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CN117124221A - 一种外延衬底的抛光方法 - Google Patents

一种外延衬底的抛光方法 Download PDF

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CN117124221A
CN117124221A CN202310584619.0A CN202310584619A CN117124221A CN 117124221 A CN117124221 A CN 117124221A CN 202310584619 A CN202310584619 A CN 202310584619A CN 117124221 A CN117124221 A CN 117124221A
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CN
China
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polishing
concentration
atoms
epitaxial substrate
range
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CN202310584619.0A
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黄燕秋
张俊宝
陈猛
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Chongqing Advanced Silicon Technology Co ltd
Shanghai Chaosi Semiconductor Co ltd
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Chongqing Advanced Silicon Technology Co ltd
Shanghai Chaosi Semiconductor Co ltd
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Abstract

本申请涉及半导体材料的制备技术领域，公开了一种外延衬底的抛光方法，具体包括如下步骤：S1、抽样检测外延衬底中的C浓度、N浓度,以及一定尺寸的BMD的密度；S2、根据C浓度、N浓度以及BMD的尺寸和密度来确定对应抛光液的pH值；S3、根据C浓度、N浓度确定外延衬底的抛光工艺参数，包括抛光的压力值、转速值；S4、根据确定的抛光工艺参数对外延衬底进行粗抛、细抛和精抛，抛光后对外延衬底进行清洗，得到抛光后的外延衬底。采用本方案的抛光方法对已提高BMD密度的外延衬底进行抛光，在保证外延衬底内吸杂作用的同时，也能提升外延衬底的抛光效果，该抛光方法对外延衬底抛光的适用性更强。

Description

一种外延衬底的抛光方法
技术领域
本申请属于半导体材料的制备技术领域，具体涉及一种外延衬底的抛光方法。
背景技术
氧沉淀是直拉硅单晶中最重要的微缺陷，即体微缺陷(BMD),对单晶硅片的性质和器件晶圆的成品率有着重要的影响；尺寸适合的氧沉淀有利于提升硅片的机械性能从而抑制高温工艺中的翘曲，此外，硅片体内的氧沉淀及其诱生缺陷可以作为吸杂点有效吸附硅片表面的金属沾污，即内吸杂；在器件制备工艺中控制和利用氧沉淀是硅片缺陷工程的核心问题；通常在硅片的近表面区域中形成无晶体缺陷无金属杂质的洁净区，而在体内形成高密度BMD可提升成品率。
在外延生长中，为了生长出洁净度更高的外延层，可通过提高外延衬底的BMD密度进而提高外延衬底的内吸杂作用实现；目前，提高外延衬底的BMD密度可通过在晶体生长过程中掺入C、N元素来实现。
外延衬底的BMD密度提高以后，若采用传统的抛光方法对其进行抛光，抛光液对外延衬底的腐蚀速率、抛光效果等会因C、N浓度的变化以及BMD密度的提高而发生变化，出现过度腐蚀抛光等问题，导致抛光后得到的外延衬底可能无法满足要求；因此，需要研发一种适用于BMD密度提高以后的外延衬底的抛光方法。
