CN107154351A - 一种硅片抛光方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及半导体制造技术领域，具体涉及一种硅片抛光方法。所述方法，包括如下步骤：在将硅片放置于处理腔之前或将硅片放置于处理腔之后，在所述硅片表面形成液体薄膜；同时向所述处理腔中通入氧化性气体和含有刻蚀成份的气体或液体；或，先向所述处理腔中通入氧化性气体，再向所述处理腔中通入含有刻蚀成份的气体或液体；旋转所述硅片。本发明还提供一种硅片抛光装置。本发明借助于化学氧化反应，向放置硅片的处理腔中输送氧化性气体和含有刻蚀成份的气体或液体，使得硅片表面凸点被去除，且不需要抛光后的清洗和应力释放等后续修复工艺步骤，使得半导体芯片的制备成本将会下降，品质将会提升。
Description
技术领域
本发明涉及半导体制造技术领域，具体涉及一种硅片抛光方法及装置。
背景技术
硅片的表面抛光是半导体、微机电系统、微光电等器件制备过程中非常重要的工艺步骤。抛光后硅片的表面非常平整如镜面，满足微纳器件制备的需要。传统上的硅片抛光是一种使用抛光液进行抛光的多步工艺过程，抛光液是由磨粒和化学液(例如酸)组成。硅片被安全固定在可旋转的转动台上，用压片、毛刷或海绵制成的抛光头压在旋转硅片的表面进行抛光。这种抛光方式被称作化学机械抛光，或“CMP”，已广泛应用三十多年。
在实际应用中，抛光是一种非常复杂的制程，呈现许多挑战和应用。包括旋转速度、压力、时间、抛光液组成、硅片平整度、抛光片的磨损、装载的均匀性等参数均会影响抛光结果。并且，这些机械与化学的处理过程通常需要后续多步修复工艺，减少硅片在抛光过程中所产生的应力，或者清除抛光过程中的细小磨粒和其它污染。同时化学机械抛光耗时很长，特别在半导体芯片生产过程中是非常不经济的。尽管化学机械抛光在行业中得到广泛应用，得是仍然需要新的办法来克服上述提到的缺点。
发明内容
本发明的目的在于提供一种工艺步骤简单、成本低的硅片抛光方法，该方法是借助于化学氧化反应，使得硅片表面凸点被去除。
本发明的另一目的在于提供一种硅片抛光装置。
为了达到上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种硅片抛光方法，包括如下步骤：
在将硅片放置于处理腔之前或将硅片放置于处理腔之后，在所述硅片表面形成液体薄膜；
同时向所述处理腔中通入氧化性气体和含有刻蚀成份的气体或液体；或，先向所述处理腔中通入氧化性气体，再向所述处理腔中通入含有刻蚀成份的气体或液体；
旋转所述硅片。
上述方案中，所述在硅片表面形成液体薄膜，包括如下步骤：气体或蒸汽相在硅片表面凝结形成液体薄膜或凝结相；或，将硅片部分或者全部浸入至液体中，再从液体中移出，即可在硅片表面形成液体薄膜；或，喷射液体或液汽混合体到达所述硅片表面，在所述硅片表面形成液体薄膜。
上述方案中，所述液体包括去离子水。
上述方案中，所述液体还包括乙醇或乙醇水溶液。
上述方案中，所述同时向所述处理腔中通入氧化性气体和含有刻蚀成份的气体或液体，包括如下步骤：将所述氧化性气体与所述含有刻蚀成份的气体混合后，通过混合气体喷嘴喷射进所述处理腔中。
上述方案中，所述氧化性气体为O3。
上述方案中，所述刻蚀成份为氢氟酸、氟化铵或氯化物。
一种硅片抛光装置，包括：
一个或多个处理腔，所述处理腔用于抛光硅片；
第一传输管路，所述第一传输管路与所述处理腔相连，用于向所述处理腔输送氧化性气体；
第二传输管路，所述第二传输管路与所述处理腔相连，用于向所述处理腔输送含有刻蚀成份的气体或液体。
上述方案中，所述硅片抛光装置还包括：
混合器，所述第一传输管路和所述第二传输管路分别通过所述混合器与所述处理腔相连，所述混合器用于将所述第一传输管路中的气体和所述第二传输管路中含有刻蚀成份的气体混合后输送至所述处理腔中。
上述方案中，所述硅片抛光装置还包括：
去离子水系统，所述去离子水系统通过去离子水喷嘴将去离子水喷射至所述处理腔内的硅片表面。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明借助于化学氧化反应，向放置硅片的处理腔中输送氧化性气体和含有刻蚀成份的气体或液体，使得硅片表面凸点被去除。使用本发明的方法，硅片表面可以被抛光得非常平整，与传统的化学机械方法抛光的硅片表面基本相当。由于不使用磨粒和基本上与硅片表面没有机械接触，不需要抛光后的清洗和应力释放等后续修复工艺步骤，因此，半导体芯片的制备成本将会下降，品质将会提升。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种硅片抛光方法的工艺流程图；
