CN111558853A - 一种大尺寸超硬衬底片快速抛光方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种大尺寸超硬衬底片的快速抛光方法，属于半导体衬底加工技术。本发明对大尺寸超硬衬底片采用三步化学机械抛光方法，通过增加两步采用不同粒径的钻石抛光液及不同抛光垫、不同碱性条件，控制抛光压盘的压力大小，实现对大尺寸超硬衬底片的快速抛光，获得面型较好的衬底抛光片，而且抛光后的衬底片平均厚度差小，弯曲翘曲度低。本方法工艺简单易操作。
Description
技术领域
本发明涉及一种衬底抛光方法，尤其涉及一种大尺寸超硬衬底片快速抛光方法。
背景技术
衬底材料在半导体产业中是一种重要的上游产品，其通常的制备方式是经过晶体生长得到晶锭，晶锭进行切割、研磨、机械抛光、化学机械抛光、清洗、封装，得到可以用于外延的开盒即用衬底片。外延工艺对于衬底片的要求包括表面无损伤无划痕，具有较低的厚度差和较小的弯曲翘曲度，具有较好的表面平整度。
在衬底材料的加工过程中，长时间的研磨抛光过程会给衬底片带来加工应力，使得其面型变差，弯曲翘曲度变大。特别是其中的化学机械抛光工序，该工序的作用是除去机械抛光工序带来的表面损伤，获得原子级别的表面粗糙度。但是一般的化学机械抛光工序需要时长4个小时以上，极大的增加了衬底片中的应力，使其面型很差，难以符合外延工艺要求。而且这种情况对于大尺寸的衬底片更为严重。众所周知，根据摩尔定律，集成电路元器件的集成度呈指数增长，成本的追求需要更大尺寸衬底片。长时间的抛光过程不仅降低了衬底片的优品率，而且增加了产品的成本。
发明内容
发明目的：针对上述问题，本发明提供一种大尺寸超硬衬底片快速抛光方法，对大尺寸超硬衬底片采用三步化学机械抛光方法，通过增加两步采用不同粒径的钻石抛光液及不同抛光垫、不同碱性条件，控制抛光压盘的压力大小，实现对大尺寸超硬衬底片的快速抛光，获得面型较好的衬底抛光片，而且抛光后的衬底片平均厚度差小，弯曲翘曲度低。
技术方案：为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
一种大尺寸超硬衬底片快速抛光方法，包括下述步骤：
步骤(1)、超硬衬底体材料经过切割、机械研磨、机械抛光后得到的衬底片或者回收的超硬衬底片，清洗干净后粘贴于研磨盘上，采用第一步化学机械抛光，选择金刚石抛光液，与去离子水混合，调节其浓度20％-30％，加入强碱调节其pH值大于13，加入氧化剂与分散剂，采用白垫作为抛光垫，抛光时间30分钟-50分钟；
步骤(2)、对步骤(1)加工完成的衬底片，卸盘后清洗干净，重新粘贴于研磨盘上，采用第二步化学机械抛光，选用金刚石抛光液，与去离子水混合，调节其浓度15％-20％，加入强碱调节其pH值11至13之间，加入氧化剂与分散剂，采用白垫作为抛光垫，抛光时间30分钟-50分钟；
步骤(3)、对步骤(2)加工完成的衬底片，卸盘后清洗干净，重新粘贴于研磨盘上，采用第三步化学机械抛光，选用二氧化硅胶体抛光液，与去离子水混合，调节其浓度10％-15％，加入强碱调节其pH值10至11之间，加入氧化剂与分散剂，采用阻尼布作为抛光垫，抛光时间50分钟-100分钟。
进一步的，所述步骤(1)中，所述超硬衬底包括碳化硅、氮化镓、蓝宝石、硅材料。
进一步的，所述步骤(1)中，所述金刚石抛光液粒径为100-500nm。
进一步的，所述步骤(1)中，所述强碱包括氢氧化钠、氢氧化钾。
进一步的，所述步骤(1)中，所述氧化剂包括双氧水、高锰酸钾；
进一步的，所述步骤(1)中，所述白垫硬度为80±5。
进一步的，所述步骤(2)中，所述金刚石抛光液粒径为50-100nm。
进一步的，所述步骤(2)中，所述白垫硬度为65±5。
进一步的，所述步骤(3)中，所述二氧化硅胶体粒径为20-30nm。
进一步的，所述步骤(3)中，所述阻尼布硬度为70±5。
有益效果：本发明通过对大尺寸超硬衬底片采用三步化学机械抛光方法，通过增加两步采用由大到小不同粒径的钻石抛光液及不同抛光垫、不同碱性条件，控制抛光压盘的压力大小，实现对大尺寸超硬衬底片的快速抛光，获得面型较好的衬底抛光片，而且抛光后的衬底片平均厚度差小，弯曲翘曲度低。本发明可以大大减少衬底片化学机械抛光时间，节约了成本。
附图说明
图1为本发明的工作流程图；
图2为本发明实施例1抛光得到的样品的白光干涉仪检测结果示意图；
