专利名称：制造高平度硅片的方法
技术领域：
本发明涉及一种制造高平度硅片的方法，尤其是涉及一种在抛 光工艺之前^f吏用碱性水溶液附加进4于轻度蚀刻工艺以有效地去除 表面劣化层的高平度石圭片的制造方法，该表面劣化层是在一系列包 括切割、倒角、研磨、蚀刻、磨削、抛光过程的晶片制造过程中的 磨削过程中产生的，本发明还涉及在制造高平度硅片的方法中使用 的高纯度的蚀刻溶液的制造方法。
背景技术：
传统上，石圭片是由单晶石圭经过一系列工艺制造而成的。制造硅 片的传统方法通过参考图l进行了4皮露。图1例示了制造硅片的传统方法的流程图。参考图1,制造硅片的方法包括切割单晶硅锭的切割工艺(S11 )、将切割工艺之后获得的硅片边缘倒角的边缘-倒角工艺 (S12)、研磨工艺(S13)、蚀刻工艺(S14)、抛光晶片的一个或者两个表面的抛光工艺(S15)和清洗工艺(S16)。通过依次进行这些工艺制造出硅片。—口J以，^f后曰的近^f丁"^勿、 又劝孰有重复。可选;也，可 以加入或者替换成其它工艺，如热处理或者磨削。尤其是，蚀刻工 艺(S14)用于去除在枳4成工艺，如切割工艺(S11 )、倒角工艺(S12)和研磨工艺(S13)中产生的表面劣化层。蚀刻工艺(S14)通常为 湿法蚀刻工艺。传统上，主要4吏用酸蚀刻工艺，因为它在元件加工 的加工能力方面是更优选的。但是，随着近来更精细的栅设计原则 (gate design rule )的趋势， -使用石咸蚀刻工艺以满足才是高平度以及防 止波紋的需要。但是，在进行碱蚀刻工艺之后，晶片表面可能会有 从几jam到几十pm的凹痕损伤。而且，难以4吏用氢氟酸进行金属 清洗工艺。另外，由于碱蚀刻工艺内在的金属杂质，可能会发生晶 片污染。因此，已经进^f亍了尝试以防止由于晶片制造工艺中的杂质 造成的晶片污染。如上所述，通常在蚀刻工艺(S14)之后进行抛光工艺(S15) 和清洗工艺(S16)。但是，随着在硅片表面形成的电子元件最小化 和更精细的硅片的排布(layout)的趋势，优选在抛光工艺(S15) 之前，硅片具有高的平度。基于这种目的，在蚀刻工艺(S14)和 抛光工艺(S15)之间附加进4亍磨削工艺，以磨削^圭片的一个或两 个表面，从而提高硅片的平度。在磨削工艺之后是抛光工艺(S15)。 这样，磨削工艺帮助抛光工艺(S15 )在最少抛光下达到高平度。 但是，在磨削工艺中可能会在硅片上产生表面劣化层，并且如果表 面劣化层没有彻底处理，它可能会造成形成在硅片上的电子元件的 电特能的劣化。在相关技术中不断地进4亍研究，通过有效i也去除在蚀刻工艺和 抛光工艺之间进行的磨削工艺中产生的表面劣化层来解决金属杂 质问题。基于以上所提到的技术背景，本发明提交了专利申请。本发明设计用于解决以上所提到的现有技术中的问题，因此本 发明的目的是提供制造高平度硅片的方法，其有效地去除在蚀刻工 艺和抛光工艺之间进行的磨削工艺中产生的表面劣化层，以满足将 硅片上形成的电子元件最小化和精细的排布硅片的需要，在抛光工艺中以最少的抛光达到高平度，以及防止在晶片制造工艺中产生金 属杂质。发明内容为了达到以上述的目的，制造高平度硅片的方法包括(S21) 切割单晶硅锭制造晶片；(S22)倒角从晶锭切割的晶片的边缘； (S23 )研磨边缘倒角的晶片；(S24 )蚀刻研磨了的晶片；(S25 ) 磨削蚀刻了的晶片；(S26 )使用碱性水溶液轻度蚀刻磨削了的晶片 以去除在磨削的晶片上产生的表面劣化层；(S27)抛光轻度蚀刻了 的晶片的一个或者两个表面；和(S28)清洗抛光了的晶片。优选地，使用由陶乾接合剂和细金刚石微粒混合物制成的多砂 轮(polywheel),在蚀刻了的晶片的一个或者两个表面上进行磨削 工艺(S25)。优选地，在使用多砂轮的磨削工艺(S25)中，用于 制造多石少4仑的金刚石樣i粒的樣i粒大小为0.2到l.Ojam。