CN112086342B - 一种有效去除背封硅片背面背封点的工艺方法 - Google Patents

一种有效去除背封硅片背面背封点的工艺方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种有效去除背封硅片背面背封点的工艺方法。该工艺方法包括以下步骤：(1)使用单面抛光机对背封片的背封面进行清洁处理，抛光机提供的压强为50～100g/cm2，清洗液为纯水，流量4～20L/min，抛光时间为1～100分钟；(2)对步骤(1)处理过的背封片进行清洗并甩干，清洗液为含过氧化氢和氨的混合溶液；(3)用有蜡贴片的方式对背封片做粗、中、精抛光。本发明能够消除背封点对抛光后的硅片表面形貌造成影响，降低后道CMP工序的Dimple缺陷发生率，从而提升硅衬底材料制造过程的整体成品率。

Description

一种有效去除背封硅片背面背封点的工艺方法
技术领域
本发明涉及一种有效去除背封硅片背面背封点的工艺方法，属于半导体材料技术领域。
背景技术
传统的硅衬底材料单面化学机械抛光(CMP)方法，通常是采用有蜡贴片的方式，将硅片粘贴在非常平坦的夹具上，放在单面抛光机上抛光。硅片与夹具之间只有一层厚度在0.5～2微米之间的蜡膜，粘接着二者，保证硅片与夹具之间的紧密连接。
如果硅片与夹具之间混杂了硬颗粒物，而且颗粒物的直径超过了蜡膜的厚度，在抛光机的高压力下，颗粒物所处的位置会形成一个应力点，并在抛光完成后，在颗粒物对应抛光面的位置形成一个深坑，成为Dimple缺陷。使得硅片的局部平整度变差，在后面的光刻工序不能接受带有该种缺陷的硅衬底片。
为避免此种情况的产生，各厂家通常会在有蜡贴片前，用SC-1搭配超声的方式，或者用软毛刷子刷洗的方式，清洗掉吸附在硅片表面的颗粒并甩干。但此种方式只适合去除空气中飘落到硅片表面，靠静电吸附的颗粒。对于范德华作用力和原子作用力吸附的颗粒，则显得无能为力。
对于低电阻率的重掺硅衬底片，通常会出于吸杂的目的，在CMP之前，使用化学气相沉积(CVD)的方法，在硅片背面(不抛光的一面)背封一层多晶硅层，或者二氧化硅层。
在CVD过程中，硅片表面残留的颗粒，会被多晶硅层或二氧化硅层包裹住，形成一个肉眼看不到的微米级凸点；CVD过程本身也有可能在硅片表面形成点状聚集物，也是一种微米级凸点，这两种微米级凸点统称为背封点。这两种背封点与硅片间的作用力属于分子间作用力，在后道清洗过程中是清洗不掉的。化学机械抛光后会在硅片的抛光面上形成Dimple缺陷，降低CMP过程的合格率。
发明内容
本发明的目的在于提供一种有效去除背封硅片背面背封点的工艺方法，以消除背封点对抛光后的硅片表面形貌造成影响，降低后道CMP工序的Dimple缺陷发生率，从而提升硅衬底材料制造过程的整体成品率。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种有效去除背封硅片背面背封点的工艺方法，包括以下步骤：
(1)使用单面抛光机对背封片的背封面进行清洁处理，抛光机提供的压强为50～100g/cm2，清洗液为纯水，流量4～20L/min，抛光时间为1～100分钟；
(2)对步骤(1)处理过的背封片进行清洗并甩干，清洗液为含过氧化氢和氨的混合溶液；
(3)用有蜡贴片的方式对背封片做粗、中、精抛光。
作为本发明的优选方案之一，所述步骤(1)中使用单面抛光机对背封片的背封面进行清洁处理，硅片与夹具，既可以使用有蜡的方式粘接，也可以使用无蜡的方式粘接。用作清洁处理的抛光布采用聚氨酯材质，无纺布结构，表面绒毛状，硬度在40～60Aske-C的抛光布。
作为本发明的优选方案之一，所述步骤(1)中使用单面抛光机对背封片的背封面进行清洁处理，抛光机提供的压强为50～100g/cm2。抛光机提供的压强低于50g/cm2时，背封硅片背面的背封点不能被有效清除，还会残留在硅片背面，在之后的有蜡抛光过程中，还是会生成Dimple缺陷。抛光机提供的压强高于100g/cm2时，背封硅片背面的背封点能够在机械运动作用下被抛光布剥离下来，但是因为压力太大，被剥离的点状颗粒物在抛光布及纯水的带动下，会在背封硅片的背封膜上留下较明显的划伤痕迹。此种划痕不能被后道的外延工序所接受。更优选地，抛光机提供的压强为70～90g/cm2，在该压强范围内能获得背封点去除效果和无明显划痕的最优结果。
作为本发明的优选方案之一，所述步骤(2)中对第(1)步处理过的背封片进行清洗并甩干，清洗需要两步，第一步，清洗液是含有过氧化氢和氨的混合溶液，其中过氧化氢的质量百分含量为2％～10％，氨的质量百分含量为1％～8％，清洗温度为50～80℃，清洗时间1～60分钟，然后用去离子水清洗。此步清洗的目的是溶解掉硅片表面附着的蜡膜。第二步，清洗液也是含有过氧化氢和氨的混合溶液，其中过氧化氢的质量百分含量为1％～5％，氨的质量百分含量为0.2％～3％，清洗温度为60～80℃，清洗时间1～60分钟，并配合超声的方式，目的是去除硅片表面残留的颗粒物，然后用去离子水清洗，之后甩干。其中，所用超声的频率为38～128KHz。
作为本发明的优选方案之一，所述步骤(3)中用有蜡贴片的方式对背封片做粗、中、精抛光，有蜡贴片所用为液体蜡，液体蜡中的蜡含量在10％～40％，溶剂为异丙醇，保证最终硅片背面的蜡膜厚度均匀。
本发明的优点在于：
有效去除背封片背面在CVD过程中产生的背封点，减少后道CMP过程中产生Dimple缺陷的概率，提高CMP工序的成品率，从而提升硅衬底材料制造过程的整体成品率。
附图说明
图1是本发明使用的工艺流程图。
图2为实施例1中的SBIR箱线图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明做进一步说明，但并不意味着对本发明保护范围的限制。
如图1所示，为本发明的工艺流程。本发明去除背封硅片背面背封点的工艺方法包括：使用单面抛光机对背封片的背封面进行清洁处理、清洗硅片表面并甩干、用有蜡贴片的方式对背封片做粗、中、精抛光。
实施例1
6英寸背封多晶硅的硅片，用有蜡贴片的方式将硅片粘接在单面抛光机的夹具上，硅片需要抛光的一面，作为涂蜡面，与夹具相接触。所用液体蜡为蜡含量30％，异丙醇含量70％。用作清洁处理的抛光布采用聚氨酯材质，无纺布结构，表面绒毛状，硬度在45Aske-C的抛光布。进行清洁处理时，抛光机提供的压强为70g/cm2，清洗液为纯水，流量10L/min，抛光时间为3分钟。
在清洗工序，将硅片浸入过氧化氢含量8％，氨含量4％的清洗液中，清洗液的温度为65℃，浸泡时间为7分钟。洗完后用去离子水将硅片表面的清洗液冲洗干净。再将硅片浸入过氧化氢含量4.5％，氨含量2％的清洗液中，清洗液的温度为70℃，浸泡时间为5分钟。洗完后再次用去离子水将硅片表面的清洗液冲洗干净，最后将硅片甩干。
再次用有蜡贴片的方式将硅片粘接在单面抛光机的夹具上，硅片不需要抛光的一面，作为涂蜡面，与夹具相接触。所用液体蜡为蜡含量25％，异丙醇含量75％。
在最后的单面粗、中、精抛光工序，粗抛采用硬度为80#Asker C的抛光布，粗抛液采用粒径在80～90nm的胶体二氧化硅悬浮颗粒的抛光液，用去离子水15倍稀释，抛光液流量7L/min，中抛采用硬度68Asker C的抛光布，中抛液采用粒径在20～40nm的胶体二氧化硅悬浮颗粒的抛光液，用去离子水20倍稀释，抛光液流量5L/min，精抛液采用粒径在5～8nm的胶体二氧化硅悬浮颗粒的抛光液，用去离子水50倍稀释，抛光液流量1.5L/min。
用以上方法加工6英寸背封多晶硅的硅片300片，加工完成后用ADE8300检测每片硅片的几何形貌，并用SBIR这一测试参数来衡量是否有Dimple缺陷。所谓的SBIR(SiteBack-side Ideal Range)，是关于平坦度，以将单晶片吸附固定的固定面为固定基准，评价各区分地段(site，将单晶片整个面以一定大小的区域区分成各地段)，定义为从固定面算起的高度的最大值和最小值的差值。
图2是实施例1所述批次，与未经本发明方法做过背面处理、但有蜡抛光工艺条件完全相同的另一批次硅片，在有蜡抛光后的SBIR对比数据。可见，经过背面处理的批次，SBIR数据一个异常点都没有，即背封点都预处理干净了，有蜡抛光后无Dimple缺陷。

