不存在加工残留应力(硅表面附近的变形)的抛光晶圆(以下，有时称“PW”)等的情况下更为显著。另外，随着经酸蚀刻液处理的硅晶圆的片数变多(生命周期变长)会更加显著。
本发明为了解决上述问题而完成，其目的在于提供一种硅晶圆的蚀刻方法，其在旋转蚀刻方式的蚀刻中，可加快碰撞喷流区域中的蚀刻速度，而可抑制蚀刻加工余量的PV的恶化、蚀刻后的晶圆面内的TTV的恶化。
(二)技术方案
本发明为了达成上述目的而完成，其提供一种硅晶圆的蚀刻方法，其包含旋转蚀刻工序，所述旋转蚀刻工序一边通过供给喷嘴对硅晶圆的表面或背面供给酸蚀刻液，一边使所述硅晶圆旋转，从而使所述酸蚀刻液的供给范围扩大至所述硅晶圆的表面或背面的整面以进行酸蚀刻，在开始所述硅晶圆的旋转之前，向从所述供给喷嘴供给的所述酸蚀刻液在所述供给喷嘴的正下方与所述硅晶圆的表面碰撞的碰撞喷流区域内滴加至少含有氢氟酸和硝酸的混合酸，用所述混合酸覆盖所述碰撞喷流区域后，开始所述硅晶圆的旋转，以进行所述旋转蚀刻工序。
根据这样的硅晶圆的蚀刻方法，由于可加快碰撞喷流区域中的蚀刻速度，因此可抑制蚀刻加工余量的PV的恶化，其结果为，可抑制蚀刻后的晶圆面内的TTV的恶化。
此时，所述碰撞喷流区域可以是具有所述供给喷嘴的内径的0.8倍以上、1.6倍以下的直径的圆形区域。
通过以混合酸覆盖这样的碰撞喷流区域，可更有效地加快碰撞喷流区域中的蚀刻速度。
此时，可以将所述硅晶圆开始旋转前所滴加的混合酸的液量设为20～50mL。
由此，可更稳定地以混合酸仅覆盖碰撞喷流区域内，可有效地加快碰撞喷流区域中的蚀刻速度。
此时，在所述碰撞喷流区域内滴加所述混合酸后，可以在经过1秒以上、2秒以下的时间的期间，开始所述硅晶圆的旋转而进行酸蚀刻。
由此，可使有助于氧化过程中的亚硝酸根离子量的产生量更为充分，而且也无表面粗糙的顾虑，因此可更有效地加快碰撞喷流区域中的蚀刻速度。
此时，可以使用含有氢氟酸和硝酸的混合液、或在该混合液中加入了醋酸、磷酸、硫酸中的任意一种以上而成的混合液作为所述酸蚀刻液的硅晶圆的蚀刻方法。
由此，可进行更有效率的酸蚀刻，且可进一步加快碰撞喷流区域中的蚀刻速度。另外，在使用这样的酸蚀刻液的情况下，由于可将酸蚀刻液兼用作上述混合酸，因此可简化蚀刻装置，是优选的。
(三)有益效果
如上所述，根据本发明的硅晶圆的蚀刻方法，可整体加快喷嘴正下方的碰撞喷流区域的蚀刻速度，而可改善蚀刻后的晶圆面内的TTV值。
附图说明
图1示出可在本发明的蚀刻方法中使用的蚀刻装置的示意图。
图2示出实施例中的蚀刻后的TTV与酸蚀刻液中的Si溶解量的关系。
图3示出比较例中的蚀刻后的TTV与酸蚀刻液中的Si溶解量的关系。
具体实施方式
以下，详细地说明本发明，但本发明并不限于这些方式。
如上所述，本发明旨在提供一种硅晶圆的蚀刻方法，其在以旋转蚀刻方式蚀刻硅晶圆时，可加快碰撞喷流区域中的蚀刻速度，而可抑制蚀刻加工余量的PV的恶化、蚀刻后的晶圆面内的TTV的恶化。
