应用于导电型晶圆衬底的电化学机械抛光及平坦化设备制造技术

本实用新型专利技术公开了一种应用于导电型晶圆衬底的电化学机械抛光及平坦化设备，包括抛光台，可绕着抛光台轴心旋转；抛光垫，设于抛光台的上表面，其至少包括可与导电型晶圆衬底的抛光面相贴合的作用层，该作用层由绝缘材质制成；抛光头，其下表面可与导电型晶圆衬底抛光面的背面相贴合；导电型晶圆衬底具有第一工作状态和第二工作状态，在第一工作状态时，导电型晶圆衬底的抛光面在电化学通道形成电化学反应层，在第二工作状态时，抛光头带动导电型晶圆衬底相对抛光垫的作用层活动，以实现对电化学反应层的化学机械抛光。本实用新型专利技术引入晶圆衬底表面电化学反应，衬底材料去除率、抛光/平坦化速度显著提高，设备运营成本显著降低；电路设计更为简单。电路设计更为简单。电路设计更为简单。

【技术实现步骤摘要】
应用于导电型晶圆衬底的电化学机械抛光及平坦化设备


[0001]本技术属于半导体集成电路芯片制造领域，尤其是涉及一种应用于导电型晶圆衬底的电化学机械抛光及平坦化设备。

技术介绍

[0002]晶圆衬底和半导体器件制造过程包含抛光、表面平坦化等工艺，通常采用机械抛光，化学机械抛光或平坦化等技术，通过晶圆衬底载头(抛光头)向晶背加压，控制压力、抛光头转速、抛光盘转速、抛光液液体流量等参数，在抛光垫上对晶圆衬底正表面或薄膜表面进行抛光或平坦化处理。和机械抛光相比，化学机械抛光和化学机械抛光平坦化通过对抛光液配方的调整，在晶圆衬底表面产生化学反应，可以实现更高的抛光或平坦化处理效率，同时可以实现更好的抛光或平坦化处理效果，包括更高的平整度、更低的缺陷度等。
[0003]导电型晶圆衬底按导电类型分为体相导电型(导电型衬底)和表面导电型(表面层导电晶圆衬底)，体相导电型晶圆衬底材料本身具有较好导电特性，可以包括掺杂型4H
‑
SiC等。表面导电型晶圆衬底可以体相不导电、但是表面层导电，如硅晶圆衬底表面沉积的金属薄膜等。
[0004]导电型衬底或表面层导电晶圆衬底的抛光和平坦化工艺可以采取特殊的电化学机械抛光和平坦化技术。在化学机械抛光和平坦化的基础上，电化学机械抛光和平坦化可以进一步利用晶圆衬底或晶圆衬底表面薄膜的导电特性，形成电流通路，在晶圆衬底或薄膜表面进行电化学反应，通过电路系统的精密控制，提高表面化学反应速度，进而提高机械抛光和平坦化效率。在电化学机械抛光和抛光及平坦化设备工艺中，实现机械抛光和平台化功能的抛光液同时也是实现晶圆衬底表面电化学反应的电解液，液体化学组分、液体导电率等要做相应调整。
[0005]以碳化硅衬底材料抛光工艺为例：碳化硅材料硬度高，如使用简单机械抛光在抛光垫上对抛光面进行研磨，需要对晶背施加高压力，条件苛刻，去除率极低，设备生产效率低，抛光垫等损耗品消耗大、成本高。化学机械抛光加工可以对碳化硅衬底表面先进行化学改性如氧化，降低表面硬度，进而提高材料抛光速度，提升抛光设备生产效率。但是，因为碳化硅材料化学性质稳定、表面氧化速度慢，化学机械抛光工艺需要选择强氧化性的抛光液，对设备硬件抗腐蚀性等都提出了很高要求，直接影响设备制造成本和运营可靠性。同样因为碳化硅材料化学性质稳定、表面氧化速度慢，碳化硅化学机械抛光的去除率仍然很低，目前没有完全达到大规模生产的要求。对于导电型碳化硅衬底材料，为突破化学机械抛光效率的瓶颈，可以采用电化学机械抛光技术，通过电化学反应对碳化硅表面进行氧化，如果能够实现一定的电流密度，可以显著加快碳化硅表面氧化效率，继续配以同步的机械抛光，可以显著提升碳化硅材料去除率，相应提高设备运营效率，降低设备运营成本。同时，电化学机械抛光工艺无需依赖强氧化性抛光液/电解液，可以扩大设备材料选择范围，降低设备成本，增长零部件寿命，提高设备运营可靠性，延长持续运营时间，进一步降低运营成本。

