CN113496870B

CN113496870B - 一种集成电路用硅片边缘形貌控制方法

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Publication number: CN113496870B
Application number: CN202010258530.1A
Authority: CN
Inventors: 张俊宝; 陈猛
Original assignee: Shanghai Chaosi Semiconductor Co ltd; Chongqing Advanced Silicon Technology Co ltd
Current assignee: Shanghai Chaosi Semiconductor Co ltd; Chongqing Advanced Silicon Technology Co ltd
Priority date: 2020-04-03
Filing date: 2020-04-03
Publication date: 2022-07-26
Anticipated expiration: 2040-04-03
Also published as: CN113496870A

Abstract

本发明提供了一种集成电路用硅片的边缘形貌控制方法，其特征在于，通过控制行星片的材质和不同的区域的硬度分布、行星片与集成电路用硅片接触片的边缘形貌以及研磨料的成分、粒径分布和形貌来实现对集成电路用硅片边缘形貌的控制；具体为：行星片材质为不锈钢，与集成电路用硅片边缘接触区域有一个高硬度的圆环区域F _A，行星片与集成电路用硅片接触处的边缘形貌M ₁与集成电路用硅片S _wafer的边缘形貌M相同，并通过旋转形成；同时，研磨料中球形磨粒比例为80～100%。本发明通过对行星片材质、硬度分布、污染风险、边缘形状以及磨粒的形状和粒径进行控制，消除在转动过程中硅片边缘受到行星片来回撞击以及金属污染、边缘不必要磨损而对硅片产生损伤的风险，实现对硅片边缘形貌的控制与保护。

Description

一种集成电路用硅片边缘形貌控制方法

技术领域

本发明涉及集成电路用单晶硅片加工制造技术领域，具体为双面研磨工艺中一种硅片边缘形貌控制方法。

背景技术

在集成电路用单晶硅片制造工艺中，在晶锭切片之后进行硅片倒角，倒角加工的目的在于消除硅片边缘表面由于经切割加工后产生的棱角、毛刺、崩边、裂缝或其他缺陷以及边缘表面污染，降低硅片边缘表面的粗糙度，增加硅片边缘表面的机械强度。倒角工序后通常进行硅片表面研磨加工，目前较多地采用双面研磨工艺，即利用行星片将硅片置于双面研磨机中的上下磨盘之间，加入适宜的研磨料，使硅片随着磨盘作相对的行星运动。

硅片进行双面研磨时，硅片将置于行星片上，行星片内圆边缘与硅片边缘之间将存在余隙，硅片与行星片随着磨盘主轴的转动进行圆周运动，硅片边缘在高速转动的情况下与行星片内圆边缘将产生频繁地碰撞，由于行星片的硬度高于硅片，在硅片无任何保护的情况下，硅片边缘极易产生崩边、裂缝或其它缺陷。加之研磨料的颗粒会进入硅片边缘与行星片内圆间的缝隙及硅片边缘与磨盘间的缝隙里无规律地磨损硅片，极易导致硅片边缘产生棱角、毛刺等，破坏硅片倒角后的边缘形貌。此外，行星片的材质里若含有易扩散污染的金属元素，也将在行星运动的过程总使硅片受到金属元素污染，极大地影响硅片质量。

本发明的目的在于针对现有技术中研磨时行星片对硅片的边缘形貌产生损伤的问题，提供一种硅片边缘形貌控制方法。本发明通过对行星片材质、硬度分布、污染风险、边缘形状以及磨粒的形状和粒径进行控制，消除硅片在转动过程中边缘受到行星片来回撞击而产生损伤的风险，降低硅片受到扩散污染以及边缘被磨粒反作用磨损的风险，实现对硅片边缘形貌的控制与保护。

发明内容

为达到上述目的，本发明提供一种硅片边缘形貌保护方法，通过行星片的材质和不同的区域的硬度分布、控制行星片与集成电路用硅片接触片的边缘形貌以及研磨料的成分、粒径分布和形貌来实现。具体为：

