本发明涉及一种获得亲水性表面的抛光硅片加工方法，属于半导体材料
技术领域：
。
背景技术：
：半导体硅片是现代超大规模集成电路的主要衬底材料，一般通过单晶生长、滚磨、切片、倒角、研磨、腐蚀、背面处理(喷砂、多晶或二氧化硅的一种或多种)、抛光、清洗、检测与包装等工艺过程制造而成的集成电路级半导体硅片。利用化学机械抛光(chemicalmechanicalpolishing，简称cmp)技术对硅片表面进行平坦化处理是目前最普遍的获得半导体材料表面的平整技术，已成为集成电路制造技术进入深亚微米以后技术时代必不可少的工艺步骤之一。化学机械抛光综合了化学抛光无损伤和机械抛光易获平整、光亮表面的特点。在硅片的抛光过程中，化学腐蚀和机械摩擦两种作用交替、循环地进行，达到去除硅片表面因前工序残余的机械损伤，从而获得一个平整、光亮、无损伤、几何精度高的镜面。通常硅片的抛光可分为粗抛、中抛、精抛三个步骤。粗抛的目的是将研磨造成的损伤层和畸变层高效率的去除，并达到一定的平整度，对粗抛的要求是在保证平整度的情况下，实现高效率、高速率；中抛的主要任务是去除粗抛过程存在的损伤层，进一步改善硅片的平整度和降低硅片表面的粗糙度；而精抛的主要任务是去除中抛过程存在的损伤层，实现表面低粗糙度，且在强聚光照垂射下，无雾出现。精抛是硅片加工的最后一个环节，精抛结果的好坏直接影响到器件的电特性。随着超大规模集成电路的发展，集成度的不断提高以及线宽的不断减小，硅片直径的增大，对硅片表面的完美性要求越来越高，抛光硅片的表面允许残留的颗粒数量和直径越来越小。抛光硅片表面的颗粒会引起后道器件图形缺陷、外延缺陷、影响布局的完整性，是高成品率的最大障碍。因此，硅片表面颗粒的控制，是硅片加工过程的关键。抛光硅片的表面颗粒水平与清洗机的清洗能力、环境的洁净度及化学气氛水平、装硅片的片盒洁净度以及硅片的抛光过程等因素相关。而经清洗后抛光硅片的表面颗粒水平与抛光完成后的表面是否呈亲水性有非常大的关系。如果硅片抛光完成后表面呈疏水性，含有少量抛光液的纯水在硅片表面容易凝结成水珠，在硅片表面不能形成水膜，会在硅片表面附着异物，硅片经rca清洗液兆声清洗后表面的颗粒水平也大幅下降，同时抛光液中的强碱使硅片表面蚀刻不均造成雾度不均，严重时会产生slurrymark(抛光液腐蚀硅片表面产生的痕迹)，给正常生产造成了极大困扰和良率损失，所以在硅片精抛完成后表面呈亲水性是极其重要的。影响精抛完成后表面是否亲水的因素较多，如精抛布寿命、精抛光垫和精抛光液种类、精抛光液的配比、精抛布的预处理(“活化处理”)等等。目前，为了获得亲水性的抛光片表面，通常的做法是在精抛步骤的第四阶段增加活性剂抛光。但在实际的生产过程中，通过此方法获得的亲水性表面不是非常稳定，硅片表面经常呈半亲水半疏水状态(硅片表面的一部分呈现亲水性，而一部分呈现疏水性，尤其是硅片边缘部分)，颗粒良率的波动也较大。因此采用不同的抛光工艺方法对于抛光硅片的亲水性及硅片的表面颗粒水平有着很大的影响，抛光工艺有着不断改进和完善的空间。技术实现要素：本发明的目的在于提供一种获得亲水性表面的抛光硅片加工方法，以解决用现有抛光加工方法获得的亲水性表面不稳定的问题，从而提高抛光硅片表面的颗粒水平并提升产品的良率，该方法操作简单、有效、适合批量生产。为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种获得亲水性表面的抛光硅片加工方法，该方法包括利用抛光布(抛光垫)、抛光液对硅片进行化学机械抛光(cmp)处理的过程，该过程包括粗抛步骤、中抛步骤和精抛步骤；粗抛步骤、中抛步骤和精抛步骤分别按四个阶段进行，其中，第一阶段至第三阶段均采用抛光液抛光，第四阶段均采用纯水进行抛光；中抛步骤和精抛步骤中所采用的研磨剂为平均粒径在3-80nm的sio2颗粒的碱性抛光液，胶体状抛光原液用纯水进行稀释，稀释比例为1∶(20-100)；精抛步骤的第四阶段抛光时间控制在0-15s；在完成精抛步骤后，将抛光硅片浸泡到含有0.02％～1％表面活性剂的纯水中。