CN109755098B - 一种硅片激光与酸液结合制绒工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种硅片激光与酸液结合制绒工艺，包括对激光制绒后的硅片进行酸性溶液制绒。本发明的有益效果是对扩散后的硅片进行激光制绒，在光滑的硅片表面形成凹凸不平的熔融多晶硅，提高硅片表面的粗糙度，且采用激光制绒，制绒步骤简单，设备投入成本少；通过酸性溶液对激光制绒后的硅片进行湿法腐蚀，使得硅片表面的粗糙度进一步增大，使得保护胶不易脱落，具有较大的附着力。
Description
技术领域
本发明属于硅片生产技术领域，尤其是涉及一种硅片激光与酸液结合制绒工艺。
背景技术
随着半导体技术的发展，对半导体表面钝化的要求越来越高，作为钝化材料，应具备良好的电气性能、可靠性、良好的化学稳定性、可操作性以及经济性。根据上述要求，半导体钝化专用玻璃作为一种较为理想的半导体钝化材料在半导体行业中开始应用。利用半导体钝化专用玻璃制作的芯片称为玻璃钝化芯片(Glass passivation process Chip)，即GPP芯片。
目前，行业内GPP芯片所用的硅片在经过扩散后，在硅片表面形成磷硅玻璃与硼硅玻璃，扩散后下一道工序是进行涂覆保护胶，为后续玻钝工序做准备，在涂覆保护胶之前需进行制绒工艺，将扩散后的硅片表面粗糙度增大，利于保护胶的涂覆，现在的制绒采用的方法为干法打砂制绒，使用石英砂经过高速喷出，对硅片表面进行打磨，使得硅片表面粗糙度增大。但是，采用干法打砂工艺制绒具有明显的缺点是，采用干法打砂制绒的硅片，硅片受力较大，使得硅片容易破碎，且制绒效果不明显，粗糙度较小，且工艺流程复杂，投入成本较大。
发明内容
鉴于上述问题，本发明为解决上述问题，提供一种硅片激光与酸液结合制绒工艺，尤其适合GPP芯片扩散后进行制绒工序，采用激光对硅片双面制绒，将硅片表面的多晶硅熔融，形成平滑的多晶硅表面，在经过酸制绒，将平滑的多晶硅表面制成粗糙度较大的表面，利于保护胶的涂覆，为后续硅片玻钝工艺中保护胶的喷涂提供较大的附着力。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种硅片激光与酸液结合制绒工艺，对激光制绒后的硅片进行酸性溶液湿法制绒。
进一步的，酸性溶液制绒的具体步骤为：将激光制绒后的硅片置于酸性溶液中进行湿法腐蚀制绒。
进一步的，酸性溶液为按一定比例进行混合的硝酸、氢氟酸、冰乙酸和纯水。
进一步的，硝酸、氢氟酸、冰乙酸和纯水的混合比例为2～6：0.1～1：0.5～2：0.1～1。
进一步的，酸性溶液的温度为-12～25℃。
进一步的，激光制绒后的硅片进行酸性溶液湿法制绒之前还包括去除扩散后的硅片的表面形成层和对扩散后的硅片进行激光制绒。
进一步的，扩散后的硅片进行激光制绒的具体步骤为：对去除表面形成层的硅片的双面依次进行激光扫描。
进一步的，酸性溶液制绒后还进行硅片的制绒后清洗。
本发明具有的优点和积极效果是：由于采用上述技术方案，采用按一定比例配置的玻璃腐蚀液去除扩散后处理的硅片表面的磷、硼硅玻璃，为激光制绒做好准备，采用激光制绒工艺，其制作过程简便快捷，且不受使用环境限制；在激光制绒过程中不会产生有毒气体，避免了对工人的身体健康和环境带来的不利影响；其能大大提升工艺过程的速度，具有很好的产业化前景；通过激光制绒，在光滑的硅片表面形成平滑的熔融多晶硅，提高硅片表面的粗糙度，且采用激光制绒，制绒步骤简单，设备投入成本少；通过酸性溶液对激光制绒后的硅片进行湿法腐蚀，使得硅片表面的粗糙度进一步增大，使得保护胶不易脱落，具有较大的附着力，同时能够去除经过激光制绒时在硅片表面造成的热损伤层。