图3为本发明实施例2抛光得到的样品的白光干涉仪检测结果示意图。
具体实施方式
为了使本专业领域人员更好地理解本发明的技术方案，下面我们将结合具体实施例对本发明作进一步的详细说明。下面描述的实施例为示例性的，仅仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
针对现有技术中存在的上述困难，本发明提供一种大尺寸超硬衬底片快速抛光方法，对大尺寸超硬衬底片采用三步化学机械抛光方法，通过增加两步采用不同粒径的钻石抛光液及不同抛光垫、不同碱性条件，控制抛光压盘的压力大小，实现对大尺寸超硬衬底片的快速抛光，获得面型较好的衬底抛光片，而且抛光后的衬底片平均厚度差小，弯曲翘曲度低。
如图1所示，一种大尺寸超硬衬底片快速抛光方法，包括下述步骤：
步骤(1)、超硬衬底体材料经过切割、机械研磨、机械抛光后得到的衬底片或者回收的超硬衬底片，清洗干净后粘贴于研磨盘上，采用第一步化学机械抛光，选择金刚石抛光液，与去离子水混合，调节其浓度20％-30％，加入强碱调节其pH值大于13，加入氧化剂与分散剂，采用白垫作为抛光垫，抛光时间30分钟-50分钟；所述超硬衬底包括但不限于碳化硅、氮化镓、蓝宝石、硅等材料；所述清洗步骤为半导体标准清洗工艺；所述金刚石抛光液粒径为100-500nm；所述强碱包括但不限于氢氧化钠、氢氧化钾等；所述氧化剂包括但不限于双氧水、高锰酸钾等；所述白垫硬度为80±5。
步骤(2)、对步骤(1)加工完成的衬底片，卸盘后清洗干净，重新粘贴于研磨盘上，采用第二步化学机械抛光，选用金刚石抛光液，与去离子水混合，调节其浓度15％-20％，加入强碱调节其pH值11至13之间，加入氧化剂与分散剂，采用白垫作为抛光垫，抛光时间30分钟-50分钟；所述金刚石抛光液粒径为50-100nm；所述白垫硬度为65±5。
步骤(3)、对步骤(2)加工完成的衬底片，卸盘后清洗干净，重新粘贴于研磨盘上，采用第三步化学机械抛光，选用二氧化硅胶体抛光液，与去离子水混合，调节其浓度10％-15％，加入强碱调节其pH值10至11之间，加入氧化剂与分散剂，采用阻尼布作为抛光垫，抛光时间50分钟-100分钟。所述二氧化硅胶体粒径为20-30nm；所述阻尼布硬度为70±5。
具体实施例1
三英寸碳化硅衬底片采用三步化学机械抛光方法，通过增加两步采用不同粒径的钻石抛光液及不同抛光垫、不同碱性条件，控制抛光压盘的压力大小，实现衬底片的快速抛光，获得面型较好的碳化硅衬底抛光片，而且抛光后的衬底片平均厚度差小，弯曲翘曲度低。具体包括以下步骤：
步骤(1)、清洗干净的三英寸碳化硅衬底片后粘贴于研磨盘上，采用第一步化学机械抛光，选择平均粒径100nm金刚石抛光液，与去离子水混合，调节其浓度25％，加入氢氧化钾调节其pH值13，加入双氧水与分散剂，采用硬度为80的白垫作为抛光垫，抛光时间30分钟；
步骤(2)、对步骤(1)加工完成的碳化硅衬底片，卸盘后清洗干净，重新粘贴于研磨盘上，采用第二步化学机械抛光，选用平均粒径50nm的金刚石抛光液，与去离子水混合，调节其浓度20％，加入氢氧化钾调节其pH值11，加入双氧水与分散剂，采用硬度为70的白垫作为抛光垫，抛光时间30分钟；
步骤(3)、对步骤(2)加工完成的碳化硅衬底片，卸盘后清洗干净，重新粘贴于研磨盘上，采用第三步化学机械抛光，选用平均粒径30nm的二氧化硅胶体抛光液，与去离子水混合，调节其浓度15％，加入氢氧化钾调节其pH值10，加入双氧水与分散剂，采用硬度为65阻尼布作为抛光垫，抛光时间60分钟。
得到的三英寸碳化硅衬底片白光干涉仪检测表面无划痕，面型较好，表面粗糙度Ra为1.13nm，Rq为1.44nm，检测结果如图2所示。
具体实施例2
四英寸蓝宝石衬底片采用三步化学机械抛光方法，通过增加两步采用不同粒径的钻石抛光液及不同抛光垫、不同碱性条件，控制抛光压盘的压力大小，实现衬底片的快速抛光，获得面型较好的蓝宝石衬底抛光片，而且抛光后的衬底片平均厚度差小，弯曲翘曲度低。具体包括以下步骤：
步骤(1)、清洗干净的四英寸蓝宝石衬底片后粘贴于研磨盘上，采用第一步化学机械抛光，选择平均粒径100nm金刚石抛光液，与去离子水混合，调节其浓度25％，加入氢氧化钾调节其pH值13.5，加入高锰酸钾与分散剂，采用硬度为80的白垫作为抛光垫，抛光时间30分钟；