图2为本发明实施例提供的一种硅片抛光装置的结构示意图。
具体实施方式
本发明的硅片抛光原理为：在基片表面形成微观或宏观的液体薄膜，在刻蚀液存在的条件下，氧化性气体通过硅片表面水膜层的表面，氧化性气体与刻蚀液共同反应对硅片表面进行抛光。氧化性气体流可以使硅片表面较高的点或区域的液体层相对于硅片表面较低的点或区域的液体层薄。由此产生的结果是硅片表面较高处的氧化速率比较低处快。硅片表面较高的点将会被化学去除，从而产生平整抛光的硅片表面。硅片表面较低处的点被较厚的水膜保护，较少的与氧化性气体接触，刻蚀速率较低。在抛光过程中旋转硅片，可以帮助提升抛光过程均匀性。例如：氧化性气体O3和刻蚀性液体HF共同作用会刻蚀硅，其原理是硅被O3氧化生成SiO2，HF反应溶解去除SiO2。然而，通过刻蚀作用清洗硅片，会去除极薄一层的硅片表面材料。另一方面，抛光过程也会去除1～50微米的硅片表层，获得极平整的、完好抛光的表面。
为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。
实施例一：
如图1所示，本发明实施例提供一种硅片抛光方法，包括如下步骤：
步骤110：在将硅片放置于处理腔之前或将硅片放置于处理腔之后，在所述硅片表面形成液体薄膜；
具体地，所述在硅片表面形成液体薄膜，包括如下步骤：气体或蒸汽相在硅片表面凝结形成液体薄膜或凝结相；或，将硅片部分或者全部浸入至液体中，再从液体中移出，即可在硅片表面形成液体薄膜；或，喷射液体或液汽混合体到达所述硅片表面，在所述硅片表面形成液体薄膜。其中，所述液体为包括去离子水，还可以向液体中加入乙醇或乙醇水溶液，当不同的薄膜与刻蚀气体接触时，用来控制刻蚀选择比。
步骤120：同时向所述处理腔中通入氧化性气体和含有刻蚀成份的气体或液体；或，先向所述处理腔中通入氧化性气体，再向所述处理腔中通入含有刻蚀成份的气体或液体；
具体地，所述同时向所述处理腔中通入氧化性气体和含有刻蚀成份的气体或液体，包括如下步骤：将所述氧化性气体与所述含有刻蚀成份的气体混合后，通过混合气体喷嘴喷射进所述处理腔中。其中，所述氧化性气体为O3，所述刻蚀成份为氢氟酸、氟化铵或氯化物。
步骤130：旋转所述硅片。
本实施例中，通入所述处理腔内的氧化性气体流可以利用许多技术产生，例如，可以通过喷嘴喷射到硅片表面，喷嘴内气体通过方式和喷嘴的开口方式将会影响硅片的抛光结果。抛光的效果也依靠液体层与气体流相互如何反应，硅片旋转可以改变液体薄膜的形状、位置、与气体流的相对速度。
本发明还提供一种硅片抛光装置，包括：
一个或多个处理腔101，所述处理腔用于抛光硅片；
第一传输管路，所述第一传输管路与所述处理腔101相连，用于向所述处理腔输送氧化性气体；
第二传输管路，所述第二传输管路与所述处理腔101相连，用于向所述处理腔输送含有刻蚀成份的气体或液体。
进一步地，所述硅片抛光装置还包括：
混合器108，所述第一传输管路和所述第二传输管路分别通过所述混合器与所述处理腔相连，所述混合器用于将所述第一传输管路中的气体和所述第二传输管路中含有刻蚀成份的气体混合后输送至所述处理腔中。
下面结合一个实施例详细说明硅片抛光装置的结构。
实施例二：
本实施例提供一种硅片抛光装置，包括：一个处理腔101，所述处理腔用于抛光硅片；第一传输管路，所述第一传输管路与所述处理腔101相连，用于向所述处理腔输送氧化性气体；具体地，所述第一传输管路包括O3发生器107；第二传输管路，所述第二传输管路与所述处理腔101相连，用于向所述处理腔输送含有刻蚀成份的气体，具体地，所述第二传输管路包括HF液体泵105、HF蒸发器103、载气流量控制系统104和加热冷却器106，HF液体泵105、载气流量控制系统104和加热冷却器106分别与HF蒸发器103相连；混合器108，所述第一传输管路和所述第二传输管路分别通过所述混合器108与所述处理腔101相连，所述混合器108用于将所述第一传输管路中的气体和所述第二传输管路中含有刻蚀成份的气体混合后输送至所述处理腔101中，具体地，O3发生器107和HF蒸发器103分别与混合器108相连；去离子水系统110，所述去离子水系统110通过去离子水喷嘴111将去离子水喷射至所述处理腔101内的硅片102表面。
