一種矽片刻蝕方法

2023-05-20 10:10:01 1

專利名稱：一種矽片刻蝕方法
技術領域：
本發明涉及半導體製作技術領域，更具體的說是涉及一種矽片刻蝕方法。
背景技術：
矽晶體是半導體的主要材料，其可以用於製作半導體器件、太陽能電池等。在矽半導體製作中，矽片在切片或者機械加工後，由於加工應力，會給矽片表面帶來一定的機械損傷以及汙染，因此需要通過刻蝕，將矽片表面的損傷汙染層去掉。另外，在矽半導體的PN結的製作中，PN結是通過P (positive,正性)型半導體和N(negative,負性) 型半導體製作在同一個矽半導體基片上製作形成的，容易形成死層，以磷擴散為例，PN結是磷原子從P型矽片表面向體內擴散的，使得P型層表面形成一定厚度的高濃度的磷，即為死層，因此需要將矽片表層去掉，消除死層，以增加矽片表面的少數載流子壽命。現有的對矽片進行刻蝕的方法，通常是利用鹼性溶液或者混酸溶液進行溼法刻蝕，但是由於鹼性溶液刻蝕是各向異性的，不能實現矽片的均勻性腐蝕，而混酸溶液腐蝕速度較快，不能精確控制矽片刻蝕，容易導致底層矽片損傷。

發明內容
有鑑於此，本發明提供一種矽片刻蝕方法，用以解決現有技術中不能實現矽片精確刻蝕的技術問題，為實現上述目的，本發明提供如下技術方案一種矽片刻蝕方法，包括利用氧化溶液將矽片的待刻蝕層進行氧化；將所述氧化後的矽片清洗後，利用氫氟酸溶液將生成的氧化層剝離；將剝離氧化層後的矽片進行清洗；重複執行以上步驟，直至確定所述矽片的待刻蝕層全部剝離。優選地，按照下述方法確定所述矽片的待刻蝕層全部剝離當所述矽片刻蝕後的方阻值達到目標方阻值時，確定所述矽片的待刻蝕層全部剝離，所述目標方阻值是根據待刻蝕層厚度、以及矽片擴散層厚度與方阻值的對應關系所確定的。優選地，按照下述方法確定所述矽片的待刻蝕層全部剝離當所述重複執行的次數達到預設重複執行次數時，確定所述矽片的待刻蝕層全部剝離，所述預設重複次數是根據所述矽片未刻蝕前的方阻值以及所述目標方阻值計算得
出ο優選地，所述重複執行以上步驟，直至所述矽片達到目標方包括測試所述剝離氧化層後的矽片的方阻值是否小於目標方阻值；如果是，則返回利用氧化溶液將矽片的待刻蝕層進行氧化的步驟繼續執行，直至所述剝離氧化層後的矽片達到目標方阻值。
優選地，所述氧化溶液為硝酸溶液。優選地，所述硝酸溶液濃度為65% 68%，氧化溫度為60°C 70°C。優選地，所述氫氟酸溶液濃度具體為20%。優選地，所述利用氧化溶液將待刻蝕的矽片進行氧化具體為將所述矽片的待刻蝕層浸於高溫氧化溶液中第一預定時間，實現氧化。優選地，所述利用氫氟酸溶液將生成的氧化層剝離具體為將氧化後的矽片的待刻蝕部分浸於氫氟酸溶液的第二預定時間。優選地，所述對矽片進行清洗具體為利用純水清洗預設次數。經由上述的技術方案可知，與現有技術相比，本發明提供了一種矽片刻蝕方法，首先利用氧化溶液將矽片的待刻蝕部分進行氧化，形成氧化層，然後將氧化後的矽片清洗後， 利用氫氟酸溶液將氧化層剝離掉，並重複執行所述氧化和剝離的操作，直至矽片的方阻值達到目標方阻值，完成矽片刻蝕。由於氧化溶液對矽片的氧化，所形成的氧化層厚度較小， 且氫氟酸溶液只能剝離氧化層，而對底層矽片沒有影響。因此採用先氧化後剝離的方式可以實現矽片的精確刻蝕，提高控制精度。


為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據提供的附圖獲得其他的附圖。圖1為本發明一種矽片刻蝕方法實施例1的流程圖；圖2為本發明一種矽片刻蝕方法實施例2的流程圖。
