专利名称：硅片抛光表面划伤的控制方法
技术领域：
本发明涉及硅片加工方法，尤其涉及一种对集成电路衬底用单晶硅片进 行加工抛光，并能减小其表面划伤程度的硅片抛光表面划伤的控制方法。
背景技术：
硅是具有金刚石晶体结构，原子间以共价键结合的硬脆材料，是一种很
好的半导体材料，目前构成集成电路半导体芯片的90%以上都是硅晶片(硅 片)。为了在硅片上印刷集成电路，以及与其它元件结合紧密,硅片的表面必 须平直，特别是随着集成电路的集成程度不断提高，对硅片表面平直度及粗 糙度的要求提出更严格的要求。
抛光是硅片切片后，继研磨工序后对其表面进行的第二次机械加工，也 是也是硅片加工技术中必要的基本工序。抛光的目的是为了降低硅片表面在 研磨过程中出现的损伤层和表面划伤，使表面加工损伤层达到一致并控制表 面划伤长度深浅，使其在化学腐蚀过程中，表面腐蚀速率达到均匀一致。硅 片的抛光包括轻抛、中抛、重抛及水抛，通常进行抛光时，首先将待抛光硅 片粘贴在抛光机抛光盘上，接着将抛光盘固定在抛光机抛光头上，再调整并 控制抛光机的适当压力、上下抛光盘的适当转速以及向抛光盘及硅片间注入 合理流量的抛光液，然后对硅片进行抛光。
在甚大规模集成电路的制备过程中，硅片表面抛光度是影响电子元器件 质量与可靠性的最重要因素之一，而提高硅片抛光产品合格率，控制抛光表
面划伤是至关重要的。目前，大多数从业者为了追求抛光过程中去除速率， 往往采用选择粒径较大磨料制备的抛光液，导致了抛光损伤层的增加和表面 划伤数量的增加。在特开2001-323254号公报中公开了具有特定粒径分布的 三氧化二铝抛光液，此抛光液选用近乎单分散的胶体碳化硼作为磨料，抛光 后硅片表面存在大量划伤。美国专利第6143662号公报公开了一种使用小颗 粒和大颗粒混合浆料的抛光方法，同样使抛光后硅片表面存在大量划伤。
为了提高硅片抛光质量，降低硅片表面的划伤，近年来也出现了种种不
同的抛光液和抛光后表面划伤的控制方案。如在专利03155318. 4中，通过控 制磨料粒径达到了比上两种抛光液更小的抛光划伤，但是由于磨料粒径的改 变导致了抛光硅片的去除速率下降。在专利200510055710. 5中，提出了采用 球形二氧化硅磨料的抛光方法，虽然达到了较少抛光划伤的效果，但是此种 方法对磨料性能要求较高，增加了生产成本，在大规模生产中不容易实现。
因此，如何在保持较高的去除速率和较低生产成本的前提下，设计一种 降低单晶硅片抛光划伤的方法，是目前急需解决的问题。 发明内容*
本发明的主要目的在于克服现有产品存在的上述缺点，而提供一种硅片 抛光表面划伤的控制方法，其改进了硅片抛光的工艺条件，可以有效降低抛 光硅片表面的划伤，同时能够保证硅片抛光具有较高的去除速率，而且生产 成本较低，适合规模生产需要。
本发明的目的是由以下技术方案实现的。
本发明硅片抛光表面划伤的控制方法，包括在将硅片粘贴在抛光机抛光 盘上，然后将抛光盘固定在抛光机抛光头上，控制抛光机的压力和上下抛光 盘的转速，以及向抛光盘及硅片间注入抛光液；其特征在于，所述抛光液包 括磨料、渗透剂、润滑剂、PH调节剂、表面活性剂、螯合剂和去离子水；所 述抛光机的压力控制在50kPa以下，上抛光盘的转速控制在60rpm以下，下 抛光盘的转速控制在60rpm以下。
前述的硅片抛光表面划伤的控制方法，其特征在于，所述抛光液中各种 成分所占重量百分比是磨料为5. 0%至20. 0%，渗透剂为3%至5%，润滑剂为 0. 5%至1.0%， PH调节剂为10%至20%，表面活性剂为0. 1%至1.0%，螯合剂为 1%至3%，去离子水为余量；在室温条件下，在去离子水中依次加入磨料、渗 透剂、润滑剂、PH调节剂、表面活性剂和螯合剂，搅拌均匀，制成抛光液。
前述的硅片抛光表面划伤的控制方法，其特征在于，所述磨料是粒径为 70至90纳米的二氧化硅(Si02)、粒径为150至200纳米的三氧化二铝^1203)、 粒径为100-150纳米的二氧化铈(Ce02)、粒径为100至150纳米的二氧化钛 (Ti02)或粒径为150至200纳米的碳化硼；所述渗透剂为聚氧乙烯醚(JFC) 或磷酸酯；所述PH调节剂为无机碱或有机碱；所述螯合剂为乙二胺四乙酸
