CN103009222A - 一种高局部平整度重掺硅晶圆抛光片的无蜡抛光工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高局部平整度重掺硅晶圆抛光片的无蜡抛光工艺，其步骤是：1.清洁陶瓷盘，将陶瓷盘浸泡后，用纯水冲洗其表面，收集冲洗纯水进行液体颗粒度测试，满足要求即可使用；2.将吸附垫粘贴在陶瓷盘表面；3.刷洗吸附垫表面并用纯水浸湿；4.将重掺硅晶圆片放入吸附垫的槽中，旋转挤压水分，根据挤压出的水分量确认重掺硅晶圆片被吸附垫是否有效吸附固定在槽中；5.按照设定参数进行两次粗抛光，再进行精抛光；6.采用清洗机清洗重掺硅晶圆片。采用本工艺，使重掺硅晶圆片达到表面局部平整度值＜1.5μm的水平，其背面得到较好的洁净度，对清洗设备的沾污得到有效控制，降低了清洗难度和成本，对满足大规模集成电路的要求具有重大意义和实用价值。

Description

一种高局部平整度重掺硅晶圆抛光片的无蜡抛光工艺

技术领域

本发明涉及硅晶圆片的加工方法，特别涉及一种高局部平整度重掺硅晶圆抛光片的无蜡抛光工艺，该工艺适用于生产大规模集成电路所需的硅晶圆抛光片中。

背景技术

在大规模集成电路制造中，化学机械抛光技术是一种不可缺少的实用技术，不仅在材料制备阶段用于超光滑无损伤单晶硅衬底的加工，而且也是多层布线金属互联结构工艺中实现局部和全局平坦化的理想方法。

硅晶圆片抛光是利用化学和机械作用最后消除硅晶圆片表面的损伤与变形层的操作，化学机械抛光综合了化学抛光无损伤和机械抛光易获平整、光亮表面的特点。在抛光过程中，化学腐蚀和机械摩擦两种作用就这样交替、循环地进行，达到去除硅晶圆片表面因前工序残余的机械损伤，从而获得一个平整、光亮、无损伤、几何精度高的镜面。

随着芯片特征尺寸的不断缩小和芯片集成度的不断提高，对化学机械抛光提出了更高的要求。硅晶圆片、抛光液及抛光垫是组成硅化学机械抛光系统的三个主要组成要素，化学机械抛光时，旋转的工件以一定的压力压在旋转的抛光垫上，而由亚微米或纳米磨粒和化学溶液组成的抛光液在工件与抛光垫之间流动，并与工件表面产生化学反应，在工件表面生成一层容易去除的化学反应膜，工件表面形成的化学反应物由磨粒和抛光垫的机械摩擦作用去除，然后裸露出新的表面材料再参与化学反应。此过程循环往复，有选择地去除硅晶圆片表面材料，实现整个表面的平坦化。化学机械抛光技术就是在化学成膜和机械去膜的交替过程中实现超精密表面的加工。

局部平整度是硅晶圆抛光片的关键参数，随着器件集成度的提高，要求光刻机线宽越来越细，基底硅晶圆抛光片质量的优劣对器件与集成电路的电学性能和成品率有着极其重要的影响，这主要是由于光刻机的焦深变得越来越短，硅基底或薄膜层上极其微小的高度差异都会使IC的布线图形发生变形、扭曲、错位，结果导致绝缘层的绝缘能力达不到要求，或金属连线错乱而出现废品。而硅晶圆抛光片局部平整度不合格是导致电路失效的重要原因之一。

发明内容

本发明的目的就是在现有工艺的基础上，研发一种高局部平整度重掺硅晶圆抛光片的无蜡抛光工艺，即采用直拉硅晶圆片抛光技术对直拉重掺硅晶圆片进行无蜡抛光，进而获得高局部平整度硅晶圆抛光片，使硅晶圆抛光片的局部平整度达到更高的水平。

