CN107855922B - 一种提升8英寸硅晶圆片几何参数的工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种提升8英寸硅晶圆片几何参数的工艺，包括抛光滴蜡的步骤和对硅片背面的表面进行清洁以改变抛光过程中机械作用强度的步骤；所述对硅片背面的表面进行清洁的步骤位于抛光滴蜡的步骤之前。本发明所述的提升8英寸硅晶圆片几何参数的工艺，在现有抛光技术的基础上增加抛光滴蜡前对于硅片背面的表面洁净程度状态的处理,改变抛光过程中抛光机械作用强度使抛光过程中的机械化学作用良好匹配，从而很好的改善硅晶圆抛光片表面的平整度，达到完美硅晶圆抛光片表面的目的，达到硅晶圆抛光片的TTV≤2um，SFQR≤0.14um的目的。
Description
技术领域
本发明属于硅晶圆片表面抛光技术领域，尤其是涉及一种8英寸半导体单晶硅晶圆抛光片的表面抛光工艺，用于改善8英寸硅晶圆片的表面平整度。
背景技术
化学机械抛光(CMP)是目前最普遍的获得半导体材料表面平整度的技术。它是机械切削力和化学腐蚀作用共同作用的工艺，兼顾了两者的优点，可以获得比较完美的晶体抛光镜面。近年来，半导体技术向着大尺寸硅晶圆抛光片的方向发展，目前IC技术已迈进了特征尺寸线宽小于0.10μm的纳米电子时代，对半导体硅单晶、抛光片加工质量的要求愈来愈高。
本发明是根据化学机械抛光的过程特性得出的能很好改善8英寸硅晶圆抛光片的表面平整度的抛光工艺。在抛光过程中机械作用强度化学作用强度应进行良好匹配，从而得到完美的抛光镜面。另外，本发明从抛光前准备做了一定的改善，对于改善产品的表面平整度也做出了一定的贡献。
发明内容
有鉴于此，本发明旨在提出一种提升8英寸硅晶圆片几何参数的工艺，结合抛光前准备和对抛光过程中的化学、机械作用良好的匹配得出的有蜡抛光工艺，即在现有抛光技术的基础上增加抛光滴蜡前对于硅片背面的表面洁净程度状态的处理,改变抛光过程中抛光机械作用强度使抛光过程中的机械化学作用良好匹配，从而很好的改善硅晶圆抛光片表面的平整度，达到完美硅晶圆抛光片表面的目的。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种提升8英寸硅晶圆片几何参数的工艺，包括以下步骤：
(1)对硅晶圆片背面的表面进行清洁以改变抛光过程中机械作用强度；
(2)对清洗后的硅晶圆片进行滴蜡、甩蜡、贴片的动作，在贴片前会进行参考面方向的确认，确保后续加工的精准性；
(3)根据已确定的参考面方向进行粗研抛光，粗研抛光过程在整个抛光过程为主要的研磨过程，在这个过程中硅片与抛光布之间进行摩擦同时进行化学腐蚀作用，以进行表面磨削，使硅晶圆片的表面平整度基本定型；
(4)将经过粗研抛光的产品在中研抛光液参与的同时进行中研抛光，中研抛光，这个过程为抛光过程中与表面平整度有相关的过程，本发明中通过此过程的机械化学作用进行调节来对硅晶圆片表面的平整度进行进一步微调。
(5)将经过中研抛光的产品进行精研抛光，也即使产品经过更加细致的抛光布及磨料粒径更加细小的精抛光液参与的同时进行抛光修复，从而使硅晶圆片表面形成完美的抛光镜面。
优选的，步骤(1)中，对硅晶圆片背面的表面进行清洁的方式为在清洗液存在的同时刷洗。
优选的，步骤(1)刷洗过程中采用不易挥发且具有有效清洗污物的清洗液SC-1进行清洗。
优选的，步骤(3)中，粗抛光时间为25-35min,抛光盘转速为15-20r/min，抛光压力采用抛光压头自重和中心加压的方式进行，压头自重分配后为150-250g/cm3；抛光中心加压压强为50-100Kpa；抛光液流量为4-8l/min。
优选的，步骤(3)中，粗研抛光液为美国杜邦公司生产的SR330抛光液。
优选的，步骤(4)中，中研抛光的工艺条件为：抛光时间为10-15min,抛光盘转速为10-20r/min，抛光压力采用抛光压头自重方式进行，压头自重分配后为50-100g/cm3；抛光中心加压压强为50-150Kpa；抛光液流量为4-8l/min。
优选的，步骤(4)中，中研抛光液为NP8030。
优选的，步骤(4)中，中研抛光液中含有一定量的NH4OH，添加质量浓度为0.05％-0.1％。
