[发明专利]基于液相抛光环境调控的单晶硅无损抛光方法

说明书

本发明公开了一种基于液相抛光环境调控的单晶硅无损抛光方法，实施步骤包括：将单晶硅工件完全淹没放置在容器中的抛光液中并进行CCOS抛光加工，且在加工过程中检测并控制抛光液pH值；将单晶硅工件清洗去除大尺寸颗粒残留；采用离子束刻蚀工艺去除单晶硅工件表面的微小颗粒残留。本发明能够避免现有的单晶硅加工方法中引入大粒径污染、造成工件表面产生划痕的问题，加工出的工件表面污染低于检出限，具有可操作性强、原料来源广泛、工艺流程简单的优点。

技术领域

本发明涉及单晶硅工件的无损抛光加工技术，具体涉及一种基于液相抛光环境调控的单晶硅无损抛光方法。

背景技术

当前的单晶硅抛光加工方法一般在空气中使用纳米二氧化硅胶体碱性抛光液，材料去除原理与化学机械抛光相似：在碱性抛光液环境下，单晶硅表层发生化学反应，生成水解产物H₂SiO₃能够聚合成多硅酸粒子，同时一定比例的H₂SiO₃电离生成SiO₃^2-，在液相中成为硅酸盐胶体。硅酸盐硬度低，相对基体材料而言去除相对容易。在抛光过程中，需要对工艺参数和加工环境进行严格控制，保证抛光过程中机械作用和化学作用的平衡。

但在空气中进行单晶硅非球面基底抛光时，由于以下原因，极易在表面产生缺陷：（1）抛光盘无法完全贴合元件表面，造成压力分布不均匀；（2）光顺工艺使用的沥青抛光垫为粘弹性材料，表面微孔占比远小于CMP工艺中常用的阻尼布抛光垫，大颗粒一旦嵌入沥青中就难以被动脱落，会在表面耕犁产生大量划痕。（3）单晶硅业界普遍使用纳米二氧化硅（粒径50nm）胶体抛光液进行抛光加工。任何微米级的粗大颗粒进入抛光区域都有可能产生划痕和破坏表面质量。因此，需要对原来的加工工艺进行新的研究改进来解决这些问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题：针对现有技术的上述问题，提供一种基于液相抛光环境调控的单晶硅无损抛光方法，本发明能够避免现有的单晶硅加工方法中引入大粒径污染、造成工件表面产生划痕的问题，加工出的工件表面污染低于检出限，具有可操作性强、原料来源广泛、工艺流程简单的优点。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种基于液相抛光环境调控的单晶硅无损抛光方法，实施步骤包括：

1）将单晶硅工件完全淹没放置在容器中的抛光液中并进行CCOS抛光加工，且在加工过程中检测并控制抛光液pH值；在抛光完成后使用无磨料清水抛光过程将表面氧化层均匀的去除；

2）将单晶硅工件清洗去除大尺寸颗粒残留；

3）采用离子束刻蚀工艺去除单晶硅工件表面的微小颗粒残留。

优选地，步骤1）中的抛光液为纳米二氧化硅胶体抛光液。

优选地，所述纳米二氧化硅胶体抛光液中纳米二氧化硅的粒径为50nm。

优选地，步骤1）中控制抛光液pH值具体是指滴入弱碱性碳酸氢钠pH调节剂调节抛光液pH值。

优选地，步骤1）中在加工过程中检测并控制抛光液pH值时，pH值被控制在大于10.5且小于11.5的范围内。

优选地，步骤1）中进行CCOS抛光加工具体是指使用阻尼布抛光盘进行抛光。

优选地，步骤1）之前还包括控制加工环境温度为25.1℃的步骤。

优选地，步骤1）中进行CCOS抛光加工时还包括控制抛光盘温度稳定在25.2℃的步骤。

优选地，步骤2）中清洗去除大尺寸颗粒残留具体是指采用清水清洗去除大尺寸颗粒残留。

优选地，步骤3）中采用离子束刻蚀工艺去除单晶硅工件表面的微小颗粒残留时，离子刻蚀工艺中离子能量为600eV。