一种重掺硼硅片双次碱腐蚀加工工艺制造技术

本发明专利技术提供了一种重掺硼硅片双次碱腐蚀加工工艺，包括初级碱腐蚀、预超洗、HCL中和、快排水洗、二级碱腐蚀、预超洗、HCL中和、快排水洗及甩干，通过采用两次碱腐蚀工艺，即先采用中高温初级腐蚀，消除重掺硼硅片表面脏污色块和硅粉分布不均匀层(3‑5um)，再采用高温二级腐蚀迅速去除硅片表面损伤层(10‑15um)，使得形成的腐蚀片表面更加均匀，消除脏污类的影响更加明显，能够有效降低硅片表面加工过程的损伤层对硅片表面的腐蚀速度的影响，有效提高硅片表面腐蚀平整度，从而实现高良率重掺硼单晶硅化腐片生产。

A double alkali etching process for heavily boron doped silicon wafers

【技术实现步骤摘要】
一种重掺硼硅片双次碱腐蚀加工工艺
本专利技术涉及重掺硼单晶硅片制造领域，具体涉及一种重掺硼硅片双次碱腐蚀加工工艺。
技术介绍
随着半导体产业的发展，大规模集成电路(ULSI)应用的摩尔式快速成长推动了作为外延衬底材料的重掺单晶晶圆的广泛应用。重掺P型单晶硅材料能大大提升动态存储器的记忆保持时间，是解决电路中锁存效应和α粒子引起的软失效的最佳途径。而重掺硼作为主要的P型重掺单晶，具有许多优良特性，如电阻率分布均匀；氧浓度增加，提升硅片内吸杂能力；提高硅片的机械强度等。硅片的生产通常需依次经过切割、研磨、清洗、化学腐蚀和抛光之后得到成品。其中，在多线切割、研磨等加工过程中会在硅表面形成损伤层，包括在研磨过程中研磨砂会在硅片表面形成凹坑，使表面具有一定的粗糙度，现有技术中通常采用化学腐蚀的方式对硅片进行腐蚀减薄，其中碱腐蚀的原理是硅单质与氢氧根反应生成硅酸钠，从而获得表面更加光滑平坦的单晶硅片。申请号为201110420557.7的中国专利技术专利公开了一种大腐蚀纹单晶硅碱腐蚀片加工工艺，包括如下步骤：(一)配制碱腐蚀溶液：按重量百分比取30％-60％的KOH或NaOH与去子水进行配制；(二)腐蚀温度：85℃至120℃；(三)腐蚀时间：15分钟至2小时；(四)腐蚀去除量：25微米至35微米。上述现有技术文件中，所公开的技术方案涉及化学腐蚀和抛光工序，以单晶硅腐蚀片替代单晶硅抛光片或外延片,主要针对轻掺硼硅片产品，制得的硅片电阻率在40-45Ω.cm。该技术方案中腐蚀时间为15分钟至2小时，腐蚀时间长且腐蚀过程中不抖动处理，易发花篮印，硅片表面腐蚀不均匀。其中，腐蚀时间在30-40分钟时，易导致硅片表面长晶胞，这种处理方法制得的硅片产品多适用于三极管领域，腐蚀时间在2小时左右时，易导致硅片表面呈金字塔状，这种处理方法制得的硅片产品，漫反射效果好且光通量大，更适用于太阳能光伏板等领域。但是，针对重掺硼硅片，大量引入硼使得分子键更加稳定，增大硅片硬度，使机械加工变得困难，表面颗粒容易出现异常，且由于硬度更高，导致碱腐蚀时污染颗粒更难去除，腐蚀速度慢，且由于前道工序清洗不够及研磨工序会产生磨盘印等，易造成腐蚀不均匀而形成脏污型色斑。而上述技术方案中采用单次高温碱腐蚀，会有较大比例的色斑片等花片产生，造成晶圆表面不均匀，因此，为了提升产品良率，急需研发一种高容忍度的碱腐蚀工艺。
技术实现思路
针对以上问题，本专利技术提供了一种重掺硼硅片双次碱腐蚀加工工艺，通过采用两次碱腐蚀工艺，即先采用中高温初级腐蚀，消除重掺硼硅片表面脏污色块和硅粉分布不均匀层(3-5um)，再采用高温二级腐蚀迅速去除硅片表面损伤层(10-15um)，从而实现高良率重掺硼单晶硅化腐片生产。为实现上述目的，本专利技术提供一种重掺硼硅片双次碱腐蚀加工工艺，包括以下步骤：步骤一、初级碱腐蚀：置于质量比为1:3～1:1.2的KOH水溶液中腐蚀5～15s，初级腐蚀温度为90～105℃；步骤二、一次清洗：快速转移并清洗去除硅片表面残留的初级碱腐蚀液；步骤三、二级碱腐蚀：置于质量比为1:1.5～1:1的KOH水溶液中腐蚀80～180s，二级腐蚀温度为115～121℃；步骤四、二次清洗：快速转移并清洗去除硅片表面残留的二级碱腐蚀液；步骤五、甩干。作为优选，所述步骤一中，KOH与纯水的质量比为1:3，初级腐蚀时间为15s，初级腐蚀温度控制在90±2℃。作为优选，所述步骤三中，KOH与纯水的质量比为1:1.22，二级腐蚀时间为90s，二级腐蚀温度控制在119±2℃。作为优选，所述步骤一和步骤三中，在腐蚀过程进行间隔抖动，腐蚀完成后的转移时间＜2s。作为优选，所述步骤一中的抖动频率为3～5次/s，间隔1～2min抖动约10秒；所述步骤三中的抖动频率为0.5～1次/s，间隔1～3min抖动10～20秒。作为优选，所述步骤二及步骤四中，一次清洗及二次清洗工序均依次包括快排水洗、HCL中和清洗以及快排水洗。作为优选，所述快排水洗工序采用去离子水预超洗20s，且在预超洗过程中进行鼓泡和喷洒。作为优选，所述HCL中和清洗工序采用HCL中和液浸泡，温度控制为20～25℃，且在浸泡过程中进行间隔抖动。作为优选，所述HCL中和液为35％HCL与纯水按体积比1:6～1:13的比例配制得到。作为优选，所述35％HCL与纯水的体积比为1:7，温度控制在23±2℃。本专利技术还提供了一种高温碱腐蚀槽，包括槽体，所述槽体的底部设置有加热管，所述加热管的上方铺设有钢丝网，所述钢丝网上可放置花篮，所述槽体1内还设置有自动补水管道、液位传感器以及温度传感器。作为优选，所述钢丝网的网眼的长宽均＜1cm；作为优选，所述自动补水管道的直径为10mm；作为优选，所述自动补水管道、液位传感器以及温度传感器并排设置在所述槽体内一侧。作为优选，所述加热管呈S形弯曲设置；作为优选，所述钢丝网通过钢丝网支架进行固定。本专利技术相比于现有技术文献(专利申请号为201110420557.7)的有益效果在于：首先，本专利技术针对分子键更稳定、硬度更高且悬挂分子键多的重掺硼硅片产品，这种硅片产品机械加工难度大，切割研磨后表面硅粉颗粒分布不均，碱腐蚀速度慢且易吸杂吸氧(表面易氧化)，硅片表面清洗困难。而现有技术文献(专利申请号为201110420557.7)的单次高温高浓度(45％)碱腐蚀工艺仅适用于普通硅片或轻掺硼硅片的加工，若采用现有技术文献(专利申请号为201110420557.7)的工艺处理重掺硼硅片，相同的腐蚀时间，去厚度以及腐蚀后硅片表面的平整度均达不到要求。第二，而本专利技术在工艺上，通过采用两次碱腐蚀工艺，即先采用中高温低浓度初级碱腐蚀，消除表面硅粉分布不均匀层(3-5um)和脏污色块,使得硅片表面均匀化，保障二次碱腐蚀损伤层去除的同步性；再采用高温高浓度二级腐蚀迅速去除硅片表面损伤层(10-15um)，由此得到的腐蚀片表面更加均匀，消除脏污类的影响更明显，有效提高硅片表面腐蚀平整度。第三，本专利技术在反应机理上，通过在两次碱腐蚀和HCL中过程同步进行抖动，可快去除反应过程产生的盐分及气泡，避免其卡在表面凹坑内，导致反应液接触不均匀，影响反应效果。此外，通过在两次碱腐蚀和HCL中和反应后均采用清洗工序，可快速终止前道工序化学反应的进行，同时去除反应产生的盐类物质，避免形成盐隔离层，阻碍下一步反应的进行或影响各处反应同步性。最终，使用本专利技术制得的硅片最终成型的表面平整度和均匀性极佳，产品的电阻率在0.015Ω.cm以下。附图说明图1为本专利技术实施例二中高温碱腐蚀槽的结构示意图；图2为本专利技术实施例二中高温碱腐蚀槽的局部结构示意图；图3为未采用本专利技术工艺的重掺硼硅片腐蚀效果图；图4为采用本专利技术工艺的重掺硼硅片腐蚀效果图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种重掺硼硅片双次碱腐蚀加工工艺，其特征在于，包括以下步骤：/n步骤一、初级碱腐蚀：置于质量比为1:3～1:1.2的KOH水溶液中腐蚀5～15s，初级腐蚀温度为90～105℃；/n步骤二、一次清洗：快速转移并清洗去除硅片表面残留的初级碱腐蚀液；/n步骤三、二级碱腐蚀：置于质量比为1:1.5～1:1的KOH水溶液中腐蚀80～180s，二级腐蚀温度为115～121℃；/n步骤四、二次清洗：快速转移并清洗去除硅片表面残留的二级碱腐蚀液；/n步骤五、甩干。/n