(EDTA)、乙二胺四乙酸二钠、羟胺和胺中的一种或它们的组合；所述润滑剂 为甘油；所述表面活性剂是非离子型表面活性剂。
前述的硅片抛光表面划伤的控制方法，其特征在于，所述羟胺是三乙醇 胺、四羟基乙基乙二胺或六羟基丙基丙二胺；所述胺是乙二胺或四甲基氢氧 化铵。
前述的硅片抛光表面划伤的控制方法，特征在于，所述非离子型表面活 性剂是脂fe醇聚氧乙烯醚、烷基醇酰胺或者是二者的混合物；所述脂肪醇聚 氧乙烯醚是聚合度为15的壬基酚聚氧乙烯醚、聚合度为20的辛基酚聚氧乙 烯醚(0-20)、聚合度为25.的辛基酚聚氧乙烯醚(0-25)或者聚合度为40的 辛基酚聚氧乙烯醚(0-40);所述烷基醇酰胺是月桂酰单乙醇胺、二羟乙基十 三酰胺或十二烷基醇酰胺。
前述的硅片抛光表面划伤的控制方法，其特征在于，所述无机碱是氢氧 化钾、氢氧化钠或氨水；所述有机碱是羟基乙二胺、苄胺、乙醇胺或四甲基 氢氧化铵。
前述的硅片抛光表面划伤的控制方法，其特征在于，所述抛光机的压力 优选为25'kPa以下，压力施加过程是由0压力匀速加至所需压力，并在稳定 压力下进行抛光。
本发明硅片抛光表面划伤的控制方法的有益效果，利用科学合理配方的 抛光液，并调整控制抛光机在适合的压力及转速条件下进行作业，有效减少 硅片表面的划伤，提供较好的表面质量以及较快的抛光速率，并且可以不增 加生产成本。
具体实施例方式
本发明硅片抛光表面划伤的控制方法，包括在将硅片粘贴在抛光机抛光 盘上，然后将抛光盘固定在抛光机抛光头上，控制抛光机的压力和上下抛光 盘的转速；以及向抛光盘及硅片间注入抛光液；其改进之处在于，所述抛光 液包括磨料、渗透剂、润滑剂、PH调节剂、表面活性剂、螯合剂和去离子水； 所述抛光机的压力控制在50kPa以下，上抛光盘的转速控制在60rpm以下， 下抛光盘的转速控制在60rpm以下。
本发明硅片抛光表面划伤的控制方法，其特征在于，所述抛光液中各种
成分所占重量百分比是磨料为5. 0%至20. 0%，渗透剂为3%至5%，润滑剂为 0. 5%至1. 0%, PH调节剂为10%至20%，表面活性剂为0. 1%至1. 0%，螯合剂为 1%至3%，去离子水为余量；在室温条件下，在去离子水中依次加入磨料、渗 透剂、润滑剂、PH调节剂、表面活性剂和螯合剂，搅拌均匀，制成抛光液。
本发明硅片抛光表面划伤的控制方法，其特征在于，所述磨料是粒径为 70至90纳米的二氧化硅(Si02)、粒径为150至200纳米的三氧化二铝(A1A)、 粒径为100-150纳米的二氧化铈(Ce02)、粒径为100至150纳米的二氧化钛
(Ti02)或粒径为150至200纳米的碳化硼；所述渗透剂为聚氧乙烯醚(JFC) 或磷酸酯；所述PH调节剂为无机碱或有机碱；所述螯合剂为乙二胺四乙酸
(EDTA)、乙二胺四乙酸二钠、羟胺和胺中的一种或它们的组合；所述润滑剂 为甘油；所述表面活性剂是非离子型表面活性剂。其中，所述羟胺是三乙醇 胺、四羟基乙基乙二胺或六羟基丙基丙二胺；所述胺是乙二胺或四甲基氢氧 化铵；所述非离子型表面活性剂是脂肪醇聚氧乙烯醚、烷基醇酰胺或者是二 者的混合物；所述脂肪醇聚氧乙烯醚是聚合度为15的壬基酚聚氧乙烯醚、聚 合度为20的辛基酚聚氧乙烯醚(0-20)、聚合度为25的辛基酚聚氧乙烯醚
(0-25)或者聚合度为40的辛基酚聚氧乙烯醚(0-40);所述烷基醇酰胺是 月桂酰单乙醇胺、二羟乙基十三酰胺或十二垸基醇酰胺；所述无机碱是氢氧 化钾、氢氧化钠或氨水；所述有机碱是羟基乙二胺、苄胺、乙醇胺或四甲基 氢氧化铵。
本发明硅片抛光表面划伤的控制方法，其抛光机的压力优选为25kPa以 下，压力施加过程是由O压力匀速加至所需压力，并在稳定压力下进行抛光。