步骤(2)、对步骤(1)加工完成的蓝宝石衬底片，卸盘后清洗干净，重新粘贴于研磨盘上，采用第二步化学机械抛光，选用平均粒径50nm的金刚石抛光液，与去离子水混合，调节其浓度20％，加入氢氧化钾调节其pH值12，加入高锰酸钾与分散剂，采用硬度为70的白垫作为抛光垫，抛光时间30分钟；
步骤(3)、对步骤(2)加工完成的蓝宝石衬底片，卸盘后清洗干净，重新粘贴于研磨盘上，采用第三步化学机械抛光，选用平均粒径30nm的二氧化硅胶体抛光液，与去离子水混合，调节其浓度15％，加入氢氧化钾调节其pH值10，加入高锰酸钾与分散剂，采用硬度为65阻尼布作为抛光垫，抛光时间60分钟。
得到的四英寸蓝宝石衬底片白光干涉仪检测表面无划痕，面型较好，表面粗糙度Ra为1.05nm，Rq为1.35nm，检测结果如图3所示。
由此，本发明提供一种大尺寸超硬衬底片快速抛光方法，对大尺寸超硬衬底片采用三步化学机械抛光方法，通过增加两步采用不同粒径的钻石抛光液及不同抛光垫、不同碱性条件，控制抛光压盘的压力大小，实现对大尺寸超硬衬底片的快速抛光，获得面型较好的衬底抛光片，而且抛光后的衬底片平均厚度差小，弯曲翘曲度低。
在本说明书的描述中，参考术语“实施例”、“具体实施例”、“一些实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、材料、结构或者特点包含于本发明的至少一个实施例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例。而且，描述的具体特征、材料、结构或者特点可以在任何的一个或多个实施例中以合适的方式结合。
尽管给出和描述了本发明的实施例，本领域的技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。
Claims (10)
1.一种大尺寸超硬衬底片快速抛光方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤(1)、超硬衬底体材料经过切割、机械研磨、机械抛光后得到的衬底片或者回收的超硬衬底片，清洗干净后粘贴于研磨盘上，采用第一步化学机械抛光，选择金刚石抛光液，与去离子水混合，调节其浓度20％-30％，加入强碱调节其pH值大于13，加入氧化剂与分散剂，采用白垫作为抛光垫，抛光时间30min-50min；
步骤(2)、对步骤(1)加工完成的衬底片，卸盘后清洗干净，重新粘贴于研磨盘上，采用第二步化学机械抛光，选用金刚石抛光液，与去离子水混合，调节其浓度15％-20％，加入强碱调节其pH值11至13之间，加入氧化剂与分散剂，采用白垫作为抛光垫，抛光时间30min-50min；
步骤(3)、对步骤(2)加工完成的衬底片，卸盘后清洗干净，重新粘贴于研磨盘上，采用第三步化学机械抛光，选用二氧化硅胶体抛光液，与去离子水混合，调节其浓度10％-15％，加入强碱调节其pH值10至11之间，加入氧化剂与分散剂，采用阻尼布作为抛光垫，抛光时间50min-100min。
2.如权利要求1所述的一种大尺寸超硬衬底片快速抛光方法，其特征在于，所述步骤(1)中，所述的超硬衬底包括碳化硅、氮化镓、蓝宝石、硅材料。
3.如权利要求1所述的一种大尺寸超硬衬底片快速抛光方法，其特征在于，所述步骤(1)中，所述的金刚石抛光液粒径为100-500nm。
4.如权利要求1所述的一种大尺寸超硬衬底片快速抛光方法，其特征在于，所述步骤(1)中，所述强碱包括氢氧化钠、氢氧化钾。
5.如权利要求1所述的一种大尺寸超硬衬底片快速抛光方法，其特征在于，所述步骤(1)中，所述的氧化剂包括双氧水、高锰酸钾。
6.如权利要求1所述的一种大尺寸超硬衬底片快速抛光方法，其特征在于，所述步骤(1)中，所述的白垫硬度为80±5。
7.如权利要求1所述的一种大尺寸超硬衬底片快速抛光方法，其特征在于，所述步骤(2)中，所述的金刚石抛光液粒径为50-100nm。
8.如权利要求1所述的一种大尺寸超硬衬底片快速抛光方法，其特征在于，所述步骤(2)中，所述的白垫硬度为65±5。
9.如权利要求1所述的一种大尺寸超硬衬底片快速抛光方法，其特征在于，所述步骤(3)中，所述的二氧化硅胶体粒径为20-30nm。
10.如权利要求1所述的一种大尺寸超硬衬底片快速抛光方法，其特征在于，所述步骤(3)中，所述的阻尼布硬度为70±5。
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