CN116852183B - 一种用于大型晶圆研磨机改善晶圆形貌的研磨工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种用于大型晶圆研磨机改善晶圆形貌的研磨工艺，属于半导体晶圆加工技术领域。该研磨工艺包括以下步骤：(1)使用A磨砂研磨晶圆，A磨砂配制的研磨液各组分所占质量百分比为：A磨砂15％‑38％、研磨剂1.5％‑2.8％，其余为水；研磨晶圆时使用的磨液流量为900‑1500mL/min；研磨压力为600‑1500kg；研磨转速为25‑50rpm，转速比为0.3‑0.6；(2)使用B磨砂研磨晶圆，B磨砂配制的研磨液各组分所占质量百分比为：B磨砂13％‑36％、研磨剂2.2％‑3.8％，其余为水；研磨晶圆时使用的磨液流量为900‑1500mL/min；研磨压力为600‑1500kg；研磨转速为25‑50rpm，转速比为0.3‑0.6。本发明通过改善研磨工艺可以得到平坦度高的晶圆，并且能够避免晶圆的边缘塌陷。
Description
技术领域
本发明涉及一种半导体晶圆加工工艺，具体涉及一种用于大型晶圆研磨机改善晶圆形貌的研磨工艺，属于半导体晶圆加工技术领域。
背景技术
晶圆的加工过程一般包括切片、倒角、研磨、腐蚀和抛光等。切片过程会在晶圆表面产生深度约为20-50μm的机械应力损伤层，如果这些机械损伤残留在晶圆表面，会在氧化过程中产生氧化诱导层错等缺陷，因此，切片得到的晶圆需要进行研磨处理。
晶圆研磨的主要目的是消除晶圆的表面损伤层，同时提高晶圆的平坦度。TTV是衡量晶圆平坦度的一个重要指标。TTV指的是晶圆的总厚度变化，即晶圆在厚度测量值中的最大厚度与最小厚度的差值，单位为微米(μm)。TTV越小，表明晶圆的平坦度越高，因此质量越高。
晶圆的平坦度与研磨工艺有密切的关系。因此，有必要研究一种新的研磨工艺，保证研磨后得到高平坦度晶圆的同时避免边缘塌陷。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于大型晶圆研磨机改善晶圆形貌的研磨工艺，通过改善研磨工艺可以得到平坦度高的晶圆，并且能够避免晶圆的边缘塌陷。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种用于大型晶圆研磨机改善晶圆形貌的研磨工艺，包括如下步骤：
(1)使用A磨砂研磨晶圆，A磨砂配制的研磨液各组分所占质量百分比为：A磨砂15％-38％、研磨剂1.5％-2.8％，其余为水；研磨晶圆时使用的磨液流量为900-1500mL/min；研磨压力为600-1500kg；研磨转速为25-50rpm，转速比为0.3-0.6；
(2)使用B磨砂研磨晶圆，B磨砂配制的研磨液各组分所占质量百分比为：B磨砂13％-36％、研磨剂2.2％-3.8％，其余为水；研磨晶圆时使用的磨液流量为900-1500mL/min；研磨压力为600-1500kg；研磨转速为25-50rpm，转速比为0.3-0.6。
进一步的，在步骤(1)中，研磨去除量为30-40μm。在步骤(2)中，研磨去除量为10-30μm。
进一步的，A磨砂中主要成分Al2O3的含量≥99.8％，B磨砂的成分组成主要包括：52.1％的Al2O3、30.6％的ZrO2、15.9％的SiO2和1.2％TiO2。
进一步的，研磨剂生产厂家为日本共荣社化学株式会社，型号为EXCEM LIGHT L-274S。