本发明硅片抛光表面划伤的控制方法，其主要是通过改进硅片抛光的工 艺条件，达到减少硅片抛光工艺中的表面划伤的目的。首先，对抛光液的配 方进行改进，抛光液中选用的磨料为纳米级磨料，与传统磨料相比较，其具 有粒径小、精细度高、颗粒稳定性好以及颗粒坚固等特点，因此抛光后的表 面粗糙度更底，并可有效的减少表面划伤的出现；在抛光液中添加螯合剂的 作用在于螯合对硅片后续加工产生影响的重金属离子，添加渗透剂的作用在 于增加抛光液在抛光布中的渗透和流通性，使抛光过程中抛光液的质量交换 效果更加良好；本发明抛光液中选用脂肪醇聚氧乙烯醚或烷基醇酰胺作为非
离子型表面活性剂，使用时可以单独使用两者中的其中一种，或者是二者任 意比例的混合物，这两种表面活性剂能够起到有效减少抛光后表面的划痕的 效果，主要是因为二者在抛光过程中起到润湿颗粒的作用，在抛光过程中它 们能够吸附在固体表面，保护硅片表面并降低表面应力，使得抛光过程中的 硅片表面不易开裂，形成碎块，从而降低抛光后表面划伤。其次，设计合理 的抛光机压力及抛光盘的转速，在这种压力和转速下抛光机能达到最价的使 用效率，从而减少划伤。
本发明硅片抛光表面划伤的控制方法中使用的抛光机为现有的市售产 品，比如可以是双面抛光机，其抛光盘的材质可以为球状石墨铸铁，也可以 为其它，故不再进行赘述。另外，本发明的方法可以适用于硅片的轻抛、中 抛、重抛工艺中。
本发明的优点在于，利用科学合理配方的抛光液，并调整控制抛光机在 适合的压力及转速条件下进行作业，有效减少硅片表面的划伤，提供较好的 表面质量以及较快的抛光速率，并且不增加生产成本。
实施例1:
选用兰新815B双面抛光机，其抛光盘的材质为球状石墨铸铁。
配制硅片抛光液1公斤。
分别称取配制抛光液重量的10%的二氧化硅磨料，该二氧化硅的粒径是 70纳米，12%的氢氧化钠，0.5%的月桂酰单乙醇胺，3.5%的磷酸酯，1%的甘油， 2%的六羟基丙基丙二胺，余量为去离子水。在室温条件下，在去离子水中依 次分别加入称取的上述二氧化硅磨料、氢氧化钠、月桂酰单乙醇胺、磷酸酯、 甘油及六羟基丙基丙二胺，搅拌均匀后备用。
抛光时，将待抛光硅片粘贴在抛光机的抛光盘上，将粘有硅片的抛光盘 固定在机器抛头上，调整抛光机压力均匀地由0压力升至10kPa，并控制在 10kPa左右，控制上抛光盘转速为50rpm，下抛光盘转速也为50rpm，调节抛 光液流量为2.5升/分。
实验效果分析利用上述抛光液，与去离子水按h IOO稀释，在上述条 件下，以恒定速率抛光硅片15分钟。通过100倍显微镜检测硅片表面，测量 结果无划伤，测量抛光前后的硅片厚度，除以抛光时间，得到去除速率大小
为0. 9nm/min，表面粗糙度值为0. 015nm。
使用现有抛光工艺，硅片抛光后的去除速率一般为0.5mn/min左右，表 面粗糙度值为0. 03nm左右。
实施例2:
选用兰新815B双面抛光机，其抛光盘的材质为球状石墨铸铁。 配制硅片抛光液2公斤。
分别称取配制抛光液重量的12%的三氧化二铝磨料，该三氧化二铝的粒径 是200纳米，10%的四甲基氢氧化铵，0.3%的聚合度为25的辛基酚聚氧乙烯 醚，5%的聚氧乙烯醚(JFC), 0.7%的甘油，1.5%的四羟基乙基乙二胺，余量 为去离子水。
在室温条件下，在去离子水中依次分别加入称取的上述氧化铝磨料、四 甲基氢氧化铵、聚合度为25的辛基酚聚氧乙烯醚、聚氧乙烯醚、甘油及四羟 基乙基乙二胺，搅拌均匀后备用。
抛光时，将待抛光硅片粘贴在抛光盘上，将粘有硅片的抛光盘固定在抛 光机抛头上，调整抛光机压力均匀地由0压力升至10kPa，并控制在10kPa左 右，控制上抛光盘转速为50rpm，下抛光盘转速也为50rpm，抛光液流量为2. 5 升/分。
实验效果分析利用上述抛光液，与去离子水按h IOO稀释，在上述条 件下，以恒定速率抛光硅片15分钟。通过100倍显微镜检测硅片表面，测量 结果无划伤，测量抛光前后的硅片厚度，除以抛光时间，得到去除速率大小 为1. lnm/min，表面粗糙度值为0. 02nm。
使用现有抛光工艺，硅片抛光后的去除速率一般为0.5nm/min左右，表 面粗糙度值为0. 03nm左右。
