一种用于单晶硅晶圆的激光辅助抛光方法与流程

1.本发明属于激光辅助加工技术领域，具体涉及一种用于单晶硅晶圆的激光辅助抛光方法。


背景技术：

2.硅材料因其具有单方向导电特性、热敏特性、光电特性、掺杂特性等优良性能，可以生长为大尺寸高纯度晶体，且储量丰富、价格低廉，故成为全球应用最广泛、最重要的半导体基础材料。集成电路(ic)的发展离不开基础材料硅片,全球90％以上的ic都要采用硅片。
3.信息技术产业和集成电路产业的发展对半导体材料的制造提出了越来越高的要求，随着芯片面积的不断变小和集成度的飞速提高，要求半导体材料具有更高的表面质量(如低的表面粗糙度、翘曲度、平整度、无表面/亚表面损伤)。目前，对半导体材料的表面处理主要包括机械研磨和化学机械抛光两大步骤。机械研磨加工可以去除前道工艺产生的切割锯痕，降低翘曲度、表面粗糙度，但研磨过程会产生新的表面/亚表面损伤。通过化学机械抛光(cmp)可以去除研磨过程产生的损伤，该方法将机械摩擦与化学腐蚀相结合，以获得较高质量的抛光表面，然而，化学机械抛光的材料去除率很低，导致cmp工艺耗时较长，对晶圆生产效率造成影响，同时也使晶圆的制造成本提高。
4.因此，开发一种可以提高硅晶圆化学机械抛光效率的方法，提高cmp过程的材料去除率，成为半导体制造领域亟待解决的问题。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种用于单晶硅晶圆的激光辅助抛光方法，可应用于单晶硅晶圆的表面平坦化加工过程，提高高表面质量硅晶圆的生产效率。
6.为了实现以上目的，本发明的一种用于单晶硅晶圆的激光辅助抛光方法，其特征在于包括以下步骤：
7.步骤(1)、提供经过机械研磨的单晶硅晶圆；
8.步骤(2)、利用超快激光加工设备对步骤(1)的单晶硅晶圆进行扫描；
9.步骤(3)、将经过激光处理的单晶硅晶圆放入无水乙醇中超声清洗并干燥；
10.步骤(4)、对晶圆进行化学机械抛光。
11.步骤(2)中所述的激光扫描过程设定的激光参数为：激光波长为355nm-1070nm，激光脉宽为50fs-500ps，激光功率为5w-50w，激光脉冲频率为1khz-1mhz；
12.步骤(2)中所述的利用振镜对晶圆进行激光扫描，扫描方式为垂直交叉扫描。
13.步骤(2)中所述的利用振镜扫描使激光在晶圆表面以一定速度扫射，扫描速度为100mm/s-3000mm/s，扫描间距为10μm-200μm，扫描次数为10-30次。
14.本发明的优点在于：
15.(1)该方法采用的激光加工是一种非接触式加工，无辅助材料损耗，同时不会对加
工材料产生二次损伤；
16.(2)该方法能有效提高硅片抛光过程的材料去除率，缩短抛光时间，大幅提高生产效率，提高硅抛光片产量，降低生产成本；
17.(3)该方法通过缩短化学机械抛光工艺过程的加工时间，减少对环境有害的抛光浆料的使用和排放，进而减少硅片加工过程对环境的污染。
附图说明：
18.图1所示为使用本方法激光处理的硅研磨片与未经处理的硅研磨片化学机械抛光过程的材料去除效率对比；
19.图2所示为使用本方法制备的经激光交叉辐照的硅研磨片表面的显微镜图；
20.图3所示为未处理的硅研磨片表面的显微镜图。
具体实施方式：
21.以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用,本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
22.实施例1：
23.(1)：取特博万德公司生产的单晶硅研磨片，置于无水酒精中超声波清洗10分钟，干燥。
24.(2)：将抛光清洗后的样品置于皮秒激光加工系统(波长1030nm)的工作台上，设置激光功率为9w，频率为200khz，扫描速度为500mm/s，扫描间距为30mm，扫描次数5次，将扫描路径设置为交叉扫描，启动激光加工系统开始加工，获得粗糙度降低的激光加工硅片。
25.(3)：将经过激光处理的单晶硅晶圆放入无水乙醇中超声清洗10分钟并干燥。
26.(4)：将经过激光处理的硅片和未处理的机械研磨片放置在同一抛光盘中进行化学机械抛光，每隔20分钟记录硅片的表面质量和材料去除效率。
27.如图1所示，结果表明，经过激光处理的硅片的材料去除率为未经处理的机械研磨片的3.39倍，大大提高了加工效率。
28.实施例2：
29.(1)：取顺生电子科技公司生产的单晶硅研磨片，置于无水酒精中超声波清洗10分钟，干燥。
30.(2)：将抛光清洗后的样品置于飞秒激光加工系统(波长515nm)的工作台上，设置激光功率为10w，频率为100khz，扫描速度为800mm/s，扫描间距为20mm，扫描次数10次，将扫描路径设置为交叉扫描，启动激光加工系统开始加工，获得粗糙度降低的激光加工硅片。
31.(3)：将经过激光处理的单晶硅晶圆放入无水乙醇中超声清洗10分钟并干燥。
32.(4)：将经过激光处理的硅片和未处理的机械研磨片放置在同一抛光盘中进行化学机械抛光，每隔20分钟记录硅片的表面质量和材料去除效率。
33.结果表明，经过激光处理的硅片的材料去除率为未经处理的机械研磨片的1.87倍，大大提高了加工效率。
34.本发明方案所涉及的技术手段不仅限于上述技术手段所涉及的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。本发明要求保护的范围以权利要求书界定的范围为准。


技术特征：
1.一种用于单晶硅晶圆的激光辅助抛光方法，其特征在于包括以下步骤：步骤(1)、提供经过机械研磨的单晶硅晶圆；步骤(2)、利用超快激光加工设备对步骤(1)的单晶硅晶圆进行扫描；步骤(3)、将经过激光处理的单晶硅晶圆放入无水乙醇中超声清洗并干燥；步骤(4)、对晶圆进行化学机械抛光。2.根据权利要求1所述的一种用于单晶硅晶圆的激光辅助抛光方法，其特征在于，步骤(2)中设定的激光参数为：激光波长为355nm-1070nm，激光脉宽为50fs-500ps，激光功率为5w-50w，激光脉冲频率为1khz-1mhz。3.根据权利要求1所述的一种用于单晶硅晶圆的激光辅助抛光方法，其特征在于，步骤(2)中利用振镜对晶圆进行激光扫描，扫描方式为垂直交叉扫描。4.根据权利要求1所述的一种用于单晶硅晶圆的激光辅助抛光方法，其特征在于，步骤(2)中利用振镜扫描使激光在晶圆表面以一定速度扫射，扫描速度为100mm/s-3000mm/s，扫描间距为10μm-200μm，扫描次数为10-30次。

技术总结
本发明公开了一种用于单晶硅晶圆的激光辅助抛光方法，属于激光辅助加工技术领域。通过超快激光对单晶硅机械研磨片进行交叉扫描处理，实现了单晶硅研磨片表面粗糙度的降低，同时，使辐照后的硅片在化学机械抛光加工中的效率大幅提高，材料去除率可达未处理硅片的3.39倍。将该方法应用于硅晶圆平坦化加工中，可有效降低生产成本，提高生产效率。提高生产效率。提高生产效率。


技术研发人员：管迎春 李欣欣 崔智铨
受保护的技术使用者：北京航空航天大学
技术研发日：2021.09.16
技术公布日：2022/1/25