无应力电化学抛光方法与流程

本发明涉及半导体生产和加工领域，更具体的说，涉及一种针对半导体基板的无应力电化学抛光方法。

背景技术：

大数据、云计算以及智能家居等新兴热点话题从某种程度上代表了科学技术未来的发展方向。一个以数据作为支撑的时代，除了需要优秀的软件以及程序支撑和架构外，与之配套的，性能优良的硬件设备同样也不可或缺。而要制作出优良的硬件设备，离不开半导体行业的工作者创新所得的智慧结晶。

半导体基板，也即业内所称的晶圆，是各类智能设备芯片产生的源头。根据现有的基板结构，其表面覆盖有金属膜(通常是铜膜)，需要去除。作为一种可行且独具优点的工艺方法，无应力电化学抛光经常被富有经验的技术人员选用，以在不损伤基板的半导体结构的前提下对基板表面的金属膜进行去除。

然而，由于研究的不够深入，现有的无应力电化学抛光技术还存在一定的技术瑕疵，即对基板进行抛光时，全程仅包括一道抛光工序而再无其他工序过渡或缓冲。抛光工艺开始时，往往直接对干燥的基板喷射抛光液进行抛光；而工艺结束后，沾有抛光液的基板来不及干燥就被匆匆取出，接受后续工艺的处理。采用这种方式对基板进行抛光，其结果只能差强人意，因为抛光后的基板表面的粗糙度很不均匀，有些区域光洁而平坦，而有些区域则暗淡而粗糙。如图1所示的，即为采用现有的无应力电化学抛光技术所得的结果：图中由于抛光过程首先由基板的中心开始，所以抛光后区域101内的基板表面显得更加平坦，光洁度高；而中心以外的区域102则显得黯淡，表面也比较粗糙。另外地，由于抛光结束后，基板表面往往沾有残余的抛光液，这些抛光液如果不加去除，不仅会污染设备，对后续工艺也将产生干扰。

因此，现有的无应力电化学抛光工艺需要改进。

技术实现要素：

为了解决上述的技术问题，本发明提供了一种无应力电化学抛光方法，其在传统方法中进一步添加了其他工序加以辅助，不仅使抛光结果大为改观，也避免了残余的抛光液对设备以及工艺的不利影响，消除了原有的技术瑕疵。

为了达到上述目的，本发明申请特提供了一种可行的技术方案，其具体内容如下：

一种无应力电化学抛光方法，用于抛光半导体基板，依次包括，

预湿工序：使用抛光液沾湿所述基板的整个待抛光面，所述基板的待抛光面的表层为金属膜；

抛光工序：对所述基板进行无应力电化学抛光；

干燥工序：干燥所述基板。

进一步地，基板由可旋转的基板固持装置固持，抛光液由喷头喷射至基板，喷头与一电源的负极相连，喷头、抛光液、金属膜以及电源之间构成电路。

进一步地，在预湿工序中，基板固持装置带动基板旋转，喷头相对于基板发生运动以将抛光液均匀喷射至基板的整个待抛光面，电路断路。

进一步地，在抛光工序中，基板固持装置带动基板以第一转速旋转，喷头相对于基板发生运动以将抛光液均匀喷射至基板的整个待抛光面，电路通路。

可选地，第一转速的范围为0～1500R/min。

可选地，电源输出的电流为0～20A；或者电源输出的电压为0～250V。

可选地，喷头相对于基板作直线运动，喷头相对于基板的运动速度为0～20mm/s。

进一步地，在干燥工序中，基板固持装置带动基板以第二转速旋转，喷头停止向基板喷射抛光液。

可选地，第二速的范围为1000～1500R/min。

采用本发明申请提供的技术方案，能够保证抛光结果均匀而稳定，且不会对后续工艺产生不良影响，有助于晶圆产品的品质的提高。

附图说明

图1是采用现有技术所得的抛光结果示意图；

图2是本发明具体实施方式中预湿工序的操作示意图；

图3是本发明具体实施方式中抛光工序的操作示意图；

图4是本发明具体实施方式中干燥工序的操作示意图；

图5是采用本发明具体实施例中的技术方案所得的抛光结果示意图。

具体实施方式

下面将介绍本发明的具体实施方式，并结合附图以辅助理解：

图2-4揭示了本发明的具体实施方式。为了解决现有技术所存在的问题，本发明给出的技术方案将无应力电化学抛光技术由原来仅有的一道工序：抛光工序，改变为三道工序加以实施，三道工序依次进行，分别为预湿工序、抛光工序以及干燥工序。

其中预湿工序的目的在于，在对基板进行抛光之前，使基板的整个待抛光面均覆盖一层抛光液的液态膜，形成的液态膜有助于消除如图1所示的抛光结果不够均匀的缺陷，而得到理想的、各处均平坦光洁的基板表面。这是因为，采用无应力电化学抛光方法，要想去除基板表面的金属膜，在其金属膜的相应位置要有电流通过，如果不进行预湿就对基板进行抛光，在一开始抛光时，接触到抛光液的区域会被湿润并形成一个不规则的抛光液的扩散面，电流在该区域内同时流经金属膜和液态膜，而在未接触到抛光液的干燥区域内，电流仅流经金属膜，两片区域之间存在电流差，且由于初始的扩散面的存在，后续打在基板表面的抛光液也有沿着该扩散面流动和扩散的倾向，这样就导致电流差在整个抛光工序中长期存在，最终获得的抛光结果将很不理想，在基板上形成如图1所示的亮度分明的光洁区域和暗淡区域。而如果采用本发明的技术方案，在抛光工序之前率先对基板进行预湿，那么基板的整个表面均存在抛光液形成的液态膜，电流在基板各处都是同时流经金属膜和液态膜的，从而消除了原来的电流差，并最终获得各处被均匀抛光的基板表面。