本发明涉及的室温为20-25°C。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而己，并非对本发明作任何形式上 的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等 同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
权利要求
1.一种硅片抛光表面划伤的控制方法，包括在将硅片粘贴在抛光机抛光盘上，然后将抛光盘固定在抛光机抛光头上，控制抛光机的压力和上下抛光盘的转速，以及向抛光盘及硅片间注入抛光液；其特征在于，所述抛光液包括磨料、渗透剂、润滑剂、PH调节剂、表面活性剂、螯合剂和去离子水；所述抛光机的压力控制在50kPa以下，上抛光盘的转速控制在60rpm以下，下抛光盘的转速控制在60rpm以下。
2、 根据权利要求1所述的硅片抛光表面划伤的控制方法，其特征在于， 所述抛光液中各种成分所占重量百分比是磨料为5.0%至20.0%，渗透剂为 3%至5%，润滑剂为0. 5%至1. 0%， PH调节剂为10%至20%，表面活性剂为0. 1% 至1.0%，螯合剂为1%至3%，去离子水为余量；在室温条件下，在去离子水中 依次加入磨料、渗透剂、润滑剂、PH调节剂、表面活性剂和螯合剂，搅拌均 匀，制成抛光液。
3、 根据权利要求1或2所述的硅片抛光表面划伤的控制方法，其特征在 于，所述磨料是粒径为70至90纳米的二氧化硅(Si02)、粒径为150至200 纳米的三氧化二铝(A1A)、粒径为100-150纳米的二氧化铈(Ce02)、粒径为 100至150纳米的二氧化钛(Ti02)或粒径为150至200纳米的碳化硼；所述 渗透剂为聚氧乙烯醚(JFC)或磷酸酯；所述PH调节剂为无机碱或有机碱；所 述螯合剂为乙二胺四乙酸(EDTA)、乙二胺四乙酸二钠、羟胺和胺中的一种或 它们的组合；所述润滑剂为甘油、二甲基硅油、乙烯基硅油中的一种或他们 的组合；所述表面活性剂是非离子型表面活性剂。
4、 根据权利要求3所述的硅片抛光表面划伤的控制方法，其特征在于， 所述羟胺是三乙醇胺、四羟基乙基乙二胺或六羟基丙基丙二胺；所述胺是乙 二胺或四甲基氢氧化铵。
5、 根据权利要求3所述的硅片抛光表面划伤的控制方法，其特征在于， 所述非离子型表面活性剂是脂肪醇聚氧乙烯醚、烷基醇酰胺或者是二者的混 合物；所述脂肪醇聚氧乙烯醚是聚合度为15的壬基酚聚氧乙烯醚、聚合度为 20的辛基酚聚氧乙烯醚、聚合度为25的辛基酚聚氧乙烯醚或者聚合度为40 的辛基酚聚氧乙烯醚；所述烷基醇酰胺是月桂酰单乙醇胺、二羟乙基十三酰 胺或十二烷基醇酰胺。
6、 根据权利要求3所述的硅片抛光表面划伤的控制方法，其特征在于， 所述无机碱是氢氧化钾、氢氧化钠或氨水；所述有机碱是羟基乙二胺、苄胺、 乙醇胺或四甲基氢氧化铵。
7、 根据权利要求1所述的硅片抛光表面划伤的控制方法，其特征在于， 所述抛光机的压力优选为25kPa以下，压力施加过程是由0压力匀速加至所 需压力，并在稳定压力下进行抛光。
全文摘要
本发明提供一种硅片抛光表面划伤的控制方法，包括在将硅片粘贴在抛光机抛光盘上，然后将抛光盘固定在抛光机抛光头上，控制抛光机的压力和上下抛光盘的转速，以及向抛光盘及硅片间注入抛光液；其改进之处在于，所述抛光液包括磨料、渗透剂、润滑剂、pH调节剂、表面活性剂、螯合剂和去离子水；所述抛光机的压力控制在50kPa以下，上抛光盘的转速控制在60rpm以下，下抛光盘的转速控制在60rpm以下；可以有效降低抛光硅片表面的划伤，同时能够保证硅片抛光具有较高的去除速率，而且生产成本较低，适合规模生产需要。
文档编号C09G1/02GK101367189SQ200710058749
公开日2009年2月18日 申请日期2007年8月15日 优先权日2007年8月15日
发明者仲跻和 申请人:江苏海迅实业集团股份有限公司