CN102528597B - 一种大直径硅片制造工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种大直径硅片制造工艺，该工艺包括：(1)将倒角后的硅片用双面磨削机进行双面磨削，磨削砂轮使用2000#～3000#，去除量为20～100微米；(2)将硅片单面磨削，单面磨削只磨一面，或者磨完一面再磨另一面。磨一面的去除量为5～20微米，磨削砂轮使用5000#～8000#；(3)将硅片进行碱腐蚀，碱使用KOH，去除量为0.1～5微米；(4)将单面磨削片进行常规双面抛光，其去除量为10～30微米；(5)将硅片进行单面精抛和清洗。在双面磨削后或单面磨削后加入激光刻字工艺，(1)～(5)步工艺之后可以加入清洗干燥工艺。通过本工艺制造硅片，可以获得高平整度的硅片，同时可以大大提高硅片的加工效率，本发明是一种低损伤并且高精度的硅片制造方法。
Description
技术领域
本发明涉及一种大直径硅片制造工艺，特别是一种在双面磨削后用单面磨削工艺对硅片进行精加工，去除表面的尖状凸起部分，然后经过抛光工艺进行抛光。
背景技术
半导体硅片是现代超大规模集成电路的主要衬底材料，一般通过拉晶、切片、倒角、磨片(包括磨削和研磨)、腐蚀、抛光、清洗等工艺过程制造而成的集成电路级半导体硅片。其中倒角后的磨片工艺能使硅片获得较高精度的形状，其加工的精度直接影响到产品的几何参数。
在300mm硅片加工的过程中，抛光前的加工一般采用双面磨削、研磨和单面磨削工艺。磨削技术(grinding)由于加工效率高，加工后硅片表面参数精度高，成本低，产生的表面损伤小等优点，目前在300mm硅抛光片制备工艺中取代传统双面研磨得到广泛应用。在对硅片的双面磨削加工过程中，硅片置于垂直状态，硅片两侧砂轮齿呈水平状态，而立式加工时硅片置于水平状态，硅片两侧砂轮齿呈垂直状态，其优点是硅片在加工过程中处于垂直状态，可以有效地避免因自重而引起的形变，同时硅片处于垂直状态的加工方式更容易控制硅片两面处于基本相同的磨削工艺条件，使得两面获得基本相同的磨削表面形貌。这对300mm以及更大直径尺寸硅片表面的加工精度影响非常重要。但硅片经过双面磨削后，尽管硅片获得较高的加工精度，但却在表面留下明显的、有规律的磨盘印，这种磨盘印会影响到硅抛光片表面的纳米形貌特性，并在下一步的抛光过程中很难被去除。
研磨工艺是硅片放在游轮内，在边缘齿轮和中央齿轮的带动下在上下大盘之间进转动。传统硅片双面研磨工艺(lapping)由于对300mm硅片表面机械加工精度的能力已经很难有较大的提升，研磨后硅片局部平整度等很难达到工艺要求，而且由于硅片经双面研磨后损伤层较厚，需要经过大去除量的腐蚀来去除硅片的表面损伤，增加了生产成本和环境问题。
单面磨削是把硅片用真空吸在吸盘上，对硅片的一个表面先进行磨削加工，之后再对另一面进行加工。
在300mm硅片的制造过程中，一般采用双面磨削、研磨、腐蚀和抛光工艺，通过研磨去除双面磨削表面的磨盘印，然后用腐蚀工艺来去除机械损伤层。或者使用粗研磨、单面磨削、腐蚀和抛光工艺。尽管可以通过研磨工艺来去除磨盘印，但研磨设备占地大，易污染车间。
发明内容
本发明的目的是提供一种大直径硅片制造工艺，该发明用单面磨削去除双面磨削后的硅片表面磨盘印和降低机械损伤层厚度，由于双面磨削速度快，单面磨削实现全自动加工，不用手动上下料，从而有力的保证了产品的加工效率。
为了实现上述的目的，本发明采用以下的技术方案：
这种大直径硅片制造工艺，该方法包括以下的步骤：
(1)将倒角后的硅片用双面磨削机进行双面磨削；
(2)将硅片单面磨削；
(3)将硅片进行碱腐蚀；
(4)将单面磨削片进行常规双面抛光；
(5)将硅片进行单面精抛和清洗；
磨削砂轮使用5000#～8000#。
单面磨削后对硅片进行碱腐蚀，碱使用KOH，浓度为45～55％，去除量为0.1～5微米。
硅片用碱腐蚀后用常规方法进行双面抛光，其去除量为10～30微米。
在双面抛光前或抛光后加入边缘抛光工艺；
在双面磨削后或单面磨削后可以加入激光刻字工艺。
硅片在每步加工后，可以加入清洗及干燥工序。
在本发明的工艺方法步骤(1)中，对倒角后的硅片双面磨削采用对硅片的两个表面同时进行磨削的加工方式。双面磨削有利于保证硅片的几何参数，使加工后的硅片表面有较高的精度；
在本发明的工艺方法步骤(1)中，使用砂轮目数为2000#～3000#，去除量为20～100微米；
总之，在本发明的工艺方法步骤(1)中，通过双面磨削工艺，得到高平整度的硅片表面，有利于下一步的加工。