技术实现思路

[0006]为了克服现有技术的不足，本技术提供一种应用于导电型晶圆衬底的电化学机械抛光及平坦化设备，可实现导电型晶圆衬底抛光和平坦化的高性能，高效率、低成本。
[0007]本技术解决其技术问题所采用的技术方案是：应用于导电型晶圆衬底的电化学机械抛光及平坦化设备，包括：
[0008]抛光台，可绕着抛光台轴心旋转；
[0009]抛光垫，设于抛光台的上表面，其至少包括可与导电型晶圆衬底的抛光面相贴合的作用层，该作用层由绝缘材质制成；
[0010]抛光头，其下表面可与导电型晶圆衬底抛光面的背面相贴合；
[0011]所述导电型晶圆衬底具有第一工作状态和第二工作状态，在第一工作状态时，导电型晶圆衬底的抛光面在电化学通道形成电化学反应层，在第二工作状态时，抛光头带动导电型晶圆衬底相对抛光垫的作用层活动，以实现对电化学反应层的化学机械抛光。
[0012]进一步的，第一工作状态和第二工作状态先后独立进行；或者，第一工作状态和第二工作状态同时进行。
[0013]进一步的，在第一工作状态和第二工作状态先后独立进行时，导电型晶圆衬底在不同抛光单元分别进行第一工作状态和第二工作状态；或者，在第一工作状态和第二工作状态先后独立进行时，导电型晶圆衬底在同一抛光单元进行第一工作状态和第二工作状态。
[0014]进一步的，在通电状态下，导电型晶圆衬底的抛光面在电化学通道形成电化学反应层，同时对电化学反应层进行化学机械抛光；
[0015]或者，
[0016]在通电状态下，导电型晶圆衬底的抛光面先在电化学通道形成电化学反应层，然后对电化学反应层进行化学机械抛光；
[0017]或者，
[0018]在通电状态下，导电型晶圆衬底的抛光面先在电化学通道形成电化学反应层，在断电状态下，对电化学反应层进行化学机械抛光。
[0019]进一步的，还包括电源；
[0020]所述抛光台和抛光头分别与该电源连接，并具有导电性；
[0021]所述作用层设有贯穿厚度方向的孔洞，该孔洞内容置有化学液，该化学液具有导电性；
[0022]所述电源、抛光台、化学液、导电型晶圆衬底、抛光头可形成通电回路，以在导电型晶圆衬底的抛光面形成电化学反应层。
[0023]进一步的，所述孔洞的数量为多个。
[0024]进一步的，所述孔洞的总面积占作用层面积的5
‑
50％。
[0025]进一步的，所述孔洞的直径大于等于3mm。
[0026]进一步的，所述抛光垫为作用层；或者，所述抛光垫为双层或多层结构，其最上面一层为作用层，其下部一层或多层为绝缘层，且所述孔洞贯穿抛光垫的整个厚度方向。
[0027]进一步的，所述抛光垫为双层或多层结构，其最上面一层为作用层，其下部一层或多层为导电层，该导电层封闭或带有与孔洞相连通的穿孔。
[0028]进一步的，所述电源为直流电或为交流电。
[0029]进一步的，所述抛光头包括，
[0030]第一压力介质腔体，用于控制导电型晶圆衬底上下移动行程；
[0031]第二压力介质腔体，用于控制吸附组件，通过改变第二压力介质腔体内部的气压，实现吸附组件对导电型晶圆衬底的吸附或释放；
[0032]所述吸附组件包括可发生形变的柔性件，及用于支撑柔性件的支撑件，该吸附组件设有电源的接入点。
[0033]进一步的，所述柔性件为导电柔性膜，所述支撑件为金属件，该金属件形成电源的接入点。
[0034]进一步的，所述柔性件包括轻质金属板和柔性膜，该轻质金属板上开设有多个用于安装柔性膜的开孔，该轻质金属板形成电源的接入点。