优选地，在 使用多砂轮的磨削工艺(S25)中，多砂轮的旋转速度为900到 1500rpm并且移动速度为O.l[im /s到0.3|im /s。并且，4尤选;l也， 一皮 磨削的晶片的旋转速度为150到250rpm。优选地，在轻度蚀刻工艺(S26)中作为轻度蚀刻溶液Y吏用的 石咸性水溶液是选自NaOH和KOH组成的组的4壬意一种物质。此时， 伊C选作为轻度蚀刻工艺(S26)中的石威性水;容液的NaOH的浓度为 48%到55%。同时，优选作为轻度蚀刻工艺(S26)中的石成性水溶 液的NaOH具有0.2ppb (十亿分率)或者更少的Ni、 lppb或者更 少的Cu、 20ppb或者更少的Fe、 20ppb或者更少的Al以及纯度为 300ppm或者更少的氯化物。优选地，轻度蚀刻工艺(S26)在55 到75。C的温度下进行。优选地，进行轻度蚀刻工艺(S26)以去除 3到4jum厚的晶片的上表面。在搅动(agitating)浸入轻度蚀刻溶液中的晶片时，进行轻度蚀刻工艺(S26),或者1"吏用高循环流或者 扩散板(diffusion plate )来进行轻度蚀刻工艺。
在下文中，本发明的优选实施例会通过参考附图进行详细的披 露。在披露前，应该理解说明书和所附的权利要求中使用的术语不 能被认为限定于一般的和字典的意义，而是在允许发明者为了最好 的解释而恰当地定义术语的原则的基础上，基于与本发明的技术目 的对应的含义和概念进行解释。图1例示了制造硅片的传统方法的流程图。图2例示了制造根据本发明的高平度硅片的方法的流程图。图3 (a)例示了传统砂轮的表面的3-D照片，图3 (b)例示 了才艮据本发明的石少專仑的表面的3-D照片。图4 (a)例示了传统砂、轮的表面的2-D照片，图4 (b)例示 了根据本发明的砂轮的表面的2-D照片。图5例示了在根据本发明的轻度蚀刻工艺中作为轻度蚀刻溶液 使用的NaOH的浓度变化，在轻度蚀刻工艺之后的硅晶体表面的照片。图6例示了在才艮据本发明的轻度蚀刻工艺中作为轻度蚀刻溶液 使用的NaOH的浓度变化，去除(removal )和光泽的变化的曲线图。图7例示了根据本发明的温度的表面光洁度和晶体结构的照片。200710308333.0说明书第5/10页图8例示了制造根据本发明的高纯度轻度蚀刻溶液的设备的横断面图。图9例示了在根据本发明的轻度蚀刻工艺中使用的扩散板的照片。图10例示了在使用了根据本发明的扩散板的轻度蚀刻工艺之 后的晶片表面的凹痕损伤的照片。
具体实施方式
在下文中，本发明的优选实施例会通过参考附图进行详细的披膝。图2例示了制造根据本发明的高平度硅片的方法的流程图。制造根据本发明的高平度硅片的方法包含切割单晶硅锭以制 造晶片的切割工艺(S21)，倒角晶片边缘的倒角工艺(S22)，打磨 边缘倒角的晶片的打磨工艺(S23),蚀刻打磨了的晶片的蚀刻工艺 (S24 )，磨削蚀刻了的晶片的一个或者两个表面的磨削工艺(S25 )， 使用^5成性水溶液去除在磨削的晶片上产生的表面劣化层的轻度蚀 刻工艺(S26),抛光轻度蚀刻了的晶片的一个或者两个表面的抛光 工艺(S27)和清洗抛光的晶片的清洗工艺(S28)。步驶《(S21 )到(S24 )、 ( S27 )禾口 ( S28 )与制造石圭片的4专乡克方 法中的步骤相似，可以通过已熟知的技术进行，因此它们的描述被 省去了。本发明的特征在于在抛光工艺(S27)之前在晶片的一个 或者两个表面上进行磨削工艺(S25 )并且进行轻度蚀刻工艺(S26 ) 以有效地去除在磨削工艺(S25)中在晶片上产生的表面劣化层。使用由陶瓷接合剂和细金刚石微粒混合物制成的多砂轮在蚀刻了的晶片的一个或者两个表面上进行磨削工艺(S25)。