一種具有背吸雜能力的300mm重摻硅片的加工方法與流程

本發明涉及一種具有背吸雜能力的300mm重摻硅片的加工方法，屬于硅片加工制造技術領域。

背景技術：

隨著集成電路技術的飛速發展，300mm硅片已經取代200mm硅片成為集成電路加工的主流硅襯底。目前市場上主流的300mm硅片為輕摻P型片，但是市場上對300mm重摻硅片的需求也逐漸增加。在功率器件制造中，當前的主流襯底已經從6吋重摻硅片轉移到8吋重摻雜硅片。但是隨著成本降低的要求，襯底類型必然會向12吋轉移。

重摻雜硅片由于摻雜濃度過高，因此在熱過程中形成的內吸雜效果相對較弱，內吸雜無法滿足器件制程中金屬沾污的控制。特別是在一些高溫熱循環較多的制程，金屬沾污非常容易擴散到器件工作區內導致器件失效。為了提高器件制造良率，提升器件使用壽命，6、8吋功率器件使用的重摻雜襯底需要在硅片背面引入外吸雜結構滿足吸雜要求。所謂外吸雜就是通過背面損傷雜或者多晶沉積，在熱處理后引入二次缺陷而達到吸雜的目的。引入外吸雜的方法主要有背面噴砂工藝、多晶硅沉積工藝，以及有磷擴散、離子注入和激光照射等。當前業界主要使用的外吸雜工藝是硅片背面損傷和多晶硅沉積。硅片背損傷吸雜是在拋光加工前，對硅片背面噴射高速石英砂(或者Al₂O₃砂)，達到對硅片背面晶格損傷的目的。背損傷的深度和晶格損傷程度和石英砂粒徑以及噴速有關。多晶硅吸雜是在硅片背面沉積多晶硅，利用多晶硅對金屬吸雜。

當重摻雜硅片在300mm加工時會面臨兩個矛盾：雙面拋光和背損傷的矛盾、硅片翹曲度和多晶沉積的矛盾。300mm硅片的加工都需要雙面拋光，通過雙面拋光，硅片背面的顆粒數量被有效降低，但是雙面拋光帶來的后果是硅片背面無法做噴砂處理。當背面多晶沉積時，多晶硅的膨脹系數和襯底不一致會導致硅片翹曲度的增加。當300mm硅片引入多晶硅沉積后，多晶硅導致的翹曲增加，會因硅片直徑變大效應而更加明顯。因此，12吋重摻硅片加工過程需要引入新的外吸雜技術，改進加工工藝。

技術實現要素：

本發明的目的在于提供一種具有背吸雜能力的300mm重摻硅片的加工方法，通過該方法加工的300mm硅片既能滿足雙面拋光的要求，同時能夠獲得可控的背面損傷層，避免了背面多晶沉積較厚時對硅片翹曲度的影響。

為實現上述目的，本發明采取以下技術方案：

一種具有背吸雜能力的300mm重摻硅片的加工方法，該方法至少包括以下步驟：(1)切片；(2)倒角；(3)雙面磨削；(4)單面化學腐蝕或單面磨削，去除硅片正面損傷層；(5)邊緣拋光；(6)雙面拋光；(7)在硅片正面和背面都沉積多晶硅；(8)邊緣二次拋光，將邊緣多晶和邊緣損傷去除；(9)正面多晶拋光去除，將沉積在正面的多晶去除；(10)最終拋光，獲得最優的拋光表面；(11)硅片清洗檢測。

在本發明的加工方法中，針對雙面磨削工藝、單面化學腐蝕/單面磨削工藝做調整，使得雙面磨削時的加工殘余損失殘留在硅片背面。然后按照正常的加工工序對硅片做拋光加工處理。同時根據產品對吸雜能力的要求，適當的增加多晶沉積工藝獲得更強的吸雜能力。

