[發(fā)明專利]一種可獲得高拋光速率的單晶硅晶圓片拋光工藝

有效

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• 申請日: 2012-12-12
• 公開（公告）號: CN102962756A
• 公開（公告）日: 2013-03-13
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王丹;垢建秋;劉建偉;孫晨光;武衛(wèi)
• 申請（專利權(quán)）人: 天津中環(huán)領(lǐng)先材料技術(shù)有限公司
• 主分類號: B24B29/02
• 分類號: B24B29/02
• 代理公司: 天津中環(huán)專利商標(biāo)代理有限公司 12105
• 代理人: 王鳳英

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及半導(dǎo)體單晶硅晶圓拋光片的有蠟拋光技術(shù)，尤其涉及一種可獲得高拋光速率的單晶硅晶圓片拋光工藝。

背景技術(shù)

隨著中國經(jīng)濟的騰飛和國內(nèi)IC產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，對半導(dǎo)體器件的襯底材料單晶硅晶圓拋光片有著旺盛的需求。拋光產(chǎn)能是單晶硅晶圓拋光片生產(chǎn)的關(guān)鍵指標(biāo)，提高拋光產(chǎn)能可攤薄固定成本，降低生產(chǎn)成本，也有利于滿足日益增長的市場需要。

有蠟拋光較之無蠟拋光，因其在拋光表面平整度的優(yōu)勢成為國際拋光片生產(chǎn)廠商的主流技術(shù)。此類拋光機一般是貼片動作比拋光時間要快，要發(fā)揮設(shè)備的最大產(chǎn)能的關(guān)鍵就在于縮短拋光時間。拋光一般分為三步，分別為上載、拋光及下載，其中上載及下載時間基本固定，速率基本無可提升的空間；因此，只有拋光速率是提高拋光產(chǎn)能的主要因素之一。拋光時間、去除量及拋光速率三者的關(guān)系式為：拋光時間=去除量÷拋光速率。

此外，在拋光環(huán)節(jié)，一般包括粗拋光、中拋光、精拋光三步。粗拋主要用于去除由前道工序產(chǎn)生的損傷層，其去除速率最大；中拋光和精拋光去除速率較粗拋光低很多，而中拋光和精拋光主要用于修復(fù)粗拋光的應(yīng)力損傷，去除速率不能過高，所以中拋光和精拋光的去除速率無太大提升空間。

綜上所述，提高粗拋拋光速率是提高拋光產(chǎn)能的最主要因素之一。

發(fā)明內(nèi)容

硅片的化學(xué)機械拋光是一個復(fù)雜的多項反應(yīng)過程，存在兩個動力學(xué)過程：拋光首先進行的是，使吸附在拋光布上的拋光液中的氧化劑、催化劑等與單晶片（硅片）表面的硅原子在硅片表面進行氧化還原的動力學(xué)過程。其次，拋光表面反應(yīng)物脫離硅單晶表面的解吸過程，即使未反應(yīng)的硅單晶重新裸露出來的動力學(xué)過程。它是控制拋光速率的另一個重要過程。拋光液中二氧化硅膠體與快速轉(zhuǎn)動的軟性拋光布間的機械摩擦作用，將硅片表面已形成的可溶性硅酸鹽層擦去，進入流動的拋光液而被排走，從而硅片露出新的表面層，繼續(xù)與NaOH反應(yīng)生成硅酸鹽。在拋光過程中，化學(xué)腐蝕與機械摩擦兩種作用就這樣交替、循環(huán)地進行，當(dāng)化學(xué)腐蝕和機械摩擦兩種作用趨于動態(tài)平衡時、達到去除硅片表面因前工序殘余的應(yīng)力損傷，從而獲得一個平整、光亮、無損傷，幾何尺寸精度高的鏡面。影響拋光速率及拋光片表面質(zhì)量的因素眾多，如拋光液的氧化劑、PH調(diào)節(jié)劑、催化劑、拋動墊的磨料濃度與粒度、拋光機臺時的流量、壓力以及拋光溫度等。因此獲得高拋光速率的關(guān)鍵是優(yōu)化拋光工藝以獲得化學(xué)平衡。

本發(fā)明就是針對影響拋光的各個因素進行試驗分析，使拋光第二步在最短時間去除最大量，找出最佳的拋光效果。因此，特別提供一種可獲得高拋光速率的單晶硅晶圓片拋光工藝。

本發(fā)明采取的技術(shù)方案是：一種可獲得高拋光速率的單晶硅晶圓片拋光工藝，其特征在于，在粗拋光工藝中采用美國杜邦SR330粗拋光液，將該粗拋光液與純水稀釋比例為1:20～1:40，稀釋后的粗拋光液流量為24.0±0.5L/min，并采用羅門哈斯SUBA600拋光墊，所述粗拋光工藝分成三個步驟進行拋光，其各個步驟設(shè)定的工藝參數(shù)如下：

步驟一：使用粗拋光液進行拋光，拋光時間10s；大盤轉(zhuǎn)速25±2rpm；中心導(dǎo)輪轉(zhuǎn)速50±2rpm；壓力50±3kPa；

步驟二：使用粗拋光液進行拋光，拋光時間10±3?min；大盤轉(zhuǎn)速40±2rpm；中心導(dǎo)輪轉(zhuǎn)速80±2rpm；壓力150±50kPa；步驟三：使用純水進行拋光，拋光時間40s；大盤轉(zhuǎn)速25±2rpm；中心導(dǎo)輪轉(zhuǎn)速50±2rpm；壓力50±3kPa。?

在拋光過程中，通過采用在本工藝中與單晶硅晶圓片起相互配合作用的粗拋光液、拋光墊，其拋光溫度可以達到52至57℃，遠高于同行業(yè)間30～35℃的拋光溫度。在這種條件下，分子熱運動加快，化學(xué)腐蝕與機械摩擦作用都獲得加速，因此拋光速率獲得提升。

本發(fā)明有益效果是：采用本工藝加工的拋光片，去除速率能夠達到1.83～2.09μm/min，遠高于同行業(yè)1μm/min的平均水平，同時合格率可以穩(wěn)定達到90％以上；拋光片產(chǎn)能的提升降低了固定成本，從而滿足國內(nèi)外市場的需求。

具體實施方式

以下結(jié)合實施例對本發(fā)明作進一步說明：

實施例：6英寸（直徑150mm）直拉硅化腐片，電阻率：15-25Ω.cm，厚度：625μm，數(shù)量：1024片。

加工設(shè)備：有蠟貼片機，單面拋光機。

輔助材料：拋光蠟、陶瓷盤、粗拋光液、粗拋光布。

加工過程如下：

①將單晶硅晶圓片送入貼片機上料臺，貼片機自動對單晶硅晶圓片進行噴蠟，并將其貼附在陶瓷盤上，貼片結(jié)束后自動傳送到拋光機上準(zhǔn)備拋光。