CN1795544A - 加工硅晶片的方法 - Google Patents
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Abstract
用于加工硅晶片的方法，其包括：步骤(11)，其中将单晶坯锭切成薄盘状晶片；步骤(13)，其中将每个晶片的表面研磨成平面；步骤(14)，其中对晶片进行碱性清洗，去除先前机械加工带来的污染物；以及步骤(16)，其中将晶片在两组腐蚀槽之间交替轮换，其中一组中含有酸性腐蚀液，另一组中含有碱性腐蚀液，其中在步骤11和步骤13之间引入另外的步骤(12)，其中将晶片浸在含有的氢氟酸(HF)和硝酸(HNO3)的体积比(HF/HNO3)为1/8－1/2的酸性溶液中，这样，就可以去除机械加工在晶片前后表面上带来的质量下降的表面层，并将其边缘表面斜切。本发明方法简化了晶片加工所含的步骤，减少了伴随机械斜切的碱性清洗的干扰，由此降低了被可能来自碱性清洗的金属杂质污染的危险。
Description
技术领域
本发明涉及一种加工硅晶片的方法，该方法可以防止由于金属杂质引起的污染否则，晶片在进行了各种机械加工后，进行清洗时会导致这种金属杂质污染。
背景技术
下面的步骤是已公开的加工硅晶片的传统方法(参见，例如，非专利文献1)。
将从熔罐中拉出的单晶硅棒切掉前后端，然后分成多段，对每段外周进行打磨，直到其直径接近所需要的尺寸。然后，形成定位面或者定位槽来标注特定的晶向。将这样制得的单晶坯锭首先用切割机刀片以与坯锭纵轴所成的特定角度切割成薄盘状切片，由此得到大量如图2(a)所示的硅晶片(步骤1)。图2(b)所示的是已进行了图2(a)中的相应步骤后的硅晶片横截面。
将这样得到的硅晶片用例如碱性清洗剂清洗，以去除比如外周打磨，切片步骤1等工艺可能导致粘附的油(步骤2)。
然后，用例如自动机械将晶片自动的移进移出，对其进行机械加工并将其加工成器件。将晶片的周边斜切，因为如果晶片的周边不是斜角的，而是直角的，将会带来划痕和缺陷，在传送过程中晶片意外受到的机械撞击带来的硅颗粒可能会降低附近晶片的表面质量。为了防止产生这些划痕和缺陷的产生，用金刚石砂轮将硅晶片的周边进行斜切(步骤3)。在步骤3中进行的斜切还可以有效防止在后续步骤中进行薄膜外延生长过程中，或者在应用光刻胶的过程中，薄膜延晶片周边的反常发展(成冠现象)。对经过步骤3或者斜切处理的晶片进行碱性清洗(步骤4)。在步骤4过程中，去除在步骤3中斜切可能带来的污染物。
然后，通过研磨，将在步骤1中切片时会在晶片表面产生的质量下降的表面层去除，这样可以提高晶片的表面平整度及其平行性(步骤5)。在研磨步骤5之后，对晶片进行碱性清洗(步骤6)，在步骤6中，去除在步骤5研磨过程中可能产生的污染物。
然后，对已经过了研磨步骤5的晶片进行精细斜切(步骤7)。对经过了精细斜切步骤7的晶片进行碱性清洗(步骤8)。在步骤8中，去除在步骤7精细斜切过程中可能产生的污染物。
接下来，将晶片浸到酸性腐蚀溶液中进行腐蚀(步骤9)。在步骤9中，完全去除由于机械加工过程在晶片的前后表面上可能产生的任何质量下降的表面层。
经过了上述加工的晶片再进行另外的处理(未说明)，比如，研磨，加热，镜面抛光，清洗等，以接受制作器件所必要的进一步处理。