首先是針對雙面磨削加工工藝的調整。雙面磨削加工就是通過高速旋轉的砂輪逐漸緩慢進刀，利用砂輪的高速旋轉力對硅片表面做切削加工。在磨削過程中，砂輪會對硅片產生很強的沖擊力和切削力。在正常的加工過程中，切削力是磨削加工工藝所需要的，主要目的是去除線切割加工時帶來的損傷和刀痕。而沖擊力本身會給硅片近表層帶來新的晶格損傷層，需要后道工序中將這種損傷去除。本發明正是利用了雙面磨削加工中沖擊力導致的損傷效應，為了增加雙面磨削產生的晶格損傷效應，本發明在雙面磨削加工中使用的砂輪的粒徑選擇在1000-2000目，而在現有技術中正常的雙面磨削加工時砂輪粒徑選擇在2000-3000目之間。在本發明的加工方法中，除了雙面磨削加工中采用粒徑較粗的砂輪以外，其他的磨削加工參數和正常雙面磨削加工基本一致，磨削去除量也和正常加工一致。由于更換了粒徑較粗的砂輪，所以經過雙面磨削后硅片的正面和背面產生了更強的雙面磨削損傷層。在后續加工中，需要將硅片正面的雙面磨削損傷去除，而硅片背面的磨削損傷要保留下來做背吸雜用。

在本發明的加工方法中，雙面磨削時硅片單面去除量在10-30μm的范圍，砂輪的型號為1000-2000號砂輪，砂輪的轉速為3000-5000轉/min，砂輪的進刀速率為 5-150μm/min。

此本發明的第二個關鍵步驟是將雙面磨削導致的正面損傷層去除，而背面損傷要保留下來。去除硅片正面損傷的方法有化學腐蝕法和單面磨削兩種方法。

化學腐蝕分為堿腐蝕和酸腐蝕兩種類型，傳統的化學腐蝕加工中，這兩種化學腐蝕都是在化學槽內進行，同時腐蝕硅片正面和背面。而在本發明中，由于正面和背面去除量要求不一致，因此需要做單面腐蝕。單面腐蝕的裝置如圖1，通過選擇酸腐蝕液(HF+HNO₃)或堿腐蝕液(KOH)，有效控制腐蝕液溫度、硅片轉速、腐蝕時間，將硅片正面的損傷層有效去除。

單面磨削加工也可以用來去除雙面磨削導致的硅片正面損傷，正常的工藝是依次對硅片正面和背面做磨削。單面磨削選擇的砂輪需要在6000-8000號左右。單面磨削加工的工藝條件和正常的單面磨削一致，根據磨削加工設備自身的設計特點，砂輪轉速、進刀速率、冷卻水速率均可做適當調整。對于本發明，需要對硅片正面做正常的磨削去除，而對于硅片的背面需要做適當的單面磨削處理，以去除明顯的加工刀痕，但是一定要控制背面的磨削去除量。正面做正常的磨削去除量要不低于10μm，背面磨削去除量不高于5μm。

雙面磨削加工和正面磨削損傷層去除工序是本發明的核心工序，經過這兩道工序加工的硅片可以做邊緣和后續的雙面拋光處理。

本發明中的硅片雙面拋光可以按照正常的加工工藝進行，硅片單面去除量在5-15μm即可。經過雙面拋光的硅片需要做清洗處理，以去除雙面拋光中的拋光液和表面金屬。在雙面拋光工藝中，背面損傷層被不斷拋去，但是由于雙面磨削導致的晶格缺陷應力較大，這樣的晶格缺陷在拋光的機械力下向晶體內部延伸，因此背面損傷不會因為雙面拋光去除量的增加而消失。

經過清洗的雙面拋光片利用CVD的方法沉積多晶硅，以進一步增加吸雜性能。不同于普通多晶硅沉積過程，本發明的多晶硅沉積主要體現在以下兩個方面：

1、多晶硅薄膜的沉積厚度：本發明的多晶硅沉積薄膜厚度為正常的多晶硅薄膜一般沉積厚度為以上。多晶硅沉積在硅片背面會影響硅片的翹曲度，特別是300mm硅片，多晶硅沉積對翹曲度的影響更加明顯。在本發明中，利用背面損傷和多晶硅薄膜結合的方式，可以有效保障吸雜效果的同時，避免硅片翹曲大量增加。

