專利名稱：一種高少數(shù)載流子壽命單晶硅腐蝕片的加工方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及單晶硅片表面加工工藝，特別涉及一種高少數(shù)載流子壽命單晶硅腐蝕片的加工方法。
背景技術(shù)：
近年來，隨著半導(dǎo)體行業(yè)的高速發(fā)展和激烈的市場(chǎng)競爭，為了降低半導(dǎo)體原材料成本，越來越多的半導(dǎo)體器件廠商采用經(jīng)過腐蝕加工后的單晶硅腐蝕片替代拋光后的單晶硅晶圓片，從而省去了對(duì)加工設(shè)備環(huán)境、清洗方式、化學(xué)輔料純度等要求較高的拋光過程。
而對(duì)于半導(dǎo)體器件，無論是依靠少數(shù)載流子輸運(yùn)來工作的雙極型半導(dǎo)體器件還是場(chǎng)效應(yīng)器件，少數(shù)載流子壽命是一個(gè)直接影響到器件性能的重要參量。比如少子壽命將嚴(yán)重影響器件的阻斷特性無論是擴(kuò)散區(qū)的少子擴(kuò)散電流，還是勢(shì)壘區(qū)中復(fù)合中心的產(chǎn)生電流都與少數(shù)載流子壽命反相關(guān)，當(dāng)載流子壽命減短到一定程度時(shí)，反向電流即大幅度地上升，就會(huì)產(chǎn)生反向電流不飽和的“軟”的阻斷特性。由于單晶硅腐蝕片表面狀態(tài)不如拋光片，因此用單晶硅腐蝕片代替單晶硅拋光片作為半導(dǎo)體器件(尤其是雙極型器件)的基底材料會(huì)對(duì)硅片少數(shù)載流子壽命有很高的要求，這就需要研發(fā)一種能制備高少數(shù)載流子壽命單晶硅腐蝕片的工藝。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是為克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，特別提供一種高少數(shù)載流子壽命單晶硅腐蝕片的加工方法。本方法通過控制酸腐蝕液壽命等酸腐蝕工藝及采用單晶硅腐蝕片腐蝕后的表面清洗技術(shù)，經(jīng)過數(shù)次試驗(yàn)，終于成功制備出高少數(shù)載流子壽命的單晶硅腐蝕片。少數(shù)載流子主要的復(fù)合機(jī)理包括直接復(fù)合、間接復(fù)合、表面復(fù)合和厄歇(anger)復(fù)合等，其中間接復(fù)合和表面復(fù)合通常占主導(dǎo)因素，所以少數(shù)載流子壽命主要取決于單晶硅腐蝕片體內(nèi)的雜質(zhì)和缺陷數(shù)目以及單晶硅腐蝕片表面的復(fù)合中心數(shù)目。腐蝕片體內(nèi)雜質(zhì)和缺陷數(shù)目越多，腐蝕片表面符合中心數(shù)目越多，少數(shù)載流子壽命越低。反之，少數(shù)載流子壽命越高。本發(fā)明根據(jù)以上影響少數(shù)載流子壽命的機(jī)理，通過這樣的技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的一種高少數(shù)載流子壽命單晶硅腐蝕片的加工方法，其特征在于，所述的加工方法包括
(1).將單晶硅片雙面去除量控制在30-34iim;
(2).酸腐蝕液的配制各化學(xué)成分所占濃度百分比為氫氟酸9.07 12.45%、硝酸
40.2 42. 3%、醋酸15. 54 19. 43%，加去離子水混合而成；
(3).每腐蝕50片單晶硅片之后，將排出一部分酸腐蝕液，排出量為所用酸腐蝕液總量的29T3%，然后補(bǔ)充與排出量相等數(shù)量的酸腐蝕液來維持酸腐蝕液的濃度動(dòng)態(tài)平衡；