优选的，步骤(5)中，精抛光液为NP8040。
相对于现有技术，本发明所述的一种提升8英寸硅晶圆片几何参数的工艺具有以下优势：
本发明所述的一种提升8英寸硅晶圆片几何参数的工艺，结合抛光前准备和对抛光过程中的化学、机械作用良好的匹配得出的有蜡抛光工艺，即在现有抛光技术的基础上增加抛光滴蜡前对于硅片背面的表面洁净程度状态的处理,改变抛光过程中抛光机械作用强度使抛光过程中的机械化学作用良好匹配，从而很好的改善硅晶圆抛光片表面的平整度，达到完美硅晶圆抛光片表面的目的，达到硅晶圆抛光片的总厚度偏差TTV≤2um，局部平整度SFQR≤0.14um(20mm*20mm，PUA100％)的目的(现有水平为TTV≤4um，SFQR≤0.5um(20mm*20mm，PUA100％)))。
附图说明
图1为本发明实施例提升8英寸硅晶圆片几何参数的工艺与原有工艺对8英寸硅晶圆片处理后TTV比较图；
图2为本发明实施例提升8英寸硅晶圆片几何参数的工艺与现有工艺对8英寸硅晶圆片处理后SFQR比较图。
具体实施方式
除有定义外，以下实施例中所用的技术术语具有与本发明所属领域技术人员普遍理解的相同含义。以下实施例中所用的试验试剂，如无特殊说明，均为常规生化试剂；所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法。
下面结合实施例及附图来详细说明本发明。
对比例
常规工艺实施过程中无滴蜡前对硅片背面的清洗环节，具体工艺流程为：上载—刷洗(无清洗液)—甩干—滴蜡—甩蜡—烘干—翻转—贴片—传递—抛光。
以上在刷洗过程中处理硅片背面，当背面存在异物时，在贴片过程会通过贴片环节将异物封闭在硅片和陶瓷盘之间，在硅片正面形成凸起，经过抛光过后弹性复原，在此处形成凹坑导致局部平整度SFQR异常。
为了克服对比例中的问题，本实施例的实施方式为：
实验材料：8英寸<100>硅晶圆待抛片，电阻率为15-25，厚度为725 15um，数量为200片。
加工设备：有蜡单面抛光系统(包括贴蜡机一台，粗抛机三台，中抛光机一台，精抛光机一台，晶圆下载装置一台，陶瓷盘清洗机一台，
PTU陶瓷盘传送装置)，抛光后初清洗机一台，预清洗机一台，SP1硅晶圆抛光片表面颗粒测试仪。
辅助材料：陶瓷盘，圆盘刷，抛光垫，粗抛光液，中抛光液，精抛光液，纯水，KOH，PFA片篮。
本实施例中所述提升8英寸硅晶圆片几何参数的工艺包括以下步骤：
(一)将硅晶圆片上载至贴蜡机进行贴蜡，主要步骤及注意事项为：
①上载；
②机械手自动取片后放置于载片台上进行刷洗，在刷洗过程中使用不易挥发且具有有效清洗污物的清洗液SC-1进行清洗：在此过程中能有效改善硅片背表面的洁净度，减少由于沾污造成的局部平整度SFQR超标。此清洗过程是为了将背面存在的颗粒物清洗去除以减少背面颗粒对局部平整度SFQR造成的影响。
③清水冲洗；
④机械手取片至甩蜡台进行滴蜡、甩蜡：在此过程中受贴蜡环境的影响和蜡膜厚度的影响，硅片表面平整度变化较大。
⑤甩蜡结束后机械手取片至烘箱内进行烘干烘干温度为60±5℃，目的是将液体蜡DNP中的有机溶剂IPA挥发，使硅片能有效的粘贴至陶瓷盘表面；
⑥对硅片进行中心定位并执行寻找参考面的动作以利于在抛光过程中平衡抛光液的流动，使硅片表面能更好的接触抛光液；
⑦将已准备好的硅晶圆片片贴至陶瓷盘表面。
(二)机械手将已贴附硅晶圆片的陶瓷盘传输至抛光机进行抛光，抛光分为粗研抛光(粗研磨)和中研抛光(中研磨)。其中影响硅晶圆抛光片的表面平整度水平的步骤为粗研抛光。在此过程中粗研抛光过程中的压力、转速、抛光液流量等主要影响参数。在此抛光过程(粗研抛光)中，粗研抛光液为美国杜邦公司生产的SR330抛光液，抛光时间为30±5min左右，抛光盘(Table)转速为15-20r/min；抛光压力采用抛光压头自重和中心加压的方式进行，压头自重分配后为150-250g/cm3，抛光中心加压压强为50-100Kpa并在生产过程中根据加工状态进行微调；抛光液流量为4-8l/min，使过程中的化学作用和机械作用达到良好的匹配。在此过程中硅晶圆片的表面平整度基本定型。