一种集成电路用大直径硅片制造工艺中，是采用KOYO DSG双面磨削机进行磨削的。
在本发明的工艺方法步骤(2)中，单面磨削可以只磨一面，或者磨完一面再磨另一面。磨一面的去除量为5～20微米；
在本发明的工艺方法步骤(4)中，腐蚀使用的碱是KOH，浓度为45～55％，去除量为0.1～5微米，主要目的是去除机械损伤层的同时对表面进行清洗；
在双面磨削后，将硅片进行单面磨削，去除双面磨削硅片表面的微观凸起部分，使下一步的抛光过程更加均匀，对单面磨削硅片直接进行双面抛光、精抛及清洗，通过该工艺方法制造硅片，可以获得高平整度的硅片，同时可以大大提高硅片的加工效率，本发明的优点在于提出一种低损伤并且高精度的硅片制造方法。
在本发明的工艺方法步骤(4)中，使用的双面抛光方法包括所有的硅片双面抛光方法，例如每盘抛五片或十五片硅片。
在本发明的工艺方法步骤(4)中，可以在双面抛光之前或者之后对硅片进行边缘抛光。边缘抛光放在双面抛光之前，可以保证双面抛光之后的表面不会受到边抛液的腐蚀，但是抛好的边缘会在双面抛光过程中被游轮片边缘破坏，因此，边缘抛光工艺可以放在双面抛光之后。
本发明通过改进后的制造方法，可以去除表面的磨盘印，从而可以制造出高平整度的大直径硅片。测量表面几何参数使用ADE公司生产的AFS3220。
本发明在大直径硅片加工，特别是去除磨削后的表面磨盘印非常实用。本发明可以使用于商业上的任何大直径硅片加工工艺。
附图说明
图1a目前采用的硅片加工工艺流程图.
图1b目前采用的另一种硅片加工工艺流程图.
图2本发明所使用的大直径硅片制造工艺流程图。
图3对硅片进行双面磨削后表面的GBIR变化。
图4单面磨削后硅片表面的GBIR变化。
图5双面抛光后硅片表面的GBIR变化。
图3、图4、图5中，纵座标为全局平整度(GBIR)，横座标为硅片。
具体实施方式
实施例1
使用直拉法生产的P(100)，电阻率为1-100Ωcm、厚度为900微米左右的12英寸硅切片15片，在双面磨削机上进行磨削，目标去除量为75微米。双面磨削后用AFS3220几何参数测试仪对硅片几何参数进行测量，以便测出硅片表面的全局平整度(GBIR)。每片的GBIR变化如图3所示。从图上可以看出GBIR的变化均小于0.7微米。
实施例2
取以上的经过双面磨削的15片硅片，在单面磨削机上使用本发明的方法进行单面磨削，单面的加工去除量为10微米，两面共加工去除20微米，然后用AFS3220几何参数测试仪对硅片几何参数进行测量，单面磨削后的的GBIR见图4。从图上可以看出，经过本发明后，单面磨削后GBIR小于0.4微米，精度较高。
实施例3
取以上的经过单面磨削的15片硅片，用碱腐蚀机进行腐，去除量为5微米，然后在Speedfam20B抛光机上使用本发明的方法进行双面抛光，抛光去除量为25微米。然后用清洗机进行清洗，用甩干机进行干燥，抛光后的GBIR见图5。从图上可以看出，经过本发明后，GBIR小于0.45微米，可以满足大直径硅片制造的精度要求。
Claims (8)
1.一种大直径硅片制造工艺，其特征在于：它包括以下的步骤：
(1)将倒角后的硅片用双面磨削机进行双面磨削；
(2)将硅片单面磨削；
(3)将硅片进行碱腐蚀，碱使用KOH，浓度为45～55％，去除量为0.1～5微米；
(4)将单面磨削片进行常规双面抛光；
(5)将硅片进行单面精抛和清洗。
2.根据权利要求1所述的一种大直径硅片制造工艺，其特征在于：对倒角后的硅片双面磨削采用对硅片的两个表面同时进行磨削的加工方式。
3.按照权利要求2所述的一种大直径硅片制造工艺，其特征在于：磨削砂轮使用2000#～3000＃，去除量为20～100微米。
4.按照权利要求1所要求的一种大直径硅片制造工艺，其特征在于：单面磨削为只磨正面或磨完正面再磨另背面；磨一面的去除量为5～20微米，磨削砂轮使用5000＃～8000#。
5.按照权利要求1所要求的一种大直径硅片制造工艺，其特征在于：硅片用碱腐蚀后用常规方法进行双面抛光，其去除量为10～30微米。
6.按照权利要求1所要求的一种大直径硅片制造工艺，其特征在于：在双面抛光前或抛光后加入边缘抛光工艺。
7.按照权利要求1所要求的一种大直径硅片制造工艺，其特征在于：在双面磨削后或单面磨削后加入激光刻字工艺。
8.按照权利要求1所要求的一种大直径硅片制造工艺，其特征在于：硅片在每步加工后，加入清洗及干燥工序。
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