(4).將腐蝕后的單晶硅片用以下按重量百分比配制的清洗藥液進(jìn)行清洗鹽酸10 20%，雙氧水10 20%，去離子水60 80%。在酸腐蝕工藝中，按照酸腐蝕液壽命200 8000標(biāo)片進(jìn)行加工的單晶硅腐蝕片其表面粗糙度小，易于后序清洗，表面金屬含量也較少。腐蝕后再利用清洗藥液(SC-2清洗劑一標(biāo)準(zhǔn)RA清洗劑)進(jìn)行清洗。此清洗技術(shù)的作用基理是由于SC-2清洗劑具有極強(qiáng)的氧化性和絡(luò)合性，SC-2清洗劑中的酸根離子與硅片表面金屬離子形成可溶性金屬鹽類隨去離子水沖洗被去除，硅片表面被氧化的金屬離子與Cl離子作用生成的可溶性絡(luò)合物亦隨去離子水沖洗而被去除。本發(fā)明所產(chǎn)生的有益效果采用本方法可以有效地去除硅片表面金屬離子，減少由于金屬離子存在而影響的晶格內(nèi)少數(shù)載流子與多數(shù)載流子的復(fù)合，從而提高了單晶硅腐蝕片的少數(shù)載流子壽命。采用本方法制備的單晶硅腐蝕片，其少數(shù)載流子壽命可實(shí)現(xiàn)>IOOOus0本方法可以實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)，而且質(zhì)量穩(wěn)定，是一種適宜大批量生產(chǎn)的高少數(shù)載流子壽命單晶硅腐蝕片加工方法。


圖1是不同工藝條件加工的單晶硅腐蝕片少數(shù)載流子壽命對(duì)比曲線圖。圖中一一表不經(jīng)過SC-2清洗劑清洗的單晶娃腐蝕片；一■ 一表不不經(jīng)過SC-2清洗劑清洗的單晶娃腐蝕片。
具體實(shí)施例方式為了更清楚的理解本發(fā)明，結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明
實(shí)施例1 :5英寸區(qū)熔(FZ)硅片，摻雜方法:NTD，晶向:〈111>，電阻率70±10%Qcm，厚度440um，數(shù)量10000片，抽測(cè)片數(shù)22片。具體步驟如下
(I)將單晶硅片雙面去除量控制在在32±2iim。(2)根據(jù)單晶硅片的產(chǎn)品規(guī)格，選擇酸腐蝕液的濃度百分比為HF =HNO3 CH3COOH=IO. 76 41. 3 :17. 5% ;其純度為氫氟酸電子級(jí)，金屬含量<1. 25ppm ;硝酸電子級(jí)，金屬含量< Ippm ;醋酸，電子級(jí)，金屬含量< Ippm ;腐蝕液壽命為200至10000標(biāo)片。(3)設(shè)定腐蝕工藝參數(shù)酸腐蝕液的溫度保持在30°C ；自轉(zhuǎn)速率為50rpm，酸腐蝕液循環(huán)量為300L ;氮?dú)馕恢脼镮OOmm ;氮?dú)饬髁繛?00L/min ;氮?dú)鈮毫?00Pa ;氮?dú)鈺r(shí)間為全程。(4)將放置單晶硅片的滾筒放入酸腐蝕機(jī)中，開始腐蝕。在腐蝕液壽命為200、1000、2000、3000、4000、5000、6000、7000、8000、9000、10000 時(shí)各抽取兩片，共 22 片，分成兩
組，每組11片(一組經(jīng)過SC-2清洗劑清洗，一組未經(jīng)過SC-2清洗劑清洗)。(5)每腐蝕50片單晶硅片之后，排液量和補(bǔ)液量均為8L。(6)按重量百分比比例配制清洗藥液鹽酸(HC1，UPS級(jí)，金屬含量< Ippm) :15%，雙氧水(H2O2 ,UPS級(jí)，金屬含量< Ippm): 15%，去離子水(電阻率>18MQ ) 70% ;清洗5分鐘，超聲頻率為400kHZ ;對(duì)上述抽取的兩組腐蝕后的單晶硅片，一組進(jìn)行清洗，另一組不進(jìn)行清洗，然后進(jìn)行對(duì)比。(7)酸腐結(jié)束后，對(duì)經(jīng)過SC-2清洗劑清洗和未經(jīng)過SC-2清洗劑清洗的兩組分別用進(jìn)行ICP-MS 7700CS進(jìn)行表面金屬壽命測(cè)量，兩組不同的單晶硅腐蝕片少數(shù)載流子壽命如圖1所示。從實(shí)施例1和圖1中可以看出，本工藝的技術(shù)要點(diǎn)為控制腐蝕液壽命及腐蝕后的清洗。在控制腐蝕液壽命< 8000片的條件下，腐蝕后的單晶硅硅片再經(jīng)SC-2清洗劑清洗后所獲得的少數(shù)載流子壽命明顯高于未經(jīng)SC-2清洗劑清洗的單晶硅腐蝕片的少數(shù)載流子壽命。實(shí)施例2 :5英寸區(qū)熔(FZ)硅片，摻雜方法NTD，晶向〈111>，電阻率70±10% Q cm，厚度:440um、數(shù)量:3000片。具體步驟如下
