專利名稱：一種低粗糙度硅片堿腐蝕工藝的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及單晶硅片生產方法，特別涉及一種低粗糙度硅片堿腐蝕工藝。
背景技術：
隨著功率電子器件的技術的不斷進步，尤其是節(jié)能型功率器件的廣泛應用，帶動了功率器件用基底材料硅晶圓拋光片的長足發(fā)展。硅晶圓的生產過程從硅單晶棒開始，一般主要包括切片、倒角、磨片、腐蝕、背處理、拋光、清洗到最終取得完美鏡面的拋光片結束， 期間，從腐蝕片開始對硅片表面形貌及環(huán)境的顆粒度都有較高的要求。這是因為完美鏡面的獲得不是依靠拋光一個工序可以實現(xiàn)的，硅片研磨后表面的損傷層較厚，需要經過化學腐蝕去除，化學腐蝕本身也是一個化學拋光的過程，利用化學腐蝕可以快速去除硅片表面的損傷層，獲得具有一定光澤度的表面。硅片的腐蝕工藝主要包括酸腐蝕和堿腐蝕工藝。酸腐蝕工藝使用HF、硝酸、冰乙酸的混合溶液進行腐蝕，三種酸都是危險化學品，尤其是HF對人體骨骼器官傷害很大，而且工藝過程中會產生氮的氧化物、HF等有毒氣體，傷害人的健康；另外酸腐蝕工藝為各向同性腐蝕，往往幾何參數的控制不容易把握。而堿腐蝕工藝，反應相對的溫和，不產生有毒有害氣體，而且相對酸腐蝕成本較低；另外，由于堿腐蝕的“自限制過程”，其幾何參數較容易把握。所謂“自限制過程”就是堿能到達的硅片任何損傷區(qū)域會快速腐蝕，然后當達到無損傷表面時，反應幾乎停止；當堿與硅片接觸時間更長時，反應速率幾乎趨向于零。硅片堿腐蝕的方法是利用堿性氫氧化物如氫氧化鉀(KOH)與硅片反應，腐蝕硅片表面，達到去除磨片損傷層的目的。KOH與硅片的基本反應如下Si+ 2H20 + 2K0H — 2 + Si(OH)2(O)2 +2K+。但遺憾的是，通常堿腐片表面的粗糙度較差，從而可能對后道拋光造成不利影響。 根據相關資料和以往的實踐經驗，堿腐片表面的粗糙度隨著溫度的升高而降低，這是因為經研磨等機械加工后的硅片表面存在著各種缺陷以及損傷，這些缺陷和局部損傷引起的應力場會使該處的腐蝕速率加快，損傷處于完整面的交界處便會形成速率差，從而使硅片變得粗糙，而當溫度升到一定值后，反應速率加快，使得表面缺陷和損傷引起的速率差變??； 另一方面，同樣的道理，濃度適中的堿液獲得較快的腐蝕速率，從而獲得較佳的粗糙度，這是因為提供越多電離的
才能使反應更快的進行，KOH溶液濃度過高或過低都會抑制硅片的腐蝕。隨著半導體行業(yè)加工精度的不斷提高，材料的節(jié)約、器件的精密化都對拋光片提出了更高的要求，從而要求前道的腐蝕硅片要有更高的表面形貌。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是研發(fā)一種低粗糙度硅片腐蝕工藝。本工藝根據堿腐蝕速率隨溫度、
電離濃度升高的原理，利用自主研發(fā)的高壓水浴鍋提高腐蝕液的溫度及電離度來提高堿腐蝕反應速率，從而達到優(yōu)化堿腐蝕片粗糙度的目的。本發(fā)明采取的技術方案是一種低粗糙度硅片堿腐蝕工藝，其特征在于，包括如下步驟
(A)、在高壓水浴鍋內配制堿腐蝕液，升溫至準備溫度；設定準備溫度為115°C至 130 0C ；
(B)、利用機械手將裝有研磨片的片藍浸入高壓水浴鍋內堿腐蝕溶液中，關閉高壓水浴鍋上蓋，開始加壓，升溫，加壓至180-260Kpa，升溫至145°C至160°C ；
(C)、堿腐蝕1至10分鐘后，然后提升機械手；
(D)、打開氣閥進行放氣至標準大氣壓后，打開高壓水浴鍋上蓋，下載片藍，浸入稀鹽酸溶液內浸泡；浸泡后再進行快排漂洗、清洗、甩干、送檢驗；
(E)、利用熱水箱對高壓水浴鍋進行補水，保持腐蝕液濃度配比，加熱至準備溫度。本發(fā)明的優(yōu)點及效果低粗糙度硅片的堿腐蝕工藝適用于生產3-6英寸的單晶硅片晶圓。由于堿腐蝕液在高壓水浴鍋中加熱，升高了堿腐蝕液的沸點，使堿腐蝕液在160°C 以下仍保持液態(tài)；另外隨著溫度的提高，堿在水中的溶解度隨之提高，電離出更多的
； 更高的反應溫度和更多電離的
加快了腐蝕速度，使得表面缺陷和損傷引起的速率差變小，進而獲得較佳的粗糙度。通過調整堿腐蝕的原始工藝，使堿腐蝕系統(tǒng)具備生產粗糙度在Ium以下硅片的能力，為下一道拋光工藝提供了更好的表面質量，從而滿足市場對器件基底材料的要求。