附图说明
图1是本发明的工艺流程图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的说明。
如图1所示，本发明涉及一种硅片激光与酸液结合制绒工艺，具体包括以下步骤：
S1：去除扩散后的硅片表面的形成层；
S2：对去除表面形成层的硅片进行激光制绒；
S3：对激光制绒后的硅片进行酸性溶液湿法制绒。
也就是，对扩散后的硅片依次进行激光制绒和酸性溶液湿法制绒，通过激光制绒，硅片表面的多晶硅在高温下熔融，在硅片表面形成平滑的多晶硅表面，酸性溶液湿法制绒是将经过激光制绒后的硅片表面平滑的多晶硅表面腐蚀成凹凸不平的绒面，粗糙度增加，为后续的硅片玻钝工艺中保护胶的喷涂提供较大的附着力。
该硅片激光与酸液结合制绒工艺具体包括以下步骤：
步骤一：去除扩散后硅片表面的形成层：扩散后硅片表面形成一层形成层，该形成层为磷硅玻璃和硼硅玻璃，采用玻璃腐蚀液去除扩散后处理的硅片表面的磷硅玻璃和硼硅玻璃，利用玻璃腐蚀液将硅片液态扩散源扩散后形成的磷硅玻璃和硼硅玻璃腐蚀掉，为下一步激光制绒做准备，具体包括以下步骤：
S10：将扩散后的硅片浸泡在玻璃腐蚀液中，浸泡时间为0.5-4h，玻璃腐蚀液对硅片表面的磷硅玻璃和硼硅玻璃进行反应腐蚀，去除扩散后处理的硅片表面的磷硅玻璃和硼硅玻璃，该玻璃腐蚀液为按一定比例混合的氢氟酸铵、草酸、硫酸铵、甘油、硫酸钡和热纯水，该混合比例为按重量比例为20-30％：10-20％：10-20％：0-10％：20-30％：10-20％的比例进行混合。
S11：对浸泡玻璃腐蚀液后的硅片进行超声清洗，去除硅片表面的玻璃腐蚀液，同时，使得硅片表面的磷硅玻璃和硼硅玻璃与玻璃腐蚀液反应不完全的磷硅玻璃和硼硅玻璃通过超声波去除掉，这里的超声清洗为对浸泡腐蚀液后的硅片进行一次超声清洗，超声清洗的时间一般为5-30min；
S12：超声清洗后的硅片进行水清洗，进一步将硅片表面可能残留的玻璃腐蚀液清洗掉，这里只是进行一次溢水清洗，即，将超声清洗后的硅片放在水槽中进行一次冲水，冲水后并取出，该一次溢水清洗的时间一般为5-30min；
S13：将上一步骤中的溢水清洗后的硅片进行硝酸清洗，进一步去除掉硅片表面的磷硅玻璃和硼硅玻璃的残留和其他杂质，也就是将硅片放入硝酸中进行清洗，硝酸清洗的时间一般为5-30min；
S14：将硝酸清洗后的硅片进行水清洗，将上一步骤中的硅片表面的硝酸进行稀释清洗去除，这里将经过硝酸清洗后的硅片进行四次溢水清洗，即，将经过硝酸清洗的硅片依次放入四个水槽中依次进行冲水，四级溢水清洗的时间一般均为5-30min；
S15：将溢水清洗后的硅片应用甩干机进行甩干。
步骤二：对去除表面形成层的硅片的双面依次进行激光制绒：这里的激光制绒是在硅片两面分别进行激光制绒，上述清洗后的硅片使用激光在硅片表面进行全片扫描，具体步骤为：将清洗后的硅片放置于激光器的工作平台上，应用激光器对硅片表面进行扫描，该激光器进行扫描时，激光器的激光光束从左至右进行直线线性扫描，且该激光光束是在硅片的表面从上至下依次进行直线线性扫描，将整个硅片表面全部扫描一遍，也就是，激光器激光光束在硅片表面进行扫描时，将激光光束形成的光斑直径控制在10-80μm，先在硅片表面横向方向上进行直线线性扫描，一条横向扫描完成后，激光光束下移，紧挨着已经扫描完成的横向继续进行横向直线线性扫描，也就是，激光光束在纵向方向上依次进行多次横向扫描，在硅片表面形成一道一道的扫描轨迹；硅片表面其中的一面扫描完成后，将硅片进行翻面，对硅片的另一面进行扫描制绒，也就是，硅片两面都进行激光扫描，对硅片进行双面制绒。
