[發明專利]基于液相拋光環境調控的單晶硅無損拋光方法

有效

• 申請號: 201910573669.2
• 申請日: 2019-06-28
• 公開（公告）號: CN110303385B
• 公開（公告）日: 2021-03-02
• 發明（設計）人: 田野;宋辭;周港;石峰;彭小強
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍國防科技大學
• 主分類號: B24B1/00
• 分類號: B24B1/00;B24B55/00
• 代理公司: 湖南兆弘專利事務所(普通合伙) 43008
• 代理人: 譚武藝

本發明公開了一種基于液相拋光環境調控的單晶硅無損拋光方法，實施步驟包括：將單晶硅工件完全淹沒放置在容器中的拋光液中并進行CCOS拋光加工，且在加工過程中檢測并控制拋光液pH值；將單晶硅工件清洗去除大尺寸顆粒殘留；采用離子束刻蝕工藝去除單晶硅工件表面的微小顆粒殘留。本發明能夠避免現有的單晶硅加工方法中引入大粒徑污染、造成工件表面產生劃痕的問題，加工出的工件表面污染低于檢出限，具有可操作性強、原料來源廣泛、工藝流程簡單的優點。

技術領域

本發明涉及單晶硅工件的無損拋光加工技術，具體涉及一種基于液相拋光環境調控的單晶硅無損拋光方法。

背景技術

當前的單晶硅拋光加工方法一般在空氣中使用納米二氧化硅膠體堿性拋光液，材料去除原理與化學機械拋光相似：在堿性拋光液環境下，單晶硅表層發生化學反應，生成水解產物H₂SiO₃能夠聚合成多硅酸粒子，同時一定比例的H₂SiO₃電離生成SiO₃^2-，在液相中成為硅酸鹽膠體。硅酸鹽硬度低，相對基體材料而言去除相對容易。在拋光過程中，需要對工藝參數和加工環境進行嚴格控制，保證拋光過程中機械作用和化學作用的平衡。

但在空氣中進行單晶硅非球面基底拋光時，由于以下原因，極易在表面產生缺陷：（1）拋光盤無法完全貼合元件表面，造成壓力分布不均勻；（2）光順工藝使用的瀝青拋光墊為粘彈性材料，表面微孔占比遠小于CMP工藝中常用的阻尼布拋光墊，大顆粒一旦嵌入瀝青中就難以被動脫落，會在表面耕犁產生大量劃痕。（3）單晶硅業界普遍使用納米二氧化硅（粒徑50nm）膠體拋光液進行拋光加工。任何微米級的粗大顆粒進入拋光區域都有可能產生劃痕和破壞表面質量。因此，需要對原來的加工工藝進行新的研究改進來解決這些問題。

發明內容

本發明要解決的技術問題：針對現有技術的上述問題，提供一種基于液相拋光環境調控的單晶硅無損拋光方法，本發明能夠避免現有的單晶硅加工方法中引入大粒徑污染、造成工件表面產生劃痕的問題，加工出的工件表面污染低于檢出限，具有可操作性強、原料來源廣泛、工藝流程簡單的優點。

為了解決上述技術問題，本發明采用的技術方案為：

一種基于液相拋光環境調控的單晶硅無損拋光方法，實施步驟包括：

1）將單晶硅工件完全淹沒放置在容器中的拋光液中并進行CCOS拋光加工，且在加工過程中檢測并控制拋光液pH值；在拋光完成后使用無磨料清水拋光過程將表面氧化層均勻的去除；

2）將單晶硅工件清洗去除大尺寸顆粒殘留；

3）采用離子束刻蝕工藝去除單晶硅工件表面的微小顆粒殘留。

優選地，步驟1）中的拋光液為納米二氧化硅膠體拋光液。

優選地，所述納米二氧化硅膠體拋光液中納米二氧化硅的粒徑為50nm。

優選地，步驟1）中控制拋光液pH值具體是指滴入弱堿性碳酸氫鈉pH調節劑調節拋光液pH值。

優選地，步驟1）中在加工過程中檢測并控制拋光液pH值時，pH值被控制在大于10.5且小于11.5的范圍內。

優選地，步驟1）中進行CCOS拋光加工具體是指使用阻尼布拋光盤進行拋光。

優選地，步驟1）之前還包括控制加工環境溫度為25.1℃的步驟。

優選地，步驟1）中進行CCOS拋光加工時還包括控制拋光盤溫度穩定在25.2℃的步驟。

優選地，步驟2）中清洗去除大尺寸顆粒殘留具體是指采用清水清洗去除大尺寸顆粒殘留。

優選地，步驟3）中采用離子束刻蝕工藝去除單晶硅工件表面的微小顆粒殘留時，離子刻蝕工藝中離子能量為600eV。