一種硅片拋光裝置的制作方法

本發(fā)明涉及半導體制造技術(shù)領域，具體涉及一種硅片拋光裝置。

背景技術(shù)：

硅片的表面拋光是半導體、微機電系統(tǒng)、微光電等器件制備過程中非常重要的工藝步驟。拋光后硅片的表面非常平整如鏡面，滿足微納器件制備的需要。傳統(tǒng)上的硅片拋光是一種使用拋光液進行拋光的多步工藝過程，拋光液是由磨粒和化學液(例如酸)組成。硅片被安全固定在可旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)動臺上，用壓片、毛刷或海綿制成的拋光頭壓在旋轉(zhuǎn)硅片的表面進行拋光。這種拋光方式被稱作化學機械拋光，或“cmp”，已廣泛應用三十多年。

在實際應用中，拋光是一種非常復雜的制程，呈現(xiàn)許多挑戰(zhàn)和應用。包括旋轉(zhuǎn)速度、壓力、時間、拋光液組成、硅片平整度、拋光片的磨損、裝載的均勻性等參數(shù)均會影響拋光結(jié)果。并且，這些機械與化學的處理過程通常需要后續(xù)多步修復工藝，減少硅片在拋光過程中所產(chǎn)生的應力，或者清除拋光過程中的細小磨粒和其它污染。同時化學機械拋光耗時很長，特別在半導體芯片生產(chǎn)過程中是非常不經(jīng)濟的。盡管化學機械拋光在行業(yè)中得到廣泛應用，得是仍然需要新的辦法來克服上述提到的缺點。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種硅片拋光裝置，所述裝置提升了硅片的拋光品質(zhì)，且拋光成本低。

為了達到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：

一種硅片拋光裝置，包括：

工藝處理腔，所述工藝處理腔用于拋光硅片；

旋轉(zhuǎn)盤，所述旋轉(zhuǎn)盤設置在所述工藝處理腔內(nèi)，所述硅片放置于所述旋轉(zhuǎn)盤上；

電機，所述電機設置于所述工藝處理腔下方，并與所述旋轉(zhuǎn)盤相連，用于驅(qū)動所述旋轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)；

去離子水輸送管，所述去離子水輸送管用于向所述硅片表面噴射去離子水；

氧化性氣體輸送管，所述氧化性氣體輸送管用于向所述硅片表面噴射氧化性氣體；

刻蝕成份輸送管，所述刻蝕成份輸送管用于向所述硅片表面噴射刻蝕性氣體或者刻蝕性液體。

上述方案中，當所述刻蝕成份輸送管輸送刻蝕性氣體時，所述硅片拋光裝置還包括：

混合氣體輸送管，所述混合氣體輸送管一端分別與所述氧化性氣體輸送管和所述刻蝕成份輸送管相連，另一端與所述工藝處理腔相連，用于向所述硅片表面噴射氧化性氣體和刻蝕性氣體的混合氣體。

上述方案中，所述硅片拋光裝置還包括：

混合器，所述氧化性氣體輸送管和所述刻蝕成份輸送管分別通過所述混合器與所述混合氣體輸送管相連。

上述方案中，所述硅片拋光裝置還包括：

o3發(fā)生器，所述o3發(fā)生器與所述氧化性氣體輸送管相連，用于產(chǎn)生氧化性氣體o3。

上述方案中，所述硅片拋光裝置還包括：

hf液體泵，所述hf液體泵用于將hf液體泵入所述刻蝕成份輸送管。

上述方案中，所述硅片拋光裝置還包括：

hf蒸發(fā)器、載氣流量控制系統(tǒng)和加熱冷卻器，所述hf液體泵、所述載氣流量控制系統(tǒng)和所述加熱冷卻器分別與所述hf蒸發(fā)器相連，所述蒸發(fā)器與所述刻蝕成份輸送管相連。

上述方案中，所述去離子水輸送管以通過所述硅片圓心的圓弧線為路徑，做往復移動。

上述方案中，所述混合氣體輸送管以通過所述硅片圓心的圓弧線為路徑，做往復移動。

上述方案中，所述去離子水輸送管與所述混合氣體輸送管在所述硅片上方交替移動。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

本發(fā)明借助于化學氧化反應，向放置硅片的工藝處理腔中輸送氧化性氣體和含有刻蝕成份的氣體或液體，使得硅片表面凸點被去除。使用本發(fā)明，硅片表面可以被拋光得非常平整，與傳統(tǒng)的化學機械方法拋光的硅片表面基本相當。由于不使用磨粒和基本上與硅片表面沒有機械接觸，不需要拋光后的清洗和應力釋放等后續(xù)修復工藝步驟，因此，半導體芯片的制備成本將會下降，品質(zhì)將會提升。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實施例提供的一種硅片拋光裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明實施例中去離子水輸送管與混合氣體輸送管往復移動的軌跡 圖；

圖3為本發(fā)明實施例中硅片在拋光前的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為本發(fā)明實施例中硅片拋光后的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

