非標硅片粘蠟技術研究

王玲玲

(中國電子科技集團公司第四十六研究所 天津 300200)

0 引 言

微電子技術的發(fā)展一直遵循摩爾定律和按比例縮小原理這兩個著名定律。隨著硅片中集成器件幾何尺寸的縮小，芯片內部連線和連線密度迅速上升，連線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支持。同時，硬盤技術飛速發(fā)展的今天，對表面質量的要求也越來越高。此時，傳統(tǒng)的平坦化技術已無法滿足全局平坦化的加工要求?；瘜W機械拋光(CMP)已成為公認有效的全局平坦化技術，并得到了迅速發(fā)展和廣泛應用。它不僅可以應用到Ni-P合金為表面層的硬盤盤片、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將化學機械拋光技術成功應用到64,Mb DRAM的生產中，這標志著CMP廣泛應用的開始，之后各種邏輯電路和存儲器以不同規(guī)模走向CMP，CMP技術從實踐中發(fā)展起來。[2]

在硅片的 CMP過程中，比較常見的拋光方式為無蠟拋光和有蠟拋光(原理見圖1)。[3]

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

無蠟拋光即采用拋光墊或游星輪的方式進行拋光。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等載體上進行拋光。隨著國際半導體工業(yè)的迅猛發(fā)展，標準尺寸硅片加工技術愈發(fā)成熟，標準尺寸硅片的拋光墊、游星輪、粘蠟設備較容易采購，加工方便快捷。但非標硅片的拋光墊、游星輪、粘蠟設備需要定做。對于一些非標硅片，其加工數量少，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硅片拋光，必須對非標硅片的粘蠟技術進行研究。

1 手動粘蠟技術

標準硅片的粘蠟技術已經非常成熟。非標硅片粘蠟可以借鑒其成熟技術，但對非標硅片的涂蠟及夾持需另作處理。且非標硅片粘蠟沒有現成的粘蠟設備，必須采取手動粘蠟的方式進行。具體操作步驟為：①將清洗后的陶瓷盤搬至加熱器上加熱，使陶瓷盤加熱至適當溫度；②將背面涂有蠟的硅片貼在陶瓷盤表面，同時注意在貼每片硅片時要不斷檢查陶瓷盤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)的陶瓷盤移動至另一個操作平臺，因需在陶瓷盤未冷卻前壓實硅片，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待陶瓷盤溫度降至室溫時，進行拋光。

對于非標硅片，手動粘蠟可以較好地完成拋光任務。但通過多次手動粘蠟后測量硅片厚度發(fā)現，同一硅片各點測量厚度相差較大，不同硅片中心點測量厚度也存在差異。經分析認為，粘蠟后硅片測量厚度差異是由于蠟層不均勻造成的。

2 非標硅片粘蠟技術

非標硅片可分為類圓形非標硅片和非類圓形非標硅片。對于類圓形非標硅片，可以采取硅片中心滴蠟，再高速旋轉硅片，通過離心力作用，使硅片表面形成較均勻的蠟層。對于非類圓形非標硅片，特別是呈現長條形狀的硅片，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。

現分別制作 20片方形硅片和 20片條形硅片(見圖 2、3)。研磨后，硅片總厚度變化小于 1,μm。采用手動粘蠟方式進行粘蠟，粘蠟后分別測量同一硅片 3點厚度值和不同硅片中心點厚度值。

圖2 方形硅片Fig.2 Square silicon wafer

圖3 條形硅片Fig.3 Strip-type silicon wafer

2.1 實驗方案

方案 1：10片方形硅片，中心滴蠟，2,000,rpm/min旋轉硅片，將硅片粘貼在陶瓷盤上，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旋轉硅片，將硅片粘貼在陶瓷盤上，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上，使用20,kg橫桿壓硅片。

2.2 實驗數據

每片硅片測量3點厚度值，其中1點為中心點厚度值。方案1～4的測量數值如表1～4所示。

表1 方案1測量值Tab.1 Measurements of Scheme 1

表2 方案2測量值Tab.2 Measurements of Scheme 2

表3 方案3測量值Tab.3 Measurements of Scheme 3

表4 方案4測量值Tab.4 Measurements of Scheme 4

2.3 實驗結果分析

通過實驗數據可以看出，方案 1和方案 2的同一硅片3點厚度值和不同硅片中心點厚度值差異最小，且方案1和方案2無明顯差異。方案3和方案4的同一硅片3點厚度值和不同硅片中心點厚度值差異較大，同時方案 4的同一硅片3點厚度值和不同硅片中心點厚度值差異較方案3小。

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

3 結 語

采用手動粘蠟的方式能夠很好地完成非標硅片粘蠟，解決了非標硅片的加工難題。對于類圓形非標硅片能夠很好地完成粘蠟任務，再采取成熟的 CMP工藝，能夠生產出高質量的非標硅片。對于非類圓形非標硅片，通過加大橫桿質量，即增大壓力，也能夠實現基本的粘蠟標準。本次試驗條件的限制，未采取質量更大的橫桿進行試驗，但通過方案 3和方案 4的實驗數據對比，相信繼續(xù)加大橫桿的質量，能夠獲得類圓形非標硅片的粘蠟效果?！?/p>

［1］張朝輝，雒建斌，雷紅.化學機械拋光中的納米級薄膜流動[J].中國機械工程，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機械拋光(CMP)技術研究[J].潤滑與密封，2006(9)：206-212.

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