激光制绒的原理是：激光光束照射在硅片上，由于激光光束的光斑的高温作用，硅片表面由于激光光束的高温作用，使得硅片表面产生熔融的状态，等待扫描过后，经过冷却，在硅片表面形成熔融的多晶硅晶体。
硅片在经过激光扫描时，激光器的激光光束汇聚在激光表面，由于激光的高温作用，使得硅片表面发生熔融的现象，激光器的光束扫描过后，硅片表面熔融状态经过冷却形成熔融多晶硅，使得硅片经过扫描后，在硅片表面制成凹凸不平的熔融多晶硅，且该凹凸不平的熔融的多晶硅的形状为连续平滑的曲线形态，使得硅片表面的粗糙度增加，将光滑的硅片表面制成粗糙表面，为硅片后续玻钝的工艺中保护胶的涂覆提供涂覆基础，使得保护胶在涂覆时附着力增加，不易脱落。
硅片经过激光扫描，硅片表面由于高温作用，形成熔融的状态，使得硅片的去除量达到4-5μm，将整个硅片表面的单晶硅都通过激光制成凹凸不平的熔融多晶硅。同时，激光扫描也能够将硅片表面的经过玻璃腐蚀液没有去除的磷、硼硅玻璃去掉。
激光扫描时，所用的激光器是红外激光器，也可以是其他激光器，可以根据生产需求进行选择，且该激光器的激光频率为0.1MHz-1MHz，功率为10-50W，激光的扫描速度为3-40m/s，将光滑的硅片表面制成粗糙表面，使得硅片表面粗糙度由0.3m提高至0.5-1.5μm；且硅片在进行激光扫描时，将硅片放置在激光器的工作平台上，将硅片固定放好，且硅片放置在常温常压下，放置在空气中，应用激光器对硅片表面进行扫描，也就是，硅片应用激光扫描不受环境限制，使得硅片制绒工艺得到简化，减少了设备投入，且使得硅片制绒工艺简单，操作方便，制绒简单。
步骤三：对激光制绒后的硅片进行酸性溶液湿法制绒，进一步使得硅片表面的粗糙度增加，为后续硅片的玻钝工序中保护胶的涂覆提供较大的附着力。该酸性溶液制绒的具体步骤为：将激光制绒后的硅片放置于酸性溶液中进行湿法腐蚀制绒，将激光制绒后硅片表面较平滑的多晶硅表面腐蚀成凹凸不平的绒面，增加硅片表面的粗糙度。酸性溶液制绒时所使用的酸性溶液为按照一定比例混合的硝酸、氢氟酸、冰乙酸和纯水，混合比例为2～6：0.1～1：0.5～2∶0.1～1，这里的混合是按照体积比进行混合，混合完成后的酸性溶液的温度保持在-12℃～25℃范围内，该温度范围内的酸性溶液利于对激光制绒后的硅片进行腐蚀制绒，效果最好，酸性溶液配制完成后，将激光制绒后的硅片放置于酸性溶液中，使得酸性溶液对硅片的表面进行腐蚀，酸性溶液与硅片表面多晶硅发生反应，从而进行腐蚀，将激光制绒形成的平滑多晶硅表面腐蚀成凹凸不平的绒面，进一步增加硅片表面的粗糙度，为后续玻钝工序涂覆保护胶提供较大的附着力，酸性溶液制绒后硅片表面的粗糙度达到0.5-1.5μm。
步骤四：硅片酸性溶液制绒后对硅片进行清洗，将硅片表面的酸性溶液和进行湿法腐蚀时产生的杂质清洗干净，具体步骤为：采用酸溶液浸泡清洗，酸溶液清洗后进行两级溢水清洗并甩干，这里应用的酸溶液为氢氟酸溶液，这里清洗的目的是将经过酸性溶液制绒的硅片表面产生的杂质清洗掉，同时将硅片表面的酸性溶液清洗干净。
