CN113524019A - 化学机械抛光方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及半导体技术领域，具体而言，涉及化学机械抛光方法；化学抛光方法包括称量一批来料晶片抛光前的重量；按照预设时间对来料晶片进行化学机械抛光；称量来料晶片抛光后的重量，根据来料晶片抛光前的重量和来料晶片抛光后的重量计算来料晶片的去除量；根据预设时间和来料晶片的去除量计算来料晶片的去除速率；根据来料晶片的去除速率和下一批来料晶片的目标去除量，计算下一批来料晶片所需的抛光时间。本发明的化学机械抛光方法能够改善碳化硅晶片的去除量和厚度难以保持一致的问题。
Description
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，具体而言，涉及化学机械抛光方法。
背景技术
第三代宽禁带半导体材料碳化硅(SiC)具有临界击穿电场强度大、热导率高、饱和电子漂移速率大、热稳定性好等优异特性，可以克服传统半导体的劣势，使设备能在更恶劣的条件下正常工作，是制作高温、高压、高频、大功率电子器件的关键材料，因此具有广阔的应用前景和重要的研究意义。SiC晶片加工是其在各领域得以应用的至关重要的一步，其中化学机械抛光(Chemical Mechanical Polishing,CMP)是实现晶片局部和全局平坦化，获得无表面损伤的高质量SiC抛光片的重要手段。
SiC晶片加工的表面质量和平坦度参数，会直接影响其生长外延层及制成芯片的质量，最终影响器件的性能。随着芯片端的不断发展，对SiC晶片表面质量和平坦度参数的要求会越来越高。相关技术通常采用化学机械抛光(Chemical Mechanical Polishing,CMP)对碳化硅晶片进行处理。
但是，相关技术提供的化学机械抛光方法对于碳化硅晶片的去除量和厚度难以保持一致。
发明内容
本发明的目的在于提供化学机械抛光方法，其能够改善碳化硅晶片的去除量和厚度难以保持一致的问题。
本发明是这样实现的：
本发明提供一种化学机械抛光方法，包括：
称量一批来料晶片抛光前的重量；
按照预设时间对来料晶片进行化学机械抛光；
称量来料晶片抛光后的重量，根据来料晶片抛光前的重量和来料晶片抛光后的重量计算来料晶片的去除量；
根据预设时间和来料晶片的去除量计算来料晶片的去除速率；
根据来料晶片的去除速率和下一批来料晶片的目标去除量，计算下一批来料晶片所需的抛光时间。
在可选的实施方式中，化学机械抛光方法还包括：称量下一批来料晶片的抛光前的重量；
根据计算出的下一批来料晶片所需的抛光时间对下一批来料晶片进行化学机械抛光；
称量下一批来料晶片抛光后的重量，根据下一批来料晶片的抛光前的重量和下一批来料晶片抛光后的重量，计算下一批来料晶片的去除量；
根据下一批来料晶片所需的抛光时间和下一批来料晶片的去除量，计算下一批来料晶片的去除速率；
根据下一批来料晶片的去除速率和下一批来料晶片的目标去除量，计算再下一批来料晶片所需的抛光时间；
并重复进行再下一批来料晶片抛光前后的重量称量，去除量计算以及去除速率计算。
在可选的实施方式中，一批来料晶片包括至少两个来料晶片，称量一批来料晶片抛光前的重量具体包括：分别称量至少两个来料晶片抛光前的重量，并控制至少两个来料晶片抛光前的重量差小于预设上限。
在可选的实施方式中，预设上限小于或等于0.03g。
在可选的实施方式中，按照预设时间分别对至少两个来料晶片进行化学机械抛光；
分别称量至少两个来料晶片抛光后的重量，并分别计算至少两个来料晶片的去除量；
