一种控制硅晶圆片形貌的酸蚀刻方法技术

本发明专利技术公开了一种控制硅晶圆片形貌的酸蚀刻方法，包括以下步骤：将清洗后表面暴露的硅晶圆片置于蚀刻槽内，采用蚀刻液溢流循环的方法进行蚀刻，蚀刻液溢流循环流量为140～195L/min；蚀刻液由HF和HNO3组成，蚀刻液内还均匀分布有惰性气体气泡，通过调整所述惰性气体气泡参数，可获得特定几何形貌的硅晶圆片。本发明专利技术首先通过调节蚀刻液组成、流量及温度控制硅晶圆片表面的整体蚀刻速率，再通过在蚀刻液内添加惰性气体气泡来调整硅晶圆片边缘与中心蚀刻速率，从而使硅晶圆片的蚀刻速率得到有效控制，获得理想的特定几何形貌的硅晶圆片，为后道抛光工艺提供一种有益于品质输出的平坦度和几何形状。平坦度和几何形状。平坦度和几何形状。

【技术实现步骤摘要】
一种控制硅晶圆片形貌的酸蚀刻方法


[0001]本专利技术涉及半导体硅晶圆片制造
，尤其涉及一种控制硅晶圆片形貌的酸蚀刻方法。

技术介绍

[0002]目前硅晶圆片的制造流程基本为：单晶硅棒初加工(切断，滚磨)、切片、研磨、倒角、蚀刻、背面处理、抛光、清洗等。其中，硅晶圆片的化学蚀刻工艺通常分为碱蚀刻工艺与酸蚀刻工艺，碱蚀刻是各向异性蚀刻过程，蚀刻速率相对较慢，硅晶圆片表面粗糙度较大，酸蚀刻是各向同性蚀刻过程，蚀刻速率快，尤其是硅晶圆中心蚀刻速率更快，表面粗糙度小，但硅晶圆片形貌不宜控制。蚀刻是比较重要的工序，蚀刻工序不仅可以去除前制程工序造成的硅晶圆片表面损伤层，改善硅晶圆表面光泽度和洁净度，而且通过蚀刻工艺参数的调整可以得到不同形貌的硅晶圆片。
[0003]现有常用的硅晶圆片抛光方式为化学机械抛光(CMP)，在抛光过程中，由于抛头的旋转，抛光液在离心力作用下，硅晶圆片边缘移除速率明显高于硅晶圆片中心的移除速率。为了平衡抛光过程中硅晶圆片边缘与中心厚度差异，往往需要搭配不同形貌的蚀刻片。蚀刻作为改变抛光前硅晶圆片形貌的最后一道关键工序，蚀刻后的硅晶圆片形貌对后续抛光片的TTV(硅晶圆片的总厚度变化：即多个厚度测量值中的最大厚度与最小厚度的差值)、TIR(总指示读数：硅晶圆片在夹紧紧贴情况下，以硅晶圆片表面合格质量区内或规定的局部区域内的所有的点的截距之和最小的面为参考平面，测量硅晶圆片表面与参考平面最大距离和最小距离的偏差值)、STIR(局部总指示读数)、Rolloff(边缘滚降量(edge Rollr/>‑
Off Amount：ROA)是指，平坦度规格的适用范围外的边缘刨除区域和相较于该区域更靠内侧的区域的边界位置的晶圆表面的塌边量。具体而言，边缘滚降量被定义为，在将晶圆背面矫正为平面的状态下修正晶圆表面的倾斜的基础上，将从最外周起3～6mm的晶圆表面的平坦区域作为基准面，并作为从最外周起例如0.5mm的位置上的从上述基准面的形状位移量)等平坦度参数具有较大影响，其中Rolloff值是最重要的参考参数。如何控制蚀刻过程，为后道抛光工艺提供一种有益于品质输出的平坦度和几何形状，以满足集成电路制造对硅晶圆片平坦度性能越来越苛刻的要求是目前亟需攻关的问题。