(I))將單晶硅片雙面去除量控制在在32±2iim。(2)根據(jù)單晶硅片的產(chǎn)品規(guī)格，選擇酸腐蝕液的濃度百分比為HF =HNO3 CH3COOH=IO. 76 41. 3 :17. 5% ;其純度為氫氟酸電子級(jí)，金屬含量<1. 25ppm ;硝酸電子級(jí)，金屬含量< Ippm ;醋酸電子級(jí),金屬含量< Ippm ;腐蝕液壽命為3000標(biāo)片。(3)設(shè)定腐蝕工藝參數(shù)酸腐蝕液的溫度保持在30°C ；自轉(zhuǎn)速率為50rpm，酸腐蝕 液循環(huán)量為300L ;氮?dú)馕恢脼镮OOmm ;氮?dú)饬髁繛?00L/min ;氮?dú)鈮毫?00Pa，氮?dú)鈺r(shí)間為全程；
(4)將放置單晶硅片的滾筒放入酸腐蝕機(jī)中，開始腐蝕。(5)每腐蝕50片單晶硅片之后，排液量和補(bǔ)液量均為8L。(6)按重量百分比比例配制清洗藥液鹽酸(HC1，UPS級(jí)，金屬含量< Ippm) :15%，雙氧水(H2O2 ,UPS級(jí)，金屬含量< Ippm): 15%，去離子水(電阻率>18MQ ):70% ;清洗5分鐘，超聲頻率為400kHZ。(7)腐蝕結(jié)束后,進(jìn)行檢驗(yàn)測(cè)量,然后包裝。技術(shù)效果檢測(cè)采用上述酸腐蝕工藝生產(chǎn)3000片，少數(shù)載流子壽命均大于IOOOus0化腐后單晶硅片TTV〈3. 5，TIR<3. 5，經(jīng)表面良好的檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行檢驗(yàn)，合格2955片，合格率為98. 5%。該檢測(cè)結(jié)果表明，本工藝能實(shí)現(xiàn)高少數(shù)載流子單晶硅腐蝕片的量產(chǎn)。
權(quán)利要求
1. 一種高少數(shù)載流子壽命單晶硅腐蝕片的加工方法，其特征在于，所述的加工方法包括: (1).將硅片雙面去除量控制在30-34μπι; (2).酸腐蝕液的配制各化學(xué)成分所占濃度百分比為氫氟酸9.07 12.45%、硝酸.40. 2 42. 3%、醋酸15. 54 19· 43%，加去離子水混合而成； (3).每腐蝕50片硅片之后，將排出一部分酸腐蝕液，排出量為所用酸腐蝕液總量的.29Γ3%，然后補(bǔ)充與排出量相等數(shù)量的酸腐蝕液來維持酸腐蝕液的濃度動(dòng)態(tài)平衡； (4).將腐蝕后的硅片用以下按重量百分比配制的清洗藥液進(jìn)行清洗鹽酸1(Γ20%，雙氧水10 20%,去離子水60 80%。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種高少數(shù)載流子壽命單晶硅腐蝕片的加工方法。其方法是1)將單晶硅片雙面去除量控制在30-34μm；2)將9.07~12.45%氫氟酸、40.2~42.3%硝酸及15.54~19.43%醋酸加去離子水混合成酸腐蝕液；3)每腐蝕50片單晶硅片之后，將排出一部分酸腐蝕液，排出量和補(bǔ)充量為所用酸腐蝕液總量的2%~3%；4)將腐蝕后的單晶硅片用10~20%鹽酸、10~20%雙氧水及60~80%去離子水配成的清洗藥液進(jìn)行清洗。采用本方法可有效地抑制單晶硅腐蝕片表面晶格內(nèi)少數(shù)載流子與多數(shù)載流子的復(fù)合，從而提高了單晶硅腐蝕片的少數(shù)載流子壽命。采用本方法制備的單晶硅腐蝕片，其少數(shù)載流子壽命可實(shí)現(xiàn)＞1000μs。本方法可以實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)，而且質(zhì)量穩(wěn)定，是一種適宜大批量生產(chǎn)的高少數(shù)載流子壽命單晶硅腐蝕片加工方法。
文檔編號(hào)H01L21/306GK103021831SQ201210508280
公開日2013年4月3日 申請(qǐng)日期2012年12月3日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月3日
發(fā)明者張宇, 孫希凱, 石明, 崔玉偉, 黃建國 申請(qǐng)人:天津中環(huán)領(lǐng)先材料技術(shù)有限公司