本發(fā)明的硅片拋光原理為：在基片表面形成微觀或宏觀的液體薄膜，在刻蝕液存在的條件下，氧化性氣體通過硅片表面水膜層的表面，氧化性氣體與刻蝕液共同反應對硅片表面進行拋光。氧化性氣體流可以使硅片表面較高的點或區(qū)域的液體層相對于硅片表面較低的點或區(qū)域的液體層薄。由此產(chǎn)生的結(jié)果是硅片表面較高處的氧化速率比較低處快。硅片表面較高的點將會被化學去除，從而產(chǎn)生平整拋光的硅片表面。硅片表面較低處的點被較厚的水膜保護，較少的與氧化性氣體接觸，刻蝕速率較低。在拋光過程中旋轉(zhuǎn)硅片，可以幫助提升拋光過程均勻性。例如：氧化性氣體o3和刻蝕性液體hf共同作用會刻蝕硅，其原理是硅被o3氧化生成sio2，hf反應溶解去除sio2。然而，通過刻蝕作用清洗硅片，會去除極薄一層的硅片表面材料。另一方面，拋光過程也會去除1～50微米的硅片表層，獲得極平整的、完好拋光的表面。

為了更好的理解上述技術(shù)方案，下面將結(jié)合說明書附圖以及具體的實施方式對上述技術(shù)方案進行詳細的說明。

實施例一：

如圖1所示，本實施例提供一種硅片拋光裝置，包括：工藝處理腔202，所述處理腔用于拋光硅片204；旋轉(zhuǎn)盤205，所述旋轉(zhuǎn)盤205設置在所述工藝處理腔202內(nèi)，所述硅片204放置于所述旋轉(zhuǎn)盤205上；電機208，所述電機208設置于所述工藝處理腔202下方，并與所述旋轉(zhuǎn)盤205相連，用于驅(qū)動所述旋轉(zhuǎn) 盤205旋轉(zhuǎn)，進而帶動硅片204進行旋轉(zhuǎn)；去離子水輸送管201，所述去離子水輸送管201用于向所述硅片204表面噴射去離子水203；混合氣體輸送管207，所述混合氣體輸送管207一端分別與氧化性氣體輸送管【圖中未示出】和刻蝕成份輸送管【圖中未示出】相連，另一端與所述工藝處理腔202相連，用于向所述硅片表面噴射氧化性氣體和刻蝕性氣體的混合氣體206。硅片204的旋轉(zhuǎn)可以在硅片204表面形成液體層，同時可以使硅片表面的液體保持新鮮。

本實施例中，所述硅片拋光裝置還包括：o3發(fā)生器、hf液體泵、hf蒸發(fā)器、載氣流量控制系統(tǒng)和加熱冷卻器；其中，所述o3發(fā)生器與所述氧化性氣體輸送管相連，用于產(chǎn)生氧化性氣體o3，所述hf液體泵、所述載氣流量控制系統(tǒng)和所述加熱冷卻器分別與所述hf蒸發(fā)器相連，所述hf液體泵用于將hf液體泵入所述hf蒸發(fā)器，所述hf蒸發(fā)器與所述刻蝕成份輸送管相連。

本實施例中，所述硅片拋光裝置還包括：混合器【圖中未示出】，所述氧化性氣體輸送管和所述刻蝕成份輸送管分別通過所述混合器與所述混合氣體輸送管207相連。

本實施例中，如圖2所示，所述去離子水輸送管與所述混合氣體輸送管在所述硅片上方交替移動，所述去離子水輸送管201以通過所述硅片204圓心301的圓弧線302為路徑，做往復移動，所述混合氣體輸送管207也以通過所述硅片204圓心301的圓弧線302為路徑，做往復移動。

本實施例的工作過程如下：hf液體通過hf液體泵泵入hf蒸發(fā)器中，n2等載氣氣體經(jīng)過載氣流量控制系統(tǒng)進入hf蒸發(fā)器中，n2在hf蒸發(fā)器中的流動使hf液體產(chǎn)生揮發(fā)，當n2流出hf蒸發(fā)器，已經(jīng)是一種包含hf的混合氣體。獨立的加熱冷卻器以過熱交換的方式控制hf蒸發(fā)器中液體的溫度。hf蒸發(fā)器中產(chǎn)生的混和刻蝕性氣體與o3發(fā)生器中產(chǎn)生的氧化性氣體o3分別通過刻蝕成 份輸送管和氧化性氣體輸送管在混合器中混合，經(jīng)過混合氣體輸送管207噴射至工藝處理腔202中旋轉(zhuǎn)的硅片204表面。與此同時，去離子水輸送管201將去離子水噴射到旋轉(zhuǎn)的硅片204表面。如圖3所示，硅片204高速旋轉(zhuǎn)，去離子水輸送管201中噴出的去離子水203會在硅片204表面形成一個均勻的液體薄膜403，此時，還未拋光的硅片204表面呈現(xiàn)一種鋸齒形狀，齒尖401處的水膜厚度相較于底部402的水膜薄，因此硅片204在旋轉(zhuǎn)拋光時，齒尖401處的刻蝕速率高于底部402處，產(chǎn)生的結(jié)果是硅片表面更加平整，如圖4所示，起到拋光效果。