本发明人针对上述技术问题经过反复深入研究，结果发现通过一种硅晶圆的蚀刻方法，可加快碰撞喷流区域中的蚀刻速度，其结果为，可抑制蚀刻加工余量的PV的恶化及蚀刻后的晶圆面内的TTV的恶化，而完成了本发明，该方法包含旋转蚀刻工序，所述旋转蚀刻工序一边通过供给喷嘴对硅晶圆的表面或背面供给酸蚀刻液，一边使所述硅晶圆旋转，从而使所述酸蚀刻液的供给范围扩大至所述硅晶圆的表面或背面的整面以进行酸蚀刻，在开始所述硅晶圆的旋转之前，向从所述供给喷嘴供给的所述酸蚀刻液在所述供给喷嘴的正下方与所述硅晶圆的表面碰撞的碰撞喷流区域内滴加至少含有氢氟酸和硝酸的混合酸，用所述混合酸覆盖所述碰撞喷流区域后，开始所述硅晶圆的旋转，以进行所述旋转蚀刻工序。
本发明人发现，在使用旋转蚀刻方式进行硅晶圆的蚀刻时，在晶圆的碰撞喷流区域的蚀刻速度有变慢的倾向，由此，蚀刻加工余量的PV恶化，且蚀刻后的晶圆面内的TTV恶化。认为这样的问题是由如下的协同效果引起的：有助于旋转蚀刻中的酸蚀刻所消耗的反应能量的表面势能小；以及，在喷嘴正下方蚀刻液的相对于径向的流速为低流速。
因此，本发明人注意到在硅晶圆的酸蚀刻中，有助于氧化过程的亚硝酸根离子越多则蚀刻速度越快，从而发现：如果事先在晶圆表面的特定的位置产生亚硝酸根离子，并对该处供给酸蚀刻液，则可期待在该特定位置的蚀刻速度上升，且还发现：亚硝酸根离子利用由氮氧化物自催化生成的物质是最简便且高效的。另外，这样的现象在使用氢氟酸浓度为一定值以上的混合酸作为酸蚀刻液的情况下更为显著。
本发明人发现下述情况，而完成了本发明，即，在一边对硅晶圆的表面或背面供给酸蚀刻液，一边使硅晶圆旋转以进行酸蚀刻的情况下，即将开始进行酸蚀刻时，在开始硅晶圆的旋转之前，向喷嘴正下方的碰撞喷流区域内滴加至少含有氢氟酸及硝酸的混合酸，并用混合酸覆盖碰撞喷流区域，再由利用混合酸和硅晶圆的蚀刻反应所产生的氮氧化物产生亚硝酸根离子，之后如果与旋转开始同时从喷嘴连续供给蚀刻液，则在喷嘴正下方的碰撞喷流区域的蚀刻速度上升。
以下，参考附图说明本发明的硅晶圆的蚀刻方法的实施方式。
本发明的硅晶圆的蚀刻方法可采用在通常的旋转蚀刻方式中所使用的蚀刻装置。图1示出可在本发明的蚀刻方法中使用的蚀刻装置的示意图。具体而言，可使用三益半导体工业股份有限公司制的旋转蚀刻机MSE-7000EL-MH。
一般而言，蚀刻装置100可在进行蚀刻处理的处理部具备真空吸附台2和供给喷嘴3。另外，可在供给蚀刻液或水等的化学液供给部具备：混合酸槽5、酸蚀刻液槽6、供水源7、及送液泵(未图示)，该送液泵从混合酸槽5、蚀刻液槽6及供水源7将混合酸10、酸蚀刻液8、水9送往处理部。在此，混合酸10至少含有氢氟酸及硝酸。另外，酸蚀刻液8中通常溶解有硅。其原因在于，在利用旋转蚀刻方式进行的硅晶圆的酸蚀刻中，回收所使用的酸蚀刻液，再次用作酸蚀刻液，且酸蚀刻液中所含的Si溶解量根据硅晶圆的蚀刻片数而增加。另外，如后所述，也可将混合酸10和酸蚀刻液8设为相同的化学液，在这样的情况下，也可不设置混合酸槽5。