本发明采取的技术方案是：一种高局部平整度重掺硅晶圆抛光片的无蜡抛光工艺，其特征在于，包括以下次序的工艺步骤：

（一）.清洁陶瓷盘，将陶瓷盘浸泡在浓度为10%的KOH溶液中，4小时后，用纯水冲洗其表面，收集冲洗纯水进行液体颗粒度测试，满足颗粒度要求即可使用； 

（二）.将用于装载重掺硅晶圆片的吸附垫粘贴在清洁干燥的陶瓷盘表面，以便在抛光过程中固定重掺硅晶圆片；

（三）.刷洗吸附垫表面，去除其污染物，用纯水浸湿吸附垫，使其能够将重掺硅晶圆片牢牢吸附在内； 

（四）.手动将重掺硅晶圆片放入吸附垫的槽中，并旋转挤压重掺硅晶圆片与槽中的水分，根据挤压出的水分量确认重掺硅晶圆片被吸附垫是否有效吸附固定在槽中；

（五）.进行粗抛光，首先采用无蜡抛光粗抛系统连续进行两次粗抛光，粗抛光压力控制在2.0-2.2bar，每次抛光时间控制在14-16min，中心盘转数22-27rpm，控制抛光温度在33-36℃，粗抛光液流量为58-62L/h，重掺硅晶圆片的去除速率在0.5-0.6μm/min；

（六）.进行精抛光，使用无蜡抛光精抛系统进行精抛光，精抛压力控制在1.0-1.5bar，抛光时间控制在10-14min，控制抛光温度在28-32℃，中心盘转数29-32rpm，精抛光液流量为57-64L/h，重掺硅晶圆片的去除速率在0.2-0.4μm/min；

（七）.采用兆声清洗机用去离子水清洗重掺硅晶圆片，使重掺硅晶圆片的清洁度达到：＞0.2μm，颗粒数≤20个。

本发明的有益效果是，采用本工艺，使6英寸直拉重掺硅晶圆片达到表面局部平整度值小于1.5μm的水平，完全能够满足国内多数集成电路厂家的要求，由于使用的是无蜡抛光工艺，重掺硅晶圆抛光片背面也得到了较好的洁净度，对清洗设备的沾污也得到了有效控制，降低了清洗难度和成本，其技术对满足大规模集成电路的要求具有重大意义和实用价值。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明作进一步说明：一种高局部平整度重掺硅晶圆抛光片的无蜡抛光工艺包括以下次序的工艺步骤：

（一）.清洁陶瓷盘，将陶瓷盘浸泡在浓度为10%的KOH溶液中，4小时后，用纯水冲洗其表面5分钟，收集冲洗纯水进行液体颗粒度测试，满足颗粒度要求：＞0.2μm的颗粒数≤500个；＞0.3μm的颗粒数≤200个；＞0.5μm的颗粒数≤50个，即可使用。 

陶瓷盘表面洁净度直接影响吸附垫的粘贴效果，如果吸附垫粘贴时陶瓷盘表面带有颗粒沾污，会导致吸附垫表面平整度不佳，抛光过程中受力不均，局部平整度失控。

（二）.将用于装载重掺硅晶圆片的吸附垫粘贴在清洁干燥的陶瓷盘表面，以便在抛光过程中固定重掺硅晶圆片。

（三）.使用尼龙刷刷洗吸附垫表面，去除其污染物，用纯水浸湿吸附垫，使其能够将重掺硅晶圆片牢牢吸附在内。

（四）.手动将重掺硅晶圆片放入吸附垫的槽中，并用力旋转按压，挤压出的水分大于1ml，根据挤压出的水分量判断重掺硅晶圆片被吸附垫是否有效吸附固定在槽中；若吸附不牢会导致重掺硅晶圆片在槽中晃动，影响局部平整度。

（五）.进行粗抛光，首先采用无蜡抛光粗抛系统连续进行两次粗抛光，粗抛光压力控制在2.0-2.2bar，每次抛光时间控制在14-16min，中心盘转数22-27rpm，控制抛光温度在33-36℃，粗抛光液流量为58-62L/h，重掺硅晶圆片的去除速率在0.5-0.6μm/min。

（六）.进行精抛光，使用无蜡抛光精抛系统进行精抛光，精抛压力控制在1.0-1.5bar，抛光时间控制在10-14min，控制抛光温度在28-32℃，中心盘转数29-32rpm，精抛光液流量为57-64L/h，重掺硅晶圆片的去除速率在0.2-0.4μm/min。