根据预设时间和至少两个来料晶片的去除量，计算至少两个来料晶片的平均去除速率；
根据平均去除速率和下一批来料晶片的目标去除量，计算下一批来料晶片所需的抛光时间。
在可选的实施方式中，根据预设时间和至少两个来料晶片的去除量，计算至少两个来料晶片的平均去除速率，具体包括：
根据预设时间和至少两个来料晶片的去除量，分别计算至少两个来料晶片的去除速率，再根据至少两个来料晶片的去除速率计算至少两个来料晶片的平均去除速率。
在可选的实施方式中，根据预设时间和至少两个来料晶片的去除量，计算至少两个来料晶片的平均去除速率，具体包括：
计算至少两个来料晶片的平均去除量，再根据预设时间和至少两个来料晶片的平均去除量计算至少两个来料晶片的平均去除速率。
在可选的实施方式中，化学机械抛光方法还包括：在来料晶片的去除量小于来料晶片的目标去除量的情况下，根据来料晶片的去除量、来料晶片的目标去除量以及来料晶片的去除速率，对按照预设时间抛光过的来料晶片进行补抛。
在可选的实施方式中，根据来料晶片的去除量、来料晶片的目标去除量以及来料晶片的去除速率，对按照预设时间抛光过的来料晶片进行补抛，具体包括：
根据来料晶片的去除量、来料晶片的目标去除量以及来料晶片的去除速率计算补抛时间，并按照补抛时间对按照预设时间抛光过的来料晶片进行补抛。
在可选的实施方式中，下一批来料晶片的目标去除量为1.0-1.2μm。
在可选的实施方式中，根据来料晶片抛光前的重量和来料晶片抛光后的重量计算来料晶片的去除量，具体包括：d＝(Ma-Mb)/k；其中，Ma为来料晶片抛光前的重量，Mb为来料晶片抛光后的重量，d为去除量，k为晶片的晶片表面积与密度的乘积。
在可选的实施方式中，根据预设时间和来料晶片的去除量计算来料晶片的去除速率，具体包括：v1＝d/t1。
在可选的实施方式中，根据来料晶片的去除速率和下一批来料晶片的目标去除量，计算下一批来料晶片所需的抛光时间，具体包括：t2＝d0/v1，其中，d0为下一批来料晶片的目标去除量。
本发明具有以下有益效果：
本发明实施例提供的化学机械抛光方法包括：称量一批来料晶片抛光前的重量；按照预设时间对来料晶片进行化学机械抛光；称量来料晶片抛光后的重量，根据来料晶片抛光前的重量和来料晶片抛光后的重量计算来料晶片的去除量；根据预设时间和来料晶片的去除量计算来料晶片的去除速率；根据来料晶片的去除速率和下一批来料晶片的目标去除量，计算下一批来料晶片所需的抛光时间。这样一来，由于下一批来料晶片所需的抛光时间是根据前一批的来料晶片抛光的去除速率计算得到，故能够有利于使下一批来料晶片的去除量和厚度与来料晶片保持一致，进而改善了碳化硅晶片的去除量和厚度难以保持一致的问题。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
化学机械抛光结合了化学腐蚀与机械去除作用，其过程十分复杂，受到诸多因素的影响。而要获得表面平整度高，超光滑无损伤的SiC晶片，就需要在化学机械抛光过程中保证一定的去除量使前道加工工序残留的微缺陷及表面损伤得以去除，但过大的去除量则会造成TTV(Total Thickness Variation)、LTV(Local Thickness Variation)等平坦度参数的恶化。现有SiC晶片抛光工艺大多以前期摸索的经验值设定加工时间并固定机台Recipe进行作业，这种固定工艺时间的方法忽略了抛光液、抛光垫和机台状况会随着作业时间增加而发生变化，从而影响去除速率，实际加工过程中去除量波动大，造成晶片THK(Thickness)、TTV、LTV等几何参数稳定性差，进而难以使碳化硅晶片的去除量和厚度保持一致。