进一步的，本发明中所述的大型晶圆研磨机的型号为HAMAI 32BEN。
进一步的，本发明中所述的晶圆尺寸为6英寸、8英寸及12英寸。
本发明的优点在于：
本发明提供一种用于大型晶圆研磨机改善晶圆形貌的研磨工艺，通过改善研磨工艺(磨砂种类、研磨液配比、研磨液流量、研磨压力、研磨转速及转速比)，与只使用A磨砂或B磨砂研磨晶圆的工艺相比，研磨后晶圆的TTV小，平坦度高，并且避免了晶圆边缘塌陷。
附图说明
图1为本发明的晶圆研磨过程示意图。
图2为对比例1-2单独使用A磨砂研磨后晶圆的截面形貌示意图。
图3为对比例2-2单独使用B磨砂研磨后晶圆的截面形貌示意图。
图4为本发明实施例2的研磨工艺研磨后晶圆的截面形貌示意图。
具体实施方式
为了能更清楚描述本发明的技术方案，下面结合附图及实施例对本发明作进一步说明。
如图1所示，本发明首先使用A磨砂研磨晶圆，再使用B磨砂研磨晶圆，通过改善研磨工艺(磨砂种类、研磨液配比、研磨液流量、研磨压力、研磨转速及转速比)，能够降低晶圆的TTV，得到平坦度高的晶圆，并且可以避免研磨后晶圆边缘塌陷。
在步骤S1中，A磨砂中Al2O3的含量≥99.8％，其他为金属氧化物；研磨剂生产厂家为日本共荣社化学株式会社，型号为EXCEM LIGHT L-274S。本步骤使用的研磨液各组分所占质量百分比为：A磨砂15％-38％、研磨剂1.5％-2.8％，其余为水。其中，加入磨砂的主要目的是加快研磨速率，并且保证晶圆不会产生划痕；加入研磨剂的主要目的是使磨砂保持较高的分散度，使其不会迅速下沉，同时也能带走研磨过程中产生的热量。
在步骤S1中，研磨晶圆时使用的磨液流量为900-1500mL/min。当磨液流量低于900mL/min时，研磨后晶圆边缘易出现轻微划痕，产生不良片；磨液流量高于1500mL/min时，对晶圆的研磨品质影响不大，还会造成浪费，增加研磨成本。
在步骤S1中，研磨压力为600-1500kg。压力太高时，晶圆表面损伤严重，降低晶圆表面质量；压力太低时，研磨速率慢，生产效率低。
在步骤S1中，研磨转速为25-50rpm；转速比为0.3-0.6。研磨转速高于50rpm时，研磨速率更快，但是晶圆表面质量差，界面缺陷严重。研磨转速低于25rpm时，研磨后晶圆表面质量没有明显提升，并且生产效率低。
在步骤S2中，B磨砂主要由52.1％的Al2O3、30.6％的ZrO2、15.9％的SiO2和1.2％TiO2组成，其他为金属氧化物；研磨剂生产厂家为日本共荣社化学株式会社，型号为EXCEMLIGHT L-274S。本步骤使用的研磨液各组分所占质量百分比为：B磨砂13％-36％、研磨剂2.2％-3.8％，其余为水。其中，加入磨砂的主要目的是加快研磨速率，并且保证晶圆不会产生划痕；加入研磨剂的主要目的是使磨砂保持较高的分散度，使其不会迅速下沉，同时也能带走研磨过程中产生的热量。
在步骤S2中，研磨晶圆时使用的磨液流量为900-1500mL/min。当磨液流量低于900mL/min时，研磨后晶圆边缘易出现轻微划痕；磨液流量高于1500mL/min时，对晶圆的研磨品质影响不大，还会造成浪费，增加研磨成本。
在步骤S2中，研磨压力为600-1500kg。压力太高时，晶圆表面损伤严重，降低晶圆表面质量；压力太低时，研磨速率慢，生产效率低。
在步骤S2中，研磨转速为25-50rpm；转速比为0.3-0.6。研磨转速高于50rpm时，研磨速率更快，但是晶圆表面质量差，界面缺陷严重。研磨转速低于25rpm时，研磨后晶圆表面质量没有明显提升，并且生产效率低。