硅晶圆1以表面或背面朝上的方式水平地设置在真空吸附台2的中心，能够通过真空吸附保持在与真空源4连结的真空吸附台2上。但是，硅晶圆的保持也可采用真空吸附以外的方法。
真空吸附台2可利用位于平台下方的由未图示的θ轴马达及θ转轴等所构成的旋转单元，以真空吸附台2的中心为旋转轴而向图的θ方向旋转。
其次，以使用图1所示的蚀刻装置100的情况为例，说明本发明的硅晶圆的蚀刻方法。另外，本发明的作为蚀刻对象的硅晶圆无特别限定。就在以现有的旋转蚀刻方式进行了蚀刻时的碰撞喷流区域中的蚀刻速度的降低而言，与具有加工残留应力多的研磨面的硅晶圆相比，在晶圆表层几乎不存在加工残留应力的PW等的情况下更为显著，因此优选应用于PW的处理。
本发明的硅晶圆的蚀刻方法包含旋转蚀刻工序，该旋转蚀刻工序一边通过供给喷嘴3向硅晶圆的表面或背面供给储存于蚀刻液槽6的酸蚀刻液8，一边使硅晶圆旋转而使将酸蚀刻液的供给范围扩大至硅晶圆1的整面，以进行酸蚀刻。而且，在本发明的硅晶圆的蚀刻方法中，在该蚀刻工序之前先进行以下所述处理。
在旋转蚀刻工序中开始硅晶圆的旋转之前，向从供给喷嘴3供给的酸蚀刻液8在供给喷嘴3的正下方与硅晶圆1的表面碰撞的碰撞喷流区域内，滴加至少含有氢氟酸及硝酸的混合酸10，并用混合酸10覆盖碰撞喷流区域20。
在此，碰撞喷流区域20可设为具有供给喷嘴3的内径的0.8倍以上、1.6倍以下的直径的圆形区域。具体而言，例如，在供给喷嘴3的内径为25mm的情况下，可将碰撞喷流区域20设为直径为20～40mm的圆形区域。用混合酸覆盖这样的碰撞喷流区域，可更有效地加快碰撞喷流区域中的蚀刻速度。另外，供给喷嘴3的内径可根据蚀刻对象的硅晶圆的直径等而适当选择，例如可设为10～50mm。
在此，所谓碰撞喷流区域，是指从供给喷嘴喷射而供给的酸蚀刻液直接与硅晶圆表面碰撞的区域，此区域的直径可根据供给喷嘴的喷射口的形状等，而等于、大于或小于供给喷嘴的内径。即，能够以喷射方向的直径成固定的直流状、逐渐扩大或逐渐缩小的方式供给喷射的蚀刻液。
另外，滴加的混合酸的液量优选设为20～50mL。如果是这样的量，因可充分且更稳定地用混合酸10仅覆盖碰撞喷流区域20内，因此可更有效地加快旋转蚀刻工序的酸蚀刻中的碰撞喷流区域20的蚀刻速度。
其次，进行旋转蚀刻工序，但优选在碰撞喷流区域20内滴加混合酸之后，在经过1秒以上、2秒以下时间的期间进入开始硅晶圆的旋转而进行酸蚀刻的旋转蚀刻工序。如果将至开始硅晶圆的旋转为止的时间设为1秒以上，则可充分产生从氮氧化物自催化地产生的亚硝酸根离子，如果将至开始硅晶圆的旋转为止的时间设为2秒以下，则可不使生产性下降，且能更有效地抑制因硅和混合酸的反应过度进行所导致的表面粗糙等。
