CN114473641A - 硅片表面平坦度的优化方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种硅片表面平坦度的优化方法,包括利用抛光液对硅片进行化学机械抛光处理的过程,该过程包括粗抛阶段、中抛阶段和精抛阶段,通过调整每个阶段各抛光步骤中抛光时间、抛光液成分及配比、抛光液流量的参数对硅片进行抛光。本发明能够提高硅片表面平坦度,使生产出来的硅片表面更加平整,提高硅片的质量。
Description
技术领域
本发明涉及一种平坦度的优化方法,具体是一种硅片表面平坦度的优化方法,属于硅片生产工艺技术领域。
背景技术
硅片主要用于集成电路的衬底,其主要制作过程包括单晶生长、滚磨、切片、倒角、研磨、腐蚀、背面处理、抛光、清洗、检测与包装等工艺,其中,最终抛光即利用化学机械抛光(Chemical Mechanical Polishing,CMP)是影响硅片平坦度最关键最重要的一个工艺。
最终抛光是指用化学和机械同时作用去除材料表面沾污及损伤层,使其获得镜面表面的一种工艺。通常采用抛光垫对硅片表面进行机械抛光,同时加入抛光液进行化学和机械抛光,进一步减少硅片表面存在的各种金属离子等杂质污染,确保硅片表面有极高的表面纳米形貌,一般最终抛光的去除加工量约为0.3-1um。在硅片抛光过程中,除了常规的加工参数,如抛光时间、抛光压力、大盘和抛光头转速外,抛光液的成分及使用方法对硅片的平坦度也尤为重要。现有的抛光工艺中所采用的抛光液成分及使用方法加工出的硅片其SFQR平均值(部位平坦度指标参数平均值)和ESFQR平均值(边缘部位平坦度指标参数平均值)均比较高,SFQR-Mean的波动范围一般在23nm-50nm之间,ESFQR-Mean的波动范围一般在40nm-70nm之间,导致整个硅片表面平坦度不佳,严重影响了硅片的质量,参见图1,因此,如何优化硅片表面平坦度成为目前亟需解决的技术问题。
发明内容
针对上述现有技术存在的问题,本发明提供一种硅片表面平坦度的优化方法,使生产出来的硅片表面更加平整,提高硅片的质量。
为达到以上目的,本发明提供一种硅片表面平坦度的优化方法,包括利用抛光液对硅片进行化学机械抛光处理的过程,该过程包括以下三个阶段:
1)粗抛阶段:该阶段分为五个步骤进行,各步骤抛光时间、抛光液成分、抛光液成分体积比和抛光液流量设定如下:
S1抛光时间为5s-12s,抛光液成分为粗抛液A和碱性化学剂D,其中,粗抛液A和碱性化学剂D体积比为1:(22-35),该抛光液流量为0.8-1L/min;
S2抛光时间为23s-35s,抛光液成分为粗抛液A和碱性化学剂D,其中,粗抛液A和碱性化学剂D体积比为1:(22-35),该抛光液流量为0.5-0.7L/min;
S3抛光时间为58-73s,抛光液成分为中抛液B和超纯水,其中,中抛液和超纯水的体积比为1:(6-9),该抛光液流量为0.5-0.7L/min;
S4抛光时间为23s-42s,抛光液成分为中抛液B和超纯水,其中,中抛液B和超纯水的体积比为1:(7-12),该抛光液流量为0.5-0.7L/min;
S5抛光时间为8s-16s,抛光液成分为中抛液B和超纯水,其中,中抛液B和超纯水的体积比为1:(10-17),该抛光液流量为0.5-0.7L/min。
2)中抛阶段:该阶段抛光液采用体积比为1:(17-23)的精抛液C和超纯水;
3)精抛阶段:该阶段抛光液采用体积比为1:(20-30)的精抛液C和超纯水;
所述粗抛液A由体积比为1:(7-9)的二氧化硅胶体和水组成,其中,二氧化硅胶体粒径为50nm-70nm;所述中抛液B由体积比为1:(9-11)的二氧化硅胶体和水组成,其中,二氧化硅胶体粒径为30nm-50nm;所述精抛液C由体积比为1:(11-13)的二氧化硅胶体和水组成,其中,二氧化硅胶体粒径为30nm-40nm,所述碱性化学剂D采用纯度为1%-5%的KOH溶液。
在该技术方案中粗抛阶段先将粗抛液A和碱性化学剂D混合,粗抛液A中的二氧化硅胶体粒子与硅片表面物理作用,碱性化学剂D与硅原子和二氧化硅产生化学反应,移除了前端制程造成的硅片表面损伤层;再减小粗抛液A和碱性化学剂D的流量,使移除表面损伤层的同时,控制住了硅片整体形貌,使抛光更加均匀,不会波浪式起伏,从而提高了硅片表面的平坦度。粗抛阶段后期不再使用粗抛液A,而是适当添加中抛液B,因中抛液B内的二氧化硅胶体尺寸较小,几乎接触不到硅片边缘,胶粒会直接进入硅片中间,与硅片中间的二氧化硅和硅反应,保护了硅片边缘,使中间移除量大于边缘移除量,优化了硅片边缘的平坦度,防止了边缘踏边太严重,提高了硅片表面整体的平坦度。另外,由于过多的使用碱性化学剂D,与硅原子反应后会过多的腐蚀表面,从而恶化了硅片表面的粗糙度,因此,本发明粗抛阶段后期不使用碱性化学剂D。