非专利文献1：Shimura F.，“Engineering of SemiconductorSilicon Crystals”，Maruzen，September 30，1993，P.104。
发明公开
本发明要解决的问题
在非专利文献1所述的传统方法中，每次晶片在进行了机械加工，比如像上述步骤3或7中的斜切或者精细斜切之后，都必须进行碱性清洗步骤，以确保去除由于该步机械加工可能产生的污染物。这带来另一个问题，在碱性清洗中所用的清洗剂本身会被杂质，特别是金属杂质污染。
本发明的一个目的是提供一种加工硅晶片的方法，其能使加工简单化。
本发明的另一个目的是提供一种加工硅晶片的方法，其通过使碱性清洗的干扰最小化，降低了晶片在碱性清洗后被金属杂质污染的危险，否则，在每次斜切之后都要进行碱性清洗。
解决问题的办法
权利要求1所代表的本发明的一个方面涉及一种加工硅晶片的改进方法。如图1(a)所示，该方法包括切片步骤11，其中将单晶坯锭切成薄盘状晶片；研磨步骤13，其中将每个晶片的表面研磨成平面；碱性清洗步骤14，其中对晶片进行碱性清洗，以去除先前机械加工产生的污染物；以及腐蚀步骤16，其中将晶片在两组腐蚀槽之间交替转递，其中一组中含有酸性腐蚀液，另一组中含有碱性腐蚀液。
这种方法的特征在于，其所包括的斜切步骤12处于切片步骤11和研磨步骤13之间，在该斜切步骤中，将晶片浸在含有的氢氟酸(HF)和硝酸(HNO3)的体积比(HF/HNO3)为1/8-1/2的酸性溶液中，这样，就可以去除由于机械加工在晶片的前后表面上产生的质量下降的表面层，并可以将其边缘表面斜切。
依据权利要求1所代表的本发明的这个方面，引入步骤12来代替了传统方法中采用的机械斜切，在该步中，将晶片浸在含有的氢氟酸(HF)和硝酸(HNO3)的体积比(HF/HNO3)为1/8-1/2的酸性溶液中，其能在去除在先的机械加工在晶片的前后表面所产生的质量下降的表面层的同时，将晶片边缘斜切。这样，该方法使晶片加工简化。该方法进一步免除了在机械加工后必须引入的碱性清洗的必要，从而降低了晶片被与碱性清洗相关的金属杂质，特别是Cu基杂质污染的危险。
权利要求2所代表的本发明的另一个方面涉及一种对权利要求1中的方法的改良，其中，对采用含有氢氟酸和硝酸的酸性溶液进行的腐蚀进行调节，使晶片两个表面的总腐蚀速率在0.1-1.0μm/sec的范围。
而权利要求3所代表的本发明的另一个方面涉及另一种对权利要求1中的方法的改良，其中，腐蚀步骤16包括酸性腐蚀16a，随后为碱性腐蚀16b，碱性腐蚀液的浓度为8mol/1或者更高，在酸性腐蚀过程中，将晶片两个表面的总腐蚀速率调节到0.2μm/sec或者更高。
发明效果
如上所述，本发明方法涉及一种加工硅晶片的改进方法，该方法包括切片步骤，其中将单晶坯锭切成薄盘状晶片；研磨步骤，其中将每个晶片的表面研磨成平面；碱性清洗步骤，其中对晶片进行碱性清洗，去除先前机械加工带来的污染物；以及腐蚀步骤，其中将晶片在两组腐蚀槽之间交替转递，其中一组中含有酸性腐蚀液，另一组中含有碱性腐蚀液。本发明方法的特点在于，其所包括的斜切步骤12处于切片步骤和研磨步骤之间，在该斜切步骤中，将晶片浸在含有的氢氟酸(HF)和硝酸(HNO3)的体积比(HF/HNO3)为1/8-1/2的酸性溶液中，这样，就可以去除由机械加工在晶片前后表面上产生的质量下降的表面层，并能将其边缘表面斜切。