具體實施例方式下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。本發明實施例公開了一種矽片刻蝕方法，首先將矽片的待刻蝕層置於氧化溶液中，利用氧化溶液進行氧化。氧化後的矽片清洗後，再利用氫氟酸溶液將氧化層剝離掉，完成一次刻蝕，然後將一次刻蝕後的矽片重複進行氧化和剝離氧化層的操作，進行多次刻蝕， 直至矽片達到目標方阻值。由於氧化溶液對矽片的氧化，所形成的氧化層厚度較小，且氫氟酸溶液只能剝離氧化層，而對底層矽片沒有影響。因此能夠實現矽片的精確刻蝕，提高控制精確度。參見圖1，示出了本發明一 種矽片刻蝕方法實施例1的流程圖，所述方法可以包括步驟101 利用氧化溶液將矽片的待刻蝕層進行氧化。矽片在進行機械加工時，會形成損傷汙染層，需要將其刻蝕掉；在PN結的製作過程，以在P型半導體中進行磷擴散形成PN結為例，由於擴散的磷濃度較高容易在P型半導體表面形成死層，也需要將死層刻蝕掉。因此所述的待刻蝕層即是矽片的需要刻蝕的部分， 可以是指損傷汙染層，或者死層等。在實際應用中，利用氧化溶液將待刻蝕層進行氧化具體是將所述矽片的待刻蝕層浸於高溫氧化溶液中第一預定時間，即可實現氧化。 其中，所述的氧化溫度可以具體為60°C 70°C。所述第一預定時間根據實際氧化情況設定，例如可以為20秒。所述的氧化溶液具體可以選用硝酸溶液，所述硝酸溶液濃度為65% 68%，即硝酸含量為65% 68%。當然，本發明並不對硝酸溶液的濃度做出具體限制，能夠實現矽片氧化即可。因此，所述的氧化溶液還可以選擇其他能夠實現矽片氧化的溶液。矽片被氧化後，生成二氧化矽，形成一層氧化層。步驟102 將所述氧化後的矽片清洗後，利用氫氟酸溶液將生成的氧化層剝離。為了防止氧化後的矽片攜帶的氧化溶液與氫氟酸溶液發生反應，在將剝離生成的氧化層之前首先進行純水清洗，將氧化後的矽片放入純水流水槽中進行反覆清洗預設次數，一般清洗5次即可。氫氟酸溶液可以與氧化層發生反應，將二氧化矽溶解掉，從而實現將生成的氧化層剝離。用氫氟酸溶液將生成的氧化層剝離具體是將氧化後的矽片浸泡於氫氟酸溶液中第二預定時間，所述第二預定時間可以根據具體的剝離速率以及氧化的厚度來確定，例如， 利用硝酸溶液高溫氧化20秒後的矽片，所述第二預定時間具體設置為5秒。步驟103 將剝離氧化層的矽片進行清洗，返回步驟101繼續執行，直至確定所述矽片的待刻蝕層全部剝離。由於利用氧化溶液對矽片進行氧化，生成的氧化層厚度通常很薄，例如利用硝酸溶液在高溫下進行氧化20秒，形成的氧化後的二氧化矽層厚度約為lnm(納米)，而通常矽片的待刻蝕層的厚度通常遠遠大於該氧化層的厚度，因此使得一次刻蝕的矽片厚度較小， 需要反覆執行步驟101 步驟102的操作。由於矽片的待刻蝕層厚度通常較薄，採用本發明的實施方案，能夠精確控制矽片的刻蝕，從而提高了矽片刻蝕的精確度。為了避免剝離氧化層後的矽片攜帶的氫氟酸與氧化溶液發生反應，在重複執行步驟101 步驟102的操作之前，需要先將剝離氧化層後的矽片放入純水流水槽中進行反覆清洗預設次數，一般清洗5次即可。其中，當所述待刻蝕層為矽片形成的擴散層的一部分時，例如PN結中，死層即位於矽片形成的擴散層中，確定所述矽片的待刻蝕層全部剝離具體是當所述矽片的刻蝕後的方阻值達到目標方阻值時，即確定所述矽片的待刻蝕層全部剝離，即可結束刻蝕流程。方阻即是指方塊電阻，其可以用于衡量擴散過程中，擴散雜質進入矽片內形成的厚度。所述的目標方阻值具體是根據待刻蝕層的厚度、以及矽片擴散層厚度與方阻值的對應關系所確定的。方阻與擴散後的表面雜質濃度，以及擴散形成的結深度有關。例如，對於恆定源的擴散方式，距離擴散面X處的方阻與所述距離X為餘誤差函數，因此矽片擴散層厚度與方阻值的對應關係可以用餘誤差函數表示，根據該餘誤差函數即可計算得出待刻蝕層厚度所對應的方阻值。根據剝離後測得的方阻值，即可確定矽片剝離的厚度，從而可以判斷待刻蝕層是否剝離完畢。
