CN117245458A - 一种硅片的中抛光方法、硅片及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种硅片的中抛光方法、硅片及其制备方法，属于半导体加工技术领域。所述中抛光方法包括如下步骤：用陶瓷片对中抛光布进行修平处理；用修平处理后的中抛光布对边缘抛光后的硅片进行中抛光。所述硅片是通过对边缘抛光后的硅片依次进行中抛光、精抛光、清洗、干燥后得到。本发明提供的中抛光方法可有效减轻现有技术中硅片中抛光后边缘塌边的问题，从而使制备得到的硅片具有更高的平整度，更好的品质。
Description
技术领域
本发明属于半导体加工技术领域，具体涉及一种硅片的中抛光方法、硅片及其制备方法。
背景技术
随着半导体工业沿着摩尔定律的急速发展，硅片尺寸越来越大，微电子器件特征尺寸越来越小，这对硅材料的完整性、均匀性等提出了越来越苛刻的要求。为了提高后道芯片制造企业的良率，对硅片的几何参数提出了更加严格的要求。12英寸硅抛光片是经单晶生长、滚磨、切片、磨削、腐蚀、双面抛光、边缘抛光、最终精抛等多道工艺制造而成，其中最终精抛为衬底硅片加工环节中最后的表面加工过程，直接影响硅片几何参数水平。
传统的最终精抛工艺分为中抛和精抛两步，而在中抛过程中，硅片的边缘几何参数会恶化，主要原因为：1、中抛过程存在一定的去除量；2、硅片与抛光盘自转加工时硅片边缘处相比于硅片内部先接触抛光布表面；3、抛光时抛光布表面存在压缩变形，硅片边缘会受抛光布形变产生的力。这些因素容易导致中抛后硅片边缘表面出现塌边情况，从而影响硅片的平整度。
因此，如何减轻硅片中抛光后边缘塌边，是本领域亟待解决的问题。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种硅片的中抛光方法、硅片及其制备方法。该方法可有效减轻现有技术中硅片中抛光后边缘塌边的问题，从而使制备得到的硅片具有更高的平整度，更好的品质。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
第一方面，本发明提供一种硅片的中抛光方法，所述中抛光方法包括如下步骤：
用陶瓷片对中抛光布进行修平处理；
用修平处理后的中抛光布对边缘抛光后的硅片进行中抛光。
本发明中，所述修平处理与抛光类似，是使用表面光滑的陶瓷片在一定压力和转速下打磨中抛光布一段时间，将中抛光布表面修平。
本发明通过使用表面光滑的陶瓷片对中抛光布进行修平处理，能够使得中抛光布表面变得致密、均匀，一方面能够提高中抛光布的表面平整度，另一方面能够减轻中抛光时中抛光布表面受压缩产生的形变，从而减轻硅片中抛光后边缘塌边的问题，提高硅片的平整度。
本发明中，进行修平处理和中抛光时，通过机械手抓取陶瓷片或硅片放置在上料对中台上，对中后陶瓷片或硅片圆心与压力头吸附垫圆心偏离范围控制在0.5mm以内，陶瓷片或硅片能够顺利的吸附在压力头上。
在本发明一些实施方式中，所述陶瓷片的平行度≤1μm（例如可以是1μm、0.8μm、0.7μm、0.6μm、0.5μm、0.4μm、0.3μm或0.2μm等），表面粗糙度≤0.15μm（例如可以是0.15μm、0.14μm、0.13μm、0.12μm、0.1μm、0.08μm、0.06μm或0.05μm等）。
在本发明一些实施方式中，所述修平处理时的压力为20-30 kPa（例如可以是20kPa、22 kPa、23 kPa、25 kPa、26 kPa、28 kPa或30 kPa等），抛光盘与压力头的转速为35-45rpm（例如可以是35 rpm、36 rpm、38 rpm、40 rpm、42 rpm、43 rpm或45 rpm等），时间为20-40 min（例如可以是20 min、22 min、25 min、28 min、30 min、32 min、35 min、38 min或40min等）。
在本发明一些实施方式中，所述修平处理过程中，使用纯水对所述中抛光布进行冲洗。
在本发明一些实施方式中，所述修平处理过程中，纯水的流量为1-3 L/min（例如可以是1 L/min、1.2 L/min、1.5 L/min、1.8 L/min、2 L/min、2.2 L/min、2.5 L/min、2.8L/min或3 L/min等）。
在本发明一些实施方式中，所述中抛光布的邵氏硬度A为55-65（例如可以是55、56、57、58、59、60、61、62、63、64或65等）。