经过激光制绒和酸性溶液湿法制绒工艺后，硅片两个表面分别附着有一层凹凸不平的多晶硅，形成一种表面附着有多晶硅的单晶硅片，且硅片两面的粗糙度较大。
经过上述步骤，将扩散后处理的硅片表面的磷、硼硅玻璃利用按一定比例配置的玻璃腐蚀液去除后，并用激光制绒和碱性溶液制绒的方法对硅片表面进行制绒，制绒结束后对硅片表面进行粗糙度测试，结果为制绒前硅片表面粗糙度为0.3m，制绒后硅片表面粗糙度为0.3-1.5μm，可以知道制绒效果明显，且硅片表面粗糙度均匀为后续硅片玻钝工艺的保护胶的涂覆做好准备。
本发明具有的优点和积极效果是：由于采用上述技术方案，采用按一定比例配置的玻璃腐蚀液去除扩散后处理的硅片表面的磷、硼硅玻璃，为激光制绒做好准备，采用激光制绒工艺，其制作过程简便快捷，且不受使用环境限制；在激光制绒过程中不会产生有毒气体，避免了对工人的身体健康和环境带来的不利影响；其能大大提升工艺过程的速度，具有很好的产业化前景；通过激光制绒，在光滑的硅片表面形成凹凸不平的熔融多晶硅，提高硅片表面的粗糙度，且采用激光制绒，制绒步骤简单，设备投入成本少；通过酸性溶液对激光制绒后的硅片进行湿法腐蚀，使得硅片表面的粗糙度进一步增大，使得保护胶不易脱落，具有较大的附着力，同时能够去除经过激光制绒时在硅片表面造成的热损伤层。
以上对本发明的一个实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。
Claims (7)
1.一种硅片激光与酸液结合制绒工艺，其特征在于：对激光制绒后的硅片进行酸性溶液湿法制绒，所述激光制绒后的硅片进行酸性溶液湿法制绒之前还包括去除扩散后的硅片的表面形成层和对扩散后的硅片进行激光制绒；
所述激光制绒时，采用激光器对硅片进行扫描，所述激光器的激光光束从左至右进行直线线性扫描，且该激光光束是在硅片的表面从上至下依次进行直线线性扫描，将整个硅片表面全部扫描一遍，且对硅片双面制绒，将硅片表面制成凹凸不平的熔融多晶硅，且该凹凸不平的熔融的多晶硅的形状为连续平滑的曲线形态；
去除扩散后硅片表面的形成层，采用玻璃腐蚀液去除扩散后处理的硅片表面的磷硅玻璃和硼硅玻璃，将扩散后的硅片浸泡在玻璃腐蚀液中，浸泡时间为0.5-4h，所述玻璃腐蚀液为按一定比例混合的氢氟酸铵、草酸、硫酸铵、甘油、硫酸钡和热纯水，所述混合比例为按重量比例为20-30％：10-20％：10-20％：0-10％：20-30％：10-20％的比例进行混合。
2.根据权利要求1所述的硅片激光与酸液结合制绒工艺，其特征在于：所述酸性溶液湿法制绒的具体步骤为：将激光制绒后的硅片置于酸性溶液中进行湿法腐蚀制绒。
3.根据权利要求1或2所述的硅片激光与酸液结合制绒工艺，其特征在于：所述酸性溶液为按照一定比例进行混合的硝酸、氢氟酸、冰乙酸和纯水。
4.根据权利要求3所述的硅片激光与酸液结合制绒工艺，其特征在于：所述硝酸、氢氟酸、冰乙酸和纯水的混合比例为2～6：0.1～1：0.5～2：0.1～1。
5.根据权利要求4所述的硅片激光与酸液结合制绒工艺，其特征在于：所述酸性溶液的温度为-12～25℃。
6.根据权利要求1所述的硅片激光与酸液结合制绒工艺，其特征在于：所述扩散后的硅片进行激光制绒的具体步骤为：对去除表面形成层的硅片的双面依次进行激光扫描。
7.根据权利要求6所述的硅片激光与酸液结合制绒工艺，其特征在于：所述酸性溶液制绒后还进行硅片的制绒后清洗。
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