CN101656193B - 一种硅片加工工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种硅片加工工艺，它包括以下的步骤：(1)将倒角后的硅片用双面磨削机进行双面磨削；(2)用HF溶液和选自H₂O₂、O₃中的一种组成混合溶液去除硅表面的微观凸起部分；(3)将硅片进行常规酸腐蚀；(4)将酸腐蚀片进行常规双面抛光，将硅片进行单面精抛和清洗。本发明的优点是：可以获得高平整度的硅片，同时可以降低整个制造过程的去除量，减少大约20微米去除量(相当于减少单面抛光的去除。

Description

一种硅片加工工艺

技术领域

本发明涉及一种去除机械损伤并且降低硅片加工去除量的硅片加工工。

背景技术

半导体硅片是现代超大规模集成电路的主要衬底材料，一般通过拉晶、切片、倒角、磨片(包括磨削和研磨)、腐蚀、抛光、清洗等工艺过程制造而成的集成电路级半导体硅片。其中倒角后的磨片工艺能使硅片获得较高精度的形状，其加工的精度直接影响到产品的几何参数。

传统硅片双面研磨技术(lapping)对300mm硅片表面机械加工精度的能力已经很难有较大的提升。研磨后硅片局部平整度等很难达到工艺要求，而且由于硅片经双面研磨后损伤层较厚，需要经过大去除量的腐蚀来去除硅片的表面损伤，增加了生产成本和环境问题。磨削技术(grinding)由于加工效率高，加工后硅片表面参数精度高，成本低，产生的表面损伤小等优点，目前在300mm硅抛光片制备工艺中取代传统双面研磨得到广泛应用。

根据不同应用范围，300mm的硅片磨削加工有两种方式，一种是单面磨削，即对硅片的一个表面先进行磨削加工，之后再对另一面进行加工；第二种加工方式是双面磨削。即对硅片的两个表面同时进行磨削加工。在对硅片的双面磨削加工过程中，硅片置于垂直状态，硅片两侧砂轮齿呈水平状态，而立式加工时硅片置于水平状态，硅片两侧砂轮齿呈垂直状态，其优点是硅片在加工过程中处于垂直状态，可以有效地避免因自重而引起的形变，同时硅片处于垂直状态的加工方式更容易控制硅片两面处于基本相同的磨削工艺条件，使得两面获得基本相同的磨削表面形貌。这对300mm以及更大直径尺寸硅片表面的加工精度影响非常重要。但硅片经过双面磨削后，尽管硅片获得较高的加工精度，但却在表面留下明显的、有规律的磨盘印，这种磨盘印会影响到硅抛光片表面的纳米形貌特性，并在下一步的抛光过程中很难被去除。

为了消除磨片(磨削或研磨)后的损伤和应力，通常在磨片后对表面进行腐蚀。腐蚀工艺一般有碱腐蚀和酸腐蚀两种，碱腐蚀工艺因其腐蚀速率慢，虽可以保证硅片表面平坦，但碱腐蚀是各向异性腐蚀，表面比较粗糙而易吸附杂质。酸腐蚀的腐蚀速率较快，硅片表面比较光亮，表面不易吸附杂质，但酸腐蚀过程中硅片的几何参数对温度非常敏感，控制不好表面易呈枕形，即表面为两边薄中间厚。酸腐蚀所用化学试剂纯度要求比较高，费用较贵，故成本比碱腐蚀高。因此目前大直径硅片腐蚀一般都采用碱腐蚀工艺。

由于碱腐蚀时有强烈的各向异性，双面磨削后产生的磨盘印很难在碱腐蚀中被消除，这会增加腐蚀量。同时，由于在碱腐蚀中表面比较粗糙，这也会增加下一道双面抛光工序的抛光去除量，从而降低每千克单晶的硅片产量。目前，为了解决这个问题，并确保最终抛光的表面具有特定的纳米形貌，较常用的方法是在双面磨削或研磨后，对表面再进行“弱性”的双面磨削工艺，即精磨，技术路线如图1，加入单面磨削的主要目的是为了去除双面磨削带来的磨盘印。此时所用磨削工艺与传统的双面磨削工艺有所不同，其加工的正向压力比较小，所用的磨砂也会更细，同时磨削去除量也更小(大约在10微米左右)，以此来消除硅片表面上的这种磨盘印。因此，为了解决双面磨削所产生的磨盘印，可以在双面粗磨后加一步精磨，但是，加入精磨会进一步提高产品的成本。

发明内容

本发明的目的是提供一种硅片加工工艺，采用本工艺可以获得高平整度的硅片，同时可降低整个制造过程的去除量。

为了实现上述的目的，本发明采用以下的技术方案：这种硅片加工工艺包括以下的步骤：

(1)将倒角后的硅片用双面磨削机进行双面磨削；

(2)用HF溶液和选自H₂O₂、O₃中的一种组成混合溶液，去除硅表面的微观凸起部分；

(3)将硅片进行常规酸腐蚀；

(4)将酸腐蚀片进行常规双面抛光；

(5)将硅片进行单面精抛和清洗。

在本发明的工艺步骤(1)中，对倒角后的硅片双面磨削采用对硅片的两个表面同时进行磨削的加工方式。双面磨削有利于保证硅片的几何参数，使加工后的硅片表面有较高的精度；

总之，在本发明的工艺步骤(1)中，通过双面磨削工艺，得到高平整度的硅片表面，有利于下一步的加工。

一种硅片加工工艺中，是采用KOYO DSG双面磨削机进行磨削的。

在本发明的工艺步骤(2)中，采用HF溶液和选自H₂O₂、O₃氧化剂中的一种组成混合溶液对硅片进行漂洗，漂洗时间要0<t<60分。在进行步骤(3)前可以用超声波或一号清洗液对硅片进行清洗；