发明内容
本申请的目的在于提供一种适用于BMD密度提高以后的外延衬底的抛光方法，以提高外延衬底的抛光效果。
为了达到上述目的，本申请的基础方案提供一种外延衬底的抛光方法，对每一批次的外延衬底进行抽样检测，根据样片的C浓度、N浓度以及BMD的尺寸和密度来确定对应批次的外延衬底的抛光液pH值，根据C浓度、N浓度确定对应批次的外延衬底的抛光工艺参数，以提升抛光效果，具体包括如下步骤。
S1、对每一批次的外延衬底进行抽样，检测样片中的C浓度、N浓度，以及一定尺寸的BMD的密度。
S2、根据C浓度、N浓度以及BMD的尺寸和密度来确定对应批次的外延衬底所用抛光液的pH值。
S3、根据C浓度、N浓度确定对应批次的外延衬底的抛光工艺参数，包括抛光的压力值、转速值。
S4、根据确定的抛光工艺参数对对应批次的外延衬底进行粗抛、细抛和精抛，抛光后对衬底进行清洗，得到抛光后的外延衬底。
本基础方案的原理和有益效果在于：在对外延衬底进行抛光前，先抽样检测样片的C、N浓度以及一定尺寸的BMD的密度，然后根据样片的C浓度、N浓度以及BMD的尺寸和密度来确定该批次外延衬底所用的抛光液pH值，并根据C浓度、N浓度确定对应批次的外延衬底的抛光工艺参数，包括抛光的压力值、转速值等工艺参数，再采用确定的抛光工艺对外延衬底进行抛光；采用本方案的抛光方法对已提高BMD密度的外延衬底进行抛光，可解决因采用传统抛光方法对外延衬底进行抛光而导致的抛光效果不好的问题，在保证外延衬底内吸杂作用的同时，也能提升外延衬底的抛光效果，该抛光方法对外延衬底抛光的适用性更强。
可选地，所述BMD的尺寸为40-130nm，BMD的密度a的范围为1×108—2×1010个/cm3。
可选地，所述S1中，C浓度BC的范围值为4×1010—3×1014atoms/cm3、N浓度BN的范围值为2×1011—1×1016atoms/cm3。
本申请的抛光方法对该C、N浓度范围的外延衬底的适用性更好。
可选地，当C浓度BC的范围为4×1010atoms/cm3≤BC＜6×1011atoms/cm3、N浓度BN的范围为2×1011atoms/cm3≤BN＜8×1012atoms/cm3，且BMD的密度a的范围为1×108个/cm3≤a＜7×108个/cm3时，抛光液的pH值11＜pH≤12；当C浓度BC的范围为6×1011atoms/cm3≤BC≤4×1013atoms/cm3、N浓度BN的范围为8×1012atoms/cm3≤BN≤9×1014atoms/cm3，且BMD的密度a的范围为7×108个/cm3≤a≤8×109个/cm3时，抛光液的pH值9＜pH≤11；当C浓度BC的范围为4×1013atoms/cm3＜BC≤3×1014atoms/cm3、N浓度BN的范围为9×1014atoms/cm3＜BN≤1×1016atoms/cm3，BMD的密度a的范围为8×109个/cm3＜a≤2×1010个/cm3时，抛光液的pH值8＜pH≤9。
当C浓度、N浓度相对较大时，BMD的密度也相对较大，此时的外延衬底更易被腐蚀，此时选用PH值相对较小(8＜PH≤9)的碱性抛光液，既可避免外延衬底在相同时间内因腐蚀速度过快而导致过度腐蚀；当C浓度、N浓度相对较小时，BMD的密度也相对较小，此时选用PH值较大(11＜PH≤12)的碱性抛光液，可提高抛光液对外延衬底的腐蚀速度，可避免外延衬底在相同的时间内因腐蚀过慢而导致腐蚀深度不够。
可选地，所述S3中，当C浓度BC的范围4×1010atoms/cm3≤BC≤4×1013atoms/cm3、N浓度BN的范围为2×1011atoms/cm3≤BN≤9×1014atoms/cm3时，抛光压力F的范围为25＜F≤45kPa，转速n的范围为30＜n≤50rpm；当C浓度BC的范围为4×1013atoms/cm3＜BC≤3×1014atoms/cm3、N浓度BN的范围为9×1014atoms/cm3＜BN≤1×1016atoms/cm3时，抛光压力F的范围45＜F≤55kPa，转速n的范围为50＜n≤60rpm。
当C浓度、N浓度相对较大时，外延衬底的硬度会有所增加，因此，在进行抛光时，需要选取相对较大的抛光压力和转速，以保证抛光工艺的效果；当C浓度、N浓度相对较小时，外延衬底的硬度会相对减小，因此，抛光时需选取相对较小的抛光压力和转速。