【技术特征摘要】
1.一种重掺硼硅片双次碱腐蚀加工工艺，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、初级碱腐蚀：置于质量比为1:3～1:1.2的KOH水溶液中腐蚀5～15s，初级腐蚀温度为90～105℃；
步骤二、一次清洗：快速转移并清洗去除硅片表面残留的初级碱腐蚀液；
步骤三、二级碱腐蚀：置于质量比为1:1.5～1:1的KOH水溶液中腐蚀80～180s，二级腐蚀温度为115～121℃；
步骤四、二次清洗：快速转移并清洗去除硅片表面残留的二级碱腐蚀液；
步骤五、甩干。


2.根据权利要求1所述的一种重掺硼硅片双次碱腐蚀加工工艺，其特征在于，所述步骤一中，KOH与纯水的质量比为1:3，初级腐蚀时间为15s，初级腐蚀温度控制在90±2℃。


3.根据权利要求1所述的一种重掺硼硅片双次碱腐蚀加工工艺，其特征在于，所述步骤三中，KOH与纯水的质量比为1:1.22，二级腐蚀时间为90s，二级腐蚀温度控制在119±2℃。


4.根据权利要求1所述的一种重掺硼硅片双次碱腐蚀加工工艺，其特征在于，所述步骤一和步骤三中，在腐蚀过程进行间隔抖动，腐蚀完成后的转移时间＜2s。


5.根据权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈功，马俊，徐一俊，黄笑容，
申请(专利权)人：浙江中晶科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33