本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體硅片的研磨方法，具體涉及金屬離子的控制，屬于單晶硅的加工領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

隨著半導(dǎo)體器件的快速發(fā)展，對(duì)單晶硅片的要求越來(lái)越高。由于晶片的主面是描繪器件的圖案的面，因此必須極力避免晶片主面的傷痕或污染。在硅片整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程中引入元件間的痕量雜質(zhì)元素可能使芯片的合格率降低。特定污染問(wèn)題可導(dǎo)致半導(dǎo)體器件不同的缺陷，例如過(guò)度金屬與重金屬（fe,cr,ni,cu等）可使元件的壽命縮短，或者使元件工作的暗電流增大。作為半導(dǎo)體器件的原材料，硅表面的金屬離子將直接影響器件加工的合格率。

硅片研磨的目的是為了去除在切片加工工序中，硅片表面因切割產(chǎn)生的、深度約20-50um的表面機(jī)械應(yīng)力損傷層和表面的各種金屬離子等雜質(zhì)污染，并使硅片具有一定的幾何尺寸精度的平坦表面。目前，硅片的研磨方法主要有雙面研磨和雙面磨削，但雙面磨削主要針對(duì)大尺寸（300mm及以上）單晶硅片，投資較大，是單片磨削，不能實(shí)現(xiàn)批量磨削，生產(chǎn)效率較低，不適合現(xiàn)在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)主流的8英寸硅片研磨。雙面研磨工藝投資小，主要針對(duì)8英寸硅片，可批量研磨，提高生產(chǎn)效率。

目前雙面研磨工藝中使用的磨盤主要為鑄鐵盤，使用鐵盤容易對(duì)晶片的主面造成傷痕或污染，由于引入大量的金屬離子和機(jī)械應(yīng)力的損傷層大，晶片的后續(xù)工序（腐蝕）加工量大，腐蝕時(shí)間長(zhǎng)，加工損耗大，硅片利用率相對(duì)較低。國(guó)內(nèi)很多加工單位目前采用的研磨加工方式多為鑄鐵盤上面配碳化硅微粉磨料加水或者加磨削油潤(rùn)滑冷卻來(lái)加工。這樣在磨加工過(guò)程中很多研磨不掉的碳化硅粉和磨削下來(lái)的廢料就會(huì)被壓力擠到工件表面上造成工件表面發(fā)黑，后期清洗不掉和水污染。鑄鐵盤也會(huì)隨著磨削加工工件一樣被碳化硅磨料磨去厚度，后期需要頻繁修磨鑄鐵盤的平行度。

本發(fā)明專利的目的是提供一種半導(dǎo)體硅片的研磨方法，采用雙面研磨工藝對(duì)切割好的硅片進(jìn)行研磨，通過(guò)改善研磨工藝（磨盤材質(zhì)、研磨液、研磨壓力及研磨轉(zhuǎn)速等）來(lái)提高研磨片的質(zhì)量；尤其是使用陶瓷盤代替鑄鐵盤，減少了金屬離子的引入，可減少硅片的后續(xù)加工量，縮短了后續(xù)工序（腐蝕）時(shí)間，提高了生產(chǎn)效率，而且減少了硅片加工的損耗，提高了硅片的利用率。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明專利的目的是提供一種半導(dǎo)體硅片的研磨方法，采用雙面研磨工藝對(duì)切割好的硅片進(jìn)行研磨，通過(guò)改善研磨工藝（磨盤材質(zhì)、研磨液、研磨壓力及研磨轉(zhuǎn)速等）來(lái)提高硅研磨片的質(zhì)量。特別是使用陶瓷盤代替鑄鐵盤，減少了金屬離子的引入，可減少硅片的后續(xù)加工量，縮短了后續(xù)工序（腐蝕）時(shí)間，提高了生產(chǎn)效率，而且減少了硅片加工的損耗，提高了硅片的利用率。

