[发明专利]一种可获得高抛光速率的单晶硅晶圆片抛光工艺

说明书

技术领域

本发明涉及半导体单晶硅晶圆抛光片的有蜡抛光技术，尤其涉及一种可获得高抛光速率的单晶硅晶圆片抛光工艺。

背景技术

随着中国经济的腾飞和国内IC产业的发展，对半导体器件的衬底材料单晶硅晶圆抛光片有着旺盛的需求。抛光产能是单晶硅晶圆抛光片生产的关键指标，提高抛光产能可摊薄固定成本，降低生产成本，也有利于满足日益增长的市场需要。

有蜡抛光较之无蜡抛光，因其在抛光表面平整度的优势成为国际抛光片生产厂商的主流技术。此类抛光机一般是贴片动作比抛光时间要快，要发挥设备的最大产能的关键就在于缩短抛光时间。抛光一般分为三步，分别为上载、抛光及下载，其中上载及下载时间基本固定，速率基本无可提升的空间；因此，只有抛光速率是提高抛光产能的主要因素之一。抛光时间、去除量及抛光速率三者的关系式为：抛光时间=去除量÷抛光速率。

此外，在抛光环节，一般包括粗抛光、中抛光、精抛光三步。粗抛主要用于去除由前道工序产生的损伤层，其去除速率最大；中抛光和精抛光去除速率较粗抛光低很多，而中抛光和精抛光主要用于修复粗抛光的应力损伤，去除速率不能过高，所以中抛光和精抛光的去除速率无太大提升空间。

综上所述，提高粗抛抛光速率是提高抛光产能的最主要因素之一。

发明内容

硅片的化学机械抛光是一个复杂的多项反应过程，存在两个动力学过程：抛光首先进行的是，使吸附在抛光布上的抛光液中的氧化剂、催化剂等与单晶片（硅片）表面的硅原子在硅片表面进行氧化还原的动力学过程。其次，抛光表面反应物脱离硅单晶表面的解吸过程，即使未反应的硅单晶重新裸露出来的动力学过程。它是控制抛光速率的另一个重要过程。抛光液中二氧化硅胶体与快速转动的软性抛光布间的机械摩擦作用，将硅片表面已形成的可溶性硅酸盐层擦去，进入流动的抛光液而被排走，从而硅片露出新的表面层，继续与NaOH反应生成硅酸盐。在抛光过程中，化学腐蚀与机械摩擦两种作用就这样交替、循环地进行，当化学腐蚀和机械摩擦两种作用趋于动态平衡时、达到去除硅片表面因前工序残余的应力损伤，从而获得一个平整、光亮、无损伤，几何尺寸精度高的镜面。影响抛光速率及抛光片表面质量的因素众多，如抛光液的氧化剂、PH调节剂、催化剂、抛动垫的磨料浓度与粒度、抛光机台时的流量、压力以及抛光温度等。因此获得高抛光速率的关键是优化抛光工艺以获得化学平衡。

本发明就是针对影响抛光的各个因素进行试验分析，使抛光第二步在最短时间去除最大量，找出最佳的抛光效果。因此，特别提供一种可获得高抛光速率的单晶硅晶圆片抛光工艺。

本发明采取的技术方案是：一种可获得高抛光速率的单晶硅晶圆片抛光工艺，其特征在于，在粗抛光工艺中采用美国杜邦SR330粗抛光液，将该粗抛光液与纯水稀释比例为1:20～1:40，稀释后的粗抛光液流量为24.0±0.5L/min，并采用罗门哈斯SUBA600抛光垫，所述粗抛光工艺分成三个步骤进行抛光，其各个步骤设定的工艺参数如下：

步骤一：使用粗抛光液进行抛光，抛光时间10s；大盘转速25±2rpm；中心导轮转速50±2rpm；压力50±3kPa；

步骤二：使用粗抛光液进行抛光，抛光时间10±3 min；大盘转速40±2rpm；中心导轮转速80±2rpm；压力150±50kPa；步骤三：使用纯水进行抛光，抛光时间40s；大盘转速25±2rpm；中心导轮转速50±2rpm；压力50±3kPa。 

在抛光过程中，通过采用在本工艺中与单晶硅晶圆片起相互配合作用的粗抛光液、抛光垫，其抛光温度可以达到52至57℃，远高于同行业间30～35℃的抛光温度。在这种条件下，分子热运动加快，化学腐蚀与机械摩擦作用都获得加速，因此抛光速率获得提升。

本发明有益效果是：采用本工艺加工的抛光片，去除速率能够达到1.83～2.09μm/min，远高于同行业1μm/min的平均水平，同时合格率可以稳定达到90％以上；抛光片产能的提升降低了固定成本，从而满足国内外市场的需求。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明作进一步说明：

实施例：6英寸（直径150mm）直拉硅化腐片，电阻率：15-25Ω.cm，厚度：625μm，数量：1024片。

加工设备：有蜡贴片机，单面抛光机。

辅助材料：抛光蜡、陶瓷盘、粗抛光液、粗抛光布。

加工过程如下：

①将单晶硅晶圆片送入贴片机上料台，贴片机自动对单晶硅晶圆片进行喷蜡，并将其贴附在陶瓷盘上，贴片结束后自动传送到抛光机上准备抛光。