本發(fā)明涉及一種具有背吸雜能力的300mm重?fù)焦杵募庸し椒ǎ瑢儆诠杵庸ぶ圃旒夹g(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

隨著集成電路技術(shù)的飛速發(fā)展，300mm硅片已經(jīng)取代200mm硅片成為集成電路加工的主流硅襯底。目前市場(chǎng)上主流的300mm硅片為輕摻P型片，但是市場(chǎng)上對(duì)300mm重?fù)焦杵男枨笠仓饾u增加。在功率器件制造中，當(dāng)前的主流襯底已經(jīng)從6吋重?fù)焦杵D(zhuǎn)移到8吋重?fù)诫s硅片。但是隨著成本降低的要求，襯底類(lèi)型必然會(huì)向12吋轉(zhuǎn)移。

重?fù)诫s硅片由于摻雜濃度過(guò)高，因此在熱過(guò)程中形成的內(nèi)吸雜效果相對(duì)較弱，內(nèi)吸雜無(wú)法滿(mǎn)足器件制程中金屬沾污的控制。特別是在一些高溫?zé)嵫h(huán)較多的制程，金屬沾污非常容易擴(kuò)散到器件工作區(qū)內(nèi)導(dǎo)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?fù)诫s襯底需要在硅片背面引入外吸雜結(jié)構(gòu)滿(mǎn)足吸雜要求。所謂外吸雜就是通過(guò)背面損傷雜或者多晶沉積，在熱處理后引入二次缺陷而達(dá)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(kuò)散、離子注入和激光照射等。當(dāng)前業(yè)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(duì)硅片背面噴射高速石英砂(或者Al₂O₃砂)，達(dá)到對(duì)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(guān)。多晶硅吸雜是在硅片背面沉積多晶硅，利用多晶硅對(duì)金屬吸雜。

當(dāng)重?fù)诫s硅片在300mm加工時(shí)會(huì)面臨兩個(gè)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(guò)雙面拋光，硅片背面的顆粒數(shù)量被有效降低，但是雙面拋光帶來(lái)的后果是硅片背面無(wú)法做噴砂處理。當(dāng)背面多晶沉積時(shí)，多晶硅的膨脹系數(shù)和襯底不一致會(huì)導(dǎo)致硅片翹曲度的增加。當(dāng)300mm硅片引入多晶硅沉積后，多晶硅導(dǎo)致的翹曲增加，會(huì)因硅片直徑變大效應(yīng)而更加明顯。因此，12吋重?fù)焦杵庸み^(guò)程需要引入新的外吸雜技術(shù)，改進(jìn)加工工藝。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種具有背吸雜能力的300mm重?fù)焦杵募庸し椒?，通過(guò)該方法加工的300mm硅片既能滿(mǎn)足雙面拋光的要求，同時(shí)能夠獲得可控的背面損傷層，避免了背面多晶沉積較厚時(shí)對(duì)硅片翹曲度的影響。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取以下技術(shù)方案：

一種具有背吸雜能力的300mm重?fù)焦杵募庸し椒ǎ摲椒ㄖ辽侔ㄒ韵虏襟E：(1)切片；(2)倒角；(3)雙面磨削；(4)單面化學(xué)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(yōu)的拋光表面；(11)硅片清洗檢測(cè)。

在本發(fā)明的加工方法中，針對(duì)雙面磨削工藝、單面化學(xué)腐蝕/單面磨削工藝做調(diào)整，使得雙面磨削時(shí)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?qū)杵鰭伖饧庸ぬ幚?。同時(shí)根據(jù)產(chǎn)品對(duì)吸雜能力的要求，適當(dāng)?shù)脑黾佣嗑С练e工藝獲得更強(qiáng)的吸雜能力。

首先是針對(duì)雙面磨削加工工藝的調(diào)整。雙面磨削加工就是通過(guò)高速旋轉(zhuǎn)的砂輪逐漸緩慢進(jìn)刀，利用砂輪的高速旋轉(zhuǎn)力對(duì)硅片表面做切削加工。在磨削過(guò)程中，砂輪會(huì)對(duì)硅片產(chǎn)生很強(qiáng)的沖擊力和切削力。在正常的加工過(guò)程中，切削力是磨削加工工藝所需要的，主要目的是去除線(xiàn)切割加工時(shí)帶來(lái)的損傷和刀痕。而沖擊力本身會(huì)給硅片近表層帶來(lái)新的晶格損傷層，需要后道工序中將這種損傷去除。本發(fā)明正是利用了雙面磨削加工中沖擊力導(dǎo)致的損傷效應(yīng)，為了增加雙面磨削產(chǎn)生的晶格損傷效應(yīng)，本發(fā)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(xiàn)有技術(shù)中正常的雙面磨削加工時(shí)砂輪粒徑選擇在2000-3000目之間。在本發(fā)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(shù)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(jīng)過(guò)雙面磨削后硅片的正面和背面產(chǎn)生了更強(qiáng)的雙面磨削損傷層。在后續(xù)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(lái)做背吸雜用。

在本發(fā)明的加工方法中，雙面磨削時(shí)硅片單面去除量在10-30μm的范圍，砂輪的型號(hào)為1000-2000號(hào)砂輪，砂輪的轉(zhuǎn)速為3000-5000轉(zhuǎn)/min，砂輪的進(jìn)刀速率為 5-150μm/min。

此本發(fā)明的第二個(gè)關(guān)鍵步驟是將雙面磨削導(dǎo)致的正面損傷層去除，而背面損傷要保留下來(lái)。去除硅片正面損傷的方法有化學(xué)腐蝕法和單面磨削兩種方法。