其中，該矽片擴散層厚度以及方阻值的對應關係具體可以根據樣片矽片經過多次測量統計得出的。其中 ，確定所述矽片的待刻蝕層全部剝離，具體還可以是當重複執行步驟101 步驟102的操作的次數為預設重複執行次數時，即可確定所述矽片的待刻蝕層全部剝離。所述預設的重複執行次數具體是根據矽片未刻蝕前的方阻值以及目標方阻值計算得出的。由於利用氧化溶液一次氧化後形成的氧化層的厚度，也即一次剝離的厚度是已知的，根據該矽片未刻蝕前的方阻值和所述目標方阻值可以首先計算得出矽片待刻蝕的厚度，根據該待刻蝕的厚度以及一次剝離的厚度，即可計算得出需要重複執行的次數。 例如要求矽片方阻值從40歐姆達到200歐姆，計算得出需要去除的待刻蝕層的厚度約為 0. 1 μ m(微米)，假設利用硝酸溶液在高溫下進行氧化20秒，生成的氧化層為lnm，因此一次剝離的厚度為lnm，則需要重複執行的次數為100次。需要說明的是，按照步驟101 步驟102的操作，重複執行所述重複執行次數後， 為了避免出現偏差，還可以測試矽片的方阻值，判斷其是否達到目標方阻值，若否，則可以繼續進行執行步驟101 步驟102的刻蝕操作，直至測試出矽片方阻值達到目標方阻值。在實際應用中，進行矽片刻蝕時，首先將矽片插在片架上，然後將片架放入裝有氧化溶液的腐蝕槽中，將矽片的待刻蝕層浸於氧化溶液中，並在高溫下煮第一預定時間，具體可以為20秒，實現氧化；然後將片架取出，放置於純水流水槽中，下上反覆清洗，具體可以為5次；再將純水清洗後的矽片置於裝有氫氟酸溶液的腐蝕槽中第二預定時間，具體可以為5秒，即可實現將氧化層剝離；將剝離後的矽片再置於純水流水槽中，下上反覆清洗後， 按照所述的步驟繼續進行氧化和剝離的操作，直至矽片的方阻值達到目標方阻值。在本實施例中，首先將矽片的待刻蝕層利用硝酸溶液進行氧化，然後在將氧化的矽片利用氫氟酸溶液將生成的氧化層剝離，反覆執行所述氧化和剝離的操作，即可完成矽片達到目標方阻值，完成矽片刻蝕。由於進行多次氧化和剝離，且每次所去除的矽片厚度較小，從而可以實現矽片的精確刻蝕，提高了矽片刻蝕的控制精確度。參見圖2，示出了本發明一種矽片刻蝕方法實施例2的流程圖，所述方法可以包括步驟201 利用氧化溶液將矽片的待刻蝕層進行氧化。所述氧化溶液具體可以是硝酸溶液，濃度可以為65% 68%。氧化溫度需為高溫環境，以加快氧化，具體可以為60°C 70°C。氧化時間可以為20秒，從而可形成厚度為Inm
的氧化層。所述待刻蝕層具體是指矽片由於擴散形成的擴散層中需要剝離掉的部分。步驟202 將所述氧化後的矽片清洗後，利用氫氟酸溶液將生成的氧化層剝離。所述氫氟酸溶液具體可以利用40%的氫氟酸，加入20%的水，形成濃度為20%的氫氟酸溶液，其腐蝕剝離的溫度選擇常溫即可。步驟203 將剝離氧化層的矽片進行清洗。步驟204 測試所述剝離氧化層後的矽片的方阻值是否小於目標方阻值。若是，則返回步驟201繼續執行，若否，則結束流程。本實施例中，矽片進行一次刻蝕後，即測試其方阻，若小於目標方阻值，則返回步驟201繼續執行。