行星片材质为不锈钢，与集成电路用硅片边缘接触区域有一个高硬度的圆环区域F _A，见图1所示，其它区域为F _B。

行星片材质为不锈钢，成分中要求铜(Cu)元素含量在50ppmm以下，区域F _A碳含量为0.03-0.08 wt%，区域F _B碳含量小于0.03 wt %，其它成分相同；通过热处理使区域F _A和F _B的硬度分别为H _A和H _B，H _A和H _B的关系为：

1.1H _B≤H _A (1)

式中， H _A和H _B为洛氏硬度。

行星片高硬度的圆环区域F _A的内径R _A内和内径R _A外，分别为：

R _wafwe+0.5 ≤R _A内 ≤ R _wafwe+1.5 (2)

R _A内+10 ≤R _A外≤ R _A内+12.5 (3)

式中，R _wafwe为集成电路用硅片的半径，单位为mm。

行星片与集成电路用硅片接触处的边缘形貌M₁与集成电路用硅片S _wafer的边缘形貌M相同，并通过旋转形成。

行星片与集成电路用硅片接触处的边缘形貌M₁的旋转方法为：边缘形貌M₁以行星片上表面端点A为圆心进行旋转，见图2和图3所示，旋转后的最终位置要求为行星片上表面端点A与行星片下表面端点B的水平距离D _rotated与研磨料颗粒中心粒径D _{50，particle}相同，即：

D _rotated＝D _{50，particle} (4)

式中，研磨料颗粒中心粒径D _{50，particle}的单位为μm。

图2中M ₀为行星片边缘形貌未旋转前的位置，旋转后达到M ₁的位置。通过旋转，使行星片上表面接触片和下表面的接触面相同，但间隙不同，使大颗粒以及易产生损伤的颗粒及时排除边缘区域，避免损伤。同时行星片与硅片接触边缘形貌与硅片边缘相同，保证了硅片边缘形貌的稳定。

研磨料由包含Al₂O₃、ZrO₂的混合磨粒组成，磨粒的粒径范围为5.0 ～ 10.0 μm。同时，研磨料中球形磨粒比例为80 ～ 100 %。

附图说明

图例1 行星片硬度区域及硅片位置示意图。

图例2 “R型”硅片及行星片边缘形貌控制的剖视结构示意图。

图例3 “T型”硅片及行星片边缘形貌控制的剖视结构示意图。

具体实施例

实施例1

将5片半径为100mm硅片置于行星片内，对硅片边缘为“R型”的直径200mm硅片进行双面研磨。行星片的材质为不锈钢，整体铜含量为小于48 ppm，区域F _A的含碳量为0.03 wt%，区域F _B的含碳量为0.02 wt %。区域F _A的内径R _A内和内径R _A外分别为100.5mm和110mm。行星片经过热处理后，区域F _A和区域F _B的硬度分别为60HRB和88 HRB。行星片与集成电路用硅片接触的边缘形貌M ₁为“R型”，经旋转后上表面端点A和下表面端点B的水平距离D _rotated为6.5μm。研磨料由Al₂O₃、ZrO₂两种混合磨粒组成，其中球形磨粒在磨粒中的数量百分比为80%，磨粒的粒径D _50,particle = 6.5μm，粒径范围为5.0μm ～ 8.0μm。

研磨结束后对本次试验的300片200mm硅片进行边缘表面损伤及形貌检测。检测结果表明，硅片边缘表面未产生崩边、裂缝、棱角、毛刺等不良，研磨后的边缘形貌与理论值相比达到98%，远远高于工艺要求的88%技术指标。同时检测未发现金属离子污染。

实施例2

将5片半径为100mm硅片置于行星片内，对硅片边缘为“T型”的直径200mm硅片进行双面研磨。行星片的材质为奥氏体不锈钢，整体铜含量为36 ppm，区域F _A的含碳量为0.08 wt %，区域F _B的含碳量为0.03 wt %。区域F _A的内径R _A内和内径R _A外分别为101mm和113.5mm。行星片经过热处理后，区域F _A和区域F _B的硬度分别为56HRB和78 HRB。行星片与集成电路用硅片接触的边缘形貌M ₁为“T型”，经旋转后上表面端点A和下表面端点B的水平距离D _rotated为7.1μm。研磨料由Al₂O₃、ZrO₂两种混合磨粒组成，其中球形磨粒在磨粒中的数量百分比为86%，磨粒的粒径D _50,particle = 7.1μm，粒径范围为5.5μm ～ 9.0μm。