其次，针对旋转蚀刻工序的例子进行详细说明。当开始硅晶圆的旋转并成为预定的转速之后，从蚀刻液槽6将酸蚀刻液8供给至位于真空吸附台2上方的供给喷嘴3，并向保持在真空吸附台2上并旋转的硅晶圆1上供给酸蚀刻液8。供给至硅晶圆1上的酸蚀刻液8追随硅晶圆1的旋转而在硅晶圆1上移动，从硅晶圆1的外周部成为液滴11而从晶圆上排出。在满足预定的蚀刻加工余量后，蚀刻加工结束，之后停止从蚀刻液槽6供给酸蚀刻液8，而从供水源7将水9供给至供给喷嘴3，并向保持在真空吸附台2上并旋转的硅晶圆1上供给水9。供给至硅晶圆1上的水9追随硅晶圆1的旋转在硅晶圆1上移动，一边将残留在硅晶圆1上的酸蚀刻液8置换成水9，一边从硅晶圆1的外周部成为液滴11而排出。当硅晶圆1上的酸蚀刻液8向水的置换结束后，停止从供水源7供给水9，再通过使硅晶圆1高速旋转以使硅晶圆1上的水全部飞散，而得到干燥的硅晶圆1。
可使用含有氢氟酸及硝酸的混合液作为酸蚀刻液8，在这种情况下，混合比以质量％计算，可设为例如氢氟酸为1～80％、硝酸为10～80％的范围。另外，也可使用将醋酸、磷酸、硫酸中任意一种以上适当组合并加入至含有氢氟酸及硝酸的混合液中而成的混合液。此时，也可在醋酸例如10～30％、硫酸例如10～25％、磷酸例如10～50％的范围内以任意的比例进行混合。如果使用这样的混合液，可进行更有效率的酸蚀刻，且可进一步加快碰撞喷流区域中的蚀刻速度。
另外，也可使用上述混合液作为酸蚀刻液8，并将酸蚀刻液8兼用作在开始硅晶圆的旋转前滴加至碰撞喷流区域内的混合酸。在这种情况下，不需要分别设置混合酸和酸蚀刻液的供给系统，因此装置更加简便，更优选。
根据本发明的蚀刻方法，通过整体提升供给喷嘴正下方的碰撞喷流区域的蚀刻速度，可改善晶圆面内的蚀刻加工余量的PV。例如，使用Si溶解量为20g/L的酸蚀刻液，将加工余量目标设为平均10μm，利用现有的方法对PW进行了旋转蚀刻的情况下的蚀刻加工余量的PV通常为2.1μm左右，但如果利用本发明的蚀刻方法进行蚀刻，则为1.5μm左右，能够大幅改善。
实施例
以下，使用实施例具体地说明本发明，但本发明并不限于此。
(实施例)
使用旋转蚀刻装置进行了硅晶圆的蚀刻。所使用的酸蚀刻液是氢氟酸和硝酸的混合液，以质量％计算，混合比设为氢氟酸为10％、硝酸为51％。滴加至碰撞喷流区域内的混合酸也使用该酸蚀刻液。另外，供给喷嘴的内径为25mm。在蚀刻装置内的真空吸附台上载置并真空吸附而保持有直径300mm的PW作为硅晶圆。在开始硅晶圆的旋转之前，从供给喷嘴滴加30mL的酸蚀刻液，用酸蚀刻液覆盖供给喷嘴正下方的直径30mm的范围。从滴加时起经过2秒后开始硅晶圆的旋转，在成为预定的转速时供给酸蚀刻液以进行旋转蚀刻，并切换成供给纯水以去除酸蚀刻液，再停止化学液的供给并使硅晶圆干燥。蚀刻以平均10μm的蚀刻量进行。
另外，如前所述，在利用旋转蚀刻方式进行的硅晶圆的酸蚀刻中，将所使用的酸蚀刻液加以回收，而再度用作酸蚀刻液。因此，如果对硅晶圆进行酸蚀刻，则酸蚀刻液中所含的Si溶解量根据蚀刻片数而增加。而且，Si溶解量的增加意味着酸蚀刻液中所含的蚀刻化学物种的减少，因此平均蚀刻速度伴随着Si溶解量的增加而下降。为了将这样的Si溶解量变化对TTV所造成的影响一并进行评价，改变酸蚀刻液中的Si溶解量，并对于多片硅晶圆进行上述蚀刻。
