CN112975578A - 一种改善硅抛光片表面粗糙度的抛光方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种改善硅抛光片表面粗糙度的抛光方法，该抛光方法包括以下步骤：(1)对硅片背面进行喷蜡处理，将硅片贴在陶瓷板上；(2)将贴在陶瓷板上的硅片先进行粗抛光；(3)将完成粗抛光的硅片进行1、2号中抛光；(4)将完成中抛光的硅片进行精抛光处理，该精抛光处理包括四个阶段；(5)对完成抛光的硅片进行取片处理，将硅片存放在含有0.5％‑1％活性剂的水槽中，水槽温度控制在16‑18℃。本发明通过改善中抛和精抛抛光工艺和抛光后硅片存放处理，有效的改善了硅片表面粗糙度，提高后工序外延加工和器件加工的成品率。
Description
技术领域
本发明涉及一种改善硅抛光片表面粗糙度的抛光方法，属于硅片加工技术领域。
背景技术
目前信息社会发展与信息技术的迅速发展息息相关，大规模集成电路(IC)技术的发展是信息技术发展的关键。半导体材料作为IC技术中最重要的基础功能材料发挥着极其重要的作用，而硅是制作半导体器件最容易获得的基础材料，其应用非常广泛。单晶硅作为外延衬底材料，其表面状态会直接影响外延层的生长，从而影响到CMOS器件的性能，因而IC制造对硅片表面特性有更高的要求。半导体硅片经单晶生长、滚磨、切片、研磨、腐蚀、抛光等多道加工过程制造而成，其中化学机械抛光(CMP)为衬底硅片加工环节中最后的表面加工过程，直接影响硅片作为外延衬底材料的表面状态。
CMP技术是先由抛光液对硅片表面进行腐蚀，在硅片表面发生化学反应形成表面软质层，随后在抛光布和抛光液磨粒两者的摩擦作用下表面层被逐渐剥离，硅片表面软质层的生成与去除是一个动态的过程，只有当机械摩擦与化学腐蚀配合较好时，才能够获得表面粗糙度较好的抛光表面。抛光过程中改变任何参数，如抛光压力、转速、抛光液、抛光布、抛光温度等，都会在一定程度上影响表面粗糙度。
传统工艺中，硅片的抛光性能主要从抛光去除速率、表面几何参数、表面颗粒等几个方面来衡量，其中对抛光去除速率的研究最多，而关于反映硅片表面微观状态、表面粗糙度的研究很少。关于表面粗糙度的抛光过程研究还有待提高和改善。
发明内容
本发明的目的在于提供一种改善硅抛光片表面粗糙度的抛光方法，该抛光方法能够改善硅片表面粗糙度，提高后工序外延加工和器件加工的成品率。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种改善硅抛光片表面粗糙度的抛光方法，包括以下步骤：
(1)对硅片背面进行喷蜡处理，将硅片贴在陶瓷板上；
(2)将贴在陶瓷板上的硅片先进行粗抛光；
(3)将完成粗抛光的硅片先后再进行1、2号中抛光；
(4)将完成中抛光的硅片再进行精抛光处理；
(5)对完成抛光的硅片进行取片处理，将硅片存放在含有0.5％-1％活性剂的水槽中，水槽温度控制在16-18℃。
优选地，在所述步骤(2)中，粗抛光所使用的抛光布硬度Shore A为80的粗抛布，抛光液为稀释的粗抛液，抛光液流量为9-11L/min。抛光压力为280-320g/cm2，抛光机大盘和压力头转速为25-35rpm，抛光时间为8-12min，粗抛过程温度控制在35℃以下。其中，所述稀释的粗抛液由溶质为粒径70-90nm的SiO2颗粒，溶剂为KOH的成品抛光液与纯水按1∶(15-25)的体积比混合而成。
优选地，在所述步骤(3)中，1号中抛光所使用的抛光布硬度Shore A为72的中抛布，抛光液为稀释的中抛液，抛光液流量为9-11L/min，抛光压力为180-220g/cm2，抛光机大盘和压力头转速为20-30rpm，抛光时间为6-10min，中抛过程温度控制在30℃以下；2号中抛光所使用的抛光布硬度Shore A为64的中抛布，抛光液为稀释的中抛液，抛光液流量为9-11L/min，抛光压力为140-180g/cm2，抛光机大盘和压力头转速为20-30rpm，抛光时间为6-10min，中抛过程温度控制在30℃以下。其中，所述稀释的中抛液由溶质为粒径60-70nm的SiO2颗粒，溶剂为KOH的成品抛光液与纯水按1∶(20-30)的体积比混合而成，2号中抛光中所使用的中抛液则按1∶(25-35)的体积比混合而成。
优选地，在所述步骤(4)中，精抛光包括四个阶段，抛光参数设置如下：
| 流程 | 抛光时间 | 抛光压力 | 抛光转速 | 抛光液 | 抛光液流量 |
| 第1步 | 4-8min | 80-120g/cm<sup>2</sup> | 20-30rpm | 稀释的精抛液 | 2-3L/min |