(3)经过粗研抛光后的产品表面平整度基本定型，但还有进行修复的机会，中研抛光为修复作用做出贡献。在中研抛光的修复过程中，中研抛光液为添加有NH4OH的NP8030，其中NH4OH含量为质量浓度0.08％；抛光时间为10-15min,抛光盘转速为10-20r/min，抛光压力采用抛光压头自重方式进行，压头自重分配后为50-100g/cm3；抛光中心加压压强为50-150Kpa；抛光液流量为4-8l/min。在此过程中硅晶圆片的表面平整度完全定型。
(三)经过中研抛光的产品如果要获得更完美的抛光镜面还需经过精研磨将前道所产生的腐蚀坑，抛光痕全部修复才能够达到客户需求。在精研磨过程中使用更加细致的抛光布及磨料粒径更加细小的精抛光液NP8040进行抛光修复，从而使硅片表面形成完美的抛光镜面。
粗研抛光、中研抛光和精研抛光各自的工艺参数见下表：
将本实施例和对比例原有工艺处理后的8英寸硅晶圆片进行TTV和SFQR值检测，绘制成对比图分别见图1和图2。
由图1可看出，
TTV：本实施例工艺中所得数据基本上在1um左右，数据中只有一片硅片的TTV超出了2um，总体水平为TTV≤2um，而原有工艺所得产品的数据离散性较大，稳定性差且数值偏大。
由图2可看出：
SFQR：文中工艺所得产品的数值均在0.14um以下且集中分布，而原有工艺中产品的SFQR数值分布离散，数值跑高到0.4um左右。
因此，实施例中所提工艺有效的盖上了离散性大的问题，将产品的参数：TTV和SFQR很好的保持在较低的数据上，有效的提升了产品质量。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种提升8英寸硅晶圆片几何参数的工艺，其特征在于：包括以下步骤：
(1)对硅晶圆片背面的表面进行清洁以改变抛光过程中机械作用强度；
(2)对清洗后的硅晶圆片进行滴蜡、甩蜡、贴片的动作，在贴片前会进行参考面方向的确认，确保后续加工的精准性；
(3)根据已确定的参考面方向进行粗研抛光，抛光过程中粗研抛光液参与其中，硅晶圆片与抛光布之间进行摩擦的同时进行化学腐蚀作用，以进行表面磨削，使硅晶圆片的表面平整度基本定型；其中，粗研抛光时间为25-35min,抛光盘转速为15-20r/min，抛光压力采用抛光压头自重和中心加压的方式进行，压头自重分配后为150-250g/cm3；抛光中心加压压强为50-100Kpa；抛光液流量为4-8l/min；
(4)将经过粗研抛光的产品在中研抛光液参与的同时进行中研抛光，通过机械化学作用对硅晶圆片表面的平整度做进一步微调；
(5)将经过中研抛光的产品进行精研抛光，也即使产品经过更加细致的抛光布及磨料粒径，在精抛光液参与的同时进行抛光修复，从而使硅晶圆片表面形成完美的抛光镜面。
2.根据权利要求1所述的提升8英寸硅晶圆片几何参数的工艺，其特征在于：步骤(1)中，对硅晶圆片背面的表面进行清洁的方式为在清洗液存在的同时刷洗。
3.根据权利要求2所述的提升8英寸硅晶圆片几何参数的工艺，其特征在于：步骤(1)刷洗过程中采用不易挥发且具有有效清洗污物的清洗液SC-1进行清洗。
4.根据权利要求1所述的提升8英寸硅晶圆片几何参数的工艺，其特征在于：步骤(3)中，粗研抛光液为美国杜邦公司生产的SR330抛光液。
5.根据权利要求1所述的提升8英寸硅晶圆片几何参数的工艺，其特征在于：步骤(4)中，中研抛光的工艺条件为：抛光时间为10-15min,抛光盘转速为10-20r/min，抛光压力采用抛光压头自重方式进行，压头自重分配后为50-100g/cm3；抛光中心加压压强为50-150Kpa；抛光液流量为4-8l/min。
6.根据权利要求1所述的提升8英寸硅晶圆片几何参数的工艺，其特征在于：步骤(4)中，中研抛光液为NP8030。
7.根据权利要求1或6所述的提升8英寸硅晶圆片几何参数的工艺，其特征在于：步骤(4)中，中研抛光液中含有一定量的NH4OH，添加质量浓度为0.05％-0.1％。
8.根据权利要求1所述的提升8英寸硅晶圆片几何参数的工艺，其特征在于：步骤(5)中，精抛光液为NP8040。
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