本发明的方法在中抛步骤中使用与精抛步骤相同的精抛液，主要是通过大幅改善硅片表面的粗糙度的方式来弱化slurrymark的影响。硅片表面粗糙度降低与硅片表面呈亲水性，在显微镜下将无法观察到slurrrymark，本发明可实现100％产品无slurrymark。硅片表面的亲水性，可杜绝抛光液对硅片表面局部的腐蚀，而抛光液均匀腐蚀硅片表面只会使抛光片的表面粗糙度稍微变差。本发明也大幅改善了硅片表面的粗糙度。优选地，中抛步骤和精抛步骤采用的研磨剂中含有分子量为400,000以上的水溶性纤维素、以及氨的碱性化合物。水溶性纤维素可以在硅片表面上起到亲水性的作用。优选地，在中抛步骤中，抛光液流量为4-10l/min；第二阶段的抛光压力控制在150-250g/cm2，第二阶段的抛光机的大盘与抛光头转速均控制在30-50rpm，第二阶段的抛光时间控制在3-12min；第四阶段纯水抛光时间为0.5-2min，纯水流量为4-15l/min；优选地，所述精抛步骤中所采用的精抛光布在使用前进行活化处理，该活化处理为：将精抛步骤中所采用的抛光液打到抛光布上，用一个尼龙刷盘对精抛光布进行刷布，刷布时抛光机的大盘与抛光头转速均控制在15～40rpm之间，用抛光液刷布的时间控制在10-120min，关闭抛光液，用纯水进行刷布2min后即可完成精抛光布的活化处理。优选地，所述精抛步骤的各阶段温度控制在17℃-30℃，抛光机的大盘与抛光头转速均控制在15-40rpm，第二阶段的抛光压力控制在50-150g/cm2。优选地，在完成精抛步骤后，为了改善硅片的表面亲水性，立即将抛光硅片浸泡到含有表面活性剂的纯水中，浸泡时间大于2min，纯水的温度控制在13-23℃。这个过程除了改善硅片表面的亲水性外(用表面活性剂浸泡)，通过降低硅片保管水槽的温度，减少抛光液对硅片表面的腐蚀产生slurrrymark。本发明的优点在于：采用本发明，可获得亲水性更佳的抛光片表面，从而改善抛光硅片rca清洗后的表面颗粒水平。具体实施方式下面结合实施例对本发明做进一步说明，但本发明的实施方式不限于此。本发明的抛光硅片加工方法包括粗抛步骤、中抛步骤和精抛步骤；粗抛步骤、中抛步骤和精抛步骤分别按四个阶段进行，其中，第一阶段至第三阶段均采用抛光液抛光，第四阶段均采用纯水进行抛光。在完成精抛步骤后，立即将抛光硅片浸泡到含有表面活性剂的纯水中。其中，粗抛步骤的第一阶段至第三阶段的抛光液可采用研磨剂为平均粒径在20-200nm的sio2颗粒的碱性抛光液，例如可以选择牌号有为nalco2371、nalco2354、nalco2358、sp2000，深圳力合5050等的抛光液，可以从市场购得。中抛步骤和精抛步骤中所采用的研磨剂可选用日本fujimicorp的glanzox3950、glanzox3900和nittahaaselectronicsmaterialscorp的np8040w、ls-10等型号抛光液中的一种。精抛步骤采用的精抛光布可以选择nittahaaselectronicsmaterialscorp的ur-100、politex和日本千代田株式会社的ciegal7355等型号抛光布中的一种。表面活性剂可选用河北工业大学微电子研究所研制的fa/o表面活性、wakopurechemicalindustriesltdncw1001与1002、江阴化学试剂厂有限公司3f等型号活性剂中的一种。