在本實施例中，先利用氧化溶液對矽片的待刻蝕層進行氧化，然後再利用氫氟酸溶液將生成的氧化層剝離掉，完成矽片一次刻蝕，然後測試一次刻蝕後的矽片方阻，若其未達到目標方阻值，則將矽片繼續進行氧化，剝離氧化層的操作，由於每次刻蝕掉的厚度較小，且先氧化再剝離使得刻蝕速率不至於太快，減少了刻蝕誤差，以及對矽片的損傷，因此可以實現矽片刻蝕的精確控制。在實際應用中，本發明所述的矽片刻蝕方法可以具體應用於PN結製作中，用於消除矽片的死層效應，採用本發明的方案可以實現矽片的精確刻蝕，因此能夠精確控制刻蝕矽片的厚度，提高控制精確度，且避免了對底層矽片帶來的損傷。本說明書中各個實施例採用遞進的方式描述，每個實施例重點說明的都是與其他實施例的不同之處，各個實施例之間相同相似部分互相參見即可。對所公開的實施例的上述說明，使本領域專業技術人員能夠實現或使用本發明。 對這些實施例的多種修改對本領域的專業技術人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發明的精神或範圍的情況下，在其它實施例中實現。因此，本發明將不會被限制於本文所示的這些實施例，而是要符合與本文所公 開的原理和新穎特點相一致的最寬的範圍。
權利要求
1.一種矽片刻蝕方法，其特徵在於，包括利用氧化溶液將矽片的待刻蝕層進行氧化；將所述氧化後的矽片清洗後，利用氫氟酸溶液將生成的氧化層剝離；將剝離氧化層後的矽片進行清洗；重複執行以上步驟，直至確定所述矽片的待刻蝕層全部剝離。
2.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，按照下述方法確定所述矽片的待刻蝕層全部剝離當所述矽片刻蝕後的方阻值達到目標方阻值時，確定所述矽片的待刻蝕層全部剝離， 所述目標方阻值是根據待刻蝕層厚度、以及矽片擴散層厚度與方阻值的對應關系所確定的。
3.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，按照下述方法確定所述矽片的待刻蝕層全部剝離當所述重複執行的次數達到預設重複執行次數時，確定所述矽片的待刻蝕層全部剝離，所述預設重複次數是根據所述矽片未刻蝕前的方阻值以及所述目標方阻值計算得出。
4.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述重複執行以上步驟，直至所述矽片達到目標方包括測試所述剝離氧化層後的矽片的方阻值是否小於目標方阻值；如果是，則返回利用氧化溶液將矽片的待刻蝕層進行氧化的步驟繼續執行，直至所述剝離氧化層後的矽片達到目標方阻值。
5.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述氧化溶液為硝酸溶液。
6.根據權利要求4所述的方法，其特徵在於，所述硝酸溶液濃度為65% 68 %，氧化溫度為60°C 70°C。
7.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述氫氟酸溶液濃度具體為20%。
8.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述利用氧化溶液將待刻蝕的矽片進行氧化具體為將所述矽片的待刻蝕層浸於高溫氧化溶液中第一預定時間，實現氧化。
9.根據權利要求1或7所述的方法，其特徵在於，所述利用氫氟酸溶液將生成的氧化層剝離具體為將氧化後的矽片的待刻蝕部分浸於氫氟酸溶液的第二預定時間。
10.根據權利要求1或2所述的方法，其特徵在於，所述對矽片進行清洗具體為利用純水清洗預設次數。
全文摘要
本發明提供了一種矽片刻蝕方法，所述方法包括利用氧化溶液將矽片的待刻蝕層進行氧化；將所述氧化後的矽片清洗後，利用氫氟酸溶液將生成的氧化層剝離；將剝離氧化層後的矽片進行清洗；重複執行以上步驟，直至確定所述矽片的待刻蝕層全部剝離。通過本發明實施例，可以實現矽片的精確腐蝕，提高了矽片刻蝕的精確度。
文檔編號H01L21/306GK102354663SQ201110348839
公開日2012年2月15日 申請日期2011年11月8日 優先權日2011年11月8日
發明者張忠 申請人:浚鑫科技股份有限公司