抛光设备及方法与流程

本发明属于半导体制造设备及制造方法领域，特别是涉及一种抛光设备及方法。

背景技术：

sic材料与第一代半导体材料(ge和si)、第二代半导体材料(gaas、inp等)相比具有更优异的特性，成为第三代半导体材料。同时sic具有优良的热导率，是制造大尺寸、超高亮度白光和蓝光ganled和激光二极管的理想衬底材料，成为光电行业的关键基础材料之一。sic半导体器件具有超强的性能和广阔的应用前景，一直以来受到各国高度重视。

理想的衬底材料基片质量要求sic晶圆具有表面超光滑、无损伤，sic硬度高(莫氏硬度9.2～9.6)和强化学稳定性(最小原子间距为1.8a)，使得其很难抛光加工，表面经常出现一些划痕和损伤，直接影响发光二极管的质量。目前已开发的sic晶圆超精密抛光方法，主要包括化学抛光、催化剂辅助化学抛光、电化学抛光、摩擦化学抛光以及化学机械抛光等。

化学抛光是传统的半导体晶片表面加工技术，属于无磨粒的化学腐蚀过程，如采用hno3、hf与h2o构成抛光液对sic晶圆表面进行抛光。催化剂辅助化学抛光是在化学抛光时使用催化剂从而提高sic材料去除率，属于无磨料加工方式。电化学抛光是电化学氧化和氧化层去除相结合的加工过程。通过控制抛光时的电流密度实现对sic晶圆表面的氧化速率进行控制，进而提高抛光速率。摩擦化学抛光是利用摩擦作用使sic晶圆被加工表面产生化学变化，形成材料去除的抛光方法。化学机械抛光是将加工液对sic晶圆表面的化学作用和磨粒对晶片表面机械作用相结合，从而实现光滑无损伤表面的加工方法，并在第一代和第二代半导体材料加工中得到广泛应用。

传统的sic晶圆抛光设备及方法容易在sic晶圆中产生缺陷或裂纹，从而影响后续制造器件的性能，基于此，提供一种可以有效降低sic晶圆抛光缺陷的抛光设备及方法实属必要。

技术实现要素：

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种抛光设备及方法，用于解决现有技术中sic晶圆抛光设备及方法容易在sic晶圆中产生缺陷或裂纹的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种抛光设备，所述抛光设备包括：催化研磨垫，其表面包含有催化剂；第一旋转装置，连接于所述催化研磨垫，并为所述催化研磨垫提供顺时针与逆时针两种旋转动力；晶圆固定盘，用于固定待研磨晶圆，使得所述待研磨晶圆与所述催化研磨垫接触；第二旋转装置，连接于所述晶圆固定盘，为所述晶圆固定盘及所述待研磨晶圆提供旋转动力，并提供所述待研磨晶圆与所述催化研磨垫的压力；以及电压装置，用于为所述催化研磨垫及所述待研磨晶圆施加电压。

优选地，所述抛光设备还包括一供液装置，用于为所述催化研磨垫提供反应液体。

优选地，所述反应液体包含水(h2o)或过氧化氢(h2o2)的水溶液。

优选地，所述催化剂包括铂(pt)、钯(pd)、钌(ru)、镍(ni)、钴(co)、铬(cr)及钼(mo)所组成的群组中的一种或两种以上组合。

优选地，所述待研磨晶圆包括碳化硅(sic)晶圆及氮化镓(gan)晶圆中的一种。

优选地，所述第二旋转装置提供所述待研磨晶圆与所述催化研磨垫的压力范围为500hpa～2000hpa。

优选地，所述第二旋转装置提供所述晶圆固定盘及所述待研磨晶圆的转速为不大于30rpm。

优选地，所述电压装置为所述催化研磨垫及所述待研磨晶圆施加电压范围为-1.5v～+1.5v。

优选地，所述抛光设备还包括一液体循环系统，包括：容置槽，环绕于所述催化研磨垫，并为所述催化研磨垫提供反应液体；进液装置，用于为所述容置槽提供反应液体；以及排液装置，用于将所述容置槽中的反应液体排出。

进一步地，所述进液装置提供的反应液体包含水(h2o)或过氧化氢(h2o2)的水溶液。

本发明还提供一种抛光方法，包括：1)提供如上任意一方案所述的抛光设备；2)使所述晶圆固定盘及所述待研磨晶圆保持预设转速，使所述待研磨晶圆与所述催化研磨垫保持预设压力，向所述催化研磨垫及所述待研磨晶圆施加预设电压，以及向所述催化研磨垫注入反应液体；3)基于所述第一旋转装置，控制所述催化研磨垫顺时针旋转第一距离，然后控制所述催化研磨垫逆时针旋转第二距离；4)重复进行步骤3)，直至完成对所述待研磨晶圆的抛光。