本发明提供的化学机械抛光方法则可以改善碳化硅晶片的去除量和厚度难以保持一致的问题。
以下对本发明的化学机械抛光方法作进一步的详细描述。
本发明提供的化学机械抛光方法包括：
称量一批来料晶片抛光前的重量；
按照预设时间对来料晶片进行化学机械抛光；
称量来料晶片抛光后的重量，根据来料晶片抛光前的重量和来料晶片抛光后的重量计算来料晶片的去除量；
根据预设时间和来料晶片的去除量计算来料晶片的去除速率；
根据来料晶片的去除速率和下一批来料晶片的目标去除量，计算下一批来料晶片所需的抛光时间。
由于下一批来料晶片所需的抛光时间是根据前一批来料晶片抛光的去除速率计算得到，故能够有利于使下一批来料晶片的去除量和厚度与前一批来料晶片保持一致，进而改善了碳化硅晶片的去除量和厚度难以保持一致的问题。
需要说明的是，对来料晶片进行化学机械抛光的预设时间可以根据经验设置。
还需要说明的是，用化学机械抛光机对晶片进行化学机械抛光，且每次进行化学机械抛光时，都需要更换新的抛光垫，以便于确保每次进行化学机械抛光都能保持碳化硅晶片的厚度和去除量一致。
进一步地，根据来料晶片抛光前的重量和来料晶片抛光后的重量计算来料晶片的去除量，具体包括：d＝(Ma-Mb)/k；其中，Ma为来料晶片抛光前的重量，Mb为来料晶片抛光后的重量，d为去除量，k为晶片的晶片表面积与密度的乘积。
根据预设时间和来料晶片的去除量计算来料晶片的去除速率，具体包括：v1＝d/t1。
根据来料晶片的去除速率和下一批来料晶片的目标去除量，计算下一批来料晶片所需的抛光时间，具体包括：t2＝d0/v1，其中，d0为下一批来料晶片的目标去除量。
再进一步地，一批来料晶片包括至少两个来料晶片，称量一批来料晶片抛光前的重量具体包括：分别称量至少两个来料晶片抛光前的重量，并控制至少两个来料晶片抛光前的重量差小于预设上限。这样一来，可以通过至少两个来料晶片的相关数值计算下一批来料晶片抛光时所需的时间，可以提高准确性。
可选地，预设上限小于或等于0.03g。这样一来，可保证同批次晶片厚度差较小，有益于抛光后晶片TTV和厚度的一致性。
再进一步地，按照预设时间分别对至少两个来料晶片进行化学机械抛光；
分别称量至少两个来料晶片抛光后的重量，并分别计算至少两个来料晶片的去除量；
根据预设时间和至少两个来料晶片的去除量，计算至少两个来料晶片的平均去除速率；
根据平均去除速率和下一批来料晶片的目标去除量，计算下一批来料晶片所需的抛光时间。
这样一来，更有利于确保下一批来料晶片抛光的去除量和厚度与来料晶片保持一致。
需要说明的是，根据预设时间和至少两个来料晶片的去除量，计算至少两个来料晶片的平均去除速率，具体包括：根据预设时间和至少两个来料晶片的去除量，分别计算至少两个来料晶片的去除速率，再根据至少两个来料晶片的去除速率计算至少两个来料晶片的平均去除速率；或者，计算至少两个来料晶片的平均去除量，再根据预设时间和至少两个来料晶片的平均去除量计算至少两个来料晶片的平均去除速率。
本发明的化学机械抛光方法还包括：称量下一批来料晶片的抛光前的重量；
根据计算出的下一批来料晶片所需的抛光时间对下一批来料晶片进行化学机械抛光；
称量下一批来料晶片抛光后的重量，根据下一批来料晶片的抛光前的重量和下一批来料晶片抛光后的重量，计算下一批来料晶片的去除量；
根据下一批来料晶片所需的抛光时间和下一批来料晶片的去除量，计算下一批来料晶片的去除速率；
根据下一批来料晶片的去除速率和下一批来料晶片的目标去除量，计算再下一批来料晶片所需的抛光时间。
