CN115922556A - 一种硅片研磨方法以及硅片 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种硅片研磨方法以及硅片，研磨方法包括如下步骤：S1：配制研磨液。S2：将待研磨的硅片放置在研磨机的上磨盘与下磨盘之间。S3：将研磨液加入研磨机。S4：调整研磨机的研磨压力、旋转速度，以及研磨液的流量，启动研磨机对硅片进行研磨，研磨完成后，得到研磨初成品。S5：对研磨初成品进行后处理以及品质检测，选出合格的硅片。步骤S1中，研磨液的比重为1.20g/cc‑1.28g/cc，步骤S4中，研磨液的流量为0.7L/min‑2L/min。本发明同时将研磨液的流量以及研磨液的比重调节至适当范围，提升了研磨效果，获得了表面无缺陷且光洁度良好，研磨前后总厚度变化≤1.5μm的良品硅片。
Description
技术领域
本发明属于硅片加工制造技术领域，具体涉及一种硅片研磨方法以及硅片。
背景技术
硅片是制造半导体硅器件的原料，用于制作大功率整流器、二极管、开关器件、大功率晶体管等，其后续产品，例如集成电路，半导体分立器件已广泛应用于各个领域。作为一种重要的半导体材料，单晶硅在光电转换、传统半导体器件中的应用已十分普遍，目前全世界95％以上的半导体器件企业均使用硅片作为基底功能材料来生产半导体芯片和器件。
硅片的加工需要对经过生长得到的硅晶棒进行一系列处理，主要包括切割、外径滚磨、平边或V型槽处理、切片、研磨、抛光以及清洗等。
研磨是通过对硅片上下两个平面的磨削，去除硅片表面的刀痕或线痕，改善硅片的表面平整度，制造均匀一致的表面损伤层，同时使每批硅片的厚度偏差尽量接近，为后续的抛光等工序制备无损伤的硅片表面创造条件。研磨是硅片制备的重要工序，对硅片进行研磨的目的主要包括以下几点：第二，去除切割工序的残留痕迹等视觉可见的凹凸不平的缺陷。第二，消除切片工序的残余加工应力。第三，提高研磨成品的表面均匀性、表面平整度以及边缘部分的局部平整度。第四，提高硅片面型精度。第五，减小硅片表面粗糙度。因此研磨能够为最终的硅片各项检测指标合格打下基础，以保证成品的整体质量以及合格率。
随着IC(integrated circuit，集成电路)制造技术的突飞猛进，硅片的几何参数对IC制造过程中的经济效益的发挥影响愈发明显，对硅片的参数要求也就越发严格。现有技术认为，设备是影响硅片质量的主要因素，然而，出于时间以及成本限制，研磨加工设备的改进耗时较长，耗资巨大，很难在短时间内对硅片的研磨效果进行进一步的提升。
因此，需要进一步优化研磨效果，增强硅片质量。
发明内容
(一)要解决的技术问题
现有技术认为，设备是影响硅片质量的主要因素，然而，因为时间和成本限制，研磨加工设备的改进耗时较长，耗资巨大，很难在短时间内对硅片的研磨效果进行进一步的提升。
本申请的研究人员认为，工艺和设备同样能够对成品硅片的质量产生重要影响，为进一步快速优化成品硅片的表面质量并节省成本，本申请的相关研究人员转而从研磨工艺角度进行研究。经过长时间的研究和实践，本申请的研究人员发现，研磨液的流量以及研磨液中磨料的比重对成品硅片的平面研磨效果具有重要影响，可以通过同时调控研磨液的流量以及研磨液的比重提升研磨效果，获得更多良品硅片。
(二)技术方案
为了达到上述目的，第一方面，本发明提供一种硅片研磨方法，包括如下步骤：
S1：配制研磨液；
S2：将待研磨的硅片放置在研磨机的上磨盘与下磨盘之间；
S3：将步骤S1配制得到的研磨液加入研磨机；
S4：调整研磨机的研磨压力、旋转速度，以及研磨液的流量，启动研磨机对硅片进行研磨，研磨完成后，得到研磨初成品；
S5：对研磨初成品进行后处理以及品质检测，选出合格的硅片；
步骤S1中，研磨液的比重为1.20g/cc-1.28g/cc，步骤S4中，所述研磨液的流量为0.7L/min-2L/min。
本发明中，步骤S1与步骤S2的顺序可以任意调换，不影响硅片的研磨效果。步骤S1中，研磨液的比重指的是磨料的质量与研磨液的体积比。
在进行步骤S2之前，还可以对研磨机的上磨盘和下磨盘进行修盘，使磨盘的温度保持较低并得以稳定。