优选地，所述待研磨晶圆与所述催化研磨垫保持的预设压力范围为500hpa～2000hpa，所述晶圆固定盘及所述待研磨晶圆的预设转速为不大于30rpm，向所述催化研磨垫及所述待研磨晶圆施加的预设电压范围为-1.5v～+1.5v。

优选地，步骤3)中，所述第一旋转装置控制所述催化研磨垫顺时针旋转的第一距离为不大于所述待研磨晶圆的直径，所述第一旋转装置控制所述催化研磨垫逆时针旋转的第二距离为不大于所述待研磨晶圆的直径。

优选地，步骤3)及步骤4)的过程中，所述晶圆固定盘及所述待研磨晶圆保持朝同一方向旋转。

本发明还提供一种抛光方法，包括：1)提供如上任意一方案所述的抛光设备；2)使所述晶圆固定盘及所述待研磨晶圆保持预设转速，使所述待研磨晶圆与所述催化研磨垫保持预设压力，向所述催化研磨垫及所述待研磨晶圆施加预设电压，以及向所述催化研磨垫注入反应液体；3)基于所述第一旋转装置，控制所述催化研磨垫顺时针或逆时针旋转第一距离，然后停止预设之间后，继续控制所述催化研磨垫顺时针或逆时针旋转第二距离，其中，所述第一距离与所述第二距离的旋转方向相同；以及4)重复进行步骤3)，直至完成对所述待研磨晶圆的抛光。

优选地，所述待研磨晶圆与所述催化研磨垫保持的预设压力范围为500hpa～2000hpa，所述晶圆固定盘及所述待研磨晶圆的预设转速为不大于30rpm，向所述催化研磨垫及所述待研磨晶圆施加的预设电压范围为-1.5v～+1.5v。

优选地，步骤3)中，所述第一旋转装置控制所述催化研磨垫旋转的第一距离为不大于所述待研磨晶圆的直径，所述第一旋转装置控制所述催化研磨垫旋转的第二距离为不大于所述待研磨晶圆的直径。

优选地，所述停止的预设时间为1sec～60sec。

优选地，步骤3)及步骤4)的过程中，所述晶圆固定盘及所述待研磨晶圆保持朝同一方向旋转。

如上所述，本发明的抛光设备及方法，具有以下有益效果：

本发明通过提供一种抛光设备，该设备中的第一旋转装置可以为催化研磨垫提供顺时针与逆时针两种旋转动力，同时第二旋转装置可以为晶圆固定盘及待研磨晶圆提供旋转动力及压力，电压装置为催化研磨垫及待研磨晶圆提供电压，实现待研磨晶圆的抛光。同时，催化研磨垫不同于传统的一直朝同一方向连续旋转，本发明将催化研磨垫设计为顺时针旋转及逆时针旋转结合，或者旋转一定距离后停止一定时间，可以大大降低所述待研磨晶圆的缺陷或裂纹的产生，提高研磨质量。

附图说明

图1a及图1b分别显示为本发明的抛光设备的结构示意图。

图2显示为本发明实施例1的抛光方法的催化研磨垫的旋转示意图。

图3显示为本发明实施例2的抛光方法的催化研磨垫的旋转示意图。

图4显示为本发明实施例1的抛光方法的步骤流程示意图。

图5显示为本发明实施例2的抛光方法的步骤流程示意图。

元件标号说明

101催化研磨垫

102第一旋转装置

103晶圆固定盘

104第二旋转装置

105待研磨晶圆

106容置槽

107电压装置

108供液装置

109进液装置

110排液装置

s11～s14步骤

s21～s24步骤

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

请参阅图1a～图5。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图示中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

实施例1

如图1a所示，本实施例提供一种抛光设备，所述抛光设备包括：催化研磨垫101、第一旋转装置102、晶圆固定盘103、待研磨晶圆105、第二旋转装置104、电压装置107、供液装置108或液体循环系统。

所述催化研磨垫101表面包含有催化剂，所述催化剂包括铂(pt)、钯(pd)、钌(ru)、镍(ni)、钴(co)、铬(cr)及钼(mo)所组成的群组中的一种或两种以上组合。在本实施例中，所述催化剂选用为铂(pt)。

