CN102169821A - 用于生产半导体晶片的方法 - Google Patents

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Abstract

用于生产半导体晶片的方法，其依次包括：(a)从单晶切下的半导体晶片的同步双面材料去除加工，其中半导体晶片在两个旋转的环状工作盘之间加工，其中每个工作盘含平均粒度为5.0～20.0μm的研磨剂；(b)用碱性介质处理半导体晶片的两个面；(c)研磨半导体晶片的正面和背面，其中每一情况下半导体晶片的一面都通过晶片固定器稳固地固定，而另一面则通过研磨工具加工；其中研磨工具含平均粒度为1.0～10.0μm的研磨剂，其中研磨剂的平均粒度小于步骤(a)使用的工作盘的研磨剂的平均粒度；(d)通过含平均粒度为0.1～1.0μm的研磨剂的抛光垫抛光半导体晶片的两个面；(e)通过不含研磨剂的切削抛光垫抛光半导体晶片的正面，同时提供含有研磨剂的抛光剂；(f)正面的化学机械抛光(CMP)。

Description

用于生产半导体晶片的方法
本发明涉及用于生产半导体晶片的方法。
根据现有技术，半导体晶片在多个相继进行的方法步骤中生产，一般可以再分成以下各类：
a)半导体材料构成的单晶的生产(单晶拉制)；
b)半导体单晶分离成单独的晶片(“晶片生成”、“切割”)；
c)半导体晶片的机械加工；
d)半导体晶片的化学加工；
e)半导体晶片的化学机械加工；
f)导体晶片的热处理和/或半导体晶片的外延生长涂布。
此外，还有许多二级步骤，如清洗、测定和包装。
半导体单晶的生产方法通常包括由熔体拉制单晶(CZ或“Czochralski”方法)或者多晶半导体材料构成的晶棒再结晶(FZ或“浮融区”方法)。
已知的分离方法包括线切割(“多线切割，MWS)”和内径切割。
线切割的情况下，在一个加工操作中从一块晶体上切下多个半导体晶片。
机械加工用来去除切割波纹，去除由更粗糙的切割方法在晶体形状(crystalline fashion)中损伤的表层或锯线污染的表层，并主要用于半导体晶片的总体平整。表面研磨(单面，双面)及精研已为人所知，边缘机械处理步骤也已为人所知。
在单面研磨的情况下，半导体晶片背面固定在支承体(“卡盘”)上，旋转支承体和杯式研磨盘并且径向慢速推进，研磨盘对正面进行平整。例如，从US-3,905,162和US-5,400,548或EP-0955126人们已经知道用于半导体晶片表面研磨的方法和装置。在此情况下，半导体晶片其中一个表面稳固地固定在晶片固定器上，而其相对的表面通过晶片固定器和研磨盘的旋转及其相互压迫，利用研磨盘进行加工。在此情况下，半导体晶片固定在晶片固定器上，其方式能使其中心基本上对应于晶片固定器的旋转中心。此外，研磨盘的布置方式应能使半导体晶片的旋转中心可到达研磨盘齿面形成的工作区或边缘区。结果是，研磨平面不做任何运动，半导体晶片的整个表面就可以得到研磨。
在同步双面研磨(“双圆盘研磨”，DDG)的情况下，半导体晶片双面同时处理，其方式应使其能在安装于相对的共线心轴上的两个研磨盘之间自由浮动，并能在方法中得到引导，其方式应使其能在作用于正面和背面的水垫(流体静力学原理)或气垫(气体静力学原理)之间在轴向基本上没有约束力，并能通过围绕的薄引导环或单独的径向辐条避免其在径向松散地飘离。
在精研的情况下，在上工作盘和下工作盘之间提供含研磨材料的浆液，半导体晶片在特定的压力下移动，工作盘通常由钢构成并且一般配备有用于更好分配精研剂的通道，从而除去半导体材料。