| 第2步 | 20-40s | 40-60g/cm<sup>2</sup> | 20-30rpm | 纯水 | 10-14L/min |
| 第3步 | 30-50s | 0 | 20-30rpm | 纯水 | 10-14L/min |
| 第4步 | 20-40s | 0 | 20-30rpm | 稀释的活性剂 | 4-6L/min |
精抛过程温度控制在28℃以下。其中，所述稀释的精抛液由溶质为粒径40-50nm的SiO2颗粒，溶剂为NH4OH的成品抛光液与纯水按1∶(50-70)的体积比混合而成，所述稀释的活性剂是含有2％-5％活性剂的纯水溶液。
本发明的优点在于：
本发明提供了一种抛光工艺窗口，主要通过：1、改善中抛抛光工艺，设置了两道中抛光，逐渐减轻由抛光自身过程产生的表面微损伤；2、改善精抛抛光工艺，设置四步抛光过程，先经过传统的抛光工艺，随后引进纯水抛光，随抛光压力降低，逐渐去除硅片表面残留抛光液造成的腐蚀微损伤，之后在使用表面活性剂抛光，在硅片表面覆盖一层保护膜，防止残留抛光液腐蚀硅片表面；3、改善抛光后硅片存放处理。有效的改善了硅抛光片表面粗糙度，提高了后工序外延加工和器件加工的成品率。本发明的方法操作方便，无需改造设备。
附图说明
图1为实施例1中第一片硅抛光片表面粗糙度测试结果图。
图2为实施例1中第二片硅抛光片表面粗糙度测试结果图。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明做进一步说明，但并不意味着对本发明保护范围的限制。
实施例：对8英寸轻掺硼硅片的有蜡抛光工艺方法
实验硅片：8英寸直拉轻掺硼酸腐蚀硅片；型号P；晶向为<100>；电阻率为10-20Ω·cm；厚度为740μm；数量为100片。
加工设备：有蜡抛光线，其中包括贴片机、单面抛光机、取片机。
辅助材料：陶瓷板、抛光液体蜡、粗抛液、中抛液、精抛液、活性剂、粗抛布、中抛布、精抛布，纯水(电阻率＞18MΩ·cm)等。
抛光方法：
(1)将干净的待贴硅片放置在贴片机上料台上，设备会自动对硅片背面进行喷蜡处理，并将硅片贴在陶瓷板上。贴片完成后，陶瓷板会自动通过机械手传到抛光机大盘上。
(2)将步骤(1)完成贴好的硅片进行粗抛光，所使用的抛光布硬度Shore A为80的粗抛布，抛光液由粗抛原液(厂家：NittaHass，型号：NP6504)与纯水按1∶20的体积比混合而成，抛光液流量为10.5L/min。抛光压力为300g/cm2，抛光机大盘和压力头转速为30rpm，抛光时间为10min，粗抛过程温度控制在35℃以下。
(3)将步骤(2)完成粗抛的硅片进行1号中抛光，所使用的抛光布硬度Shore A为72的中抛布，抛光液由中抛原液(厂家：Mazin，型号：SR310)与纯水按1∶25的体积比混合而成，抛光液流量为10.5L/min。抛光压力为203g/cm2，抛光机大盘和压力头转速为25rpm，抛光时间为8min，中抛过程温度控制在30℃以下。
将完成1号中抛光的硅片进行2号中抛光，所使用的抛光布硬度Shore A为64的中抛布，抛光液由中抛原液(厂家：Mazin，型号：SR310)与纯水按1∶30的体积比混合而成，抛光液流量为10.5L/min。抛光压力为164g/cm2，抛光机大盘和压力头转速为25rpm，抛光时间为8min，中抛过程温度控制在30℃以下。
(4)将步骤(3)完成中抛的硅片进行精抛光，精抛光使用精抛布，精抛按如下四个阶段进行：
| 流程 | 抛光时间 | 抛光压力 | 抛光转速 | 抛光液 | 抛光液流量 |
| 第1步 | 6min | 100g/cm<sup>2</sup> | 25rpm | 稀释的精抛液 | 2.5L/min |
| 第2步 | 30s | 50g/cm<sup>2</sup> | 25rpm | 纯水 | 12L/min |
| 第3步 | 40s | 0 | 25rpm | 纯水 | 12L/min |
| 第4步 | 30s | 0 | 25rpm | 稀释的活性剂 | 5L/min |
精抛过程温度控制在28℃以下。其中，所述稀释的精抛液由精抛原液(厂家：FUJIMI，型号：Glanzox3950)与纯水按1∶60的体积比混合而成，所述稀释的活性剂由活性剂原液(厂家：Nikka Seiko，型号：Drynon C)与纯水按1∶30的体积比混合而成。