研磨结束后对本次试验的300片200mm硅片进行边缘表面损伤及形貌检测。检测结果表明，硅片边缘表面未产生崩边、裂缝、棱角、毛刺等不良，研磨后的边缘形貌与理论值相比达到93.6%，远远高于工艺要求的88%技术指标。同时检测未发现金属离子污染。

实施例3

将5片半径为100mm硅片置于行星片内，对硅片边缘为“R型”的走私200mm硅片进行双面研磨。行星片的材质为马氏体不锈钢，整体铜含量为26 ppm，区域F _A的含碳量为0.065 wt %，区域F _B的含碳量为0.017 wt %。区域F _A的内径R _A内和内径R _A外分别为100.8mm和111.5mm。行星片经过热处理后，区域F _A和区域F _B的硬度分别为80HRB和92 HRB。行星片与集成电路用硅片接触的边缘形貌M ₁为“R型”，经旋转后上表面端点A和下表面端点B的水平距离D _rotated为7.5μm。研磨料由Al₂O₃、ZrO₂两种混合磨粒组成，其中球形磨粒在磨粒中的数量百分比为100%，磨粒在显微镜下呈现全球形透明珠状微粒形貌；磨粒的粒径D _50,particle =7.5μm，粒径范围为5.0μm ～ 10.0μm。

研磨结束后对本次试验的300片200mm硅片进行边缘表面损伤及形貌检测。检测结果表明，硅片边缘表面未产生崩边、裂缝、棱角、毛刺等不良，研磨后的边缘形貌与理论值相比达到99.6%，十分趋近于理论值，远远高于工艺要求的88%技术指，同时检测未发现金属离子污染。达到边缘形貌控制的要求。

实施例4

将5片半径为100mm硅片置于行星片内，对硅片边缘为“T型”的直径200mm硅片进行双面研磨。行星片的材质为奥氏体不锈钢，整体铜含量为33 ppm，区域F _A的含碳量为0.078 wt %，区域F _B的含碳量为0.026 wt %。区域F _A的内径R _A内和内径R _A外分别为100.5mm和113mm。行星片经过热处理后，区域F _A和区域F _B的硬度分别为55HRB和77 HRB。行星片与集成电路用硅片接触的边缘形貌M ₁为“T型”，经旋转后上表面端点A和下表面端点B的水平距离D _rotated为8.0μm。研磨料由Al₂O₃、ZrO₂两种混合磨粒组成，其中球形磨粒在磨粒中的数量百分比为85%，磨粒的粒径D _50,particle = 8.0μm，粒径范围为7.0μm ～ 10.0μm。

研磨结束后对本次试验的300片200mm硅片进行边缘表面损伤及形貌检测。检测结果表明，硅片边缘表面未产生崩边、裂缝、棱角、毛刺等不良，研磨后的边缘形貌与理论值相比达到94%，远远高于工艺要求的88%技术指标。同时检测未发现金属离子污染。

实施例5

将5片半径为100mm硅片置于行星片内，对硅片边缘为“R型”的直径200mm硅片进行双面研磨。行星片的材质为马氏体不锈钢，整体铜含量为小于36 ppm，区域F _A的含碳量为0.066 wt %，区域F _B的含碳量为0.018 wt %。区域F _A的内径R _A内和内径R _A外分别为100.5mm和111.5mm。行星片经过热处理后，区域F _A和区域F _B的硬度分别为76HRB和89 HRB。行星片与集成电路用硅片接触的边缘形貌M ₁为“R型”，经旋转后上表面端点A和下表面端点B的水平距离D _rotated为8.2μm。研磨料由Al₂O₃、ZrO₂两种混合磨粒组成，其中球形磨粒在磨粒中的数量百分比为90%，磨粒的粒径D _50,particle = 8.2μm，粒径范围为6.0μm ～ 10.0μm。

