[发明专利]一种控制硅晶圆片形貌的酸蚀刻方法

说明书

本发明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。

技术领域

本发明涉及半导体硅晶圆片制造技术领域，尤其涉及一种控制硅晶圆片形貌的酸蚀刻方法。

背景技术

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。

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 Roll-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。

发明内容

鉴于目前酸蚀刻过程中硅晶圆片的形貌不易控制的问题，本发明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。

本发明所采用的技术方案是：

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。

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℃。