2、多晶硅沉積時在雙面拋光之后，這樣保證硅片背面依舊是拋光面，不會有大 量顆粒的聚集，與正常拋光片不同的是，硅片背面略有色差，但是這種色差不影響硅片的使用。

硅片在經過多晶沉積后，需要對硅片再次做邊緣拋光，以去除邊緣沉積的多晶。

經過邊緣拋光的硅片先做正面多晶去除拋光，然后做最終拋光處理，由于多晶沉積時會對硅片正面和背面同時沉積，因此正面沉積的多晶首先被拋光。正面拋光的去除量一般控制在1μm的范圍內，這樣可以確保正面多晶被有效去除。經過正面多晶去除拋光后做最終拋光，將最終拋光后的拋光液、顆粒、金屬等通過清洗去除，然后就可以做檢測出廠。

本發明的優點在于：

本發明結合300mm硅片的制造過程提出了一種新的硅片加工方法，通過磨削加工引入背面損傷和背面薄層多晶沉積相結合的方式，達到外吸雜的目的。

1、通過改變雙面磨削加工中的砂輪型號，加強雙面磨削帶來的表面損傷。在雙面磨削后加工過程中，只去除正面損傷。因此磨削加工中的損傷結構被保留在硅片背面。

2、在雙面拋光處理時，硅片背面的損傷部分被去除，但是大部分的損傷層無法被雙面拋光去除，從而可以被用來充當吸雜層。

3、雙面拋光后的多晶薄膜沉積，通過控制多晶薄膜的厚度，既能確保多晶薄膜對背損傷吸雜做有效補充，又能避免多晶薄膜惡化硅片翹曲。

附圖說明

圖1為單面化學腐蝕裝置的結構示意圖。

圖2為實施例1獲得的背吸雜效果圖。

圖3為實施例2獲得的背吸雜效果圖。

具體實施方式

以下通過結合附圖和具體實施例對本發明做進一步說明，但并不意味著對本發明保護范圍的限制。

實施例1

將<100>重摻B硅棒按照表1所示工藝路線加工，所謂硅棒就是將單晶經過滾磨、開槽后的單晶棒。本實施例中選擇單面磨削來去除硅片的正面損傷，同時對硅片的背面去除了3μm的損傷層。

經過該工藝路線加工的硅片，先做模擬熱處理(800℃，4小時+1000℃，16小 時)，然后將硅片解理并腐蝕斷面，然后在顯微鏡下分析缺陷分布，具體結果如圖2所示。

表1實施例1的硅片的加工步驟

實施例2

將<100>重摻B硅棒按照表2所示工藝路線加工，所謂硅棒：就是將單晶經過滾磨、開槽后的單晶棒。本實施例中采用單面腐蝕的方法去除硅片正面的磨削損傷層，單面腐蝕的裝置如圖1所示。硅片通過吸盤載入環形卡盤(這時硅片的正面朝上)，卡盤帶著硅片高速旋轉，將腐蝕液滴到硅片正面，形成約5mm厚度的腐蝕液膜。在腐蝕結束時，通過取液泵將腐蝕液返回到腐蝕液存儲罐中。在腐蝕結束后， 向卡盤內注入純水，沖洗硅片表面，同時將沖洗后的純水用取液泵排走。本實施例中的腐蝕液是70℃的KOH溶液，KOH溶液在儲存罐中恒溫保存，并循環使用。

經過該工藝路線加工的硅片，先做模擬熱處理(800℃，4小時+1000℃，16小時)，然后將硅片解理并腐蝕斷面，然后在顯微鏡下分析缺陷分布，具體結果如圖3所示。對比圖2和圖3，發現實施例3中缺陷密度更高，這是因為實施例3中的背面損傷層去除較少，從而吸雜效應更明顯。

表2實施例2的硅片的加工步驟