非標(biāo)硅片粘蠟技術(shù)研究

王玲玲

(中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第四十六研究所 天津 300200)

0 引 言

微電子技術(shù)的發(fā)展一直遵循摩爾定律和按比例縮小原理這兩個(gè)著名定律。隨著硅片中集成器件幾何尺寸的縮小，芯片內(nèi)部連線(xiàn)和連線(xiàn)密度迅速上升，連線(xiàn)的橫截面積不斷縮小，刻蝕要求每層表面十分平坦，光刻的焦深必須由全局平坦化來(lái)支持。同時(shí)，硬盤(pán)技術(shù)飛速發(fā)展的今天，對(duì)表面質(zhì)量的要求也越來(lái)越高。此時(shí)，傳統(tǒng)的平坦化技術(shù)已無(wú)法滿(mǎn)足全局平坦化的加工要求。化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)已成為公認(rèn)有效的全局平坦化技術(shù)，并得到了迅速發(fā)展和廣泛應(yīng)用。它不僅可以應(yīng)用到Ni-P合金為表面層的硬盤(pán)盤(pán)片、硅片，而且可以用于鍺、鎢、銅、玻璃、寶石等材料的表面高精度拋光。[1]1991年IBM將化學(xué)機(jī)械拋光技術(shù)成功應(yīng)用到64,Mb DRAM的生產(chǎn)中，這標(biāo)志著CMP廣泛應(yīng)用的開(kāi)始，之后各種邏輯電路和存儲(chǔ)器以不同規(guī)模走向CMP，CMP技術(shù)從實(shí)踐中發(fā)展起來(lái)。[2]

在硅片的 CMP過(guò)程中，比較常見(jiàn)的拋光方式為無(wú)蠟拋光和有蠟拋光(原理見(jiàn)圖1)。[3]

圖1 CMP原理圖Fig.1 Schematic diagram of CMP

無(wú)蠟拋光即采用拋光墊或游星輪的方式進(jìn)行拋光。有蠟拋光即在硅片背面均勻涂抹蠟層，并將硅片粘到陶瓷盤(pán)等載體上進(jìn)行拋光。隨著國(guó)際半導(dǎo)體工業(yè)的迅猛發(fā)展，標(biāo)準(zhǔn)尺寸硅片加工技術(shù)愈發(fā)成熟，標(biāo)準(zhǔn)尺寸硅片的拋光墊、游星輪、粘蠟設(shè)備較容易采購(gòu)，加工方便快捷。但非標(biāo)硅片的拋光墊、游星輪、粘蠟設(shè)備需要定做。對(duì)于一些非標(biāo)硅片，其加工數(shù)量少，且精度要求高，增加了硅片拋光難度。因此，要做到既快又好的非標(biāo)硅片拋光，必須對(duì)非標(biāo)硅片的粘蠟技術(shù)進(jìn)行研究。

1 手動(dòng)粘蠟技術(shù)

標(biāo)準(zhǔn)硅片的粘蠟技術(shù)已經(jīng)非常成熟。非標(biāo)硅片粘蠟可以借鑒其成熟技術(shù)，但對(duì)非標(biāo)硅片的涂蠟及夾持需另作處理。且非標(biāo)硅片粘蠟沒(méi)有現(xiàn)成的粘蠟設(shè)備，必須采取手動(dòng)粘蠟的方式進(jìn)行。具體操作步驟為：①將清洗后的陶瓷盤(pán)搬至加熱器上加熱，使陶瓷盤(pán)加熱至適當(dāng)溫度；②將背面涂有蠟的硅片貼在陶瓷盤(pán)表面，同時(shí)注意在貼每片硅片時(shí)要不斷檢查陶瓷盤(pán)或硅片背面是否有顆粒沾染；③將貼好硅片且還處于高溫狀態(tài)的陶瓷盤(pán)移動(dòng)至另一個(gè)操作平臺(tái)，因需在陶瓷盤(pán)未冷卻前壓實(shí)硅片，所以此操作要快速且注意安全；④拿1根一端固定有耐高溫橡膠墊的橫桿用力壓硅片，注意要一片一片地壓；⑤待陶瓷盤(pán)溫度降至室溫時(shí)，進(jìn)行拋光。

對(duì)于非標(biāo)硅片，手動(dòng)粘蠟可以較好地完成拋光任務(wù)。但通過(guò)多次手動(dòng)粘蠟后測(cè)量硅片厚度發(fā)現(xiàn)，同一硅片各點(diǎn)測(cè)量厚度相差較大，不同硅片中心點(diǎn)測(cè)量厚度也存在差異。經(jīng)分析認(rèn)為，粘蠟后硅片測(cè)量厚度差異是由于蠟層不均勻造成的。

2 非標(biāo)硅片粘蠟技術(shù)