此时，优 选用于制造多砂轮的金刚石微粒的孩丈粒大小为0.2到l.Ofim。优选 地，在磨削工艺(S25)中，多砂轮的旋转速度为900到"00rpm 并且移动速度为0.1到0.3jim /s。并且，优选地，^皮磨削的晶片的 》走转速度为150到250rpm。图3 (a)例示了传统砂轮的表面的3-D照片，图3 (b)例示 了才艮据本发明的砂轮的表面的3-D照片。图4 ( a )例示了传统砂轮 的表面的2-D照片，图4 (b)例示了根据本发明的砂轮的表面的 2-D照片。通过比较图3(a)和图3 (b)，图4 (a)和图4(b),发现传 统砂轮具有不规则的表面，而根据本发明制备的砂轮没有不规则的度。磨削工艺(S25)之后为轻度蚀刻工艺(S26)。优选地，在轻 度蚀刻工艺(S26)中作为轻度蚀刻溶液〗吏用的^威性水溶液是选自 NaOH和KOH组成的组的任意一种物质。此时，优选作为轻度蚀 刻工艺(S26 )中的碱性水溶液的NaOH的浓度为48%到55%。在NaOH的浓度低于以上所提到的最小浓度的情况下，因为表 面光洁度被降低而不是优选的。在该浓度高于以上所提到的最大浓 度的情况下，因为由于高浓度造成成本4是高，^旦是与成本成比例的 蚀刻效果是不显著而不是优选的。并且，由于高浓度，凝固点升高， 因此这造成产品的传送、移动和使用困难。另外，由于高浓度，蚀 刻速率降低，,人而降j氐了生产力。随着轻度蚀刻溶液的浓度升高， 晶体结构尺寸被降低，并且去除removal和光泽被降低。但是，在轻度蚀刻溶液的浓度大于预定的水平的情况下，以上所提到的问题 可能出现。同时，优选选作轻度蚀刻工艺中的石成性水溶液的NaOH含有 0.2ppb (十J乙分率)或者更少的Ni, lppb或者更少的Cu、 20ppb 或者更少的Fe、 20ppb或者更少的Al以及纯度为300ppm或者更少 的氯化物。示例性纯度可以将由于晶片的散布(bulk)的杂质和表 面杂质造成棚-设计原则和电特性变化的可能性减到最小。优选地， 在55到75。C的温度下进行轻度蚀刻工艺(S26)。优选地，进行轻 度蚀刻工艺(S26)以去除3到4pm厚的晶片的上表面。当搅动浸 入轻度蚀刻溶液中的晶片时进行轻度蚀刻工艺(S26),或者使用高 循环流或者扩散板来进行轻度蚀刻工艺。图5和6示出了当作为轻度蚀刻i容'液-使用的NaOH的浓度为 45%或者更低以及浓度为50%或者更高时，轻度蚀刻工艺中浓度和 去除以及光泽之间的关系。图5例示了在根据本发明的轻度蚀刻工艺中作为轻度蚀刻溶液 使用的NaOH的浓度变化，在轻度蚀刻工艺之后的硅片表面的照片。 参考图5,当NaOH的浓度分别为30%、 40%和45%时，晶片表面 具有相对4交大的晶体结构尺寸和差的表面光洁度，其可能成为凹痕 不合才各的来源。当NaOH的浓度分别为50%和55%时，晶片表面具 有相对小的晶体结构尺寸和优良的表面光洁度。图6例示了在才艮据本发明的轻度蚀刻工艺中作为轻度蚀刻溶液 使用的NaOH的浓度变化，去除和光泽的变化的曲线图。参考图6, 随着NaOH的浓度升高，去除和光泽降低。也就是，如果NaOH的 浓度升高，要花费大量的时间来蚀刻需要去除20(im的晶片，并且 光泽降低从而降低了产品的质量。优选地，轻度蚀刻工艺在55到75。C的温度下进行。在轻度蚀 刻温度低于上面提到的最小值的情况下，是不优选的，因为轻度蚀 刻的反应差，因此必需大量时间进行轻度蚀刻工艺。在轻度蚀刻温 度高于上面提到的最大值的情况下，是不优选的，因为高温和反应 热造成设备的损坏和污染，并且由于高温，金属杂质来源增加。图7例示了根据本发明的温度，表面光洁度和晶体结构的照片。 如图7所示，当去除条件为lO(im时，随着温度降低，晶片表面表 现出更好的表面光洁度和更好的晶体结构。优选地，进4亍轻度蚀刻工艺以去除3到4nm厚的晶片的上表面。 