可选地，所述S4中，粗抛时的抛光液流量为3-13L/min，细抛时的抛光液流量为1-6L/min，精抛时的抛光液流量为0.5-4L/min。
可选地，所述S2中，抛光液的成分包含磨料、有机碱、PH调节剂、氧化剂、表面活性剂、螯合剂和去离子水，各组分所占重量百分比分别为：磨料5％-30％、有机碱1％-3％、PH调节剂3％-15％、氧化剂0.01％-5％、表面活性剂0.1％-1.0％、螯合剂0.01％-1％、余量为去离子水。
本申请方法中，在完成抛光后，检测外延衬底的总厚度偏差TTV、局部平整度SFQR；当外延衬底抛光后的总厚度偏差TTV＜0.1um，局部平整度SFQR＜50nm时，表明该抛光效果优良。
附图说明
图1为本申请的流程示意图。
具体实施方式
下面通过具体实施方式进一步详细说明：
一种外延衬底的抛光方法，对每一批次的外延衬底进行抽样检测，根据样片的C浓度、N浓度以及BMD的尺寸和密度来确定对应批次的外延衬底的抛光液pH值，根据C浓度、N浓度确定对应批次的外延衬底的抛光工艺参数，以提高抛光效果，结合图1，具体包括如下步骤。
S1、对每一批次的外延衬底进行抽样，检测样片中的C浓度、N浓度，以及一定尺寸的BMD的密度，，C浓度BC的范围值为4×1010—3×1014atoms/cm3、N浓度BN的范围值为2×1011—1×1016atoms/cm3；BMD的尺寸为40-130nm，BMD的密度值范围为1×108—2×1010个/cm3；抽样时，抽取每批次外延衬底的第1片作为样片。
S2、根据C浓度、N浓度以及BMD的尺寸和密度来确定对应批次的外延衬底所用抛光液的pH值。
当C浓度BC的范围为4×1010atoms/cm3≤BC＜6×1011atoms/cm3、N浓度BN的范围为2×1011atoms/cm3≤BN＜8×1012atoms/cm3，且BMD的密度a的范围为1×108个/cm3≤a＜7×108个/cm3时，抛光液的pH值11＜pH≤12；当C浓度BC的范围为6×1011atoms/cm3≤BC≤4×1013atoms/cm3、N浓度BN的范围为8×1012atoms/cm3≤BN≤9×1014atoms/cm3，且BMD的密度a的范围为7×108个/cm3≤a≤8×109个/cm3时，抛光液的pH值9＜pH≤11；当C浓度BC的范围为4×1013atoms/cm3＜BC≤3×1014atoms/cm3、N浓度BN的范围为9×1014atoms/cm3＜BN≤1×1016atoms/cm3，BMD的密度a的范围为8×109个/cm3＜a≤2×1010个/cm3时，抛光液的pH值8＜pH≤9。
其中，抛光液的成分包含磨料、有机碱、pH调节剂、氧化剂、表面活性剂、螯合剂和去离子水，各组分所占重量百分比分别为：磨料5％-30％、有机碱1％-3％、pH调节剂3％-15％、氧化剂0.01％-5％、表面活性剂0.1％-1.0％、螯合剂0.01％-1％、余量为去离子水。
S3、根据C浓度、N浓度确定对应批次的外延衬底的抛光工艺参数，包括抛光的压力值、转速值。
当C浓度BC的范围4×1010atoms/cm3≤BC≤4×1013atoms/cm3、N浓度BN的范围为2×1011atoms/cm3≤BN≤9×1014atoms/cm3时，抛光压力F的范围为25＜F≤45kPa，转速n的范围为30＜n≤50rpm。
当C浓度BC的范围为4×1013atoms/cm3＜BC≤3×1014atoms/cm3、N浓度BN的范围为9×1014atoms/cm3＜BN≤1×1016atoms/cm3时，抛光压力F的范围45＜F≤55kPa，转速n的范围为50＜n≤60rpm。
S4、根据确定的抛光工艺参数对对应批次的外延衬底进行粗抛、细抛和精抛，抛光后对衬底进行清洗，得到抛光后的外延衬底；其中，粗抛时的抛光液流量为3-13L/min，细抛时的抛光液流量为1-6L/min，精抛时的抛光液流量为0.5-4L/min。
实施例1