依据上述本发明的方法，引入将晶片浸在含有的氢氟酸(HF)和硝酸(HNO3)的体积比(HF/HNO3)为1/8-1/2的酸性溶液中的步骤代替了传统方法中采用的机械斜切，这使得在去除在先机械加工产生的质量下降的表面层的同时，将晶片边缘斜切。这样，该方法使晶片加工简化。该方法进一步免除了在机械加工后必须引入的碱性清洗的必要，从而降低了晶片被与碱性清洗相关的金属杂质，特别是Cu基杂质污染的危险。
本发明的最佳实施方式
下面参照附图，对本发明的实施方案进行描述。
首先，将长成的单晶硅棒的前端和后端切掉，然后分成多段，对每段的外周进行打磨，直到成为直径均匀的圆柱体。然后，形成定位面或者定位槽来标注特定的晶向，以制成单晶坯锭产品。在后续的将晶片制成器件的步骤过程中，定位面和槽用来作为将晶片相对于掩模正确放置的参照。在该步之后，将单晶坯锭用切割机刀片以与坯锭纵轴所成的特定角度切成薄盘状切片，由此得到大量如图1(a)中所示的硅晶片(步骤11)。图1(b)所示的是已进行了图1(a)中的相应步骤的硅晶片横截面。
依据传统方法，由于切片后的晶片周边是直的，为了防止在那里产生划痕和缺陷，要对周边进行斜切。而依据本发明方法，将晶片浸在含有的氢氟酸(HF)和硝酸(HNO3)的体积比(HF/HNO3)为1/8-1/2的酸性溶液中，这样，就可以去除机械加工在晶片前后表面上产生的质量下降的表面层，并能将其边缘表面斜切(步骤12)。将晶片浸在含有的氢氟酸(HF)和硝酸(HNO3)的体积比(HF/HNO3)为1/8-1/2的酸性溶液中，可以在去除机械加工在晶片前后表面上产生的一部分质量下降的表面层的同时，将晶片边缘斜切。通过适当调节该酸性溶液中氢氟酸和硝酸的混合比，可以得到通过腐蚀就能对晶片边缘进行斜切的溶液。这种溶液产生的斜切正如机械斜切后所观察到的。这样，步骤12可以代替传统的在加工晶片过程中采用的机械加工斜边的步骤，由此降低了在机械斜切后必须引入的碱性清洗的干扰的机会。如果氢氟酸(HF)与硝酸(HNO3)的体积比(HF/HNO3)小于1/2，即，如果硝酸的量少于所给定的量，腐蚀速率会比所希望的快，表面的厚度分布会变差，会产生大的翘曲。而且，难以控制表面的形状。相反，如果HF/HNO3体积比大于1/8，即，如果硝酸的量大于给定的量，腐蚀速率会变慢，这样腐蚀所需的时间太长以致于不实用。在该酸性溶液中，氢氟酸和硝酸的体积比(HF/HNO3)优选的为1/5。
也可以采用碱性腐蚀液来对晶片边缘进行斜切。然而，刚经过机械斜切的晶片通常会被金属杂质污染，用碱性清洗剂比如KOH或者NaOH基清洗剂对这样的晶片进行腐蚀会有使金属杂质扩散进晶片衬底中以及越过其表面的危险。因此，采用酸性腐蚀液是更优选的。从产量上考虑，采用碱性腐蚀液腐蚀速度较低，是所不希望的。
调节受含氢氟酸和硝酸的酸性腐蚀液影响的腐蚀速率，使晶片两个表面的总腐蚀速率在0.1-1.0μm/sec的范围。优选的腐蚀速率是0.2-0.3μm/sec。
然后，对晶片的前后表面进行机械打磨(研磨)，以使晶片的表面平整度和它们之间的平行性得到改善(步骤13)。在研磨过程中，打掉的前后表面的厚度优选的调节到15-20μm。