化學(xué)腐蝕分為堿腐蝕和酸腐蝕兩種類(lèi)型，傳統(tǒng)的化學(xué)腐蝕加工中，這兩種化學(xué)腐蝕都是在化學(xué)槽內(nèi)進(jìn)行，同時(shí)腐蝕硅片正面和背面。而在本發(fā)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(guò)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(zhuǎn)速、腐蝕時(shí)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(lái)去除雙面磨削導(dǎo)致的硅片正面損傷，正常的工藝是依次對(duì)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(hào)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(jù)磨削加工設(shè)備自身的設(shè)計(jì)特點(diǎn)，砂輪轉(zhuǎn)速、進(jìn)刀速率、冷卻水速率均可做適當(dāng)調(diào)整。對(duì)于本發(fā)明，需要對(duì)硅片正面做正常的磨削去除，而對(duì)于硅片的背面需要做適當(dāng)?shù)膯蚊婺ハ魈幚?，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(fā)明的核心工序，經(jīng)過(guò)這兩道工序加工的硅片可以做邊緣和后續(xù)的雙面拋光處理。

本發(fā)明中的硅片雙面拋光可以按照正常的加工工藝進(jìn)行，硅片單面去除量在5-15μm即可。經(jīng)過(guò)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(dǎo)致的晶格缺陷應(yīng)力較大，這樣的晶格缺陷在拋光的機(jī)械力下向晶體內(nèi)部延伸，因此背面損傷不會(huì)因?yàn)殡p面拋光去除量的增加而消失。

經(jīng)過(guò)清洗的雙面拋光片利用CVD的方法沉積多晶硅，以進(jìn)一步增加吸雜性能。不同于普通多晶硅沉積過(guò)程，本發(fā)明的多晶硅沉積主要體現(xiàn)在以下兩個(gè)方面：

1、多晶硅薄膜的沉積厚度：本發(fā)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(huì)影響硅片的翹曲度，特別是300mm硅片，多晶硅沉積對(duì)翹曲度的影響更加明顯。在本發(fā)明中，利用背面損傷和多晶硅薄膜結(jié)合的方式，可以有效保障吸雜效果的同時(shí)，避免硅片翹曲大量增加。

2、多晶硅沉積時(shí)在雙面拋光之后，這樣保證硅片背面依舊是拋光面，不會(huì)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(jīng)過(guò)多晶沉積后，需要對(duì)硅片再次做邊緣拋光，以去除邊緣沉積的多晶。

經(jīng)過(guò)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(shí)會(huì)對(duì)硅片正面和背面同時(shí)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(nèi)，這樣可以確保正面多晶被有效去除。經(jīng)過(guò)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(guò)清洗去除，然后就可以做檢測(cè)出廠。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：

本發(fā)明結(jié)合300mm硅片的制造過(guò)程提出了一種新的硅片加工方法，通過(guò)磨削加工引入背面損傷和背面薄層多晶沉積相結(jié)合的方式，達(dá)到外吸雜的目的。

1、通過(guò)改變雙面磨削加工中的砂輪型號(hào)，加強(qiáng)雙面磨削帶來(lái)的表面損傷。在雙面磨削后加工過(guò)程中，只去除正面損傷。因此磨削加工中的損傷結(jié)構(gòu)被保留在硅片背面。

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

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

附圖說(shuō)明

圖1為單面化學(xué)腐蝕裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為實(shí)施例1獲得的背吸雜效果圖。

圖3為實(shí)施例2獲得的背吸雜效果圖。

具體實(shí)施方式

以下通過(guò)結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明，但并不意味著對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的限制。

實(shí)施例1

將<100>重?fù)紹硅棒按照表1所示工藝路線(xiàn)加工，所謂硅棒就是將單晶經(jīng)過(guò)滾磨、開(kāi)槽后的單晶棒。本實(shí)施例中選擇單面磨削來(lái)去除硅片的正面損傷，同時(shí)對(duì)硅片的背面去除了3μm的損傷層。

經(jīng)過(guò)該工藝路線(xiàn)加工的硅片，先做模擬熱處理(800℃，4小時(shí)+1000℃，16小 時(shí))，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(jié)果如圖2所示。

表1實(shí)施例1的硅片的加工步驟

實(shí)施例2

將<100>重?fù)紹硅棒按照表2所示工藝路線(xiàn)加工，所謂硅棒：就是將單晶經(jīng)過(guò)滾磨、開(kāi)槽后的單晶棒。本實(shí)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(guò)吸盤(pán)載入環(huán)形卡盤(pán)(這時(shí)硅片的正面朝上)，卡盤(pán)帶著硅片高速旋轉(zhuǎn)，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(jié)束時(shí)，通過(guò)取液泵將腐蝕液返回到腐蝕液存儲(chǔ)罐中。在腐蝕結(jié)束后， 向卡盤(pán)內(nèi)注入純水，沖洗硅片表面，同時(shí)將沖洗后的純水用取液泵排走。本實(shí)施例中的腐蝕液是70℃的KOH溶液，KOH溶液在儲(chǔ)存罐中恒溫保存，并循環(huán)使用。

經(jīng)過(guò)該工藝路線(xiàn)加工的硅片，先做模擬熱處理(800℃，4小時(shí)+1000℃，16小時(shí))，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(jié)果如圖3所示。對(duì)比圖2和圖3，發(fā)現(xiàn)實(shí)施例3中缺陷密度更高，這是因?yàn)閷?shí)施例3中的背面損傷層去除較少，從而吸雜效應(yīng)更明顯。

表2實(shí)施例2的硅片的加工步驟