在通过轻度蚀刻工艺去除的晶片厚度小于上面提到的最小值的情 况下，是不4尤选的，因为在之前的DSG工艺(由Diamond Semiconductor Group, Inc.开发的)中的砂轮石争片不能被完全去除， 从而造成缺陷。在通过轻度蚀刻工艺去除的晶片厚度大于上面提到 的最大值的情况下，是不优选的，因为晶片由于平度劣化(flatness degradation)受到影响。优选地，选4奪作为轻度蚀刻工艺中的石咸性水〉容液的NaOH具有 0.2ppb (十亿分率)或者更少的Ni、 lppb或者更少的Cu、 20ppb 或者更少的Fe、 20ppb或者更少的Al以及纯度为300ppm或者更少 的氯^4勿。一 41的石威蚀刻工艺是各向异性的蚀刻工艺，并且在高温下进 行。由于包含在KOH或者NaOH中的多种重金属，晶片暴露于金 属杂质。为了解决金属杂质问题，需要使用具有甚至比传统蚀刻溶 液更高的纯度的蚀刻溶液。已知高纯度的NaOH可以通过电解或者 电化学的方法制造。电解用于将杂质的含量控制到lppb或者更少， 但是需要高成本。因此，建议使用活性炭过滤器生产高纯度的蚀刻 ，容液的方'法。用于制造高纯度的轻度蚀刻溶液的设备通过参考图8进行了详 细的4皮露。图8例示了制造本发明的高纯度轻度蚀刻溶液的设备的横截面 图。参考图8，用于制造高纯度的轻度蚀刻溶液的设备包含精炼管 体60，其具有中空的部分、在精炼前轻度蚀刻溶液流入(以箭头 66的方向)的底部和在4青炼后轻度蚀刻卩容液流出(以箭头68的方 向)的上部，底部活性炭过滤器62,其与精炼管体60的底部连接 并且在其空的内部塞有纤维材料，上部活性炭过滤器64,其与精炼 管体60的上部连接并且在其空的内部塞有纤维材料。底部活性炭 过滤器62与上部活性炭过滤器64分隔开来。在4青炼前，；咸蚀刻溶 液，NaOH流入精炼管体的底部，经过精炼管体60中的、塞有纤维 材料的底部活性炭过滤器62和上部活性炭过滤器64。通过过滤， 含在NaOH中的各种重金属被去除，这样大量的重金属杂质被去除 从而获得高纯度的蚀刻溶液。与传统的电解或者电化学方法相比， 本发明不需要复杂的设备或者高昂的成本。因此，本发明可以以简 单的方式生产具有理想纯度的NaOH蚀刻溶液。同时，轻度蚀刻工艺防止当上下搅动浸入轻度蚀刻溶液的晶片 时，相邻的晶片之间产生的反应压力场造成的轻度蚀刻溶液的劣 化，并且防止由于温度倾斜(inclination )造成的平度劣化(flatness degradation )。通常，晶片的搅动高度优选为100到300mm，但是 如果没有程序限制，随着搅动更大，上面所才是到的问题会更有效地 解决。上面所才是到的〗觉动方法可以以高循环流方法^^齐。高循环流 方法可以将由于晶片与化合物之间的加热反应造成的反应压力场 的影响减到最小以获得高平度的晶片。此时，优选的循环量为50 到70LPM。在轻度蚀刻工艺中，扩散板可以用于适当的层流，因而 可以获得更均一的蚀刻。此时，扩散板的厚度为10到30mm并且 孑14圣为3至U 7mm。图9例示了根据本发明的轻度蚀刻工艺中使用的扩散板的照片。不带有晶片的扩散板例示在图9中的左边，具有晶片的扩散板 例示在图9中的右边。扩散板用于将轻度蚀刻工艺中的温度倾斜减到最小并且通过 理想的济u动运动形成层流。的晶片表面的凹痕损伤的照片。参考图10,观察到，如谱线轮廓所示，宽度为lOjam、长度为 10(am的晶片表面具有在宽度为3,616nm、深度为48.75nm的扫描尺 寸中的凹痕损伤。发现与传统方法相比预防了 50%的晶片表面的凹 痕损伤。随着凹痕损伤更小，晶片的平度更好，因此本发明有利地 减少了抛光工艺的抛光量。应该理解，^是供详细的^皮露和特殊例，虽然例示了本发明的优 选实施例，只是为了进4亍说明，因为本发明的精神和范围内的多种 改变和》务饰从本申ifr的详细4皮露对于所属领域的 一询殳技术人员是 显而易见的。工业实用，h生本发明可以有效地去除在蚀刻工艺和抛光工艺之间进行的磨 削工艺中产生的表面劣化层，以满足在^:片上形成的半导体元件最 小化和精细排布硅片，在抛光工艺中以最少的抛光获得高平度硅片 以及防止在晶片制造工艺中产生金属杂质的需要。并且，本发明可 以简便经济地生产用于制造高平度硅片高纯度轻度蚀刻溶液。