Claims (4)

1.一种有效去除背封硅片背面背封点的工艺方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)用有蜡贴片的方式将背封硅片粘接在单面抛光机的夹具上，背封硅片需要抛光的一面作为涂蜡面，与夹具相接触，使用单面抛光机对背封硅片的背封面进行清洁处理，抛光机提供的压强为50～100g/cm2，清洗液为纯水，流量4～20L/min，抛光时间为1～100分钟；
(2)对步骤(1)处理过的背封硅片进行清洗并甩干，清洗液为含过氧化氢和氨的混合溶液；所述清洗包括两步：第一步，清洗液中过氧化氢的质量百分含量为2％～10％，氨的质量百分含量为1％～8％，清洗温度为50～80℃，清洗时间1～60分钟，然后用去离子水清洗；第二步，清洗液中过氧化氢的质量百分含量为1％～5％，氨的质量百分含量为0.2％～3％，清洗温度为60～80℃，清洗时间1～60分钟，并配合超声的方式，然后用去离子水清洗；
(3)再次用有蜡贴片的方式将背封硅片粘接在单面抛光机的夹具上，背封硅片不需要抛光的一面作为涂蜡面，与夹具相接触，对背封硅片做粗、中、精抛光。
2.根据权利要求1所述的工艺方法，其特征在于，所述步骤(1)中用于清洁处理的抛光布为聚氨酯材质，其表面硬度为40～60Aske-C。
3.根据权利要求1所述的工艺方法，其特征在于，所用超声的频率为38～128KHz。
4.根据权利要求1所述的工艺方法，其特征在于，所述步骤(3)中，有蜡贴片所用为液体蜡，液体蜡中的蜡含量在10％～40％，溶剂为异丙醇。
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