實施例二：

本實施例提供一種硅片拋光裝置，包括：工藝處理腔202，所述處理腔用于拋光硅片204；旋轉(zhuǎn)盤205，所述旋轉(zhuǎn)盤205設置在所述工藝處理腔202內(nèi)，所述硅片204放置于所述旋轉(zhuǎn)盤205上；電機208，所述電機208設置于所述工藝處理腔202下方，并與所述旋轉(zhuǎn)盤205相連，用于驅(qū)動所述旋轉(zhuǎn)盤205旋轉(zhuǎn)，進而帶動硅片204進行旋轉(zhuǎn)；去離子水輸送管201，所述去離子水輸送管201用于向所述硅片204表面噴射去離子水203；氧化性氣體輸送管，所述氧化性氣體輸送管用于向所述硅片表面噴射氧化性氣體；刻蝕成份輸送管，所述刻蝕成份輸送管用于向所述硅片表面噴射刻蝕性氣體或者刻蝕性液體。硅片204的旋轉(zhuǎn)可以在硅片204表面形成液體層，同時可以使硅片表面的液體保持新鮮。

本實施例中，所述硅片拋光裝置還包括：o3發(fā)生器、hf液體泵、hf蒸發(fā)器、載氣流量控制系統(tǒng)和加熱冷卻器；其中，所述o3發(fā)生器與所述氧化性氣體輸送管相連，用于產(chǎn)生氧化性氣體o3；所述hf液體泵用于將hf液體泵入所述刻蝕成份輸送管，或者所述hf液體泵、所述載氣流量控制系統(tǒng)和所述加熱冷卻器分別與所述hf蒸發(fā)器相連，所述hf液體泵用于將hf液體泵入所述hf蒸 發(fā)器，所述hf蒸發(fā)器與所述刻蝕成份輸送管相連。

本實施例中，所述去離子水輸送管201以通過所述硅片204圓心的圓弧線為路徑，做往復移動。

本實施例的工作過程如下：hf液體通過hf液體泵直接泵入刻蝕成份輸送管，為工藝處理腔202提供刻蝕成份液體；或者hf液體通過hf液體泵泵入hf蒸發(fā)器中，n2等載氣氣體經(jīng)過載氣流量控制系統(tǒng)進入hf蒸發(fā)器中，n2在hf蒸發(fā)器中的流動使hf液體產(chǎn)生揮發(fā)，當n2流出hf蒸發(fā)器，已經(jīng)是一種包含hf的混合氣體。獨立的加熱冷卻器以過熱交換的方式控制hf蒸發(fā)器中液體的溫度?？涛g成份輸送管將hf液體或hf蒸發(fā)器中產(chǎn)生的刻蝕成分氣體噴射至工藝處理腔202中旋轉(zhuǎn)的硅片204表面，o3發(fā)生器中產(chǎn)生的氧化性氣體o3通過氧化性氣體輸送管噴射至工藝處理腔202中旋轉(zhuǎn)的硅片204表面。與此同時，去離子水輸送管201將去離子水噴射到旋轉(zhuǎn)的硅片204表面。硅片204高速旋轉(zhuǎn)，去離子水輸送管201中噴出的去離子水203會在硅片204表面形成一個均勻的液體薄膜403，此時，還未拋光的硅片204表面呈現(xiàn)一種鋸齒形狀，齒尖401處的水膜厚度相較于底部402的水膜薄，因此硅片204在旋轉(zhuǎn)拋光時，齒尖401處的刻蝕速率高于底部402處，產(chǎn)生的結(jié)果是硅片表面更加平整，起到拋光效果。

在本發(fā)明中，刻蝕成份，如hf，將采用液體或氣體的方式。hf液體傳送到硅片表面，或者hf氣體與氧化性氣體混和，傳送到硅片表面。當高濃度的hf液體或氣體與氧化性氣體混和，在硅片表面可以有較強的拋光效果。當混合氣流以較高的速率噴射到硅片表面時，拋光效果也將提升。同時也可以發(fā)現(xiàn)相對于室溫，當hf蒸發(fā)器中液體溫度逐步升高時，在硅片表面的拋光效果也將提升。很顯然這主要是因為溫度上升，更高濃度的刻蝕成份進入混合氣體，從而 增加了拋光效果。hf氣體也可以是將n2通往hf蒸發(fā)器中的hf液體中，n2作為載氣將hf氣體帶出，再與o3等氧化性氣體混和，傳送到待拋光硅片表面。

本發(fā)明的優(yōu)點如下：

本發(fā)明借助于化學氧化反應，向放置硅片的工藝處理腔中輸送氧化性氣體和含有刻蝕成份的氣體或液體，使得硅片表面凸點被去除。使用本發(fā)明，硅片表面可以被拋光得非常平整，與傳統(tǒng)的化學機械方法拋光的硅片表面基本相當。由于不使用磨粒和基本上與硅片表面沒有機械接觸，不需要拋光后的清洗和應力釋放等后續(xù)修復工藝步驟，因此，半導體芯片的制備成本將會下降，品質(zhì)將會提升。

以上所述的具體實施例，對本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進行了進一步詳細說明，所應理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。