本發(fā)明的目的主要是通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)的：

本發(fā)明半導(dǎo)體硅片的研磨方法，使用雙面研磨系統(tǒng)對(duì)硅片進(jìn)行雙面研磨加工時(shí)，利用游輪片將硅片置于雙面研磨機(jī)中的上下磨盤之間，加入研磨液，調(diào)整研磨機(jī)的研磨壓力、研磨轉(zhuǎn)速，使硅片隨著磨盤作相對(duì)的行星運(yùn)動(dòng)。其特征在于，所述的磨盤為al2o3陶瓷盤；所述的研磨液包含磨料、懸表面活性劑和去離子水；研磨壓力控制在50kpa以下，優(yōu)選為10-30kpa；研磨轉(zhuǎn)速在100rpm以下，優(yōu)選為30-60rpm。

前述的硅片的研磨方法，其特征在于，所述的磨盤采用的是陶瓷盤，其主要成分為al2o3，純度99%以上。陶瓷材料由其化學(xué)鍵所決定、在室溫下幾乎不能產(chǎn)生滑移或位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)，因而很難產(chǎn)生塑性變形。由于al2o3陶瓷材料的硬度及脆性大，通過(guò)微細(xì)磨粒的磨削加工，al2o3陶瓷盤可以在允許的時(shí)間內(nèi)得到良好的加工表面。對(duì)陶瓷材料的研磨加工，磨料具有滾軋作用或微切削作用；使用的研磨料為al2o3顆粒，與陶瓷盤成分一致，磨盤與磨料能相互休整。使用陶瓷盤有以下優(yōu)點(diǎn)：可以獲得很高的精度和接近幾何學(xué)形狀的超光滑完美表面；適合于大批量生產(chǎn)；加工方法簡(jiǎn)單，設(shè)備投資少；加工損耗小。

目前，研磨工藝中使用的研磨機(jī)基本上都采用球磨鑄鐵的磨盤，在研磨過(guò)程中磨料會(huì)使鑄鐵磨盤不斷損耗，大量的鐵會(huì)進(jìn)入到研磨液中，而硅片表面裸露著的新斷的化學(xué)鍵，吸附在硅片表面，一般很難清洗下來(lái)，因而造成重金屬fe污染。重金屬雜質(zhì)fe會(huì)對(duì)硅片造成最嚴(yán)重的重金屬污染，降低氧化誘導(dǎo)生成層錯(cuò)的位錯(cuò)的形成勢(shì)壘，會(huì)對(duì)器件失效造成極為嚴(yán)重的影響，大大降低芯片的良率。由于研磨引入大量的金屬離子和機(jī)械應(yīng)力的損傷層大，晶片的后續(xù)工序（腐蝕）加工量大，腐蝕時(shí)間長(zhǎng)，加工損耗大，硅片利用率相對(duì)較低。

前述的硅片的研磨方法，其特征在于，所述的研磨液包含磨料、表面活性劑和去離子水等，各組分所占重量百分比為：磨料10%-30%、表面活性劑為0.5%-2.0%，其余為去離子水。所述研磨液磨料主要是al2o3微粉，粒度為0-20um，優(yōu)化為3-10um；磨料粒徑大于10um，研磨速率加快，但是加工粗糙度高、表面容易出現(xiàn)劃傷，且加工損耗層也加深；磨料粒徑小于3um，加工精度高，但研磨速率較慢，對(duì)設(shè)備和環(huán)境要求較高，增加制造成本。表面活性劑是非離子型表面活性劑，主要為脂肪醇聚氧乙烯醚或烷基醇酰胺；加入表面活性劑的主要目的是濕潤(rùn)磨料粒子與硅片表面，乳化研磨液內(nèi)部組分，并在研磨過(guò)程中對(duì)硅片的研磨起到一定的潤(rùn)滑作用。