上述步骤S2中，硅片具体放置在游星轮片的卡槽上，在太阳轮、齿圈的带动下，游星轮会作为被动件进行自转和绕太阳轮中心公转，因此，放置于行星轮上的硅片在做自转运动的同时也做绕太阳轮的公转运动。
上述步骤S3中，制备得到的研磨液装在研磨液罐中，研磨液罐将研磨液导入研磨机。
本发明中，研磨液的流量以及比重对硅片的自转速度具有直接影响，并且对最终的研磨效果具有较为重要的影响。除研磨液的流量以及比重外，综合调节研磨液温度、研磨旋转速度，研磨机的研磨压力等因素，将多方面的条件调整到最佳，研磨出理想的硅片。
一般来说，硅片的研磨自转速度越快，研磨的效果就越好。
本发明通过长时间的研究和试验，发现同时将研磨液的流量调节为0.7L/min-2L/min，将研磨液的比重调节为1.20g/cc-1.28g/cc，上述范围内的研磨液流量能够提升硅片的自转速度，同样地，上述范围内的研磨液比重也能够提升硅片的自转速度，所以本发明提升了研磨效果，获得了表面无崩边、无缺口、无裂纹与划痕，表面光洁度良好，研磨前后总厚度变化≤1.5μm的良品硅片。
当研磨液的比重小于为1.20g/cc，例如1.15g/cc时，制备得到的硅片表面会出现划痕，这可能是因为研磨液比重过小，使得研磨液中磨料的分不变的不均匀，因此硅片的研磨效果也变得不均匀，产生了划痕。而当研磨液的比重大于1.28g/cc，例如1.35g/cc时，由于磨料含量过高，研磨液粘度也会过高，进而降低硅片的自转速度；此外，研磨液的比重过高也会影响磨料的分布均匀程度，使得磨料的分布均匀程度降低，造成磨料沉降现象。另外，研磨液的比重越大，所用磨料越多，对应的成本也就越高，本发明将研磨液的比重控制在较小范围内，在保证较好的研磨效果的基础上还降低了生产升本。
当研磨液的流量小于0.7L/min，例如为0.7L/min时，由于流量过小，所以硅片研磨过程中的自转速度也就越小，研磨效果不佳。此外，当研磨液的流量不足0.7L/min时，还会降低对上磨盘以及下磨盘的冷却效果，上磨盘以及下磨盘很可能发生形变，进而降低研磨效果。当研磨液的流量大于2L/min，例如为5L/min时，研磨效果也较差，所得的硅片厚度不均匀，外观也较差，可能是因为较大的研磨液流量影响了上磨盘以及下磨盘对硅片的压力，导致压力发生改变，因此使研磨效果变差。
如上所述的硅片研磨方法，优选地，步骤S1中，研磨液的比重为1.25g/cc-1.28g/cc，步骤S4中，所述研磨液的流量为1.3L/min-2L/min。
如上所述的硅片研磨方法，优选地，步骤S1中，研磨液的比重为1.27g/cc，步骤S4中，所述研磨液的流量为2L/min。
如上所述的硅片研磨方法，优选地，步骤S1中，所述研磨液包括去离子水、磨料以及悬浮剂；
所述磨料为Al2O3，或者B4C，纯度大于99.9％，粒度可以是5-10μm；
所述悬浮剂为分散剂、表面活性剂、整合剂或者增稠剂。
本发明中，悬浮剂的作用包括：
1、悬浮作用：磨料和去离子水混合后，经过一定时间后容易出现静置分层，磨粒沉降现象。通过加入量悬浮剂可以对该现象进行改善。加入悬浮剂后，磨料在研磨过程中的分散程度更加均匀，同时体系稳定，磨料长时间内不会沉降。具体可以采用防锈剂ECO#546等。防锈剂ECO#546除了作为悬浮剂，还可以防止铁质上磨盘以及下磨盘产生锈垢进行清楚，避免锈垢对硅片性能造成影响。
2、冷却作用：研磨过程中上磨盘和下磨盘会产生大量热量，进行双面研磨的硅片表面会集聚热应力，很容易产生裂纹及崩边等现象，进而影响成品硅片的品质。因此，在研磨过程中，冷却手段是不可缺少的。悬浮剂可以有效增强研磨液的散热性。
3、润滑作用：在研磨过程中，悬浮剂能够在硅片表面以及磨料表面形成致密保护层，减小硅片、磨粒之间的作用力，达到润滑的效果。
如上所述的硅片研磨方法，优选地，所述去离子水与所述悬浮剂的体积比为16:1-25:1。
如上所述的硅片研磨方法，优选地，步骤S3中，进入研磨机内的研磨液的温度为20℃-25℃，优选为20℃。
上磨盘和下磨盘具有热胀冷缩的性质，在研磨过程中很容易发生形变，影响最终的研磨效果。本发明通过控制加入研磨液的温度将上下磨盘温度保持在合适范围内；具体地，在实际操作过程中，通过控制研磨液罐的温度控制输入磨盘的研磨液温度。