本实施例的工作过程如下：HF液体通过HF液体泵105泵入HF蒸发器103中，N2等载气气体经过载气流量控制系统104进入HF蒸发器103中，N2在HF蒸发器103中的流动使HF液体产生挥发，当N2流出HF蒸发器103时，已经是一种包含HF的混合气体。独立的加热冷却器106以过热交换的方式控制HF蒸发器103中液体的温度。HF蒸发器103中产生的混和刻蚀性气体与O3发生器107中产生的氧化性气体O3在混合器108中混合，经过混合气体喷嘴109喷射至反应腔101中的硅片102表面。去离子水系统110将去离子水通过去离子水喷嘴111将去离子水喷射到硅片102表面。
在本发明中，刻蚀剂，如HF，将采用液体或蒸气的方式。HF蒸气与氧化性气体混和，传送到硅片表面。当高浓度的HF液体或蒸气与氧化性气体混和，在硅片表面可以有较强的抛光效果。当混合气流以较高的速率喷射到硅片表面时，抛光效果也将提升。同时也可以发现相对于室温，当HF蒸发器中液体温度逐步升高时，在硅片表面的抛光效果也将提升。很显然这主要是因为温度上升，更高浓度的刻蚀剂进入混合气体，从而增加了抛光效果。HF蒸气也可以是将N2通往HF蒸发器中的HF液体中，N2作为载气将HF蒸气带出，再与O3等氧化性气体混和，传送到待抛光硅片表面。
本发明的优点如下：
本发明借助于化学氧化反应，向放置硅片的处理腔中输送氧化性气体和含有刻蚀成份的气体或液体，使得硅片表面凸点被去除。使用本发明的方法，硅片表面可以被抛光得非常平整，与传统的化学机械方法抛光的硅片表面基本相当。由于不使用磨粒和基本上与硅片表面没有机械接触，不需要抛光后的清洗和应力释放等后续修复工艺步骤，因此，半导体芯片的制备成本将会下降，品质将会提升。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种硅片抛光方法，其特征在于，包括如下步骤：
在将硅片放置于处理腔之前或将硅片放置于处理腔之后，在所述硅片表面形成液体薄膜；
同时向所述处理腔中通入氧化性气体和含有刻蚀成份的气体或液体；或，先向所述处理腔中通入氧化性气体，再向所述处理腔中通入含有刻蚀成份的气体或液体；
旋转所述硅片。
2.如权利要求1所述的硅片抛光方法，其特征在于：所述在硅片表面形成液体薄膜，包括如下步骤：气体或蒸汽相在硅片表面凝结形成液体薄膜或凝结相；或，将硅片部分或者全部浸入至液体中，再从液体中移出，即可在硅片表面形成液体薄膜；或，喷射液体或液汽混合体到达所述硅片表面，在所述硅片表面形成液体薄膜。
3.如权利要求2所述的硅片抛光方法，其特征在于：所述液体包括去离子水。
4.如权利要求2所述的硅片抛光方法，其特征在于：所述液体包括乙醇或乙醇水溶液。
5.如权利要求1所述的硅片抛光方法，其特征在于：所述同时向所述处理腔中通入氧化性气体和含有刻蚀成份的气体或液体，包括如下步骤：将所述氧化性气体与所述含有刻蚀成份的气体混合后，通过混合气体喷嘴喷射进所述处理腔中。
6.如权利要求1所述的硅片抛光方法，其特征在于：所述氧化性气体为O3。
7.如权利要求1所述的硅片抛光方法，其特征在于：所述刻蚀成份为氢氟酸、氟化铵或氯化物。
8.一种硅片抛光装置，其特征在于，所述装置包括：
一个或多个处理腔，所述处理腔用于抛光硅片；
第一传输管路，所述第一传输管路与所述处理腔相连，用于向所述处理腔输送氧化性气体；
第二传输管路，所述第二传输管路与所述处理腔相连，用于向所述处理腔输送含有刻蚀成份的气体或液体。
9.如权利要求1所述的硅片抛光装置，其特征在于：所述硅片抛光装置还包括：
混合器，所述第一传输管路和所述第二传输管路分别通过所述混合器与所述处理腔相连，所述混合器用于将所述第一传输管路中的气体和所述第二传输管路中含有刻蚀成份的气体混合后输送至所述处理腔中。
10.如权利要求1所述的硅片抛光装置，其特征在于：所述硅片抛光装置还包括：
去离子水系统，所述去离子水系统通过去离子水喷嘴将去离子水喷射至所述处理腔内的硅片表面。
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