前述的硅片的研磨方法，其特征在于，所述的研磨壓力控制在50kpa以下，優(yōu)選為10-30kpa范圍。施加壓力的過(guò)程必須由小勻速增加，以使研磨漿料能夠均勻分散。在穩(wěn)定態(tài)的研磨壓力下進(jìn)行研磨，研磨時(shí)間約5-15min，在研磨結(jié)束前也需要慢慢將研磨壓力降低。研磨壓力太小，研磨速率太慢，生產(chǎn)效率太低，不利于成本控制；研磨速率隨著研磨壓力的增大而加快，但是壓力太大容易造成硅片表面的機(jī)械損傷，會(huì)擴(kuò)大研磨損傷，降低表面質(zhì)量。

前述的硅片的研磨方法，其特征在于，所述的研磨轉(zhuǎn)速控制在100rpm以下，優(yōu)選為30-60rpm。一般說(shuō)，研磨轉(zhuǎn)速高，研磨速率快。研磨是速率和粗糙度并存，為減小界面缺陷，轉(zhuǎn)速不宜過(guò)大。研磨轉(zhuǎn)速小于30rpm時(shí)，研磨轉(zhuǎn)速較低，研磨速率慢，表面粗糙度小，但生產(chǎn)效率低；研磨速率大于100rpm時(shí)，表面摩擦力加大，會(huì)形成界面缺陷。

本發(fā)明的有益效果在于。

采用雙面研磨工藝，通過(guò)選用合適的磨盤、磨料，適當(dāng)?shù)乜刂蒲心毫脱心マD(zhuǎn)速，所獲得的硅研磨片表面無(wú)凹坑、亮點(diǎn)、刀痕、鴉爪、劃傷、裂紋、崩邊及沾污，表面光潔度良好；表面機(jī)械加工精度：ttv≤2um;sfqr≤50nm;ra≤100nm。

本發(fā)明使用了陶瓷盤代替鑄鐵盤，減少了金屬離子的引入，尤其是fe離子的引入，從而減少了后續(xù)加工（腐蝕）的加工量。按本發(fā)明方法獲得的硅研磨片的腐蝕時(shí)間僅為3-6min，與常規(guī)的6-12min相比，腐蝕時(shí)間明顯縮短，提高了生產(chǎn)效率；腐蝕的厚度去除量為10-30um，與常規(guī)的30-50um相比，加工損耗大量減少，提高硅片的利用率。

本發(fā)明使用陶瓷盤代替鑄鐵盤，減少了磨盤的修盤次數(shù)，鑄鐵盤需要頻繁地修盤，而陶瓷盤不需要。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明所采用雙面研磨技術(shù)的研磨系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。

圖2為本發(fā)明所采用雙面研磨技術(shù)的磨片示意圖。

具體實(shí)施方式

為了更清楚的理解本發(fā)明，按工藝步驟進(jìn)一步詳細(xì)描述本發(fā)明。

研磨液的配制：按照發(fā)明內(nèi)容比例分別稱取磨料、表面活性劑和去離子水，對(duì)漿料進(jìn)行攪拌5-20min。

對(duì)陶瓷盤、行星片進(jìn)行清理和清洗。

將待研磨的硅片放入每一個(gè)行星片的孔中，在放的過(guò)程中硅片正面朝下并用手旋轉(zhuǎn)按壓硅片把硅片與下磨盤接觸面的空氣排凈，以確保所有硅片都在孔中正常轉(zhuǎn)動(dòng)不會(huì)滑跑。

按發(fā)明內(nèi)容選定研磨工藝參數(shù)，包括研磨壓力和研磨轉(zhuǎn)速，利用雙面研磨機(jī)進(jìn)行研磨。

當(dāng)研磨結(jié)束后，小心的取出所有硅片，并放到溢流槽內(nèi)的片架上溢流。

利用超聲清洗機(jī)對(duì)硅片進(jìn)行清洗。

對(duì)清洗后的硅片進(jìn)行檢驗(yàn)：在暗室中利用顯微鏡檢查有無(wú)劃傷、鴉爪、刀痕、裂紋等不良；利用ade公司生產(chǎn)的adeafs6330測(cè)量硅片表面的幾何參數(shù)；用顆粒度檢測(cè)儀檢驗(yàn)表面潔凈度。