研磨结束后对本次试验的300片200mm硅片进行边缘表面损伤及形貌检测。检测结果表明，硅片边缘表面未产生崩边、裂缝、棱角、毛刺等不良，研磨后的边缘形貌与理论值相比达到98.2%，远远高于工艺要求的88%技术指标。同时检测未发现金属离子污染。

实施例6

将5片半径为100mm硅片置于行星片内，对硅片边缘为“用户指定型”的直径200mm硅片进行双面研磨。行星片的材质为马氏体不锈钢，整体铜含量为36 ppm，区域F _A的含碳量为0.05 wt %，区域F _B的含碳量为0.02 wt %。区域F _A的内径R _A内和内径R _A外分别为101mm和112mm。行星片经过热处理后，区域F _A和区域F _B的硬度分别为65HRB和84 HRB。行星片与集成电路用硅片接触的边缘形貌M ₁为“用户指定型”，经旋转后上表面端点A和下表面端点B的水平距离D _rotated为7.0μm。研磨料由Al₂O₃、ZrO₂两种混合磨粒组成，其中球形磨粒在磨粒中的数量百分比为85%，磨粒的粒径D _50,particle = 7.0μm，粒径范围为5.0μm ～ 10.0μm。

研磨结束后对本次试验的300片200mm硅片进行边缘表面损伤及形貌检测。检测结果表明，硅片边缘表面未产生崩边、裂缝、棱角、毛刺等不良，研磨后的边缘形貌与理论值相比达到93.8%，远远高于工艺要求的88%技术指标。同时检测未发现金属离子污染。

经过实验证明，本发明边缘形貌控制方法，很好地在硅片加工过程中控制了边缘的形貌。同时也表明马氏体不锈钢、“R型”的硅片边缘结构，球形磨粒在磨粒中的数量百分比高更适合这种边缘形貌旋转的控制方法。

Claims

1.一种集成电路用硅片的边缘形貌控制方法，其特征在于，通过控制行星片的材质和不同的区域的硬度分布、行星片与集成电路用硅片接触片的边缘形貌以及研磨料的成分、粒径分布和形貌来实现对集成电路用硅片边缘形貌的控制；具体为：行星片材质为不锈钢，与集成电路用硅片边缘接触区域有一个高硬度的圆环区域F_A，其它区域为F_B；行星片与集成电路用硅片接触处的边缘形貌M₁与集成电路用硅片S_wafer的边缘形貌M相同，并通过旋转形成，同时，研磨料中球形磨粒比例为80～100％。

2.根据权利要求1所述的集成电路用硅片的边缘形貌控制方法，其特征在于：行星片材质为不锈钢，铜(Cu)元素含量在50ppmm以下；区域F_A碳含量为0.03-0.08wt％，区域F_B碳含量小于0.03wt％，其它成分相同；通过热处理使区域F_A和F_B的硬度分别为H_A和H_B，H_A和H_B的关系式如式（1）所示：

1.1H_B≤H_A (1)

式(1)中，H_A和H_B为洛氏硬度。

3.根据权利要求1所述的集成电路用硅片的边缘形貌控制方法，其特征在于：行星片高硬度的圆环区域F_A的内径R_A内如关系式(2)所示，内径R_A外如关系式(3)所示：

R_wafwe+0.5≤R_A内≤R_wafwe+1.5 (2)

R_A内+10≤R_A外≤R_A内+12.5 (3)

式(2)、(3)中，R_wafwe为集成电路用硅片的半径，单位为mm。

4.根据权利要求1所述的集成电路用硅片的边缘形貌控制方法，其特征在于：边缘形貌M₁以行星片上表面端点A为圆心进行旋转，旋转后的最终位置要求为行星片上表面端点A与行星片下表面端点B的水平距离D_rotated与研磨料颗粒中心粒径D_{50，particle}相同，如关系式(4)所示：

D_rotated＝D_{50，particle} (4)

式(4)中，研磨料颗粒中心粒径D_{50，particle}的单位为μm。

5.根据权利要求1所述的集成电路用硅片的边缘形貌控制方法，其特征在于：研磨料由包含Al₂O₃、ZrO₂的混合磨粒组成，磨粒的粒径范围为5.0～10.0μm。