在步骤S1、S2中，研磨机的型号为HAMAI 32BEN。
在本发明的研磨工艺中，使用A磨砂研磨晶圆的去除量为30-40μm；使用B磨砂研磨晶圆的去除量为10-30μm。
实施例1
一种用于大型晶圆研磨机改善晶圆形貌的研磨工艺，用于研磨6英寸晶圆。首先使用A磨砂配制的研磨液研磨晶圆，A磨砂配制的研磨液各组分所占质量百分比为：A磨砂28％、研磨剂1.8％，其余为水；研磨晶圆时使用的磨液流量为1100mL/min；研磨压力为850kg；研磨转速为35rpm；转速比为0.4；研磨去除量为35μm。然后使用B磨砂配制的研磨液研磨晶圆，B磨砂配制的研磨液各组分所占质量百分比为：B磨砂25％、研磨剂2.6％，其余为水；研磨晶圆时使用的磨液流量为1150mL/min；研磨压力为800kg；研磨转速为40rpm；转速比为0.4；研磨去除量为25μm。
实施例2
一种用于大型晶圆研磨机改善晶圆形貌的研磨工艺，用于研磨8英寸晶圆。首先使用A磨砂配制的研磨液研磨晶圆，A磨砂配制的研磨液各组分所占质量百分比为：A磨砂30％、研磨剂2.0％，其余为水；研磨晶圆时使用的磨液流量为1200mL/min；研磨压力为900kg；研磨转速为40rpm；转速比为0.5；研磨去除量为37μm。然后使用B磨砂配制的研磨液研磨晶圆，B磨砂配制的研磨液各组分所占质量百分比为：B磨砂25％、研磨剂2.8％，其余为水；研磨晶圆时使用的磨液流量为1250mL/min；研磨压力为950kg；研磨转速为43rpm；转速比为0.5；研磨去除量为23μm。
实施例3
一种用于大型晶圆研磨机改善晶圆形貌的研磨工艺，用于研磨12英寸晶圆。首先使用A磨砂配制的研磨液研磨晶圆，A磨砂配制的研磨液各组分所占质量百分比为：A磨砂25％、研磨剂2.1％，其余为水；研磨晶圆时使用的磨液流量为1300mL/min；研磨压力为1000kg；研磨转速为45rpm；转速比为0.6；研磨去除量为40μm。然后使用B磨砂配制的研磨液研磨晶圆，B磨砂配制的研磨液各组分所占质量百分比为：B磨砂22％、研磨剂3.0％，其余为水；研磨晶圆时使用的磨液流量为1350mL/min；研磨压力为1100kg；研磨转速为48rpm；转速比为0.6；研磨去除量为20μm。
对比例1-1
一种用于大型晶圆研磨机改善晶圆形貌的研磨工艺，用于研磨6英寸晶圆。使用A磨砂配制的研磨液研磨晶圆，A磨砂配制的研磨液各组分所占质量百分比为：A磨砂28％、研磨剂1.8％，其余为水；研磨晶圆时使用的磨液流量为1100mL/min；研磨压力为850kg；研磨转速为35rpm；转速比为0.4；研磨去除量为60μm。
对比例1-2
一种用于大型晶圆研磨机改善晶圆形貌的研磨工艺，用于研磨8英寸晶圆。使用A磨砂配制的研磨液研磨晶圆，A磨砂配制的研磨液各组分所占质量百分比为：A磨砂30％、研磨剂2.0％，其余为水；研磨晶圆时使用的磨液流量为1200mL/min；研磨压力为900kg；研磨转速为40rpm；转速比为0.5；研磨去除量为60μm。
对比例1-3
一种用于大型晶圆研磨机改善晶圆形貌的研磨工艺，用于研磨12英寸晶圆。使用A磨砂配制的研磨液研磨晶圆，A磨砂配制的研磨液各组分所占质量百分比为：A磨砂25％、研磨剂2.1％，其余为水；研磨晶圆时使用的磨液流量为1300mL/min；研磨压力为1000kg；研磨转速为45rpm；转速比为0.6；研磨去除量为60μm。
对比例2-1
