[发明专利]一种硅晶片循环抛光装置及循环抛光方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体制造领域，特别涉及硅晶片抛光领域。

背景技术

集成电路产业是信息技术产业的核心，国家重要的基础性、先导性和战略性产业。当今半导体工业大多数应用的是基于硅的集成电路。随着集成电路向着微小型化、低功耗和高可靠性方面迈进，作为目前唯一单晶硅的全局平坦化技术，人们对化学机械抛光技术的要求日益提高。

在化学机械抛光过程中主要涉及两个方面的内容：抛光液的选择和抛光工艺的优化。为了提高抛光后硅晶片的表面质量，研究人员将抛光分为粗抛光、细抛光和精抛光三个步骤，并根据不同的步骤开发适应工艺的抛光液。在硅晶片抛光液开发方面，研究人员做了大量的工作，并成功开发出适应不同步骤的抛光液，如专利CN102766406 A、CN102766408 A、CN102093820 A及CN102127373 A等。在工艺的开发方面，各生产厂家也积极探索，如专利CN103144011 A、CN102403212A、CN101733697 B及CN102172878 B等。

实际生产过程中，绝大多数单晶硅抛光液都是循环利用以节约成本。然而，在循环抛光过程中，由于产物的沉积，抛光液PH值变化、磨粒粒径的团聚及不断产生的不溶解的产物等原因，引起循环后抛光液的化学机械平衡被破坏。这些微小的变化会引起抛光后的硅片表面的粗糙度不断地增加，直到产生较严重的腐蚀及划伤等缺陷。为了解决这一问题有两种方案：一是开发新型抛光液，需要向其中加入其他助剂如分散剂、PH稳定剂等，这不仅会带来抛光液体系的不稳定还会带来其他杂质进而影响抛光后的表面质量。二是减少抛光液循环使用的次数，这无疑会带来较大的成本压力。本发明循环抛光装置及方法可以减少循环中抛光产物的沉积，维持抛光体系PH值的稳定，减少大颗粒物的形成。可以有效缓解硅晶片循环抛光过程中粗糙度不稳定的问题，延长抛光液循环使用次数。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的不足,提供一种硅晶片的循环抛光装置及方法。本发明包括化学机械抛光、抛光垫清洗以及抛光液处理三个步骤，使用本发明有效地解决了硅晶片循环抛光过程中粗糙度不稳定的问题，延长抛光液的使用时间。

本发明的一种硅晶片的循环抛光装置，其特征在于，该装置包括抛光液处理系统、抛光系统、抛光垫清洗系统；所述抛光液处理系统包括第一储液槽，在第一储液槽中设有分液漏斗和精密PH计，通过管路与抛光系统连通，在连通管路上设有第一滤芯和第一恒流泵，第二储液槽通过抛光系统的一出液管路与抛光系统连通，第三储液槽通过管路分别与第一、第二储液槽连通，在连通的管路上均设有滤芯第二、第三滤芯和第二、第三恒流泵；所述抛光系统包括抛光头、硅晶片和抛光垫，其上设有两个出液管路；所述抛光垫清洗系统包括第四储液槽和管路，第四储液槽通过管路和抛光系统的一出液管路与抛光系统连通，连通管路上设有第四恒流泵。

本发明的一种硅晶片的循环抛光方法，其特征在该方法包括以下步骤：

首先打开第一恒流泵使配制好的抛光液经过管路和第一滤芯进入抛光系统；

打开抛光系统进行抛光；

在抛光后打开第二恒流泵，使循环后的抛光液经过第二滤芯实现初次过滤；

再打开第三恒流泵，使循环后的抛光液经过第三滤芯实现二次过滤；

待抛光液每次完全回流到第一储液槽后，使用精密PH计测量第一储液槽中循环后抛光液的PH值，并通过分液漏斗及时补加一定浓度的碱性腐蚀剂(乙二胺)至PH值恢复至初始PH值。

在每一次循环抛光完成后，抛光液处理系统的恒流泵停止工作，打开第四恒流泵对抛光垫进行清洗。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

1、应用于本发明的抛光液仅含有碱性腐蚀剂及金属螯合剂，不需要加入其它稳定剂就可以保持抛光过程中抛光液体系的稳定。

2、通过对每一次循环抛光后的PH值进行监控和校正有利于抛光体系的稳定。

3、通过对每一次循环抛光后的PH值进行监控和校正有利于抛光过程中去除速率的稳定和化学机械平衡。

4、通过对每一次循环抛光后使用清洗液对抛光垫的清洗有利于保持抛光垫的洁净，减少沉积在抛光垫上颗粒物对抛光过程的影响。

5、通过过滤系统对对每一次循环抛光后的金属氢氧化物沉淀、硅酸盐沉淀、大颗粒的团聚硅溶胶及其他杂质的过滤，可以维持抛光液磨粒的稳定保证抛光后表面质量的稳定。

附图说明

图1为本发明循环抛光装置示意图。

图2为使用本发明的装置及方法和对比工艺抛光后单晶硅片粗糙度变化示意图。

主要元件符号说明