所述第一旋转装置102连接于所述催化研磨垫101，并为所述催化研磨垫101提供顺时针与逆时针两种旋转动力，另外，所述第一旋转装置102还能为所述催化研磨垫101提供停止旋转操作，上述操作可以通过一旋转控制装置实现，所述旋转控制装置可以选用为如单片机或软件程序等。本发明的第一旋转装置102可以为所述催化研磨垫101提供顺时针旋转、逆时针旋转及停止旋转等操作，相比于传统的单向旋转来说，通过不同的旋转组合可以避免待研磨晶圆105抛光时可能产生的缺陷及裂纹。

所述晶圆固定盘103用于固定待研磨晶圆105，使得所述待研磨晶圆105与所述催化研磨垫101接触。

所述第二旋转装置104连接于所述晶圆固定盘103，为所述晶圆固定盘103及所述待研磨晶圆105提供旋转动力，并提供所述待研磨晶圆105与所述催化研磨垫101的压力。

作为示例，所述待研磨晶圆105包括碳化硅(sic)晶圆及氮化镓(gan)晶圆中的一种。在本实施例中，所述待研磨晶圆105选用为碳化硅(sic)晶圆。

作为示例，所述第二旋转装置104提供所述待研磨晶圆105与所述催化研磨垫101的压力范围为500hpa～2000hpa。例如，所述待研磨晶圆105与所述催化研磨垫101的压力可以选用为500hpa、800hpa、1000hpa、1500hpa、2000hpa等，在本实施例中，所述待研磨晶圆105与所述催化研磨垫101的压力范围选用为500hpa～1000hpa，此范围可保证所述待研磨晶圆105的抛光速率，同时避免过高的压力造成所述待研磨晶圆105内应力的增大或裂片。

作为示例，所述第二旋转装置104提供所述晶圆固定盘103及所述待研磨晶圆105的转速为不大于30rpm。

所述电压装置107用于为所述催化研磨垫101及所述待研磨晶圆105施加电压。

作为示例，所述电压装置107为所述催化研磨垫101及所述待研磨晶圆105施加电压范围为-1.5v～+1.5v。

如图1a所示，所述供液装置108用于为所述催化研磨垫101提供反应液体。作为示例，所述反应液体包含水(h2o)或过氧化氢(h2o2)的水溶液。

在电压装置107施加电压以及催化剂pt的催化下，sic晶圆表面发生如下反应而使得其表面的sic被去除：

h2o→h++oh-

sic+oh-→si(oh)4↓+co,co2↑

如图1b所示，所述供液装置108也可以替换为一液体循环系统，包括：容置槽106，环绕于所述催化研磨垫101，并为所述催化研磨垫101提供反应液体；进液装置109，用于为所述容置槽106提供反应液体；以及排液装置110，用于将所述容置槽106中的反应液体排出。作为示例，所述进液装置109提供的反应液体包含水(h2o)或过氧化氢(h2o2)的水溶液。在抛光进行时，所述反应液体优选为浸没所述催化研磨垫101表面。

实施例2

如图1a或图1b、图2及图4所示，本实施例还提供一种抛光方法，包括：

如图1a或图1b及图4所示，首先进行步骤1)s11，提供如实施例1所述(图1a或图1b所示)的抛光设备；

如图1a或图1b及图4所示，然后进行步骤2)s12，使所述晶圆固定盘103及所述待研磨晶圆105保持预设转速，使所述待研磨晶圆105与所述催化研磨垫101保持预设压力，向所述催化研磨垫101及所述待研磨晶圆105施加预设电压，以及向所述催化研磨垫101注入反应液体。

作为示例，所述待研磨晶圆105与所述催化研磨垫101保持的预设压力范围为500hpa～2000hpa，所述晶圆固定盘103及所述待研磨晶圆105的预设转速为不大于30rpm，向所述催化研磨垫101及所述待研磨晶圆105施加的预设电压范围为-1.5v～+1.5v，所述反应液体为水(h2o)。

如图1a或图1b、图2及图4所示，接着进行步骤3)s13，基于所述第一旋转装置102，控制所述催化研磨垫101顺时针旋转第一距离，然后控制所述催化研磨垫101逆时针旋转第二距离。