如上所述的硅片研磨方法，优选地，步骤S4中，将研磨机的研磨压力调节为6000-7000N，优选为6000N。
如上所述的硅片研磨方法，优选地，步骤S4中，将研磨机的研磨旋转速度调节为40-50r/min，优选为45r/min。
如上所述的硅片研磨方法，优选地，步骤S5中，表面无崩边、无缺口、无裂纹与划痕，且研磨前后总厚度变化≤1.5μm的研磨初成品为合格硅片。
第二方面，本发明还提供一种通过上述硅片研磨方法制备得到的硅片，该硅片表面无崩边、无缺口、无裂纹与划痕，表面光洁度良好，研磨前后总厚度变化≤1.5μm，品质良好，良品率高。
(三)有益效果
本发明的有益效果是：
本发明采用双面研磨工艺，硅片在研磨过程中，做自转运动的同时也做绕太阳轮的公转运动。一定程度上，硅片的研磨自转速度越快，研磨的效果就越好。
本发明通过同时将研磨液的流量以及研磨液中磨料的比重调节至适当范围，得到了理想的硅片研磨效果。具体地，本发明通过同时将研磨液的流量调节为0.7L/min-2L/min，将研磨液的比重调节为1.20g/cc-1.28g/cc，上述范围内的研磨液流量能够提升硅片的自转速度，同样地，上述范围内的研磨液比重也能够提升硅片的自转速度，所以本发明提升了研磨效果，获得了表面无崩边、无缺口、无裂纹与划痕，表面光洁度良好，研磨前后总厚度变化≤1.5μm的良品硅片。
另外，本发明的硅片研磨方法简单，操作方便，满足环保要求，生产成本较低。
具体实施方式
为了更好地解释本发明，以便于理解，下面通过具体实施方式，对本发明作详细描述。
实施例1
本实施例提供一种硅片研磨方法，包括如下步骤：
S1：将纯水，纯度为99.99％的Al2O3，防锈剂ECO#546混合均匀，配制得到比重为1.27g/cc的研磨液。
S2：将待研磨的硅片放置在研磨机的上磨盘与下磨盘之间。
S3：将步骤S1配制得到的研磨液以2L/min的流量，保持研磨液的温度为20℃，将其加入研磨机。
S4：调整研磨机的研磨压力为6000N、旋转速度即公转速度为45r/min，启动研磨机使硅片随着磨盘作相对的行星运动，对硅片进行研磨，得到研磨硅片成品。
实施例2
本实施例提供一种硅片研磨方法，与实施例1的区别在于，研磨液的流量为0.7L/min。
实施例3
本实施例提供一种硅片研磨方法，与实施例1的区别在于，研磨液的流量为1.3L/min。
实施例4
本实施例提供一种硅片研磨方法，与实施例1的区别在于，研磨液的比重为1.20g/cc。
实施例5
本实施例提供一种硅片研磨方法，与实施例1的区别在于，研磨液的比重为1.25g/cc。
实施例6
本实施例提供一种硅片研磨方法，与实施例1的区别在于，研磨液的比重为1.28g/cc。
实施例7
本实施例提供一种硅片研磨方法，与实施例1的区别在于，研磨机的研磨压力为6500N。
实施例8
本实施例提供一种硅片研磨方法，与实施例1的区别在于，以纯度为99.99％的B4C为磨料。
对比例1
本对比例与实施例1的区别在于，研磨液的流量为0.5L/min。
对比例2
本对比例与实施例1的区别在于，研磨液的流量为5L/min。
对比例3
本对比例与实施例1的区别在于，研磨液的流量为10L/min。
对比例4
本对比例与实施例1的区别在于，研磨液的比重为1.18g/cc。
对比例5
本对比例与实施例1的区别在于，研磨液的比重为1.35g/cc。
上述每个实施例以及对比例中，分别得到15组研磨初成品。
硅片研磨工艺中，需要重点关注的硅片特性参数为硅片平坦度(TTV，硅片最厚的位置减去最薄位置的差值，即平整度，单位为μm)、硅片崩边、缺口、裂纹以及划痕等表面缺陷。将上述实施例1-8得到的研磨初成品进行质量评价，具体包括TTV，以及崩边、缺口、裂纹以及划痕四项缺陷组成的外观质量。
表1、表2、表3、表4分别为实施例1-3、实施例4-6、实施例7-8、对比例1-2以及对比例3-5中每个研磨初成品的TTV值以及TTV均值。
表1实施例1-4的研磨初成品的TTV值以及TTV均值
表2实施例5-8的研磨初成品的TTV值以及TTV均值
表3对比例1-3的研磨初成品的TTV值以及TTV均值
表4对比例4-5的研磨初成品的TTV值以及TTV均值