而干燥工序的目的在于，当抛光工艺结束后，清除掉残余的抛光液，以防止抛光液滴落至设备各处造成污染，或者被引入至后续工艺并与其它药液发生反应，对正在进行的工艺造成不利影响。

当然地，预湿工序和干燥工序的实现手段并不局限，只要是能够实现浸润目的和干燥目的的技术手段即可。

由于无应力电化学抛光技术相对而言已经比较成熟，其实施也有一套完整的设备，因此本发明的具体实施方式即是以一套较为标准的无应力电化学抛光设备举例而加以实施的。如图2-4所示，该套设备的主要构件包括：基板固持装置201，用来固持基板202；喷头204，用以向基板喷射抛光液203；以及一个电源205，用来提供电化学抛光所需要的电流或电压。为了保证基板202表面的各处均得以抛光，基板固持装置201通常为可旋转的，以将基板202旋转至不同位置，再配合喷头204发生相对运动，就可以保证基板202的不同位置均可被抛光液打到从而实现抛光目的。同时，基板固持装置201与喷头204之间的距离应该设计为可调的，以方便取放基板202，且不致由于喷头204的喷射高度所限，而导致抛光液203无法打到基板202的待抛光面。该套设备进行抛光时，喷头204、抛光液203、基板202表面的金属膜以及电源205将构成一个闭合的电路，电路中有电流通过。由于电化学抛光过程需要使基板202表面的金属膜失去电子，因而根据电流流动的方向可以推知，喷头204需要接在电源205的负极。

接下来介绍本发明具体实施方式的实施过程。图2揭示的是本发明预湿工序的操作示意图。在预湿工序中，基板固持装置201固持基板202并带动基板202绕自身的旋转轴旋转，其转速控制在300～500R/min。在旋转的同时，基板固持装置201还沿着一条水平方向上的直线运动，该直线平行于基板202的一条直线，且基板202中心的投影落在该直线上；位于基板固持装置201下方的喷头204则固定，由此二者发生相对运动，在基板固持装置201的旋转运动和匀速直线运动的共同作用下，喷头204能够将抛光液203喷射至基板204待抛光面上的各点，从而使抛光液203在整个基板202的待抛光面形成一层液态膜，为后续抛光工序的进行做好准备。当然，基板202和喷头204之间的相对运动也并非一定是相对直线运动，只要能够保证喷头204将抛光液203喷射至整个基板202的待抛光面 即可。在预湿工序中，喷头204、抛光液203、基板202表面的金属膜以及电源205构成的电路中不需要通电，因而此阶段电源205并不供电，整个电路断路。

图3是本发明具体实施方式中抛光工序的操作示意图。对基板202进行抛光时，其仍然需要由基板固持装置201固持并带动旋转，且由于抛光的需要，此阶段基板固持装置201的转速需要控制，以对应不同的电流或电压、以及基板202和喷头204的不同相对位置，以对基板202进行均匀地抛光。可以将抛光工序中基板固持装置201的转速定义为第一转速。为了减省计算和编程的负担，喷头204和基板固持装置201相对运动的轨迹宜趋于简单，因此在本实施方式中，基板固持装置201的初始位置在喷头204的正上方，此时喷头204喷出的抛光液203正好打在基板202的中心，之后基板固持装置201一边旋转一边带动基板202相对于喷头204作直线运动，直到喷头204恰好处于基板202的边缘的正下方为止。根据抛光的具体要求，此过程还可往复进行，以去除更多的金属膜，并保证基板202上的各点均得到抛光。由于无应力电化学抛光需要保证金属膜表面有电流通过，所以由喷头204、抛光液203、基板202表面的金属膜以及电源205之间构成的电路需要处于通路状态，以实现抛光目的。在抛光工序中，需要控制相应的工艺参数，它们包括：第一转速(0～1500R/min)，电源205输出的电流(0～20A)或者电压(0～250V)，以及喷头204与基板固持装置201相对直线运动的相对速度(0～20mm/s)。本实施方式中，选取的第一转速为1000R/min，电源205输出的电流为10A，而喷头204与基板固持装置201相对直线运动的相对速度为15mm/s。

图4则揭示了本发明具体实施方式中干燥工序的操作示意图。为了对完成抛光工序的基板202进行干燥，本实施方式中采用了旋转甩干的干燥方法，这主要是结合了该套设备的自身特点，在不引入其他构件的情况下，实现了对基板202的高效干燥。干燥过程中，喷头204不再喷射抛光液203，其与基板固持装置201也无需发生相对运动，同时电路也保持在断路状态。但是，为了达到高效的甩干效果，基板固持装置201有必要高速旋转，可将此阶段的旋转速度定义为第二转速，该第二转速的范围在1000～1500R/min。如果转速过低，则沾在基板202表面的抛光液203有可能无法被完全甩去，且干燥的效率也会变低；而如果想更大限度的提高转速，又会对整个设备的可靠性提出挑战，因而第二转速的范围宜控制在1000～1500R/min，本实施方式中，选取的第二转速为1500R/min。

最后，在图5中给出了采用本发明的具体实施方式所得到的抛光结果图，可以看到，基板202在采用了本发明的技术方案进行无应力电化学抛光之后，其各处的光洁度和平整程度非常均一，消除了如图1所示的缺陷，从而提高了基板201的品质。

毋庸赘言地，本申请所公开的特定的具体实施方式仅仅描述了本发明中的技术方案及其一般原理，其作用是倾向于释明性的，而非自囿性的。因此，即使本领域技术人员在该发明的基础上作出了无实质性特点和显著进步的更动和润饰，使之方案貌似地区别于本发明的精神实质，仍不排除其被划归在本发明申请的保护范围之内。