[0035]进一步的，所述柔性件包括轻质金属板，该轻质金属板形成电源的接入点。
[0036]进一步的，所述轻质金属板表面有一镀铂层。
[0037]进一步的，所述柔性件为绝缘柔性膜，柔性件的内部包覆有导电线圈，所述导电线圈形成电源的接入点。
[0038]本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.应用于导电型晶圆衬底的电化学机械抛光及平坦化设备，其特征在于，包括：抛光台，可绕着抛光台轴心旋转；抛光垫，设于抛光台的上表面，其至少包括可与导电型晶圆衬底的抛光面相贴合的作用层，该作用层由绝缘材质制成；抛光头，其下表面可与导电型晶圆衬底抛光面的背面相贴合；所述导电型晶圆衬底具有第一工作状态和第二工作状态，在第一工作状态时，导电型晶圆衬底的抛光面在电化学通道形成电化学反应层，在第二工作状态时，抛光头带动导电型晶圆衬底相对抛光垫的作用层活动，以实现对电化学反应层的化学机械抛光。2.根据权利要求1所述的应用于导电型晶圆衬底的电化学机械抛光及平坦化设备，其特征在于：第一工作状态和第二工作状态先后独立进行；或者，第一工作状态和第二工作状态同时进行。3.根据权利要求2所述的应用于导电型晶圆衬底的电化学机械抛光及平坦化设备，其特征在于：在第一工作状态和第二工作状态先后独立进行时，导电型晶圆衬底在不同抛光单元分别进行第一工作状态和第二工作状态；或者，在第一工作状态和第二工作状态先后独立进行时，导电型晶圆衬底在同一抛光单元进行第一工作状态和第二工作状态。4.根据权利要求2所述的应用于导电型晶圆衬底的电化学机械抛光及平坦化设备，其特征在于：在通电状态下，导电型晶圆衬底的抛光面在电化学通道形成电化学反应层，同时对电化学反应层进行化学机械抛光；或者，在通电状态下，导电型晶圆衬底的抛光面先在电化学通道形成电化学反应层，然后对电化学反应层进行化学机械抛光；或者，在通电状态下，导电型晶圆衬底的抛光面先在电化学通道形成电化学反应层，在断电状态下，对电化学反应层进行化学机械抛光。5.根据权利要求1或2所述的应用于导电型晶圆衬底的电化学机械抛光及平坦化设备，其特征在于：还包括电源；所述抛光台和抛光头分别与该电源连接，并具有导电性；所述作用层设有贯穿厚度方向的孔洞，该孔洞内容置有化学液，该化学液具有导电性；所述电源、抛光台、化学液、导电型晶圆衬底、抛光头可形成通电回路，以在导电型晶圆衬底的抛光面形成电化学反应层。6.根据权利要求5所述的应用于导电型晶圆衬底的电化学机械抛光及平坦化设备，其特征在于：所述孔洞的数量为多个。7.根据权利要求5所述的应用于导电型晶圆衬底的电化学机械抛光及平坦化设备，其特征在于：所述孔洞的总面积占作用层面积的5
‑
50％。8.根据权利要求5所述的应用于导电型晶圆衬底的电化学机械抛光及平坦化设备，其特征在于：所述孔洞的直径大于等于3mm。9.根据权利要求5所述的应用于导电型晶圆衬底的电化学机械抛光及平坦化设备，其
特征在于：所述抛光垫为作用层；或者，所述抛光垫为双层或多层结构，其最上面一层为作用层，其下部一层或多层为绝缘层，且所述孔洞贯穿抛光垫的整个厚度方向。10.根据权利要求5所述的应用于导电型晶圆衬底的电化学机械抛光及平坦化设备，其特征在于：所述抛光垫为双层或多层结构，其最上面一层为作用层，其下部一层或多层为导电层，该导电层封闭或带有与孔洞相连通的穿孔。1...

【专利技术属性】
技术研发人员：邓耀敏，郑晟良，杨渊思，
申请(专利权)人：杭州众硅电子科技有限公司，
类型：新型
国别省市：