DE 10344602A1和DE 102006032455A1公开了用于同时对多个半导体晶片的两个面进行同步研磨的方法，其包括的运动顺序类似于精研的运动顺序，但是其特征在于使用研磨剂，所述研磨剂稳固地接合在用于工作盘的工作层(“薄膜”，“垫”)中。其中一种这类方法称为“精研动力学的细细磨”或“行星垫研磨”(PPG)。
例如US 6,007,407A和US 6,599,177B2描述了用于PPG情形的粘合到两个工作盘上的工作层。在加工过程中，半导体晶片插入到薄的引导盒、所谓的载具中，所述引导盒有相应的开口，用于接收半导体晶片。载具带有外齿，外齿啮合到滚动装置中，滚动装置包括内齿环和外齿环，载具通过所述滚动装置在工作盘之间形成的工作间隙中移动。
半导体晶片的边缘，包括诸如定向切口的所存在的任何机械印记，通常同样进行加工(“边缘圆整”、“边缘切口研磨”)。使用曲面研磨盘的常规研磨步骤或使用连续或循环工具推进的带式研磨方法可用于此目的。
通常要提供这些边缘圆整方法，因为边缘处于未加工状态时是特别断裂敏感的，半导体晶片在边缘区域即使有轻微的压力和/或温度荷载都会造成损伤。
用蚀刻介质研磨及处理的晶片边缘通常要在后续加工步骤中抛光。在此情况下，中心旋转的半导体晶片的边缘以特定的力(接触压力)压迫在中心旋转的抛光鼓上。US 5,989,105公开了这一类型的边缘抛光方法，其中抛光鼓由铝合金构成并带有作用于其上的抛光垫。半导体晶片通常固定在平的晶片固定器、即所谓的卡盘上。半导体晶片的边缘凸出于卡盘之外，这样抛光鼓可自由地接近它。
一组化学加工步骤通常包括湿化学清洗和/或蚀刻步骤。
一组化学机械加工步骤包括抛光步骤，通过这些步骤，部分经由化学反应并且部分经机械材料去除(研磨)，表面得到平滑，而残留的表面损伤得以除去。
对一面进行加工的抛光方法(“单面抛光”)一般会导致较差的平面平行度，而对双面进行加工的抛光方法(“双面抛光”)则能够生产平整度得到改善的半导体晶片。
根据现有技术，在研磨、清洗和蚀刻步骤后，半导体晶片的表面通过切削抛光得到平滑。在单面抛光(SSP)的情况下，半导体晶片在加工过程中通过胶合、真空或通过粘接而将其背面固定在支承板上。在双面抛光(DSP)的情况下，半导体晶片松散地插入到薄的齿面盘(thin tootheddisk)中，并在抛光垫覆盖的上抛光板和下抛光板之间以“自由漂浮”方式，在正面和背面上同时进行抛光。
进一步，半导体晶片的正面常常用无雾方式抛光，例如借助于碱性抛光溶胶通过软抛光垫抛光。该步骤在文献中常常称为CMP抛光(“化学机械抛光”)。例如CMP方法在US 2002-0077039以及US 2008-0305722中公开。
现有技术类似地公开了所谓的“固定研磨剂抛光”(FAP)技术，其中硅晶片在抛光垫上抛光，而抛光垫含有结合在抛光垫中的研磨材料(“固定研磨剂垫”)。其中使用这类FAP抛光垫的抛光步骤在下文中简称为FAP步骤。
WO 99/55491A1描述了两阶段抛光方法，包括FAP第一抛光步骤和随后的CMP第二抛光步骤。在CMP中，抛光垫不含结合的研磨材料。在此，如在DSP步骤的情况，研磨材料以浆液的形式引入到硅晶片和抛光垫之间。尤其是，这类两阶段抛光方法可用于除去FAP步骤在基底抛光表面上留下的划痕。
德国专利申请DE 102007035266A1描述了用于抛光由硅材料构成的基底的方法，包括两个FAP类型的抛光步骤，其不同之处在于，在一个抛光步骤中，含有未结合的研磨材料的抛光剂浆液作为固体引入到基底和抛光垫之间，而在第二抛光步骤中，用不含固体的抛光剂溶液代替抛光剂浆液。
半导体晶片常常配备有外延层，也就是以单晶方式生长且有相同晶体取向的层，半导体元件随后施加在该层上。这类外延涂覆的半导体晶片，与由均质材料构成的半导体晶片相比具有一定的优势，例如防止双极型CMOS回路中电荷反转导致元件短路(“闩锁”问题)，有更低的缺陷密度[例如可减少COP(“晶体原生粒子”)的数量]并且不存在明显的氧含量，由此可以排除由于元件相关区域中的氧沉淀物导致短路的危险。
