超薄硅双面抛光片抛光工艺技术

随着集成电路工艺技术的迅猛发展，不断涌现 出新的器件和集成电路类型。特殊的电路在制作时 需要进行双面光刻，传统的硅单面抛光工艺已经不 能满足这一要求[2]。如 MEMS、空间太阳电池、特殊
收 稿 日 期 ：2011-01-31
保护电路等。这些器件、电路使用的硅双面抛光片 的厚度很薄，并且要求表面质量较高，因此需要研 制和生产高质量的超薄硅双面抛光片。
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IC 制造工艺与设备
Zhao Quan, Yang Hong-xing, Liu Chun-xiang, Lv Fei, Wang Yun-biao, Wu Yong-chao
(The .46th Research Institute of CETC, Tianjin 300220, China)
Abstract: The silicon double sides polished wafers had been widely used during the manufacture procedure of MEMS device, protective circuits, and solar cell. The traditional silicon polishing process wasn't suitable for these application for the thickness of the wafers was very thin. The article introduced one polishing process technology for ultra thin silicon double sides polished wafer. Through the research of silicon polishing mechanism, polishing method, and polished process and the analysis of the experiment results, it was figured out that the technology problem of the polished process such as the breakage rate and the back side surface quality of the polished wafers during the polishing procedure. The high quality ultra thin silicon polished wafers were successfully prepared. Keywords: Ultra-thin; Silicon Double Sides Polished Wafer; Polishing Process
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抛光液 pH 值
图 2 不 同 pH 值 条 件 下 背 面 腐 蚀 率 的 对 比 图
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2.1.3 抛光步骤和抛光时间的确定 双面抛光工艺的抛光顺序为：第一次正面抛
Si(OH)4 → SiO2 + 2H2O SiO2 + 2OH- → SiO2-3 + H2O
实验表明：在相同的抛光工艺下，降低抛光液
的 pH 值可使双面抛光片背面腐蚀现象减少。图 2
中给出了在一定的抛光工艺条件下 （未做背面保
护），抛光液 pH 值不同时的抛光片背面腐蚀率。
腐蚀片百分比 /%
30 25 20 15 10 5 0
35
30
25
20
15
10
5
0Байду номын сангаас
140
170
200
230
260
抛光压力 /g·cm-1
腐蚀率 碎片率
图 1 压力与碎片率和背面腐蚀率关系图
从图中可以看出，在超薄双面抛光片抛光工艺
中需要综合考虑背面腐蚀率和碎片率两方面的因
素，选择合适的抛光压力，以提高超薄硅单晶双面
抛光片的表面质量和成品率。最终我们确定的抛光
光、背面抛光、第二次正面抛光。背面抛光时，双面 抛光片正面与抛光垫接触，抛光片的正面容易产生 腐蚀，通过第二次正面抛光，抛光片正面腐蚀率可 下降为零。但是在第二次正面抛光时，双面抛光片 的背面与抛光垫接触，抛光片的背面也将产生腐 蚀。那么在第二次正面抛光时，除了调整抛光液 pH 值和抛光压力外，还要尽量缩短第二次正面抛光的 时间，以减少双面抛光片背面腐蚀缺陷的产生。同 时，降低第二次正面抛光的时间，要充分考虑到双 面抛光片正面的表面质量，如果第二次正面抛光的 时间太短，抛光片正面的表面质量就难以控制。
薄双面抛光片的碎片率和背面腐蚀率。
表 1 不同的抛光垫条件下不合格率对比情况
参数 抛光垫 国产抛光垫
进口抛光垫
背面腐蚀率 /% 22.5 8.2
碎片率 /% 23.1 1.7
2.2 超薄双面抛光片背面保护技术 通过以上几方面工艺技术的研究，超薄硅单晶