精抛液np8040w中sio2的固含量为6.5-8.5％，本实施例使用的精抛光液sio2的固含量为7.6％。np8040w抛光液中sio2颗粒的平均粒径为60-80nm，本次实施例使用的精抛光液中sio2颗粒的平均粒径为69.6nm。力合5050抛光液中sio2的固含量为30-40％，本实施例使用的精抛光液sio2的固含量为33％。力合5050抛光液中sio2颗粒的平均粒径为50-120nm，本实施例使用的精抛光液中sio2颗粒的平均粒径为114.3nm。实施例：对8英寸725μm厚重掺砷硅片的有蜡抛光工艺实验硅片：8英寸直拉酸腐蚀片：型号与晶向n<111>；电阻率：0.002-0.005ω·cm；厚度：740μm；数量：40片。加工设备：单面抛光机、有蜡贴片机、倒片机、理片机、贴片前清洗机、抛光片兆声清洗机、抛光片表面颗粒测试仪sp1等。辅助材料：液体蜡、陶瓷盘、抛光液、粗抛布、中抛布、精抛布、双氧水、氨水、盐酸、ipa、pfa花篮、尼龙刷盘、纯水(电阻率＞18mω·cm)等。如果是新贴的精抛光布，在抛光产品用前需要对精抛光布进行活化处理。本实施例中的活化处理步骤为：按np8040w与纯水的体积比为1∶60配制精抛光液，将精抛光液打到抛光布上，用一个尼龙刷盘对精抛光布进行刷布，刷布时抛光机的大盘与抛光头转速均控制在35rpm，用精抛光液刷布的时间控制在60min左右，关闭精抛光液，用纯水进行刷布2min。在硅片保管水槽内，加入适量的纯水与fa/o表面活性剂，fa/o表面活性剂与纯水的体积比为1∶300，水槽内的水温控制在18℃左右。用贴片前清洗机对硅片进行贴片前清洗，将装有待抛光硅片的花篮放到贴片机上料台，贴片机自动对硅片背面进行喷蜡，并将其贴附在陶瓷盘上，贴片结束后，陶瓷板传送单元自动将陶瓷盘传送到抛光机上。抛光工艺参数设定：1、粗抛光：使用粗抛机，依次用粗抛机-1和粗抛机-2进行两次粗抛光，每次粗抛光分四个阶段设定工艺参数：粗抛光抛光时间抛光压力(kpa)抛光液/纯水抛光液流量(l/min)第一阶段15s90抛光液9.5第二阶段12min330抛光液9.5第三阶段1min150抛光液9.5第四阶段120s70纯水13其中，第一阶段至第三阶段中所用抛光液是由深圳力合5050与纯水的体积比为1∶13配制而成的抛光液，抛光过程的温度控制在26-40℃，粗抛布选用nittahaaselectronicsmaterialscorpsuba600。2、中抛光：中抛光四个阶段设定工艺参数：其中，其中，第一阶段至第三阶段中所用抛光液是由np8040w与纯水按体积比1∶60配制而成的抛光液，中抛过程的各阶段温度控制在25℃-35℃，中抛布选用nittahaaselectronicsmaterialscorpsuba400。3、精抛光：精抛光四个阶段设定工艺参数：其中，第一阶段至第三阶段中所用抛光液是由np8040w与纯水按体积比1∶60配制而成的抛光液，精抛过程的各阶段温度控制在17℃-30℃，精抛布采用日本千代田株式会社的ciegal7355。抛光过程：依次进行粗抛光、中抛光、精抛光三个步骤。抛光完成后，抛光机卸片装置进行自动卸片。在卸片过程中可目视观察抛光片正表面是否亲水，记录每一片硅片正表面的亲水性，8英寸重掺砷抛光硅片表面实际亲水性指标见表1。该检测结果表明，采取本方法可获得亲水性表面。表18英寸重掺砷抛光硅片表面实际亲水性指标位置亲水片数不亲水片数表面亲水的比例硅片的中间区域400100％硅片的边缘区域400100％卸片全部完成后取下装满抛光片的pfa花篮，立即将抛光硅片放入已经准备好的保管水槽中(内有表面活性剂)，浸泡5min。