进一步地，还可以重复进行再下一批来料晶片抛光前后的重量称量，去除量计算以及去除速率计算。
由此可见，本发明提供的化学机械抛光方法可以用于多批次的碳化硅晶片的抛光处理，并且提升各个批次的碳化硅晶片的去除量和厚度的一致性。也就是说，以此类推，第n批来料晶片加工时间可以根据前一批次的去除速率和目标去除量获得，以改善多个批次的晶片的去除量和厚度难以保持一致的问题。
需要说明的是，在较优的实施方式中，n个批次中的全部批次或若干批次来料晶片的数量均可以大于或等于两个，并在后续计算中，计算各个批次晶片的平均去除速率，以确保准确的计算下一批次晶片所需的抛光时间。
可选地，下一批来料晶片的目标去除量为1.0-1.2μm，可保证去除前道加工工序残留的微缺陷及表面损伤的同时，获得较佳的平坦度参数。
进一步地，本发明提供的化学机械抛光方法中各个批次的来料晶片的目标去除量均为1.0-1.2μm，可保证去除前道加工工序残留的微缺陷及表面损伤的同时，获得较佳的平坦度参数。
本发明的化学机械抛光方法还包括：
在根据来料晶片抛光前的重量和来料晶片抛光后的重量计算的来料晶片的去除量小于来料晶片的目标去除量的情况下，根据来料晶片的去除量、来料晶片的目标去除量以及来料晶片的去除速率，对按照预设时间抛光过的来料晶片进行补抛。这样一来，即可确保来料晶片的去除量满足目标要求。
进一步地，根据来料晶片的去除量、来料晶片的目标去除量以及来料晶片的去除速率，对按照预设时间抛光过的来料晶片进行补抛，具体包括：
根据来料晶片的去除量、来料晶片的目标去除量以及来料晶片的去除速率计算补抛时间，并按照补抛时间对按照预设时间抛光过的来料晶片进行补抛。
需要说明的是，在晶片进行补抛时，速率与当前的速率，即补抛前的抛光速率一致。
还需要说明的是，下一批来料晶片、再下一批来料晶片……第n批来料晶片等各个批次的晶片在抛光后的去除量未达到目标去除量时，均可以按照上述方法进行补抛。
以下结合实施例对本发明的化学机械抛光方法作进一步的详细描述。
实施例1
1、提供一批来料4inch碳化硅晶片，每批次晶片数量为12片，使用电子天平称取该批次碳化硅晶片抛光前的重量Ma并录入台账，同批次重量差小于预设上限；
2、根据经验在化学机械抛光机设置预设时间t1，并按照预设时间t1对该批次碳化硅晶片进行化学机械抛光；
3、该批次碳化硅晶片抛光后，称量该批次碳化硅晶片抛光后的重量Mb，并录入台账，根据公式d＝(Ma-Mb)/k自动计算出去除量，其中，d为去除量，k为晶片表面积与密度的乘积；
4、根据预设时间t1和该批次碳化硅晶片的去除量计算碳化硅晶片的去除速率：v1＝d/t1；
5、根据该批次碳化硅晶片的去除速率v1和下一批碳化硅晶片的目标去除量d0，计算下一批碳化硅晶片所需的抛光时间t2，并在化学机械抛光机设置抛光时间t2；
6、每批次晶片加工完成后按步骤3-4获得该批次去除速率，皆可由生产台账自动获取；
7、以此类推，第n批晶片加工时间tn可根据前一批次去除速率vn-1和目标去除量d0，由公式tn＝d0/vn-1获得。
其中，在步骤3中出现去除量小于目标去除量时，及时进行向上补抛，补抛时间按照：(目标去除量-实际去除量)/当前去除速率获得。
预设上限为0.03g；目标去除量d0为1.2μm。
实施例2
1、提供一批来料4inch碳化硅晶片，每批次晶片数量为10片，使用电子天平称取该批次碳化硅晶片抛光前的重量Ma并录入台账，同批次重量差小于预设上限；
2、根据经验在化学机械抛光机设置预设时间t1，并按照预设时间t1对该批次碳化硅晶片进行化学机械抛光；