对比例1-5研磨初成品的外观情况如下：对比例1-5的硅片表面大多出现细小划痕。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明做其它形式的限制，任何本领域技术人员可以利用上述公开的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。
Claims (10)
1.一种硅片研磨方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1：配制研磨液；
S2：将待研磨的硅片放置在研磨机的上磨盘与下磨盘之间；
S3：将步骤S1配制得到的研磨液加入研磨机；
S4：调整研磨机的研磨压力、旋转速度，以及研磨液的流量，启动研磨机对硅片进行研磨，研磨完成后，得到研磨初成品；
S5：对研磨初成品进行后处理以及品质检测，选出合格的硅片；
步骤S1中，研磨液的比重为1.20g/cc-1.28g/cc，步骤S4中，所述研磨液的流量为0.7L/min-2L/min。
2.根据权利要求1所述的硅片研磨方法，其特征在于，步骤S1中，研磨液的比重为1.25g/cc-1.28g/cc，步骤S4中，所述研磨液的流量为1.3L/min-2L/min。
3.根据权利要求1所述的硅片研磨方法，其特征在于，步骤S1中，研磨液的比重为1.27g/cc，步骤S4中，所述研磨液的流量为2L/min。
4.根据权利要求1所述的硅片研磨方法，其特征在于，步骤S1中，所述研磨液包括去离子水、磨料以及悬浮剂；
所述磨料为Al2O3，或者B4C；
所述悬浮剂为分散剂、表面活性剂、整合剂或者增稠剂。
5.根据权利要求4所述的硅片研磨方法，其特征在于，所述去离子水与所述悬浮剂的体积比为16:1-25:1。
6.根据权利要求1所述的硅片研磨方法，其特征在于，步骤S3中，进入研磨机内的研磨液的温度为20℃-25℃。
7.根据权利要求1所述的硅片研磨方法，其特征在于，步骤S4中，将研磨机的研磨压力调节为6000-7000N。
8.根据权利要求1所述的硅片研磨方法，其特征在于，步骤S4中，将研磨机的研磨旋转速度调节为40-50r/min。
9.根据权利要求1所述的硅片研磨方法，其特征在于，步骤S5中，表面无崩边、无缺口、无裂纹与划痕，且研磨前后总厚度变化≤1.5μm的研磨初成品为合格硅片。
10.一种硅片，其特征在于，通过权利要求1-9任一项硅片研磨方法制备得到。
Priority Applications (1)
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| CN202211702518.0A CN115922556A (zh) | 2022-12-28 | 2022-12-28 | 一种硅片研磨方法以及硅片 |
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Cited By (2)
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|---|---|---|---|---|
| CN116494027A (zh) * | 2023-06-19 | 2023-07-28 | 新美光(苏州)半导体科技有限公司 | 一种硅部件的双面研磨方法 |
| CN116852183A (zh) * | 2023-08-02 | 2023-10-10 | 山东有研半导体材料有限公司 | 一种用于大型晶圆研磨机改善晶圆形貌的研磨工艺 |
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2022
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| CN116494027B (zh) * | 2023-06-19 | 2023-10-03 | 新美光(苏州)半导体科技有限公司 | 一种硅部件的双面研磨方法 |
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