作为示例，所述第一旋转装置102控制所述催化研磨垫101顺时针旋转的第一距离为不大于所述待研磨晶圆105的直径d，所述第一旋转装置102控制所述催化研磨垫101逆时针旋转的第二距离为不大于所述待研磨晶圆105的直径d。在本实施例中，所述第一旋转装置102控制所述催化研磨垫101顺时针旋转的第一距离等于所述待研磨晶圆105的直径d，所述第一旋转装置102控制所述催化研磨垫101逆时针旋转的第二距离等于所述待研磨晶圆105的直径d。同理，也可以先控制所述催化研磨垫101逆时针旋转第一距离，然后控制所述催化研磨垫101顺时针旋转第二距离。

催化研磨垫101不同于传统的一直朝同一方向连续旋转，本实施例将催化研磨垫101设计为顺时针旋转及逆时针旋转结合，且旋转的距离为不大于所述待研磨晶圆105的直径，可以大大降低所述待研磨晶圆105的缺陷或裂纹的产生，提高研磨质量。实验表明，本实施例的抛光方法相比于传统的抛光方法，sic晶圆的抛光缺陷率由5％降低至1％。

如图2所示，最后进行步骤4)s14，重复进行步骤3)s13，直至完成对所述待研磨晶圆105的抛光。

作为示例，步骤3)s13及步骤4)s14的过程中，所述晶圆固定盘103及所述待研磨晶圆105保持朝同一方向旋转。

实施例3

如图1a或图1b、图3及图5所示，本实施例还提供一种抛光方法，包括：

如图1a或图1b及图5所示，首先进行步骤1)s21，提供如实施例1所述(图1a或图1b所示)的抛光设备。

如图5所示，然后进行步骤2)s22，使所述晶圆固定盘103及所述待研磨晶圆105保持预设转速，使所述待研磨晶圆105与所述催化研磨垫101保持预设压力，向所述催化研磨垫101及所述待研磨晶圆105施加预设电压，以及向所述催化研磨垫101注入反应液体；

作为示例，所述待研磨晶圆105与所述催化研磨垫101保持的预设压力范围为500hpa～2000hpa，所述晶圆固定盘103及所述待研磨晶圆105的预设转速为不大于30rpm，向所述催化研磨垫101及所述待研磨晶圆105施加的预设电压范围为-1.5v～+1.5v，所述反应液体为水(h2o)。

如图1a或图1b、图3及图5所示，接着进行步骤3)s23，基于所述第一旋转装置102，控制所述催化研磨垫101顺时针或逆时针旋转第一距离，然后停止预设之间后，继续控制所述催化研磨垫101顺时针或逆时针旋转第二距离，其中，所述第一距离与所述第二距离的旋转方向相同。

作为示例，所述第一旋转装置102控制所述催化研磨垫101旋转的第一距离为不大于所述待研磨晶圆105的直径d，所述第一旋转装置102控制所述催化研磨垫101旋转的第二距离为不大于所述待研磨晶圆105的直径d。在本实施例中，所述第一旋转装置102控制所述催化研磨垫101旋转的第一距离等于所述待研磨晶圆105的直径d，所述第一旋转装置102控制所述催化研磨垫101旋转的第二距离等于所述待研磨晶圆105的直径d。

作为示例，所述停止的预设时间为1sec～60sec，例如，所述停止的预设时间可以为1sec、5sec、10sec、20sec、30sec、60sec等。

催化研磨垫101不同于传统的一直朝同一方向连续旋转，本发明将催化研磨垫101设计为旋转一定距离后停止一定时间，可以大大降低所述待研磨晶圆105的缺陷或裂纹的产生，提高研磨质量。实验表明，本实施例的抛光方法相比于传统的抛光方法，sic晶圆的抛光缺陷率由5％降低至1％。

如图5所示，最后进行步骤4)s24，重复进行步骤3)s23，直至完成对所述待研磨晶圆105的抛光。

作为示例，步骤3)s23及步骤4)s24的过程中，所述晶圆固定盘103及所述待研磨晶圆105保持朝同一方向旋转。

如上所述，本发明的抛光设备及方法，具有以下有益效果：

本发明通过提供一种抛光设备，该设备中的第一旋转装置102可以为催化研磨垫101提供顺时针与逆时针两种旋转动力，同时第二旋转装置104可以为晶圆固定盘103及待研磨晶圆105提供旋转动力及压力，电压装置107为催化研磨垫101及待研磨晶圆105提供电压，实现待研磨晶圆105的抛光。同时，催化研磨垫101不同于传统的一直朝同一方向连续旋转，本发明将催化研磨垫101设计为顺时针旋转及逆时针旋转结合，或者旋转一定距离后停止一定时间，可以大大降低所述待研磨晶圆105的缺陷或裂纹的产生，提高研磨质量。

所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。