关键的是上述机械和化学机械或纯化学方法步骤在用于生产半导体晶片的方法顺序中如何安排。
已经知道，常规的抛光步骤，如SSP、DSP和CMP，蚀刻处理和外延步骤会导致半导体晶片平整度下降，特别是在边缘区域。
现有技术已经尝试在抛光过程中最大程度地减少材料的去除，也是为了将平整度下降限制在最低。
例如，为了此目的，已经有人建议引入细磨步骤。细磨意味着要使用比在DDG情况下粒度更细的研磨工具。
这类细磨的优势已在DE 102005012446A1中公开。可以通过细磨减少蚀刻和抛光过程中的材料去除。这可以防止诸如DDG或PPG的研磨步骤后的良好几何形状被随后的蚀刻和抛光过度削弱。
然而，半导体晶片的纳米形貌也起重要的作用。例如纳米形貌可以表达为相对于面积为2mm×2mm的测量窗口的每平方高度起伏PV(＝“峰至谷”)。
KLA Tencor的
Figure BSA00000429219000041
仪器常用于检查纳米形貌。
此干涉仪适合用于测量半导体晶片正面上-20nm～+20nm的形貌。测量过程中，半导体晶片安置在软且平的晶片固定器(卡盘)上。针对峰谷偏差，对得到的峰至谷(PV)值进行(高斯高通滤波器)过滤并在直径2mm的圆上分析(此外还在直径10mm的圆上分析)。在THA(“阈值高度分析”)分析中，其详细内容参见SEMI标准M43，最后由所有PV值的分布计算三∑PV值，作为所谓的THA值。
为了表明分析窗口的大小，THA值也经常称为THA-2mm或THA-10mm。已经发现，尽管细磨可进行更小的蚀刻和抛光去除，但它对THA-2mm值有不利影响，也就是说会牵涉更短波的纳米形貌损伤。
这类形貌差异也经常以所谓的条痕形式发生。这些条痕可以归因于掺杂剂浓度的波动。这些条纹结构在化学或化学机械加上步骤后会变得很明显。
在文献参考号为102009030296.4的德国专利申请中，该文献先前没有发表过，表明FAP抛光在这方面可提供优势。
最后，半导体晶片的边缘几何形状也很关键。为了使半导体晶片的最外面边缘区域也能利用新型平版印刷方法(浸入平版印刷方法)，就少不了对边缘几何形状进行改进。现有技术至少表明，特别是针对新一代的450mm晶片，常规的DSP抛光在这方面应该由新的抛光方法代替。
所述的问题领域引发了本发明的所述目标。该目标包括提供用于生产半导体晶片的新型方法顺序，所述方法顺序可使半导体晶片同时实现良好的几何形状和良好的纳米形貌，还适用于450mm的晶片。
本发明的目标通过生产半导体晶片的方法得以实现，依次包括：
(a)从单晶切下的半导体晶片的同步双面材料去除加工，其中半导体晶片在两个旋转的环状工作盘之间加工，其中每个工作盘含平均粒度为5.0～20.0μm的研磨剂；
(b)用碱性介质处理半导体晶片的两个面；
(c)研磨半导体晶片的正面和背面，其中每一情况下半导体晶片的一面都通过晶片固定器稳固地固定，而另一面则通过研磨工具加工；其中研磨工具含平均粒度为1.0～10.0μm的研磨剂，其中研磨剂的平均粒度小于步骤(a)使用的工作盘的研磨剂平均粒度；
(d)通过含平均粒度为0.1～1.0μm的研磨剂的抛光垫抛光半导体晶片的两个面；
(e)通过不含研磨剂的切削抛光垫抛光半导体晶片的正面，同时提供含有研磨剂的抛光剂；
(f)正面的化学机械抛光(CMP)。
因此根据本发明的方法包括，在步骤(a)中，半导体晶片正面和背面的同步双面加工，其中该步骤涉及半导体晶片的粗磨，而步骤(c)提供半导体晶片的细磨，这在正面和背面上相继实现。