（七）.采用具有去除大于0.1μm颗粒去除力的兆声清洗机用去离子水清洗重掺硅晶圆片，使重掺硅晶圆片的清洁度达到：＞0.2μm，颗粒数≤20个。

实施例： 

（1）实验材料：6英寸重掺硅晶圆片，电阻率：0.2-0.4Ω.cm，厚度：640±10μm，数量：240片。

（2）加工设备：无蜡单面抛光系统，包括两台粗抛机、一台精抛机。

（3）辅助材料：陶瓷盘，抛光垫，吸附垫，粗抛液，精抛液，纯水，异丙醇，氢氧化钾，无尘布，PFA片篮。

（4）工艺参数见下表： 

                                                 

（5）加工过程：

①陶瓷盘的清洁：使用浓度为10%的KOH溶液浸泡陶瓷盘4小时以上，使用纯水冲洗陶瓷盘表面5分钟，使用小烧杯收集冲洗纯水500ml，进行液体颗粒度测试，测试结果符合要求，见下表：

＞0.2μm	＞0.3μm	＞0.5μm
			457个	89个	41个

②粘贴吸附垫，使用无尘布蘸取异丙醇擦拭陶瓷盘表面，并等待其表面干燥，将吸附垫粘贴在陶瓷盘表面，粘贴过程中要避免产生气泡。

③硅晶圆片上载：使用纯水将硅晶圆片浸泡5min，然后将硅晶圆片放入吸附垫的槽中，并旋转挤压硅晶圆片与槽中的水分，使用滴定管收集挤压出的水分，测量为1.1ml，确认硅晶圆片被有效吸附在槽中。

④粗抛光加工：按照上述设定的粗抛工艺参数连续两次进行粗抛光加工，加工过程中注意控制温度，若温度过高，要加大冷却水流量以降低抛光温度。 

⑤精抛光加工：按照上述设定的精抛工艺参数进行精抛光加工。

⑥抛光完成后，手动卸载重掺硅晶圆片，注意：佩戴一次性PE手套，并用纯水冲洗手套表面后，进行卸载。卸载完成后将重掺硅晶圆片浸泡在纯水中，采用具有去除大于0.1μm颗粒去除力的兆声清洗机用去离子水来清洗重掺硅晶圆片。

通过上述无蜡抛光工艺，经检验6英寸直拉重掺硅晶圆抛光片达到如下的质量标准：

客户要求质量标准如下表：

 

通过以上表中参数比对可以看出，采取本工艺加工的6英寸直拉重掺硅晶圆抛光片完全满足客户的高局部平整度需求。表中TTV为总厚度偏差； SBIR为局部平整度；TIR为平整度。

Claims (1)

1.一种高局部平整度重掺硅晶圆抛光片的无蜡抛光工艺，其特征在于，包括以下次序的工艺步骤：

（一）.清洁陶瓷盘，将陶瓷盘浸泡在浓度为10%的KOH溶液中，4小时后，用纯水冲洗其表面，收集冲洗纯水进行液体颗粒度测试，满足颗粒度要求即可使用； 

（二）.将用于装载重掺硅晶圆片的吸附垫粘贴在清洁干燥的陶瓷盘表面，以便在抛光过程中固定重掺硅晶圆片；

（三）.刷洗吸附垫表面，去除其污染物，用纯水浸湿吸附垫，使其能够将重掺硅晶圆片牢牢吸附在内； 

（四）.手动将重掺硅晶圆片放入吸附垫的槽中，并旋转挤压重掺硅晶圆片与槽中的水分，根据挤压出的水分量确认重掺硅晶圆片被吸附垫是否有效吸附固定在槽中；

（五）.进行粗抛光，首先采用无蜡抛光粗抛系统连续进行两次粗抛光，粗抛光压力控制在2.0-2.2bar，每次抛光时间控制在14-16min，中心盘转数22-27rpm，控制抛光温度在33-36℃，粗抛光液流量为58-62L/h，重掺硅晶圆片去除速率在0.5-0.6μm/min；

（六）.进行精抛光，使用无蜡抛光精抛系统进行精抛光，精抛压力控制在1.0-1.5bar，抛光时间控制在10-14min，控制抛光温度在28-32℃，中心盘转数29-32rpm，精抛光液流量为57-64L/h，重掺硅晶圆片去除速率在0.2-0.4μm/min；

（七）.采用兆声清洗机用去离子水清洗重掺硅晶圆片，使重掺硅晶圆片的清洁度达到：＞0.2μm，颗粒数≤20个。