技术实现思路

[0004]鉴于目前酸蚀刻过程中硅晶圆片的形貌不易控制的问题，本专利技术经过多次工艺条件测试，探索出能够稳定控制硅晶圆片形貌变化的酸蚀刻硅晶圆片方法。
[0005]本专利技术所采用的技术方案是：
[0006]一种控制硅晶圆片形貌的酸蚀刻方法，包括以下步骤：
[0007]将清洗后表面暴露的硅晶圆片置于蚀刻槽内，采用蚀刻液溢流循环的方法在20～46℃条件下进行蚀刻，蚀刻时间为135～185s，所述蚀刻液溢流循环流量为140～195L/min；所述蚀刻液由HF和HNO3组成，其中HF和HNO3的体积比为(25～35)：(65～75)，所述蚀刻液内
还均匀分布有惰性气体气泡，通过调整所述惰性气体气泡参数，可获得特定几何形貌的硅晶圆片。
[0008]优选的，所述硅晶圆片采用HF/O3清洗，使表面暴露；所述HF/O3清洗采用清洗液循环进行清洗，所述清洗液中HF酸体积百分浓度为3～10％，臭氧含量为1～2.6ppm，循环流量20～26L/min，温度为55～60℃。
[0009]优选的，在所述HF/O3清洗处理前，还包括将待蚀刻的硅晶圆片预清洗的步骤，用于去除所述硅晶圆片表面的杂质；所述预清洗中添加有清洗剂，清洗温度为60～70℃，并在超声条件下进行。
[0010]优选的，所述惰性气体气泡为纳米级。
[0011]优选的，所述惰性气体气泡参数包括气泡数量、惰性气体浓度或惰性气体流量。
[0012]优选的，所述通过调整所述惰性气体气泡参数，可获得特定几何形貌的硅晶圆片的步骤，进一步包括：
[0013]通过提高所述气泡数量、惰性气体浓度或惰性气体流量，蚀刻后获得低Rolloff值的硅晶圆片；
[0014]通过降低所述气泡数量、惰性气体浓度或惰性气体流量，蚀刻后获得高Rolloff值的硅晶圆片。
[0015]优选的，所述蚀刻液内的惰性气体气泡，采用在蚀刻槽外向蚀刻液内持续充入惰性气体的方法形成；所述惰性气体充入流量按照式一计算得到：
[0016][0017]其中，Rolloff为待蚀刻硅晶圆片蚀刻后拟获取的Rolloff值；
[0018]▲
TTV＝TTV2‑
TTV1，TTV2为待蚀刻硅晶圆片蚀刻前的TTV值，TTV1为1.5；
[0019]K为常系数，根据所述蚀刻液溢流循环流量、循环温度、所述蚀刻液组成进行调整；
[0020]N2为惰性气体充入流量，单位L/min。
[0021]优选的，当所述蚀刻液循环流量为170L/min、循环温度为21℃、蚀刻液组成为HF与HNO3体积比为25:75时，所述K值为50。
[0022]优选的，所述蚀刻后还包括采用HF/O3再次清洗的步骤。
[0023]优选的，所述HF/O3清洗后还包括采用臭氧气体清洗的步骤。
[0024]本专利技术首先通过调节蚀刻液组成、流量及温度控制硅晶圆片表面的整体蚀刻速率，再通过在蚀刻液内添加惰性气体气泡来调整硅晶圆片边缘与中心蚀刻速率，从而使硅晶圆片的蚀刻速率得到有效控制，获得理想的特定几何形貌的硅晶圆片，为后道抛光工艺提供一种有益于品质输出的平坦度和几何形状。
附图说明
[0025]图1是蚀刻后样品1几何形貌图；
[0026]图2是蚀刻后样品2几何形貌图；
[0027]图3是蚀刻后样品3几何形貌图。
[0028]图4是对比例得到的蚀刻后产品几何形貌图。
[0029]图5是实施例2得到的蚀刻后产品几何形貌图。
[0030]图6是实施例3得到的蚀刻后产品几何形貌图。
[0031]图7是实施例4得到的蚀刻后产品几何形貌图。
具体实施方式
[0032]为了更好的理解上述技术方案，下面将结合具体的实施方式对上述技术方案做详细的说明。
[0033]一种控制硅晶圆片形貌的酸蚀刻方法，包括以下步骤：
[0034]将清洗后表面暴露的硅晶圆片置于蚀刻槽内，采用蚀刻液溢流循环的方法在20～46℃条件下进行蚀刻，蚀刻时间为135～185s，蚀刻液溢流循环流量为140～195L/min；蚀刻液由HF和HNO3组成，其中HF和HNO3的体积比为(25～35)：(65～75)，对任何单晶硅晶圆片均适用；蚀刻液内还均匀分布有惰性气体气泡，通过调整惰性气体气泡参数，可获得特定几何形貌的硅晶圆片。通过蚀刻液溢流循环，可使蚀刻液与硅晶圆片表面充分接触，产生蚀刻，而且，蚀刻过程中，硅晶圆片与蚀刻液会发生如下的化学反应：Si+4HNO3+6HF＝H2SiF6+4NO2↑
+6H2O，该化学反应是放热反应。通过蚀刻液溢流循环可将产生的反应热迅速带走，从而维持反应温度的稳定，并实现蚀刻本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种控制硅晶圆片形貌的酸蚀刻方法，其特征在于，包括以下步骤：将清洗后表面暴露的硅晶圆片置于蚀刻槽内，采用蚀刻液溢流循环的方法在20～46℃条件下进行蚀刻，蚀刻时间为135～185s，所述蚀刻液溢流循环流量为140～195L/min；所述蚀刻液由HF和HNO3组成，其中HF和HNO3的体积比为(25～35)：(65～75)，所述蚀刻液内还均匀分布有惰性气体气泡，通过调整所述惰性气体气泡参数，可获得特定几何形貌的硅晶圆片。2.根据权利要求1所述的控制硅晶圆片形貌的酸蚀刻方法，其特征在于，所述硅晶圆片采用HF/O3清洗，使表面暴露；所述HF/O3清洗采用清洗液循环进行清洗，所述清洗液中HF酸体积百分浓度为3～10％，臭氧含量为1～2.6ppm，循环流量20～26L/min，温度为55～60℃。3.根据权利要求2所述的控制硅晶圆片形貌的酸蚀刻方法，其特征在于，在所述HF/O3清洗处理前，还包括将硅晶圆片预清洗的步骤，用于去除所述硅晶圆片表面的杂质；所述预清洗中添加有清洗剂，清洗温度为60～70℃，并在超声条件下进行。4.根据权利要求1所述的控制硅晶圆片形貌的酸蚀刻方法，其特征在于，所述惰性气体气泡为纳米级。5.根据权利要求1所述的控制硅晶圆片形貌的酸蚀刻方法，其特征在于，所述惰性气体气泡参数包括气泡数量、惰性气体浓度或惰性气体流量。6.根据权利要求5所述的控制硅晶圆片形貌的酸蚀刻方法，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴泓明，钟佑生，黄郁璿，李少华，
申请(专利权)人：郑州合晶硅材料有限公司，
类型：发明
国别省市：