在本发明一些实施方式中，所述中抛光时的压力为10-15 kPa（例如可以是10kPa、11 kPa、12 kPa、13 kPa、14 kPa或15 kPa等），抛光盘与压力头的转速为20-30 rpm（例如可以是20 rpm、21 rpm、22 rpm、23 rpm、24 rpm、25 rpm、26 rpm、27 rpm、28 rpm、29 rpm或30 rpm等），时间为120-180 s（例如可以是120 s、125 s、130 s、135 s、140 s、145 s、150s、155 s、160 s、165 s、170 s、175 s或180 s等），温度为35℃以下（例如可以是35℃、33℃、30℃、28℃、25℃、22℃、20℃或18℃等）。
在本发明一些实施方式中，所述中抛光过程中使用的中抛光液为含0.5-0.8 wt%（例如可以是0.5 wt%、0.55 wt%、0.6 wt%、0.65 wt%、0.7 wt%、0.75 wt%或0.8 wt%等）二氧化硅胶粒的水溶液，pH为10-11（例如可以是10、10.2、10.3、10.5、10.6、10.8或11等）。
在本发明一些实施方式中，所述中抛光液中二氧化硅胶粒的粒径为40-50 nm。
在本发明一些实施方式中，所述中抛光过程中使用的中抛光液的流量为1-2 L/min（例如可以是1 L/min、1.2 L/min、1.3 L/min、1.5 L/min、1.6 L/min、1.8 L/min或2 L/min等）。
在本发明一些实施方式中，所述硅片的直径为12英寸。
在本发明一些实施方式中，所述硅片的材质为单晶硅。
第二方面，本发明提供一种硅片的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
（1）按照第一方面所述的中抛光方法，对边缘抛光后的硅片进行中抛光；
（2）用精抛光布对步骤（1）中抛光后的硅片进行精抛光；
（3）将步骤（2）精抛光后的硅片清洗，干燥后，得到成品硅片。
在本发明一些实施方式中，所述精抛光布的邵氏硬度A为25-40（例如可以是25、26、28、30、32、33、35、36、38或40等）。
在本发明一些实施方式中，所述精抛光的压力为10-15 kPa（例如可以是10 kPa、11 kPa、12 kPa、13 kPa、14 kPa或15 kPa等），抛光盘与压力头的转速为20-30 rpm（例如可以是20 rpm、21 rpm、22 rpm、23 rpm、24 rpm、25 rpm、26 rpm、27 rpm、28 rpm、29 rpm或30rpm等），时间为120-180 s（例如可以是120 s、125 s、130 s、135 s、140 s、145 s、150 s、155 s、160 s、165 s、170 s、175 s或180 s等），温度为32℃以下（例如可以是32℃、30℃、28℃、25℃、22℃、20℃或18℃等）。
在本发明一些实施方式中，所述精抛光过程中使用的精抛光液为含0.2-0.3 wt%（例如可以是0.2 wt%、0.22 wt%、0.23 wt%、0.25 wt%、0.26 wt%、0.28 wt%或0.3 wt%等）二氧化硅胶粒的水溶液，pH为9-10（9、9.2、9.3、9.5、9.6、9.8或10等）。
在本发明一些实施方式中，所述精抛光液中二氧化硅胶粒的粒径为30-40 nm。
在本发明一些实施方式中，所述精抛光过程中使用的精抛光液的流量为1-2 L/min（例如可以是1 L/min、1.2 L/min、1.3 L/min、1.5 L/min、1.6 L/min、1.8 L/min或2 L/min等）。
在本发明一些实施方式中，步骤（3）中所述清洗的步骤包括：使用SC-1清洗液在50-80℃下对步骤（2）精抛光后的硅片进行预清洗6-10 min，然后用纯水冲洗3次以上；
所述SC-1清洗液为含1-5 wt% NH3和1-5wt% H2O2的水溶液。
其中，NH3的浓度可以是1 wt%、1.5 wt%、2 wt%、2.5 wt%、3 wt%、3.5 wt%、4 wt%、4.5 wt%或5 wt%等。需要说明的是，NH3在水中会形成NH3·H2O、NH4 +等多种形态衍生物，本发明中所述NH3的浓度是指与所有形态的NH3衍生物等效的NH3浓度。
H2O2的浓度可以是1 wt%、1.5 wt%、2 wt%、2.5 wt%、3 wt%、3.5 wt%、4 wt%、4.5wt%或5 wt%等。