使用KOBELCO科研社制的平坦度·形状测量机SBW进行了蚀刻后的硅晶圆的TTV的评价。调查了蚀刻时的酸蚀刻液中的Si溶解量和蚀刻后的硅晶圆的TTV的关系。
(比较例)
除了在开始硅晶圆的旋转前未进行混合酸(酸蚀刻液)的滴加之外，以与实施例相同的条件进行了硅晶圆的旋转蚀刻及评价。
图2中示出通过实施例的蚀刻方法获得的蚀刻后的TTV和酸蚀刻液中的Si溶解量的关系。根据图2可知，随着酸蚀刻液中的Si溶解量增加，即，随着以酸蚀刻液处理的硅晶圆片数变多(生命周期变长)，TTV变大。
图3中显示通过比较例的蚀刻方法所得的蚀刻后的TTV和酸蚀刻液中的Si溶解量的关系。根据图3可知，随着酸蚀刻液中的Si溶解量增加而TTV变大的倾向与实施例相同。
另一方面，在图2、3中，将实施例及比较例中的Si溶解量相等的数据彼此对比，可知实施例中的蚀刻后的TTV与比较例相比约减小10％以上。如此可知，根据本发明的实施例，在以旋转蚀刻方式进行硅晶圆的酸蚀刻的情况下，可整体加快喷嘴正下方的碰撞喷流区域的蚀刻速度，而可改善蚀刻后的TTV。
此外，本发明不限于上述实施方式。上述实施方式是例示，凡具有与本发明的权利要求书所记载的技术思想实质上相同的结构、起到同样的作用效果的任何方案都包含在本发明的技术范围内。

Claims (5)

1.一种硅晶圆的蚀刻方法，其包含旋转蚀刻工序，所述旋转蚀刻工序一边通过供给喷嘴对硅晶圆的表面或背面供给酸蚀刻液，一边使所述硅晶圆旋转，从而使所述酸蚀刻液的供给范围扩大至所述硅晶圆的表面或背面的整面以进行酸蚀刻，其特征在于，
在开始所述硅晶圆的旋转之前，向从所述供给喷嘴供给的所述酸蚀刻液在所述供给喷嘴的正下方与所述硅晶圆的表面碰撞的碰撞喷流区域内滴加至少含有氢氟酸和硝酸的混合酸，用所述混合酸覆盖所述碰撞喷流区域后，开始所述硅晶圆的旋转，以进行所述旋转蚀刻工序。
2.根据权利要求1所述的硅晶圆的蚀刻方法，其特征在于，
所述碰撞喷流区域是具有所述供给喷嘴的内径的0.8倍以上、1.6倍以下的直径的圆形区域。
3.根据权利要求1或2所述的硅晶圆的蚀刻方法，其特征在于，
将所述硅晶圆开始旋转前所滴加的混合酸的液量设为20～50mL。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的硅晶圆的蚀刻方法，其特征在于，
在所述碰撞喷流区域内滴加所述混合酸后，在经过1秒以上、2秒以下的时间的期间，开始所述硅晶圆的旋转而进行酸蚀刻。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的硅晶圆的蚀刻方法，其特征在于，
使用含有氢氟酸和硝酸的混合液、或在该混合液中加入了醋酸、磷酸、硫酸中的任意一种以上而成的混合液作为所述酸蚀刻液。
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