圖1為本工藝采用的高壓水浴鍋原理示意圖。
具體實施例方式以下結合實施例和附圖對本發(fā)明作進一步說明
本發(fā)明配制堿腐蝕液的溶質為KOH或NaOH，溶劑為去離子水，KOH或NaOH所占堿腐蝕液的重量百分比范圍為30%-60%。稀鹽酸溶液的溶質為HCl (鹽酸)，溶劑為去離子水，HCl 所占稀鹽酸溶液的重量百分比范圍為10%-20%。參照圖1，高壓水浴鍋鍋體材質為不銹鋼，壁厚15mm，鍋體內的加熱板與溫度控制系統(tǒng)連接，鍋體內的氣口通過氣閥與氣泵連接，與片藍連接的機械手從鍋體進入鍋體內，通過活塞與鍋蓋形成密封。實施例1 下面對5英寸375 μ m厚的區(qū)熔硅雙面研磨硅片的堿腐工藝過程進行詳細描述
1)、選取5英寸摻P<111>晶向375μπι厚的區(qū)熔硅研磨片作為實施對象，電阻率為 10-30 Ω · cm。2)、用固體KOH (分析純)及去離子水在高壓水浴鍋內配制占重量百分比為47. 3% 的KOH水溶液。3)、設定準備溫度為120°C，打開加熱器開關，升溫至準備溫度。4)、將裝有研磨片的片藍裝載入高壓水浴鍋的機械手中，一次裝載2籃50片，關閉高壓水浴鍋上蓋。5)、加壓至 240Kpa ；升溫至 153°C。6)、下沉機械手將片藍浸入腐蝕液，3分M秒進行堿腐蝕，然后提升機械手。
4
7 )、打開氣閥進行放氣至標準大氣壓。8)、打開高壓水浴鍋上蓋，下載片藍；利用95°C的熱水箱對高壓水浴鍋進行補水， 保持腐蝕液濃度配比，加熱至準備溫度。9)、對硅片進行快排漂洗，工藝參數為
a.沖洗次數1次；
b.排水延遲時間0秒；
c.排水時間10秒；
d.排液延遲時間10秒；
e.注水時間1分10秒。10)、將硅片浸入稀鹽酸溶液內浸泡，工藝參數為；鹽酸溫度室溫；鹽酸濃度15% (鹽酸所占稀鹽酸溶液的重量百分比)；浸泡時間15分鐘。11)、用硅片清洗劑清洗硅片，甩干。12)、對實施例1中的硅片進行檢驗，計算得到去除量平均為25. 77 μ m，表1為實施例中的硅片粗糙度。表1 :5英寸區(qū)熔硅堿腐片粗糙度
權利要求
1.一種低粗糙度硅片堿腐蝕工藝，其特征在于，包括如下步驟(A)、在高壓水浴鍋內配制堿腐蝕液，升溫至準備溫度；設定準備溫度為115°C至 130 0C ；(B)、利用機械手將裝有研磨片的片藍浸入高壓水浴鍋內堿腐蝕溶液中，關閉高壓水浴鍋上蓋，開始加壓，升溫，加壓至180-260Kpa，升溫至145°C至160°C ；(C)、堿腐蝕1至10分鐘后，然后提升機械手；(D)、打開氣閥進行放氣至標準大氣壓后，打開高壓水浴鍋上蓋，下載片藍，浸入稀鹽酸溶液內浸泡；浸泡后再進行快排漂洗、清洗、甩干、送檢驗；(E)、利用熱水箱對高壓水浴鍋進行補水，保持腐蝕液濃度配比，加熱至準備溫度。
2.如權利要求1所述的一種低粗糙度硅片堿腐蝕工藝，其特征在于所述配制堿腐蝕液的溶質為KOH或NaOH，溶劑為去離子水，KOH或NaOH所占堿腐蝕液的重量百分比范圍為 30%-60%。
3.如權利要求1所述的一種低粗糙度硅片堿腐蝕工藝，其特征在于所述稀鹽酸溶液的溶質為HC1，溶劑為去離子水，HCl所占稀鹽酸溶液的重量百分比范圍為10%-20%。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種低粗糙度硅片腐蝕工藝。其步驟是(A)在高壓水浴鍋內配制堿腐蝕液后，設定準備溫度為115℃至130℃；(B)將裝有研磨片的片藍浸入堿腐蝕溶液中，關閉高壓水浴鍋上蓋，加壓至180-260Kpa，升溫至145℃至160℃；(C)堿腐蝕1至10分鐘后，提升機械手；(D)打開氣閥進行放氣至標準大氣壓后，打開高壓水浴鍋上蓋，下載片藍，浸入稀鹽酸溶液內浸泡；浸泡后再進行快排漂洗、清洗、甩干、送檢驗；(E)利用熱水箱對高壓水浴鍋進行補水，保持腐蝕液濃度配比，加熱至準備溫度。通過調整堿腐蝕的原始工藝，使堿腐蝕系統(tǒng)具備生產粗糙度在1um以下硅片的能力，為下一道拋光提供了更好的表面質量，從而滿足市場對器件基底材料的要求。
文檔編號C23F1/40GK102492947SQ20111042055
公開日2012年6月13日 申請日期2011年12月15日 優(yōu)先權日2011年12月15日
發(fā)明者嚴政先, 張俊生, 李滿, 羅翀 申請人:天津中環(huán)領先材料技術有限公司