在本发明的工艺步骤(3)中，使用的酸腐蚀液的成份为硝酸HNO₃、氢氟酸HF和磷酸H₃PO₄组成的混合酸，或硝酸HNO₃、氢氟酸HF和乙酸CH₃COOH组成的混合酸

完后可以用去离子水进行冲洗处理。

在本发明的工艺步骤(4)中，使用的双面抛光方法包括所有的硅片双面抛光方法，例如每盘抛五片或十五片硅片。

在本发明的工艺步骤(6)中，边缘抛光可以入在双面抛光之前或者之后。边缘抛光放在双面抛光之前，可以保证双面抛光之后的表面不会受到边抛液的腐蚀，但是抛好的边缘会在双面抛光过程中被游轮片边缘破坏，因此，边缘抛光工艺可以放在双面抛光之后。

本发明通过改进后的制造方法，可以降低硅单晶的去除量，去除表面的磨盘印，从而可以制造出高平整度的大直径硅片。测量表面几何参数使用ADE公司生产的AFS3220。

本发明用HF与选自H₂O₂、O3\其它氧化剂中的一种组成混合溶液去除表面的微观凸起部分，使硅片表面上每点的酸腐蚀速率更加均匀，酸腐蚀各向同性，腐蚀后的表面光亮，机械损伤容易被去除，更有利于抛光，从而使抛光时间大幅度地降低，同时减小了硅单晶去除量，提高单位单晶的产率。由于磨削量和腐蚀量降低，从而有力的保证了产品的加工精度。

本发明的优点是：可以获得高平整度的硅片，同时可以降低整个制造过程的去除量，减少大约20微米去除量(相当于减少单面抛光的去除，本发明在大直径硅片加工，特别是去除磨削后的表面磨盘印非常实用。本发明可以使用于商业上的任何大直径硅片加工工艺。

附图说明

图1已有的解决磨盘印所采用的工艺流程图

图2本发明所使用的工艺流程图。

图3对双面磨削片直接酸腐蚀后硅片的总厚度变化。

图4经过酸腐蚀的15片进行双面抛光后的总厚度变化

图3、4中，横座标为硅片，纵座标为总厚度变化。

具体实施方式

实施例1

使用直拉法生产的P(100)，电阻率为1-3Ωcm的12英寸双面磨削片15片，在常规清洗机上使用HF槽加H₂O₂或氢氟酸加O3的混合液，通常氢氟酸浓度为49％，H₂O₂浓度为30％(它们的用量比为1：0.5)对硅片进行漂洗，去除表面的微观凸起部分，然后在酸腐蚀机上进行腐蚀，腐蚀去除量为15微米。处理前后用AFS3220几何参数测试仪对硅片几何参数进行测量，以便求出酸腐蚀前后的GBIR变化。腐蚀前后的GBIR(总厚度)变化均小于0.9微米，每片的GBIR变化如图3所示。从图上可以看出GBIR的变化较小，这表明了用HF\H2O2+酸腐蚀的处理方法可以满足大直径硅片制造的精度要求。

实施例2

取以上的经过酸腐蚀的15片硅片，在Speedfam20B抛光机上使用本发明的方法进行双面抛光，抛光去除量为15微米。然后用清洗机进行清洗，用甩干机进行干燥，抛光后的GBIR见图4。从图上可以看出，经过本发明后，磨削后总去除量只有30微米，但精度较高。

实施例3

取以上的双面磨削片15片用目前已有的工艺进行加工。为了去除表面的磨盘印，用单面磨削机进行细磨，每面去除10微米(共20微米)。然后用碱腐蚀对磨削片进行腐蚀，去除表面的损伤，去除量为15微米。最后进行双面抛光，去除量为15微米。经过目前的加工工艺进行加工后，去除量为50微米。

Claims (7)

1.一种硅片加工工艺，它包括以下的步骤：

(1)将倒角后的硅片用双面磨削机进行双面磨削；

(2)用HF溶液和选自H₂O₂、O₃的一种组成混合溶液去除硅表面的微观凸起部分，其中HF溶液与H₂O₂的用量体积比为1∶0.01～1∶1或HF与O₃的溶液中O₃的含量为0.1mg/L～1g/L，溶液温度为15～60℃，漂洗时间0＜t＜60分；

(3)将硅片进行酸腐蚀；

(4)将酸腐蚀后的硅片进行双面抛光；

(5)将硅片进行单面抛光和清洗。

2.根据权利要求1所述的一种硅片加工工艺，其特征在于：对倒角后的硅片双面磨削采用对硅片的两个表面同时进行磨削的加工方式。

3.根据权利要求2所述的一种硅片加工工艺，其特征在于：磨削砂轮使用砂轮的目数为2000～8000，去除量为20～100微米。

4.根据权利要求1或2或3所述的一种硅片加工工艺，其特征在于：酸腐蚀去除量单面为0＜d＜15微米，总量为0＜D＜30微米。

5.根据权利要求1所述的一种硅片加工艺，其特征在于：在双面抛光前或抛光后加入边缘抛光工艺。

6.根据权利要求1所述的硅片加工工艺，其特征在于：所述的步骤(3)或(4)后有清洗工序。

7.根据权利要求6所述的一种硅片加工工艺，其特征在于：所述的步骤(3)或(4)的清洗工序后有干燥工序。

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