對(duì)合格的硅研磨片進(jìn)行腐蝕。

對(duì)腐蝕后的硅片進(jìn)行清洗和檢驗(yàn)。

實(shí)施例1

采用cz法培育8英寸p型電阻率為50ωcm的單晶硅棒，在通過(guò)切片、倒角、清洗后，采用雙面研磨技術(shù)對(duì)硅片進(jìn)行研磨，按照本發(fā)明內(nèi)容闡述的方法選擇配制研磨液以備用，其中al2o3微粉粒度為10um。本發(fā)明在室溫環(huán)境下進(jìn)行，磨盤材質(zhì)為球磨鑄鐵。

按照研磨工藝流程，將待研磨的硅片置于挖有與晶片相同大小孔洞承載片中，再將此承載片置于兩個(gè)磨盤之間，使用雙面研磨機(jī)（日本speedfam公司產(chǎn)）進(jìn)行研磨。調(diào)整研磨機(jī)使得研磨壓力漸漸升至25kpa,并控制在25kpa，控制研磨轉(zhuǎn)速為55rpm，研磨時(shí)間8min。完成對(duì)晶片的研磨后，用清洗機(jī)進(jìn)行清洗，對(duì)清洗后的硅片進(jìn)行檢驗(yàn)：發(fā)現(xiàn)硅研磨片表面無(wú)凹坑、亮點(diǎn)、刀痕、鴉爪、劃傷、裂紋、崩邊及沾污，表面光潔度良好；研磨后硅片表面機(jī)械加工精度：ttv≤2um;sfqr≤50nm;ra≤100nm。

采用常規(guī)的腐蝕工藝對(duì)所獲得的研磨片進(jìn)行腐蝕，以去除硅片表面的機(jī)械應(yīng)力損傷層和金屬離子等雜質(zhì)，腐蝕時(shí)間為4min；腐蝕的厚度去除量為20um。

對(duì)比例1

采用cz法培育8英寸p型電阻率為50ωcm的單晶硅棒，在通過(guò)切片、倒角、清洗后，采用雙面研磨技術(shù)對(duì)硅片進(jìn)行研磨，按照實(shí)施例1的方法選擇配制研磨液以備用，其中al2o3微粉粒度為10um。本發(fā)明在室溫環(huán)境下進(jìn)行，磨盤材質(zhì)為al2o3陶瓷。

按照研磨工藝流程，將待研磨的硅片置于挖有與晶片相同大小孔洞承載片中，再將此承載片置于兩個(gè)磨盤之間，使用雙面研磨機(jī)（日本speedfam公司產(chǎn)）進(jìn)行研磨。調(diào)整研磨機(jī)使得研磨壓力漸漸升至25kpa,并控制在25kpa，控制研磨轉(zhuǎn)速為55rpm，研磨時(shí)間8min。完成對(duì)晶片的研磨后，用清洗機(jī)進(jìn)行清洗，對(duì)清洗后的硅片進(jìn)行檢驗(yàn)：發(fā)現(xiàn)硅研磨片表面無(wú)凹坑、亮點(diǎn)、刀痕、鴉爪、劃傷、裂紋、崩邊及沾污，表面光潔度良好；研磨后硅片表面機(jī)械加工精度：ttv≤5um;sfqr≤0.1um;ra≤200nm。

采用常規(guī)的腐蝕工藝對(duì)所獲得的研磨片進(jìn)行腐蝕，以去除硅片表面的機(jī)械應(yīng)力損傷層和金屬離子等雜質(zhì)，腐蝕時(shí)間為10min；腐蝕的厚度去除量為40um。