选取某一批次的第一片外延衬底作为样片，序号为1，对该样片进行检测，得到该样片的C浓度为6.25×1010atoms/cm3，N浓度为2.32×1011atoms/cm3，以及40-130nm的BMD的密度为6.78×108个/cm3；根据该样片的C浓度、N浓度以及BMD的尺寸和密度，确定了该批次外延衬底抛光时所用的抛光液的PH值为11＜pH≤12；根据该样片的C浓度、N浓度，确定了该批次外延衬底抛光时的抛光压力F的范围为25＜F≤45kPa，转速n的范围为30＜n≤50rpm。
本实施例中，在对该批次外延衬底进行化学机械抛光时，抛光液的pH值选取12，抛光的压力选取30kPa，转速选取35rpm，抛光温度为25-35℃；外延衬底完成抛光后，得到抛光后的外延衬底；抽检该批次的任意3片外延衬底的总厚度偏差TTV、局部平整度SFQR数值。
实施例2
选取第二批次的第一片外延衬底作为样片，序号为2，对该样片进行检测，得到该样片的C浓度为7.14×1011atoms/cm3，N浓度为9.29×1012atoms/cm3，以及40-130nm的BMD的密度为7.11×108个/cm3；根据该样片的C浓度、N浓度以及BMD的尺寸和密度，确定了该批次外延衬底抛光时所用的抛光液的PH值为9＜pH≤11；根据该样片的C浓度、N浓度，确定了该批次外延衬底抛光时的抛光压力F的范围为25＜F≤45kPa，转速n的范围为30＜n≤50rpm。
本实施例中，在对该批次外延衬底进行化学机械抛光时，抛光液的pH值选取10，抛光的压力选取40kPa，转速选取45rpm，抛光温度为25-35℃；外延衬底完成抛光后，得到抛光后的外延衬底；抽检该批次的任意3片外延衬底的总厚度偏差TTV、局部平整度SFQR数值。
实施例3
选取第三批次的第一片外延衬底作为样片，对该样片进行检测，得到该样片的C浓度为5.34×1013atoms/cm3，N浓度为2.87×1015atoms/cm3，以及40-130nm的BMD的密度为9.65×109个/cm3；根据该样片的C浓度、N浓度以及BMD的尺寸和密度，确定了该批次外延衬底抛光时所用的抛光液的PH值为8＜pH≤9；根据该样片的C浓度、N浓度，确定了该批次外延衬底抛光时的抛光压力F的范围为45＜F≤55kPa，转速n的范围为50＜n≤60rpm。
本实施例中，在对该批次外延衬底进行化学机械抛光时，抛光液的pH值选取9，抛光的压力选取50kPa，转速选取55rpm，抛光温度为25-35℃；外延衬底完成抛光后，得到抛光后的外延衬底；抽检该批次的任意3片外延衬底的总厚度偏差TTV、局部平整度SFQR数值。
对比例
选取3个不同批次的外延衬底，抽取每批次的第一片外延衬底作为样片，序号分别为4、5、6，对这3个样片进行检测，得到3个样片的C浓度分别为7.33×1010atoms/cm3、9.56×1011atoms/cm3、7.36×1013atoms/cm3，N浓度分别为3.41×1011atoms/cm3、7.38×1013atoms/cm3、3.74×1015atoms/cm3，以及40-130nm的BMD的密度分别为3.54×108个/cm3、4.27×109个/cm3、1.22×1010个/cm3。
在对外延衬底进行化学机械抛光时，采用传统的抛光工艺(本实施例采用的传统抛光工艺的部分参数如下：抛光液的pH值为9-12，抛光的压力25-40kPa，转速30-55rpm，本对比例的pH值选取10，抛光压力选取35kPa，转速选取40rpm；抛光的温度为25-30℃)对外延衬底进行抛光，得到抛光后的外延衬底；抽样检测3个批次中每个批次的任意2片外延衬底的总厚度偏差TTV、局部平整度SFQR数值。
采用本方法对外延衬底进行抛光，抛光后抽样检测所得的外延衬底的TTV均小于0.1um，SFQR均小于50nm，抛光效果优良；而采用传统抛光方法对外延衬底进行抛光，抛光后抽样检测所得的外延衬底的TTV数值在0.1um上下波动，且波动相对较大，SFQR的数值在50nm上下波动，波动幅度相对较大，抛光效果不稳定。
以上所述的仅是本申请的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述；应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本申请结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本申请的保护范围，这些都不会影响本申请实施的效果和专利的实用性；本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。