第三方面，本发明提供一种由第二方面所述的制备方法制备得到的硅片。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明通过使用表面光滑的陶瓷片对中抛光布进行修平处理，能够使得中抛光布表面变得致密、均匀，一方面能够提高中抛光布的表面平整度，另一方面能够减轻中抛光时中抛光布表面受压缩产生的形变，从而减轻硅片中抛光后边缘塌边的问题，从而使制备得到的硅片具有更高的平整度，更好的品质。
附图说明
图1为本发明实施例1制备的硅片的形貌图；
图2为本发明对比例1制备的硅片的形貌图。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。本领域技术人员应该明了，所述具体实施方式仅仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。
本发明实施例中，部分材料的参数和来源如下：
硅片：12英寸直拉轻掺硼硅片，型号P，晶向<100>；电阻率8-12Ω·cm，厚度约775µm；
陶瓷片：形状为圆形，直径为300mm，厚度为1mm，平行度为1μm，表面粗糙度为0.15μm；
中抛光布：NITTA HAAS公司的SUBA600，邵氏硬度A为60；
精抛光布：FUJIBO公司的275NX，邵氏硬度A为30。
本发明实施例中，为确保实验条件统一，每次中抛光时更换新的中抛光布进行实验。
术语解释：
GBIR（Global Backsurface-referenced Ideal plane /Range）：与相对于背表面作为假象参考面时的厚度最大与最小的差值，用于评估整个晶片表面的平坦度。
SFQR（Site Frontsurface referenced least sQuares/Range）:与相对于以硅片的上表面每个局部进行最小二乘法拟合可得到的一个假象平面作为这个局部的假象参考面时的峰谷值之和。是表面基准的部位平坦度指标，对每个部位分别进行评估。
E-SFQR（Edge Site Frontsurface referenced least sQuares/Range）：仅边缘部位进行最小二乘法拟合可得到的一个假象平面作为这个局部的假象参考面时的峰谷值之和。是外周部的平坦度指标。
ZDD（Z-Height Double Differentiation）：半导体晶片相对于半导体晶片半径的表面位移量的二阶微分的意思，其值为正值时表示表面往翘起的方向位移，相反地，当ZDD为负值时，表示表面往塌边方向位移。
实施例1
本实施例提供一种硅片的制备方法，包括如下步骤：
（1）机械手抓取陶瓷片放置在上料对中台上，对中后陶瓷片圆心与压力头吸附垫圆心偏离范围控制在0.5mm以内，陶瓷片能够顺利的吸附在压力头上；用陶瓷片对中抛光布进行修平处理，修平处理时陶瓷片与中抛光布之间的压力为25 kPa，陶瓷片圆心位于抛光盘1/2半径处，抛光盘与压力头转速为40 rpm，转动方向相同，修平处理时间为30min，修平处理过程中使用纯水以2 L/min的流量冲洗中抛光布；
（2）机械手抓取边缘抛光后的硅片放置在上料对中台上，对中后硅片圆心与压力头吸附垫圆心偏离范围控制在0.5mm以内，硅片能够顺利的吸附在压力头上；用步骤（1）修平处理后的中抛光布对硅片进行中抛光，中抛光使用的中抛光液是将抛光原液（厂家：FUJIMI；型号：1306；成分：20wt%的二氧化硅胶粒与80wt%的纯水，二氧化硅胶粒粒径为40-50 nm）用纯水稀释至二氧化硅胶粒浓度为0.65 wt%，pH值为10-11，控制流量为1L/min，中抛光压力为12 kPa，硅片圆心位于抛光盘1/2半径处，抛光盘与压力头转速为25 rpm，转动方向相同，中抛光时间为150 s，中抛光过程中温度控制在35℃以下；
（3）用精抛光布对步骤（2）中抛光后的硅片进行精抛光，精抛光使用的精抛光液是将抛光原液（厂家：FUJIMI；型号：3108；成分：10wt%的二氧化硅胶粒与90wt%的纯水，二氧化硅胶粒粒径为30-40 nm）用纯水稀释至二氧化硅胶粒浓度为0.25 wt%，pH值为9-10，控制流量为1L/min，精抛光压力为12 kPa，硅片圆心位于抛光盘1/2半径处，抛光盘与压力头转速为25 rpm，转动方向相同，精抛光时间为150 s，精抛光过程中温度控制在32℃以下；
（4）将步骤（3）精抛光后的硅片用SC-1清洗液（由29wt%的氨水、31wt%的双氧水和纯水按体积比1:2:20混合而成）在50℃下预清洗10 min，之后在纯水槽中进行QDR冲洗3次，最后在干燥槽内进行干燥，得到成品硅片。
实施例2