3、该批次碳化硅晶片抛光后，称量该批次碳化硅晶片抛光后的重量Mb，并录入台账，根据公式d＝(Ma-Mb)/k自动计算出去除量，其中，d为去除量，k为晶片表面积与密度的乘积；
4、根据预设时间t1和该批次碳化硅晶片的去除量计算碳化硅晶片的去除速率：v1＝d/t1；
5、根据该批次碳化硅晶片的去除速率v1和下一批碳化硅晶片的目标去除量d0，计算下一批碳化硅晶片所需的抛光时间t2，并在化学机械抛光机设置抛光时间t2；
6、每批次晶片加工完成后按步骤3-4获得该批次去除速率，皆可由生产台账自动获取；
7、以此类推，第n批晶片加工时间tn可根据前一批次去除速率vn-1和目标去除量d0，由公式tn＝d0/vn-1获得。
其中，在步骤3中出现去除量小于目标去除量时，及时进行向上补抛，补抛时间按照：(目标去除量-实际去除量)/当前去除速率获得。
预设上限为0.02g；目标去除量d0为1.0μm。
实施例3
1、提供一批来料4inch碳化硅晶片，每批次晶片数量为16片，使用电子天平称取该批次碳化硅晶片抛光前的重量Ma并录入台账，同批次重量差小于预设上限；
2、根据经验在化学机械抛光机设置预设时间t1，并按照预设时间t1对该批次碳化硅晶片进行化学机械抛光；
3、该批次碳化硅晶片抛光后，称量该批次碳化硅晶片抛光后的重量Mb，并录入台账，根据公式d＝(Ma-Mb)/k自动计算出去除量，其中，d为去除量，k为晶片表面积与密度的乘积；
4、根据预设时间t1和该批次碳化硅晶片的去除量计算碳化硅晶片的去除速率：v1＝d/t1；
5、根据该批次碳化硅晶片的去除速率v1和下一批碳化硅晶片的目标去除量d0，计算下一批碳化硅晶片所需的抛光时间t2，并在化学机械抛光机设置抛光时间t2；
6、每批次晶片加工完成后按步骤3-4获得该批次去除速率，皆可由生产台账自动获取；
7、以此类推，第n批晶片加工时间tn可根据前一批次去除速率vn-1和目标去除量d0，由公式tn＝d0/vn-1获得。
其中，在步骤3中出现去除量小于目标去除量时，及时进行向上补抛，补抛时间按照：(目标去除量-实际去除量)/当前去除速率获得。
预设上限为0.025g；目标去除量d0为1.1μm。
综上所述，本发明的化学机械抛光方法在进行下一次的抛光时，可以根据上一次抛光的去除速率计算相应的抛光时间，有利于改善碳化硅晶片的去除量和厚度难以保持一致的问题。
以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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 (13)
1.一种化学机械抛光方法，其特征在于，包括：
称量一批来料晶片抛光前的重量；
按照预设时间对所述来料晶片进行化学机械抛光；
称量所述来料晶片抛光后的重量，根据所述来料晶片抛光前的重量和所述来料晶片抛光后的重量计算所述来料晶片的去除量；
根据所述预设时间和所述来料晶片的去除量计算所述来料晶片的去除速率；
根据所述来料晶片的去除速率和下一批来料晶片的目标去除量，计算所述下一批来料晶片所需的抛光时间。
2.根据权利要求1所述的化学机械抛光方法，其特征在于，所述化学机械抛光方法还包括：称量下一批来料晶片的抛光前的重量；
根据计算出的所述下一批来料晶片所需的抛光时间对所述下一批来料晶片进行化学机械抛光；
称量所述下一批来料晶片抛光后的重量，根据所述下一批来料晶片的抛光前的重量和所述下一批来料晶片抛光后的重量，计算所述下一批来料晶片的去除量；
根据所述下一批来料晶片所需的抛光时间和所述下一批来料晶片的去除量，计算所述下一批来料晶片的去除速率；