而中抛和精抛阶段采用含有二氧化硅胶体粒径稍小的精抛液C,主要用于控制硅片表面的颗粒,避免了硅片表面的颗粒过多,减少了硅片表面的颗粒和凹坑,使硅片表面更光滑。
优选地,为了进一步避免硅片表面的颗粒和凹坑过多,提高硅片表面的光滑度,所述中抛阶段抛光时间为130s-160s,抛光液的流量为0.5-0.7L/min,抛光过程中温度控制在25℃-30℃。所述精抛阶段抛光时间为130s-160s,抛光液的流量为0.7-1L/min,抛光过程中温度控制在20℃-25℃。
优选地,抛光过程中所述粗抛阶段、中抛阶段和精抛阶段抛光机的大盘和抛光头转速均控制在30rpm-70rpm。
本发明通过调整每个抛光步骤中的抛光参数,包括抛光时间、抛光液成分以及成分配比、抛光液流量、大盘和抛光头转速对硅片进行抛光,从而优化了硅片表面的平坦度。
附图说明
图1是现有方法抛光的硅片表面平坦度3D示意图;
图2是本发明硅片、抛光垫、抛光头和抛光液导流管结构示意图;
图中:1-抛光液导流管,2-抛光头,3-硅片,4-抛光垫,5-大盘;
图3是本发明实施例1至实施例3某一硅片表面平坦度3D示意图;
图4是本发明实施例4取样硅片表面SFQR-Mean参数箱型图;
图5是本发明实施例4取样硅片表面ESFQR-Mean参数箱型图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
实施例1
对12寸硅片3进行抛光,硅片3规格:P<100>,电阻率15-20Ω.cm,厚度775微米。
本实施例采用型号为Micro的单面抛光机对硅片3进行抛光,抛光过程包括粗抛阶段、中抛阶段和精抛阶段,上述三个阶段的抛光参数设置如下:
1)粗抛阶段:抛光液采用粗抛液A、中抛液B、碱性化学剂D和超纯水,每次粗抛阶段分5个步骤进行,抛光参数设定如下:
所述粗抛液A和中抛液B由二氧化硅胶体和水(去离子水或超纯水)组成,所述粗抛液A中所含二氧化硅胶体和去离子水的体积比为1:7,其中,二氧化硅胶体粒径为50nm,所述中抛液B中所含二氧化硅胶体和去离子水的体积比为1:9,其中,二氧化硅胶体粒径为35nm,所述碱性化学剂D采用纯度为1%的KOH溶液;该阶段抛光过程的温度控制在35℃。
2)中抛阶段:抛光液采用精抛液C和超纯水,抛光参数设定如下:
抛光时间为130s,抛光液采用体积比为1:17的精抛液C和超纯水,该抛光液的流量为0.7L/min,所述精抛液C中所含二氧化硅胶体和去离子水的体积比为1:11,其中,二氧化硅胶体粒径为30nm;此阶段抛光过程的温度控制在25℃,抛光压力为3KPa,大盘5转速为30rpm,抛光头2转速为70rpm;
3)精抛阶段:抛光液采用精抛液C和超纯水,抛光参数设定如下:
抛光时间为130s,抛光液采用体积比为1:20的精抛液C和超纯水,该抛光液的流量为1L/min,所述精抛液C中所含二氧化硅胶体和去离子水的体积比为1:11,其中,二氧化硅胶体粒径为30nm;此阶段抛光过程的温度控制在20℃,抛光压力为3KPa,大盘5转速为30rpm,抛光头2转速为70rpm;
抛光时,待抛光硅片3位于抛光垫4与抛光头2之间,抛光液通过抛光液导流管1流入抛光垫4中,从而对硅片3进行抛光,参见图2,为硅片3、抛光垫4、抛光头2和抛光液导流管1结构示意图,硅片3在单面抛光机中依次经过粗抛阶段、中抛阶段和精抛阶段,抛光完成后,将硅片3从抛光机中取出,并对硅片3进行去蜡清洗与最终清洗。
随机取8片样品硅片3,对其进行平坦度检测,检测设备为美国KLA公司的wafersight2+,检测结果参见表2。
实施例2和实施例3
实施例2和实施例3与实施例1的区别仅在于抛光阶段各个步骤中的抛光时间、抛光液成分体积比和抛光液流量不同,具体区别参见表1:
表1实施例2和实施例3抛光阶段抛光时间、抛光液成分、抛光液成分体积比及抛光液流量
随机取8片实施例2的样品硅片3,对其进行平坦度检测,检测设备为美国KLA公司的wafersight2+,检测结果参见表2。
随机取8片实施例3的样品硅片3,对其进行平坦度检测,检测设备为美国KLA公司的wafersight2+,检测结果参见表2。
需要说明的是,每个实施例的抛光阶段均是按照设定参数对硅片3进行抛光,其中,每个抛光阶段所采用的抛光液均是先按照设定比例混合后,再按照设定流量通过抛光液导流管1流至抛光垫4上对硅片3进行抛光。