非標(biāo)硅片可分為類(lèi)圓形非標(biāo)硅片和非類(lèi)圓形非標(biāo)硅片。對(duì)于類(lèi)圓形非標(biāo)硅片，可以采取硅片中心滴蠟，再高速旋轉(zhuǎn)硅片，通過(guò)離心力作用，使硅片表面形成較均勻的蠟層。對(duì)于非類(lèi)圓形非標(biāo)硅片，特別是呈現(xiàn)長(zhǎng)條形狀的硅片，可以采取蘸蠟或噴涂的方式在硅片背面形成蠟層，但此蠟層均勻性較差。

現(xiàn)分別制作 20片方形硅片和 20片條形硅片(見(jiàn)圖 2、3)。研磨后，硅片總厚度變化小于 1,μm。采用手動(dòng)粘蠟方式進(jìn)行粘蠟，粘蠟后分別測(cè)量同一硅片 3點(diǎn)厚度值和不同硅片中心點(diǎn)厚度值。

圖2 方形硅片F(xiàn)ig.2 Square silicon wafer

圖3 條形硅片F(xiàn)ig.3 Strip-type silicon wafer

2.1 實(shí)驗(yàn)方案

方案 1：10片方形硅片，中心滴蠟，2,000,rpm/min旋轉(zhuǎn)硅片，將硅片粘貼在陶瓷盤(pán)上，使用5,kg橫桿壓硅片；

方案 2：10片方形硅片，中心滴蠟，2,000,rpm/min旋轉(zhuǎn)硅片，將硅片粘貼在陶瓷盤(pán)上，使用20,kg橫桿壓硅片；

方案 3：10片條形硅片，使用鑷子夾取硅片蘸蠟，將硅片粘貼在陶瓷盤(pán)上，使用5,kg橫桿壓硅片；

方案 4：10片條形硅片，使用鑷子夾取硅片蘸蠟，將硅片粘貼在陶瓷盤(pán)上，使用20,kg橫桿壓硅片。

2.2 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

每片硅片測(cè)量3點(diǎn)厚度值，其中1點(diǎn)為中心點(diǎn)厚度值。方案1～4的測(cè)量數(shù)值如表1～4所示。

表1 方案1測(cè)量值Tab.1 Measurements of Scheme 1

表2 方案2測(cè)量值Tab.2 Measurements of Scheme 2

表3 方案3測(cè)量值Tab.3 Measurements of Scheme 3

表4 方案4測(cè)量值Tab.4 Measurements of Scheme 4

2.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

通過(guò)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出，方案 1和方案 2的同一硅片3點(diǎn)厚度值和不同硅片中心點(diǎn)厚度值差異最小，且方案1和方案2無(wú)明顯差異。方案3和方案4的同一硅片3點(diǎn)厚度值和不同硅片中心點(diǎn)厚度值差異較大，同時(shí)方案 4的同一硅片3點(diǎn)厚度值和不同硅片中心點(diǎn)厚度值差異較方案3小。

方案1和方案2為類(lèi)圓形非標(biāo)硅片，中心滴蠟，硅片高速旋轉(zhuǎn)，硅片表面形成了均勻的蠟層且蠟層較薄。采用不同質(zhì)量的橫桿壓硅片不能起到明顯的作用，說(shuō)明蠟層的厚度已經(jīng)很薄，兩次所施加的壓力對(duì)蠟層厚度及均勻性的作用較小。方案3和方案4為非類(lèi)圓形非標(biāo)硅片，采取蘸蠟的方式在硅片上涂抹蠟層，再通過(guò)不同質(zhì)量的橫桿壓硅片，促使硅片蠟層均勻。但方案4的同一硅片3點(diǎn)厚度值和不同硅片中心點(diǎn)厚度值差異較方案3小，說(shuō)明加大壓力能夠改善蠟層的均勻性。

3 結(jié) 語(yǔ)

采用手動(dòng)粘蠟的方式能夠很好地完成非標(biāo)硅片粘蠟，解決了非標(biāo)硅片的加工難題。對(duì)于類(lèi)圓形非標(biāo)硅片能夠很好地完成粘蠟任務(wù)，再采取成熟的 CMP工藝，能夠生產(chǎn)出高質(zhì)量的非標(biāo)硅片。對(duì)于非類(lèi)圓形非標(biāo)硅片，通過(guò)加大橫桿質(zhì)量，即增大壓力，也能夠?qū)崿F(xiàn)基本的粘蠟標(biāo)準(zhǔn)。本次試驗(yàn)條件的限制，未采取質(zhì)量更大的橫桿進(jìn)行試驗(yàn)，但通過(guò)方案 3和方案 4的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比，相信繼續(xù)加大橫桿的質(zhì)量，能夠獲得類(lèi)圓形非標(biāo)硅片的粘蠟效果。■

［1］張朝輝，雒建斌，雷紅.化學(xué)機(jī)械拋光中的納米級(jí)薄膜流動(dòng)[J].中國(guó)機(jī)械工程，2005，16(14)：1282-1285.

［2］梅燕，韓業(yè)斌，聶祚仁.用于超精密硅晶片表面的化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)技術(shù)研究[J].潤(rùn)滑與密封，2006(9)：206-212.

［3］楊春明，楊洪星.晶片去蠟技術(shù)綜述[J].天津科技，2008(3)：74-75.