一种用于大型晶圆研磨机改善晶圆形貌的研磨工艺，用于研磨6英寸晶圆。使用B磨砂配制的研磨液研磨晶圆，B磨砂配制的研磨液各组分所占质量百分比为：B磨砂25％、研磨剂2.6％，其余为水；研磨晶圆时使用的磨液流量为1150mL/min；研磨压力为800kg；研磨转速为40rpm；转速比为0.4；研磨去除量为60μm。
对比例2-2
一种用于大型晶圆研磨机改善晶圆形貌的研磨工艺，用于研磨8英寸晶圆。使用B磨砂配制的研磨液研磨晶圆，B磨砂配制的研磨液各组分所占质量百分比为：B磨砂25％、研磨剂2.8％，其余为水；研磨晶圆时使用的磨液流量为1250mL/min；研磨压力为950kg；研磨转速为43rpm；转速比为0.5；研磨去除量为60μm。
对比例2-3
一种用于大型晶圆研磨机改善晶圆形貌的研磨工艺，用于研磨12英寸晶圆。使用B磨砂配制的研磨液研磨晶圆，B磨砂配制的研磨液各组分所占质量百分比为：B磨砂22％、研磨剂3.0％，其余为水；研磨晶圆时使用的磨液流量为1350mL/min；研磨压力为1100kg；研磨转速为48rpm；转速比为0.6；研磨去除量为60μm。
如图2所示为对比例1-2单独使用A磨砂，其研磨速率快、研磨成本较低，研磨后晶圆的微观形貌呈楔形，这种磨砂研磨后晶圆的TTV较高，导致良率降低。如图3所示，对比例2-2单独使用B磨砂研磨后晶圆的TTV较低，但是出现晶圆边缘塌陷的情况。图4为本发明实施例2的研磨工艺研磨后晶圆的截面形貌示意图。
表1为各实施例与单独使用A磨砂(对比例1-1～1-3)、B磨砂(对比例2-1～2-3)研磨后晶圆TTV均值对比表。通过对比可以看出，以上各实施例研磨晶圆，与只使用A磨砂或B磨砂研磨晶圆的对比例相比，得到的晶圆总厚度偏差(TTV)小，平坦度高，不良率低，并且避免了晶圆边缘塌陷。
表1
本发明中的实施例为本发明较优的实施例，不构成对权利要求范围的限制。凡依据本发明申请范围所作出变化及改进，均在本发明保护范围之内。
Claims (5)
1.一种用于大型晶圆研磨机改善晶圆形貌的研磨工艺，其特征在于，包括以下步骤：
(1)使用A磨砂研磨晶圆，A磨砂配制的研磨液各组分所占质量百分比为：A磨砂15％-38％、研磨剂1.5％-2.8％，其余为水；A磨砂中主要成分Al2O3的含量≥99.8％；研磨晶圆时使用的磨液流量为900-1500mL/min；研磨压力为600-1500kg；研磨转速为25-50rpm，转速比为0.3-0.6；
(2)使用B磨砂研磨晶圆，B磨砂配制的研磨液各组分所占质量百分比为：B磨砂13％-36％、研磨剂2.2％-3.8％，其余为水；B磨砂的成分组成主要包括：52.1％的Al2O3、30.6％的ZrO2、15.9％的SiO2和1.2％TiO2；研磨晶圆时使用的磨液流量为900-1500mL/min；研磨压力为600-1500kg；研磨转速为25-50rpm，转速比为0.3-0.6。
2.根据权利要求1所述的研磨工艺，其特征在于，在步骤(1)中，研磨去除量为30-40μm。
3.根据权利要求1所述的研磨工艺，其特征在于，在步骤(2)中，研磨去除量为10-30μm。
4.根据权利要求1所述的研磨工艺，其特征在于，所述的大型晶圆研磨机的型号为HAMAI 32BEN。
5.根据权利要求1所述的研磨工艺，其特征在于，所述的晶圆尺寸为6英寸、8英寸及12英寸。
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