晶圆抛光的常见问题(晶圆研磨抛光)

导语：晶圆的制备⑥抛光工艺丨半导体行业

利用化学机械研磨方式，将晶圆的蚀刻面平整化为纳米级平滑度，并兼顾硅片的翘曲度、平坦度等各项指标，避免硅片在高端用途中微影蚀刻制程中遭遇到问题。

硅片抛光

抛光工艺可以分为三类。

（1）机械抛光法。机械抛光的原理与磨片工艺相同，但其采用的磨料颗料更细些。机械抛光的硅片一般表面平整度较高，但损伤层较深，若采用极细的磨料抛光则速度很慢。目前工业上一般已不采用机械抛光法。

（2）化学抛光法。化学抛光常用硝酸与氢氟酸的混合腐蚀液进行。经化学抛光的硅片表面可以做到没有损伤，抛光速度也较快，但平整度相对较差，因此在工业生产中化学抛光一般作为抛光前的预处理，而不单独作为抛光工艺使用。

（3）化学-机械抛光法。化学-机械抛光法（CMP）利用抛光液对硅片表面的化学腐蚀和机械研磨同时作用，兼有化学抛光和机械抛光两种抛光法的优点，是现代半导体工业中普遍采用的抛光方法。化学-机械抛光法所采用的抛光液一般是由抛光粉和氢氧化钠溶液酿成的胶体溶液，抛光粉通常为SiO2。

抛光机的结构

抛光机的结构如上图所示。贴有硅片的平板安装在抛光机上盘的下面，上盘可以升降和调整压力，下盘是一个直径很大的圆盘，内部需要通水冷却，表面覆盖韧性多孔的聚酯或聚氨酯质的抛光布。抛光时下盘在电动机带动下转动，粘有硅片的平板可绕自己的轴转动，以保证抛光的均匀，抛光液从下盘中央注入，在离心力的作用下向周围散开。抛光过程中由测温仪控制盘温。抛光液中的氢氧化钠起到化学腐蚀的作用，使硅片表面生成硅酸钢盐，通过二氧化硅胶体，对硅片产生机械摩擦，随之又被抛光液带走。这样就实现了去除表面损伤面的抛光作用。

对直径为200mm及更小的硅片来说，仅对上表面进行抛光，背面仍保留化学刻蚀后的表面，这就会在背面留下相对粗糙的表面，大约要比经过化学-机械抛光后的表面粗糙3倍左右。它的目的是提供一个粗糙表面来方便器件传送。

对直径为 300mm 的硅片来说，一般用化学-机械抛光法进行双面抛光（DSP）。硅片在抛光盘之间行星式的运动轨迹在改善表面粗糙度的同时，也使硅片表面平坦且两面平行。抛光后硅片的两面会像镜子一样，抛光后的硅片如图所示。

抛光后的硅片

抛光加工时应注意以下几方面的问题。

① 一般来说，硅片需要经过两次抛光，表面才能达到集成电路工艺的要求。第一次抛光一般用氧化镁进行粗抛，其目的是去除硅片表面残留的机械损伤，一般要求从表面除去30μm的厚度。第二次抛光用二氧化硅进行细抛，其目的是去除第一次抛光在硅片表面留下的轻微损伤和云雾状缺陷，要求从表面除去2～3μm的厚度。太阳能电池一般仅用一次抛光即可

② 对硅片进行腐蚀，然后按厚度分档上机抛光。抛光前的工艺过程中须留有足够的可加工余量，以彻底去除硅片表面的机械损伤。

③抛光液浓度对硅片质量的影响。抛光液刚配制好时，其流动性最好，抛光效果也就最好。使用一段时间后，抛光液变稠，会对硅片表面有破坏作用，因此要注意抛光液的使用时间。

④ 硅片上的压强、转速与抛光速度的关系。加在硅片上的压强要恰当，压强太大，则磨削时产生热量多，容易造成粘片；压强太小，抛光速度太慢，硅片表面可能出现枯皮形状。转速太高，易造成摩擦热，化学腐蚀速度增快，使硅片出现腐蚀坑，因此，硅片的压强和转速要控制好。

⑤ 抛光时间与质量的关系。抛光时间不仅与工艺有关，还与质量要求有关。如果磨片十分光洁，而且表面损伤很小，那么抛光时间就缩短些，反之则加长。

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