Claims (7)

1.一种外延衬底的抛光方法，其特征在于：对每一批次的外延衬底进行抽样检测，根据样片的C浓度、N浓度以及BMD的尺寸和密度来确定对应批次的外延衬底的抛光液pH值，根据C浓度、N浓度确定对应批次的外延衬底的抛光工艺参数，以提升抛光效果，具体包括如下步骤：
S1、对每一批次的外延衬底进行抽样，检测样片中的C浓度、N浓度，以及一定尺寸的BMD的密度；
S2、根据C浓度、N浓度以及BMD的尺寸和密度来确定对应批次的外延衬底所用抛光液的pH值；
S3、根据C浓度、N浓度确定对应批次的外延衬底的抛光工艺参数，包括抛光的压力值、转速值；
S4、根据确定的抛光工艺参数对对应批次的外延衬底进行粗抛、细抛和精抛，抛光后对衬底进行清洗，得到抛光后的外延衬底。
2.根据权利要求1所述的一种外延衬底的抛光方法，其特征在于：所述S1中，所述BMD的尺寸为40-130nm，BMD的密度a的范围为1×108—2×1010个/cm3。
3.根据权利要求2所述的一种外延衬底的抛光方法，其特征在于：所述S1中，C浓度BC的范围值为4×1010—3×1014atoms/cm3、N浓度BN的范围值为2×1011—1×1016atoms/cm3。
4.根据权利要求3所述的一种外延衬底的抛光方法，其特征在于：所述S2中，
当C浓度BC的范围为4×1010 atoms/cm3≤BC＜6×1011 atoms/cm3、N浓度BN的范围为2×1011 atoms/cm3≤BN＜8×1012 atoms/cm3，且BMD的密度a的范围为1×108个/cm3≤a＜7×108个/cm3时，抛光液的pH值11＜pH≤12；
当C浓度BC的范围为6×1011 atoms/cm3≤BC≤4×1013 atoms/cm3、N浓度BN的范围为8×1012 atoms/cm3≤BN≤9×1014 atoms/cm3，且BMD的密度a的范围为7×108个/cm3≤a≤8×109个/cm3时，抛光液的pH值9＜pH≤11；
当C浓度BC的范围为4×1013 atoms/cm3＜BC≤3×1014 atoms/cm3、N浓度BN的范围为9×1014 atoms/cm3＜BN≤1×1016 atoms/cm3，BMD的密度a的范围为8×109个/cm3＜a≤2×1010个/cm3时，抛光液的pH值8＜pH≤9。
5.根据权利要求4所述的一种外延衬底的抛光方法，其特征在于：所述S3中，
当C浓度BC的范围4×1010 atoms/cm3≤BC≤4×1013 atoms/cm3、N浓度BN的范围为2×1011 atoms/cm3≤BN≤9×1014 atoms/cm3时，抛光压力F的范围为25＜F≤45kPa，转速n的范围为30＜n≤50rpm；
当C浓度BC的范围为4×1013 atoms/cm3＜BC≤3×1014 atoms/cm3、N浓度BN的范围为9×1014 atoms/cm3＜BN≤1×1016 atoms/cm3时，抛光压力F的范围45＜F≤55kPa，转速n的范围为50＜n≤60rpm。
6.根据权利要求1所述的一种外延衬底的抛光方法，其特征在于：所述S4中，粗抛时的抛光液流量为3-13L/min，细抛时的抛光液流量为1-6L/min，精抛时的抛光液流量为0.5-4L/min。
7.根据权利要求1所述的一种外延衬底的抛光方法，其特征在于：所述S2中，抛光液的成分包含磨料、有机碱、pH调节剂、氧化剂、表面活性剂、螯合剂和去离子水，各组分所占重量百分比分别为：磨料5%-30%、有机碱1%-3%、pH调节剂3%-15%、氧化剂0.01%-5%、表面活性剂0.1%-1.0%、螯合剂0.01%-1%、余量为去离子水。
CN202310584619.0A 2023-05-23 2023-05-23 一种外延衬底的抛光方法 Pending CN117124221A (zh)

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