(5)将步骤(4)完成精抛光的硅片进行取片，机械手会自动将贴有硅片的陶瓷板搬运至取片机，取片机自动将硅片从陶瓷板上取下，硅片取片后存放在含有1％活性剂的水槽中，水槽温度控制在16-18℃。
等100片全部取片完成之后，将硅片进行表面清洗，使表面干燥。使用白光干涉仪ZYGO New View 7200随机抽测两片表面粗糙度。
测试结果：
测量范围X*Y为340μm*260μm下，第一片和第二片测试的粗糙度Ra分别为0.272nm和0.294nm，如图1所示。该测试结果表明，采用本抛光方法可以改善硅抛光片表面粗糙度，可控制在0.30nm以下，达到世界先进水平。
Claims (7)
1.一种改善硅抛光片表面粗糙度的抛光方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)对硅片背面进行喷蜡处理，将硅片贴在陶瓷板上；
(2)将贴在陶瓷板上的硅片先进行粗抛光；
(3)将完成粗抛光的硅片先后再进行1、2号中抛光；
(4)将完成中抛光的硅片进行精抛光处理；
(5)对完成抛光的硅片进行取片处理，将硅片存放在含有0.5％-1％活性剂的水槽中，水槽温度控制在16-18℃。
2.根据权利要求1所述的抛光方法，其特征在于，在所述步骤(2)中，粗抛光所使用的抛光布硬度Shore A为80的粗抛布，抛光液为稀释的粗抛液，抛光液流量为9-11L/min，抛光压力为280-320g/cm2，抛光机大盘和压力头转速为25-35rpm，抛光时间为8-12min，粗抛过程温度控制在35℃以下。
3.根据权利要求2所述的抛光方法，其特征在于，所述稀释的粗抛液由溶质为粒径70-90nm的SiO2颗粒，溶剂为KOH的成品抛光液与纯水按1∶(15-25)的体积比混合而成。
4.根据权利要求1所述的抛光方法，其特征在于，在所述步骤(3)中，1号中抛光所使用的抛光布硬度Shore A为72的中抛布，抛光液为稀释的中抛液，抛光液流量为9-11L/min，抛光压力为180-220g/cm2，抛光机大盘和压力头转速为20-30rpm，抛光时间为6-10min，中抛过程温度控制在30℃以下；2号中抛光所使用的抛光布硬度Shore A为64的中抛布，抛光液为稀释的中抛液，抛光液流量为9-11L/min，抛光压力为140-180g/cm2，抛光机大盘和压力头转速为20-30rpm，抛光时间为6-10min，中抛过程温度控制在30℃以下。
5.根据权利要求4所述的抛光方法，其特征在于，所述的1号中抛光中所使用的中抛液由溶质为粒径60-70nm的SiO2颗粒，溶剂为KOH的成品抛光液与纯水按1∶(20-30)的体积比混合而成，2号中抛光中所使用的中抛液则按1∶(25-35)的体积比混合而成。
6.根据权利要求1所述的抛光方法，其特征在于，在所述步骤(4)中，
精抛光包括四个阶段，抛光参数设置如下：
精抛过程温度控制在28℃以下。
7.根据权利要求6所述的抛光方法，其特征在于，所述稀释的精抛液由溶质为粒径40-50nm的SiO2颗粒，溶剂为NH4OH的成品抛光液与纯水按1∶(50-70)的体积比混合而成，所述稀释的活性剂是含有2％-5％活性剂的纯水溶液。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| CB02 | Change of applicant information | ||
| CB02 | Change of applicant information |
Address after: 101300 south side of Shuanghe Road, Linhe Industrial Development Zone, Shunyi District, Beijing Applicant after: Youyan semiconductor silicon materials Co.,Ltd. Address before: 101300 south side of Shuanghe Road, Linhe Industrial Development Zone, Shunyi District, Beijing Applicant before: GRINM SEMICONDUCTOR MATERIALS Co.,Ltd. |
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| GR01 | Patent grant | ||
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