权利要求
1.一种制造高平度硅片的方法，包括(S21)切割单晶硅锭以产生晶片；(S22)倒角从硅锭切割的晶片的边缘；(S23)打磨边缘倒角的晶片；(S24)蚀刻打磨了的晶片；(S25)磨削蚀刻了的晶片；(S26)使用碱性水溶液轻度蚀刻磨削了的晶片以去除在磨削了的晶片上产生的表面劣化层；(S27)抛光轻度蚀刻了的晶片的一个或者两个表面；和(S28)清洗抛光了的晶片。
2. 根据权利要求1所述的制造高平度硅片的方法，其中使用由陶 瓷接合剂和细金刚石微粒混合物制成的多砂轮在所述蚀刻了 的晶片的一个或者两个表面上进行所述磨削步骤(S25 )。
3. 根据权利要求2所述的制造高平度硅片的方法，其中，在使用 所述多砂轮的所述磨削步骤(S25)中，所述金刚石微粒的微 沣立尺寸为0.2到l.Opm。
4. 根据权利要求2所迷的制造高平度硅片的方法，其中，在使用 所述多砂轮的所述磨削步骤(S25)中，所述多砂轮的旋转速 度为900至ij 1500rpm并且4多^力速度为O.ljam/s至'j 0.3|am/s，— 皮 磨削的所述晶片的4t转速度为150到250rpm。
5. 根据权利要求2所述的制造高平度硅片的方法，其中，在所述 轻度蚀刻步骤(S26 )中，所述^5咸性水溶液选自NaOH和KOH 组成的组的 <壬意 一种物质。
6. 根据权利要求5所述的制造高平度硅片的方法，其中，在所述 轻度蚀刻步,腺(S26)中，作为所述石咸性7jc〉容液^吏用的NaOH 的;农度为48%到55%。
7. 根据权利要求5所述的制造高平度硅片的方法，其中，在所述 轻度蚀刻步骤(S26)中，作为所述石咸性水溶液^吏用的NaOH 具有0.2ppb(十亿分率)或者更少的Ni、 lppb或者更少的Cu、 20ppb或者更少的Fe 、 20ppb或者更少的Al以及纯度为3 OOppm 或者更少的氯4匕物。
8. 根据权利要求2所述的制造高平度硅片的方法，其中所述轻度 蚀刻步骤(S26)在55到75。C下进行。
9. 根据权利要求2所述的制造高平度硅片的方法，其中进行所述 轻度蚀刻步骤(S26 )以去除3到4pm厚的所述晶片的上表面。
10. 根据权利要求2所述的制造高平度硅片的方法，其中在搅动被 浸入所述石咸性水溶液中的所述晶片的同时，进行所述轻度蚀刻 步骤(S26 )。
11. 根据权利要求2所述的制造高平度硅片的方法，其中使用高循 环流进行所述轻度蚀刻步骤(S26 )。
12. 根据权利要求2所述的制造高平度硅片的方法，其中使用扩散 板进行所述轻度蚀刻步骤(S26 )。
全文摘要
本发明涉及制造高平度硅片的方法，包括(S21)切割单晶硅锭以产生晶片；(S22)倒角从硅锭切割的晶片的边缘；(S23)打磨边缘倒角的晶片；(S24)蚀刻打磨了的晶片；(S25)磨削蚀刻了的晶片；(S26)使用碱性水溶液轻度蚀刻磨削了的晶片以去除在磨削了的晶片上产生的表面劣化层；(S27)抛光轻度蚀刻了的晶片的一个或者两个表面；(S28)清洗抛光了的晶片。
文档编号H01L21/02GK101276747SQ20071030833
公开日2008年10月1日 申请日期2007年12月29日 优先权日2006年12月29日
发明者南炳旭 申请人:斯尔瑞恩公司