本实施例提供一种硅片的制备方法，包括如下步骤：
（1）机械手抓取陶瓷片放置在上料对中台上，对中后陶瓷片圆心与压力头吸附垫圆心偏离范围控制在0.5mm以内，陶瓷片能够顺利的吸附在压力头上；用陶瓷片对中抛光布进行修平处理，修平处理时陶瓷片与中抛光布之间的压力为20 kPa，陶瓷片圆心位于抛光盘1/2半径处，抛光盘与压力头转速为35 rpm，转动方向相同，修平处理时间为40 min，修平处理过程中使用纯水以1 L/min的流量冲洗中抛光布；
（2）机械手抓取边缘抛光后的硅片放置在上料对中台上，对中后硅片圆心与压力头吸附垫圆心偏离范围控制在0.5mm以内，硅片能够顺利的吸附在压力头上；用步骤（1）修平处理后的中抛光布对硅片进行中抛光，中抛光使用的中抛光液是将抛光原液（厂家：FUJIMI；型号：1306；成分：20wt%的二氧化硅胶粒与80wt%的纯水，二氧化硅胶粒粒径为40-50 nm）用纯水稀释至二氧化硅胶粒浓度为0.8 wt%，pH值为10-11，控制流量为1.5 L/min，中抛光压力为10 kPa，硅片圆心位于抛光盘1/2半径处，抛光盘与压力头转速为20 rpm，转动方向相同，中抛光时间为180 s，中抛光过程中温度控制在35℃以下；
（3）用精抛光布对步骤（2）中抛光后的硅片进行精抛光，精抛光使用的精抛光液是将抛光原液（厂家：FUJIMI；型号：3108；成分：10wt%的二氧化硅胶粒与90wt%的纯水，二氧化硅胶粒粒径为30-40 nm）用纯水稀释至二氧化硅胶粒浓度为0.3 wt%，pH值为9-10，控制流量为1.5 L/min，精抛光压力为10 kPa，硅片圆心位于抛光盘1/2半径处，抛光盘与压力头转速为20 rpm，转动方向相同，精抛光时间为180 s，精抛光过程中温度控制在32℃以下；
（4）将步骤（3）精抛光后的硅片用SC-1清洗液（由29%的氨水、31%的双氧水和纯水按体积比1:2:10混合而成）在70℃下预清洗7 min，之后在纯水槽中进行QDR冲洗5次，最后在干燥槽内进行干燥，得到成品硅片。
实施例3
本实施例提供一种硅片的制备方法，包括如下步骤：
（1）机械手抓取陶瓷片放置在上料对中台上，对中后陶瓷片圆心与压力头吸附垫圆心偏离范围控制在0.5mm以内，陶瓷片能够顺利的吸附在压力头上；用陶瓷片对中抛光布进行修平处理，修平处理时陶瓷片与中抛光布之间的压力为30 kPa，陶瓷片圆心位于抛光盘1/2半径处，抛光盘与压力头转速为45 rpm，转动方向相同，修平处理时间为20 min，修平处理过程中使用纯水以3 L/min的流量冲洗中抛光布；
（2）机械手抓取边缘抛光后的硅片放置在上料对中台上，对中后硅片圆心与压力头吸附垫圆心偏离范围控制在0.5mm以内，硅片能够顺利的吸附在压力头上；用步骤（1）修平处理后的中抛光布对硅片进行中抛光，中抛光使用的中抛光液是将抛光原液（厂家：FUJIMI；型号：1306；成分：20wt%的二氧化硅胶粒与80wt%的纯水，二氧化硅胶粒粒径为40-50 nm）用纯水稀释至二氧化硅胶粒浓度为0.5 wt%，pH值为10-11，控制流量为2L/min，中抛光压力为15 kPa，硅片圆心位于抛光盘1/2半径处，抛光盘与压力头转速为30 rpm，转动方向相同，中抛光时间为120 s，中抛光过程中温度控制在35℃以下；
（3）用精抛光布对步骤（2）中抛光后的硅片进行精抛光，精抛光使用的精抛光液是将抛光原液（厂家：FUJIMI；型号：3108；成分：10wt%的二氧化硅胶粒与90wt%的纯水，二氧化硅胶粒粒径为30-40 nm）用纯水稀释至二氧化硅胶粒浓度为0.2 wt%，pH值为9-10，控制流量为2L/min，精抛光压力为15 kPa，硅片圆心位于抛光盘1/2半径处，抛光盘与压力头转速为30 rpm，转动方向相同，精抛光时间为120 s，精抛光过程中温度控制在32℃以下；
（4）将步骤（3）精抛光后的硅片用SC-1清洗液（由29wt%的氨水、31wt%的双氧水和纯水按体积比2:0.5:10混合而成）在80℃下预清洗6 min，之后在纯水槽中进行QDR冲洗3次，最后在干燥槽内进行干燥，得到成品硅片。
实施例4
本施例提供一种硅片的制备方法，与实施例1的区别仅在于，步骤（1）中修平处理时的压力为15 kPa。
对比例1
本对比例提供一种硅片的制备方法，与实施例1的区别仅在于，不进行步骤（1），步骤（2）中直接使用未修平处理的中抛光布对硅片进行中抛光。
使用参数检测设备（KT-WAFERSIGHT）对上述实施例和对比例制备的硅片的几何参数进行检测。