表2样品硅片检测结果
硅片3的SFQR-Mean(硅片3部位平坦度指标参数平均数)和ESFQR-Mean(硅片3边缘平坦度参数平均数)数值用于反映硅片3的平坦度,SFQR-Mean和ESFQR-Mean的数值越小说明硅片3平坦度越好。由表2可以看出,本发明实施例1至实施例3检测出的硅片3的SFQR-Mean和ESFQR-Mean的数值远小于现有技术生产出的硅片3的SFQR-Mean和ESFQR-Mean数值(SFQR-Mean的波动范围一般在23nm-50nm之间,ESFQR-Mean的波动范围一般在40nm-70nm之间),因此,通过本发明抛光的硅片3,其表面平坦度更好。另外,参见图3,为实施例1至实施例3某一硅片3表面平坦度3D示意图,通过对比图1与图3,也可明显看出本发明抛光的硅片3表面较为平坦。
实施例4
为了进一步检测本发明抛光的硅片3表面的平坦度,本实施例采用实施例1、实施例2或实施例3的方法对硅片3进行抛光,并持续23天每天随机取2-3组样品硅片3进行检测,每组样品为8片硅片3,共544片硅片3,检测设备为美国KLA公司的wafersight2+,检测结果参见图4和参见图5,从图4中可以看出样品硅片3的SFQR-Mean的波动范围在1.8nm-7.0nm之间,从图5中可以看出样品硅片3的ESFQR-Mean的波动范围在10nm-34nm之间,而现有工艺抛光的硅片3,其SFQR-Mean的波动范围一般在23nm-50nm之间,其ESFQR-Mean的波动范围一般在40nm-70nm之间,而SFQR-Mean和ESFQR-Mean的数值越小说明硅片3平坦度越好,因此,进一步证明了本发明抛光的硅片3其表面平坦度更好。
综上所述,通过本发明对硅片3进行抛光,有效地优化了硅片3表面的平坦度。
Claims (5)
1.一种硅片表面平坦度的优化方法,其特征在于,包括利用抛光液对硅片进行化学机械抛光处理的过程,该过程包括以下三个阶段:
1)粗抛阶段:该阶段分为五个步骤进行,各步骤抛光时间、抛光液成分、抛光液成分体积比和抛光液流量设定如下:
S1抛光时间为5s-12s,抛光液成分为粗抛液A和碱性化学剂D,其中,粗抛液A和碱性化学剂D体积比为1:(22-35),该抛光液流量为0.8-1L/min;
S2抛光时间为23s-35s,抛光液成分为粗抛液A和碱性化学剂D,其中,粗抛液A和碱性化学剂D体积比为1:(22-35),该抛光液流量为0.5-0.7L/min;
S3抛光时间为58s-73s,抛光液成分为中抛液B和超纯水,其中,中抛液和超纯水的体积比为1:(6-9),该抛光液流量为0.5-0.7L/min;
S4抛光时间为23s-42s,抛光液成分为中抛液B和超纯水,其中,中抛液B和超纯水的体积比为1:(7-12),该抛光液流量为0.5-0.7L/min;
S5抛光时间为8s-16s,抛光液成分为中抛液B和超纯水,其中,中抛液B和超纯水的体积比为1:(10-17),该抛光液流量为0.5-0.7L/min;
2)中抛阶段:该阶段抛光液采用体积比为1:(17-23)的精抛液C和超纯水;
3)精抛阶段:该阶段抛光液采用体积比为1:(20-30)的精抛液C和超纯水;
所述粗抛液A由体积比为1:(7-9)的二氧化硅胶体和水组成,其中,二氧化硅胶体粒径为50nm-70nm;所述中抛液B由体积比为1:(9-11)的二氧化硅胶体和水组成,其中,二氧化硅胶体粒径为30nm-50nm;所述精抛液C由体积比为1:(11-13)的二氧化硅胶体和水组成,其中,二氧化硅胶体粒径为30nm-40nm,所述碱性化学剂D采用纯度为1%-5%的KOH溶液。
2.根据权利要求1所述的一种硅片表面平坦度的优化方法,其特征在于,抛光过程中粗抛阶段各步骤温度控制在30℃-40℃。
3.根据权利要求1所述的一种硅片表面平坦度的优化方法,其特征在于,所述中抛阶段抛光时间为130s-160s,抛光液的流量为0.5-0.7L/min,抛光过程中温度控制在25℃-30℃。
4.根据权利要求1所述的一种硅片表面平坦度的优化方法,其特征在于,所述精抛阶段抛光时间为130s-160s,抛光液的流量为0.7-1L/min,抛光过程中温度控制在20℃-25℃。
5.根据权利要求1所述的一种优化硅片表面平坦度的方法,其特征在于,抛光过程中所述粗抛阶段、中抛阶段和精抛阶段抛光机的大盘和抛光头转速均控制在30rpm-70rpm。
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