在进行了研磨步骤13之后，将晶片浸在碱性溶液中清洗(步骤14)。在进行碱性清洗的过程中，去掉的晶片前后表面的厚度优选的控制在小于1μm。该步清洗去除机械加工产生的污染物。该碱性溶液优选的由氢氧化钾构成。
接下来，将晶片在两组腐蚀槽中交替传递，其中一组中含有酸性腐蚀液，另一组中含有碱性腐蚀液(步骤16)。在步骤16中，将因研磨步骤13而在晶片前后表面上可能产生的任何质量下降的表面层完全去除。腐蚀步骤16包括酸性腐蚀16a，随后的碱性腐蚀16b。碱性腐蚀液的浓度为8mol/l或者更高。如果碱性腐蚀液的浓度低于这一下限，在晶片的表面上形成的小平面(facet)会变大，会产生尺寸几个微米或者略小，深度为十到几十微米的坑，晶片表面会变粗糙。为了补偿这些缺陷，必须对在后续步骤中引入的化学机械研磨进行调节，以研磨掉比通常要厚的表面层。该碱性腐蚀液的浓度优选的控制在10mol/l或者更高。对受酸性腐蚀液影响的腐蚀速率进行调节，使晶片两个表面的总腐蚀速率在0.2μm/sec或者更快。优选的腐蚀速率是0.2-0.8μm/sec。
在腐蚀步骤16a和腐蚀步骤16b之间有必要插入清洗步骤17。插入清洗步骤17使得可以去除因在先步骤的处理而附着在晶片上的酸或者碱，由此防止酸性腐蚀槽和碱性腐蚀槽之间的交叉污染，使这些槽中所存溶液的组成变化最小化。进行完腐蚀步骤16之后，清洗掉附着在其表面上的清洗剂(步骤18)。
经过了清洗步骤18的晶片，将进行后续的步骤，比如单面抛光，PCR(圆角抛光)，其对晶片的斜切边进行镜面抛光，加热，用双面研磨机进行单面抛光，清洗，以准备好进一步加工成器件。
工业实用性
用来加工硅晶片的本发明方法简化了加工中所涉及的步骤，减少了被金属杂质污染的危险，所述污染可能来自在各步机械加工后要进行的清洗。
附图简述
图1是依据本发明方法对硅晶片进行加工的步骤流程图。
图2是依据传统方法对硅晶片进行加工的步骤流程图。
附图标记
11：切片步骤
12：酸性溶液浸渍步骤
13：研磨步骤
14：碱性清洗步骤
16：腐蚀步骤
Claims (3)
1.加工硅晶片的方法，包括：
切片步骤(11)，其中将单晶坯锭切成薄盘状晶片；
研磨步骤(13)，其中将每个晶片的表面研磨成平面；
碱性清洗步骤(14)，其中对晶片进行碱性清洗，去除在先机械加工产生的污染物；以及
腐蚀步骤(16)，其中将晶片在两组腐蚀槽之间交替传递，其中一组中含有酸性腐蚀液，另一组中含有碱性腐蚀液，其中：
在切片步骤(11)和研磨步骤(13)之间引入斜切步骤(12)，其中将晶片浸在含有的氢氟酸(HF)和硝酸(HNO3)的体积比(HF/HNO3)为1/8-1/2的酸性溶液中，由此可以去除由机械加工在晶片前后表面上产生的质量下降的表面层，并且可将其边缘表面斜切。
2.权利要求1中的方法，其中对用含氢氟酸和硝酸的酸性溶液进行的腐蚀进行调节，使晶片两个表面的总腐蚀速率处在0.1-1.0μm/sec的范围。
3.权利要求1中的方法，其中的腐蚀步骤(16)包括酸性腐蚀(16a)，随后的碱性腐蚀(16b)，该碱性腐蚀液的浓度为8mol/l或者更高，在酸性腐蚀过程中，将晶片两个表面的总腐蚀速率调节在0.2μm/sec或者更高。
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