[发明专利]一种基于金属纳米粒子催化的硅片减薄方法

说明书

技术领域

本发明属于微电子技术领域，涉及在半导体器件制备中的一种单晶硅片的减薄方法。具体涉及硅片减薄工艺的金属纳米粒子催化均匀腐蚀工艺技术。

背景技术

硅片减薄技术具有较高的生产效率和优良的厚度尺寸控制特性，最早应用于内圆切片引起的硅片切割缺陷处理。随着集成电路封装工艺的飞速发展，电子终端设备的微型化、智能化对芯片封装结构的改进与散热效率的提高提出更高的要求。超薄芯片(＜50μm)已成为微型智能器件堆叠/3D封装的主要构件，而超薄芯片的制备是通过硅片的背面减薄加工而获得的。因此，硅片减薄在电子封装技术中扮演着极其重要的角色。

硅片减薄的常用方法包括磨削、化学机械抛光、常压等离子腐蚀以及湿法腐蚀等。机械磨削减薄操作步骤复杂，成本较高，而且通常在加工表面引入微米或亚微米量级的机械损伤层。与传统的酸、碱湿法腐蚀技术相比，金属纳米粒子催化刻蚀(R.Douani，K.Si-Larbi，T.Hadjersi，et al.Silver-assisted electroless etching mechanism of silicon.phys.stat.sol.(a)205，No.2，225-230(2008))是一种新型的湿法腐蚀技术，金属纳米粒子催化刻蚀一般分为两步，首先在硅表面上沉积一层薄的金属粒子(Pt、Ag、Al、Pd等)层，然后浸入含有HF和氧化剂的刻蚀剂中。金属纳米粒子催化刻蚀已成功应用于多孔硅(LI X，BOHN P W.Metal assisted chemical etching in HF/H₂O₂produces porous silicon[J].Appl Phys Lett，2000，77：2572-2574)、硅纳米线等硅表面微纳结构的制备。但是，应用金属纳米粒子催化刻蚀方法进行硅表面均匀腐蚀还未见相关报道。

发明内容

本发明提出一种基于金属纳米粒子催化的硅片减薄方法，该方法首次利用金属纳米粒子催化硅刻蚀的特性，将预处理后的硅片浸入硝酸银/双氧水/氢氟酸均匀混合的减薄溶液中，单步法实现硅片均匀减薄，减薄后硅片厚度小于50μm。所述单步法是指纳米银粒子的沉积与硅表面的微刻蚀是同时进行的，不需要提前在硅表面沉积银粒子。

一种基于金属纳米粒子催化的硅片减薄方法，该方法包括如下步骤：

a.硅片预处理：将硅片清洗并真空干燥，得到清洁的硅表面；

b.减薄液配制：配制硝酸银、双氧水和氢氟酸的混合溶液作为减薄液，减薄液中：溶剂为水，硝酸银浓度为0.01～0.05mol/L，HF浓度为3.5～6mol/L，H₂O₂浓度为3～6mol/L。把配制好的减薄液放入水浴中预热；

c.硅片减薄：把预处理后的硅片浸入减薄液(减薄液一直处于水浴处理中)中，在硅片表面可观察到气泡的生成与银粒子的沉积、剥离。采用可浸入大尺寸硅片的反应容器，可制备出大尺寸超薄硅片。如果溶液中不加入硝酸银溶液，取向(100)和(111)的单晶硅片浸入后，均观察不到以上腐蚀现象；

在一定溶液组分与配比下，控制反应时间与水浴温度可获得所需厚度的硅片。减薄完成后得到超薄硅片，倒去减薄液，迅速用去离子水(或超纯水)冲洗超薄硅片。残余银粒子附着于硅表面，使硅表面呈淡黄色。

d.去除步骤c得到的超薄硅片表面残余银：

e.将经过步骤d处理的硅片真空干燥。

步骤a中所述的清洗方法为：利用丙酮，去除硅表面的油污污染物；利用CP-4A溶液，去除硅片表面损伤层和沾污层；利用氢氟酸去除氧化层，形成Si-H键钝化硅表面；再用去离子水或超纯水冲洗，最后得到清洁的硅表面。具体清洗步骤通常为：在丙酮中超声清洗，用去离子水或超纯水冲洗；然后用CP-4A溶液清洗，再用氢氟酸清洗，用去离子水或超纯水冲洗。所述氢氟酸的浓度通常为7.3mol/L。

所述CP-4A溶液由HF溶液(质量分数为40％)、HNO₃溶液、无水乙醇、H₂O按3∶5∶3∶22的体积比配制而成，其中，HNO₃溶液的质量分数为65％～68％，以确保硅表面的抛光刻蚀和表面质量的提高。

步骤b中配制减薄液时，一般要将减薄液进行超声处理，使溶液混合均匀，再搅拌，以消除溶液底部气泡；所述超声处理的时间通常为5～10分钟，搅拌时间通常为2～5分钟。

步骤b所述水浴的温度为20～50℃，预热时间可以为5～10分钟。