将二篮硅片依次进行去蜡清洗和最终清洗，用倒片机将硅片倒入出厂包装盒内，用理片机理好参考面，最后用抛光片表面颗粒测试仪sp1对40片硅片进行颗粒测试，8英寸重掺砷抛光硅片表面颗粒(lpd)实际指标见表2。该检测结果表明，采取本方法可获得高质量的大直径抛光硅片。表28英寸重掺砷抛光硅片颗粒实际指标≥0.12微米的颗粒(lpd)平均个数2.63≥0.16微米的颗粒(lpd)平均个数1.14≥0.2微米的颗粒(lpd)平均个数0.61以上抛光工艺采用的抛光机均为本行业通用设备。当前第1页1 2 3
技术特征：1.一种获得亲水性表面的抛光硅片加工方法，其特征在于，该方法包括利用抛光布、抛光液对硅片进行化学机械抛光处理的过程，该过程包括粗抛步骤、中抛步骤和精抛步骤；粗抛步骤、中抛步骤和精抛步骤分别按四个阶段进行，其中，第一阶段至第三阶段均采用抛光液抛光，第四阶段均采用纯水进行抛光；中抛步骤和精抛步骤中所采用的研磨剂为平均粒径在3-80nm的sio2颗粒的碱性抛光液，胶体状抛光原液用纯水进行稀释，稀释比例为1∶(20-100)；精抛步骤的第四阶段抛光时间控制在0-15s；在完成精抛步骤后，将抛光硅片浸泡到含有0.02％～1％表面活性剂的纯水中。
2.根据权利要求1所述的获得亲水性表面的抛光硅片加工方法，其特征在于，中抛步骤和精抛步骤采用的研磨剂中含有分子量为400,000以上的水溶性纤维素、以及氨的碱性化合物。
3.根据权利要求1所述的获得亲水性表面的抛光硅片加工方法，其特征在于，在中抛步骤中，抛光液流量为4-10l/min；第二阶段的抛光压力控制在150-250g/cm2，第二阶段的抛光机的大盘与抛光头转速均控制在30-50rpm，第二阶段的抛光时间控制在3-12min；第四阶段纯水抛光时间为0.5-2min，纯水流量为4-15l/min。
4.根据权利要求1所述的获得亲水性表面的抛光硅片加工方法，其特征在于，所述精抛步骤中所采用的精抛光布在使用前进行活化处理，该活化处理为：将精抛步骤中所采用的抛光液打到抛光布上，用一个尼龙刷盘对精抛光布进行刷布，刷布时抛光机的大盘与抛光头转速均控制在15～40rpm之间，用抛光液刷布的时间控制在10-120min，关闭抛光液，用纯水进行刷布2min后即可完成精抛光布的活化处理。
5.根据权利要求1所述的获得亲水性表面的抛光硅片加工方法，其特征在于，所述精抛步骤的各阶段温度控制在17-30℃，抛光机的大盘与抛光头转速均控制在15-40rpm，第二阶段的抛光压力控制在50-150g/cm2。
6.根据权利要求1所述的获得亲水性表面的抛光硅片加工方法，其特征在于，在完成精抛步骤后，立即将抛光硅片浸泡到含有表面活性剂的纯水中，浸泡时间大于2min，纯水的温度控制在13-23℃。
技术总结本发明公开了一种获得亲水性表面的抛光硅片加工方法。该方法包括利用抛光布、抛光液对硅片进行化学机械抛光处理的过程，该过程包括粗抛步骤、中抛步骤和精抛步骤；粗抛步骤、中抛步骤和精抛步骤分别按四个阶段进行，其中，第一阶段至第三阶段均采用抛光液抛光，第四阶段均采用纯水进行抛光；中抛步骤和精抛步骤中所采用的研磨剂为平均粒径在3‑80nm的SiO2颗粒的碱性抛光液，胶体状抛光原液用纯水进行稀释，稀释比例为1∶(20‑100)；精抛步骤的第四阶段抛光时间控制在0‑15s；在完成精抛步骤后，将抛光硅片浸泡到含有0.02％～1％表面活性剂的纯水中。采用本发明可获得亲水性的抛光片表面，改善硅片RCA清洗后的表面颗粒水平。
技术研发人员：史训达;林霖;刘云霞;周莹莹;徐继平;王磊;李奇;杨少昆;程凤伶;刘佐星
受保护的技术使用者：有研半导体材料有限公司
技术研发日：2018.11.30
技术公布日：2020.06.09