双面抛光片的背面腐蚀率基本得到了控制，超薄硅 单晶双面抛光片的背面腐蚀率下降到了较低的水 平。但是，在抛光过程中，采用无蜡抛光方式抛光， 抛光液无论如何会少量进入到抛光片与抛光垫之 间，由于化学作用的存在，抛光液会腐蚀抛光片的 背面[4]。也就是说，单纯的调整抛光工艺参数，双面 抛光片的背面易产生腐蚀现象的问题难以得到彻 底解决。为此，研究双面抛光片背面保护技术，是彻 底消除双面抛光片背面腐蚀现象、改善背面表面质 量的关键手段。
易控制的技术难题，研制出了高质量的超薄硅单晶双面抛光片。
关键词： 超薄； 硅双面抛光片； 抛光工艺
中图分类号： TN305.2
文献标识码： A
文章编号： 1004-4507（2011）03-0021-04
Polishing Process Technology of Ultra-thin Silicon Double Sides Polished Wafer
由于超薄硅单晶双面抛光片加工工艺的特殊
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电 子 工 业 专 用 设备
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性，抛光工艺中的抛光压力、抛光液 pH 值、抛光时 间、抛光垫的选择都将严重影响超薄硅单晶双面抛 光片的碎片率和背面的表面质量。本文通过调整抛 光工艺参数，解决了超薄双面抛光片碎片率高的技 术难题，改善了双面抛光片背面的表面质量，同时 确定了独特的超薄硅单晶双面抛光片的加工工艺 条件。
2 结果与讨论
2.1 抛光过程中碎片率的控制 2.1.1 抛光压力的控制
工艺实验表明：在 φ100 mm 超薄硅单晶双面 抛光片的加工过程中，抛光工艺的碎片率最高，而 在该工艺中抛光压力是影响碎片率的重要因素。抛 光压力的降低，会减小抛光片在抛光过程中的径向 摩擦力，使抛光片不易发生飞片现象，可降低 φ100 mm 超薄硅单晶双面抛光片的碎片率。但是 另一方面，在一定范围内增加抛光压力，会使双面 抛光片背面腐蚀现象减少，这是因为随着抛光压力 的增加，抛光垫衬底膜中微孔的液体排出较多，形 成了较强的真空吸附力，使晶片被牢牢地吸在抛光 垫上。抛光片和抛光垫衬底膜之间相对运动的减 少，限制了抛光液进入抛光垫的衬底中，从而减少 了硅单晶双面抛光片背面腐蚀现象的产生。
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超薄硅双面抛光片抛光工艺技术
赵 权，杨洪星，刘春香，吕 菲，王云彪，武永超
(中国电子科技集团公司第四十六研究所，天津 300220)
摘 要： MEMS 器件、保护电路、空间太阳电池等的制作需要使用硅双面抛光片，并 且 要 求 抛 光
片的厚度很薄，传统的硅抛光片加工工艺已经不能满足这一要求。 介绍了一种用于超薄硅单晶双
面 抛 光 片 加 工 的 抛 光 工 艺 方 法 。 通 过 对 硅 片 抛 光 机 理 [1]、 抛 光 方 式 、 抛 光 工 艺 的 研 究 和 对 抛 光 工 艺
试验结果的分析，解决了超薄硅单晶双面抛光片在加工过程中碎片率高、抛光片背面表面质量不
1 工艺实验
实 验 所 使 用 的 硅 单 晶 片 为 ：N 型 ， 晶 向 <111>±1°，直径 100±0.5 mm，硅片抛光前厚度 360±20 μm，抛光后厚度 300±10 μm。抛光设备采 用国产 X62 815-2 型单面抛光机。
超薄硅双面抛光片的抛光工艺采用单面无蜡 抛光方式，首先要对晶片进行第一次正面抛光，然 后抛光片的背面。在背面抛光结束后，对抛光片的 背面进行保护，最后进行第二次正面抛光。通过优 化加工工艺，降低加工过程中的碎片率，提高抛光 片的总成品率；采用化学保护技术保护抛光片背 面，解决抛光片背面易腐蚀的技术难题。
在单面抛光机上，采用无蜡方式、分 3 个步骤 抛光双面抛光片，可有效地控制抛光片背面的表面 质量。实验表明：在一定范围内，减少第二次正面抛 光的时间，可降低双面抛光片背面的腐蚀率。下面 是最终确定的超薄双面抛光片的抛光步骤和时间:
第一次正面抛光，时间 40～60 min。 背面抛光，时间 40～60 min。 第二次正面抛光，时间 10～15 min。 2.1.4 抛光垫的设计 抛光垫的作用是将硅片固定在抛光盘上，取代 了原来的粘片蜡。在超薄硅单晶片的抛光工艺中， 无蜡抛光垫质量会直接影响抛光片的碎片率。这是 因为硅单晶片厚度变薄，要求无蜡抛光垫玻璃钢的 厚度也相应地变薄（接近 200 μm），这样，玻璃钢的 机械强度就会大幅度地减小，使抛光垫孔的边缘在 抛光过程中容易被磨损，造成“飞片”现象，使碎片 率上升。另外，抛光垫衬底薄膜质量的好坏也会影 响超薄硅单晶双面抛光片碎片率。 实验表明：抛光垫中玻璃钢的强度、衬底材料 的平整度和衬底材料的吸附力将影响超薄双面抛 光片的碎片率；抛光垫中衬底材料的平整度、吸附 力将影响超薄双面抛光片背面的表面质量。通过对 实验结果的分析，设计了 T627-2 型抛光垫，该抛光 垫提高了玻璃钢的强度，增强了衬底材料的吸附 力。T627-2 型抛光垫的使用提高了超薄双面硅片抛 光工艺的稳定性。表 1 是在一定的抛光工艺条件下 （未做背面保护），使用两种不同的抛光垫得到的超