根据所述下一批来料晶片的去除速率和所述下一批来料晶片的目标去除量，计算所述再下一批来料晶片所需的抛光时间；
并重复进行所述再下一批来料晶片抛光前后的重量称量，去除量计算以及去除速率计算。
3.根据权利要求1所述的化学机械抛光方法，其特征在于，所述一批来料晶片包括至少两个所述来料晶片，所述称量一批来料晶片抛光前的重量具体包括：分别称量至少两个所述来料晶片抛光前的重量，并控制至少两个所述来料晶片抛光前的重量差小于预设上限。
4.根据权利要求3所述的化学机械抛光方法，其特征在于，所述预设上限小于或等于0.03g。
5.根据权利要求3所述的化学机械抛光方法，其特征在于，
按照所述预设时间分别对至少两个所述来料晶片进行化学机械抛光；
分别称量至少两个所述来料晶片抛光后的重量，并分别计算至少两个所述来料晶片的去除量；
根据所述预设时间和至少两个所述来料晶片的去除量，计算至少两个所述来料晶片的平均去除速率；
根据所述平均去除速率和所述下一批来料晶片的目标去除量，计算所述下一批来料晶片所需的抛光时间。
6.根据权利要求5所述的化学机械抛光方法，其特征在于，根据所述预设时间和至少两个所述来料晶片的去除量，计算至少两个所述来料晶片的所述平均去除速率，具体包括：
根据所述预设时间和至少两个所述来料晶片的去除量，分别计算至少两个所述来料晶片的去除速率，再根据至少两个所述来料晶片的去除速率计算至少两个所述来料晶片的所述平均去除速率。
7.根据权利要求5所述的化学机械抛光方法，其特征在于，根据所述预设时间和至少两个所述来料晶片的去除量，计算至少两个所述来料晶片的所述平均去除速率，具体包括：
计算至少两个所述来料晶片的平均去除量，再根据所述预设时间和至少两个所述来料晶片的平均去除量计算至少两个所述来料晶片的所述平均去除速率。
8.根据权利要求1所述的化学机械抛光方法，其特征在于，化学机械抛光方法还包括：在所述来料晶片的去除量小于所述来料晶片的目标去除量的情况下，根据所述来料晶片的去除量、所述来料晶片的目标去除量以及所述来料晶片的去除速率，对按照所述预设时间抛光过的所述来料晶片进行补抛。
9.根据权利要求8所述的化学机械抛光方法，其特征在于，根据所述来料晶片的去除量、所述来料晶片的目标去除量以及所述来料晶片的去除速率，对按照所述预设时间抛光过的所述来料晶片进行补抛，具体包括：
根据所述来料晶片的去除量、所述来料晶片的目标去除量以及所述来料晶片的去除速率计算补抛时间，并按照所述补抛时间对按照所述预设时间抛光过的所述来料晶片进行补抛。
10.根据权利要求1所述的化学机械抛光方法，其特征在于，所述下一批来料晶片的目标去除量为1.0-1.2μm。
11.根据权利要求1-10任一项所述的化学机械抛光方法，其特征在于，根据所述来料晶片抛光前的重量和所述来料晶片抛光后的重量计算所述来料晶片的去除量，具体包括：d＝(Ma-Mb)/k；其中，Ma为所述来料晶片抛光前的重量，Mb为所述来料晶片抛光后的重量，d为所述去除量，k为晶片的晶片表面积与密度的乘积。
12.根据权利要求11所述的化学机械抛光方法，其特征在于，根据所述预设时间和所述来料晶片的去除量计算所述来料晶片的去除速率，具体包括：v1＝d/t1。
13.根据权利要求12所述的化学机械抛光方法，其特征在于，根据所述来料晶片的去除速率和所述下一批来料晶片的目标去除量，计算所述下一批来料晶片所需的抛光时间，具体包括：t2＝d0/v1，其中，d0为所述下一批来料晶片的目标去除量。
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