其中，实施例1制备的硅片的形貌如图1所示，对比例1制备的硅片的形貌如图2所示。从图1和图2可以看出，对比例1制备的硅片边缘出现了塌边情况，测得的E-SFQR值最大达到了62.03 nm；而实施例1制备的硅片边缘几乎不存在塌边情况，测得的E-SFQR最大值为24.79nm，边缘平整度得到了提高。
实施例1-4和对比例1的各项几何参数如下表1所示：
表1 硅片几何参数表
从表1的实验结果可以看出，实施例1-4制备的硅片的GBIR值、SFQR值、E-SFQR值和ZDD绝对值均明显低于对比例1制备的硅片，表明本发明的方法能够有效减轻硅片中抛光后边缘塌边的问题，提高硅片的平整度，提高硅片的品质。
其中，实施例4由于修平处理的压力偏低，导致修平效果不充分，制备的硅片的GBIR值、SFQR值、E-SFQR值和ZDD绝对值比实施例1有所增大，但仍明显优于对比例1不进行修平处理得到的硅片，证明增加修平处理对于减轻硅片中抛光后塌边的问题是有效的。
以上所述仅是本公开的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本公开。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本公开的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本公开将不会被限制于本文所述的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (10)
1.一种硅片的中抛光方法，其特征在于，所述中抛光方法包括如下步骤：
用陶瓷片对中抛光布进行修平处理；
用修平处理后的中抛光布对边缘抛光后的硅片进行中抛光。
2.根据权利要求1所述的中抛光方法，其特征在于，所述陶瓷片的平行度≤1μm，表面粗糙度≤0.15μm。
3.根据权利要求1所述的中抛光方法，其特征在于，所述修平处理时的压力为20-30kPa，抛光盘与压力头的转速为35-45 rpm，时间为20-40 min；
和/或，所述修平处理过程中，使用纯水对所述中抛光布进行冲洗；
和/或，所述修平处理过程中，纯水的流量为1-3 L/min。
4.根据权利要求1所述的中抛光方法，其特征在于，所述中抛光布的邵氏硬度A为55-65；
和/或，所述中抛光时的压力为10-15 kPa，抛光盘与压力头的转速为20-30 rpm，时间为120-180 s，温度为35℃以下；
和/或，所述中抛光过程中使用的中抛光液为含0.5-0.8 wt%二氧化硅胶粒的水溶液，pH为10-11；所述中抛光液中二氧化硅胶粒的粒径为40-50 nm；
和/或，所述中抛光过程中使用的中抛光液的流量为1-2 L/min。
5.根据权利要求1所述的中抛光方法，其特征在于，所述硅片的直径为12英寸；
和/或，所述硅片的材质为单晶硅。
6.一种硅片的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：
（1）按照权利要求1-5任一项所述的中抛光方法，对边缘抛光后的硅片进行中抛光；
（2）用精抛光布对步骤（1）中抛光后的硅片进行精抛光；
（3）将步骤（2）精抛光后的硅片清洗，干燥后，得到成品硅片。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述精抛光布的邵氏硬度A为25-40。
8.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述精抛光的压力为10-15 kPa，抛光盘与压力头的转速为20-30 rpm，时间为120-180 s，温度为32℃以下；
和/或，所述精抛光过程中使用的精抛光液为含0.2-0.3 wt%二氧化硅胶粒的水溶液，pH为9-10；所述精抛光液中二氧化硅胶粒的粒径为30-40 nm；
和/或，所述精抛光过程中使用的精抛光液的流量为1-2 L/min。
9.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，步骤（3）中所述清洗的步骤包括：使用SC-1清洗液在50-80℃下对步骤（2）精抛光后的硅片进行预清洗6-10 min，然后用纯水冲洗3次以上；
所述SC-1清洗液为含1-5 wt% NH3和1-5 wt% H2O2的水溶液。
10.一种硅片，其特征在于，由权利要求6-9任一项所述的制备方法制备得到。
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