步骤a)可以为DDG或PPG。
优选PPG。在此情况下，半导体晶片位于载具的切口中，其方式类似于抛光和DSP的情况。
此外，对于半导体晶片表面的加工，提供步骤(d)中正面和背面的FAP抛光以及步骤(f)中半导体晶片正面的CMP抛光。
步骤(e)是切削抛光方法，其中，然而，与DSP形成对比，仅抛光半导体晶片的正面。
以下对根据本发明的方法的重要步骤及其优选实施方案进行详细说明。
首先，从由半导体材料构成的单晶切下半导体晶片，所述单晶通过CZ或FZ方法生长。半导体晶片优选通过线锯切割。通过利用线锯实现半导体晶片的切片，其方式为例如US 4655191、EP 522542A1、DE 3942671A1或EP 433956A1中已知的。
半导体材料构成成的生长单晶优选为硅构成的单晶。
半导体晶片优选为单晶硅晶片。
根据权利要求1的方法以根据步骤(a)至(f)所规定的次序进行。
半导体晶片的边缘优选在步骤(f)、即CMP抛光之前或之后抛光。
也优选实行两个边缘抛光方法，其中第一边缘抛光方法在CMP抛光之前发生，而第二边缘抛光方法在CMP抛光之后发生，其中第二边缘抛光方法优选使用软去除硅溶胶(软边缘抛光)。
优选地，从单晶切下半导体晶片之后且在根据步骤(a)的半导体晶片表面研磨之前，使用粗研磨剂进行半导体晶片的边缘圆整方法。在此情况下，为半导体晶片提供圆整的边缘。
为了此目的，半导体晶片固定在转台上并通过其边缘顶着类似旋转的加工工具的工作面进行输送。在此情况下使用的加工工具可以具体化为盘，紧固到转子上并利用圆周表面作为加工半导体晶片边缘的工作面。
例如，适用于此目的的装置公开在DE 19535616A1中。
优选地，半导体晶片具有相对晶片中心面对称的轮廓，晶片正面和晶片背面上有相同类型的小平面，或者具有不对称的边缘轮廓，正面和背面上有不同的小平面宽度(facet width)。在此情况下，半导体晶片的边缘可获得与目标轮廓在几何上相似的轮廓。
所用的研磨盘优选具有凹槽轮廓。DE 102006048218A1中公开了一种优选研磨盘。
工作面还可以具体化为研磨布形式或作为研磨带。
材料去除颗粒，优选地为金刚石，可以稳固地固定在加工工具的工作面中。所用的颗粒有粗的粒度。根据JIS R 6001：1998，粒度(以目为单位)为#240～#800。
平均粒度为20～60μm，优选25～40μm，特别优选25～30μm或30～40μm。
方法的步骤(a)涉及从单晶切出半导体晶片实施双面材料去除加工，要使用粗研磨剂。
在此情况下，半导体晶片的两个面都要经过材料去除加工。
根据现有技术加工优选通过DDG实现。
尤其是优选通过PPG加工半导体晶片。
方法中在这个时候并不优选对半导体晶片进行顺序加工，在所述顺序加工中要将半导体晶片的一面固定(“卡”)在晶片固定器上，而半导体晶片的另一面则用研磨工具处理。
PPG是用于多个半导体晶片同步双面研磨的方法，其中每个半导体晶片以自由移动的形式位于多个载具之一的切口中，所述载具通过滚动装置引起旋转，从而每个半导体晶片在摆线轨道上移动，其中半导体晶片在两个旋转的工作盘之间以材料去除方式进行加工，其中每个工作盘包括含有结合的研磨剂的工作层。
优选莫氏硬度≥6的硬质材料作为结合在工作层中的研磨剂。合适的研磨材料优选为金刚石、碳化硅(SiC)、二氧化铈(CeO2)、刚玉(氧化铝，Al2O3)、二氧化锆(ZrO2)、氮化硼(BN；立方氮化硼，CBN)，进一步为二氧化硅(SiO2)、碳化硼(B4C)，直到明显更软的材料，如碳酸钡(BaCO3)、碳酸钙(CaCO3)、或碳酸镁(MgCO3)。然而，特别优选金刚石、碳化硅(SiC)和氧化铝(Al2O3；刚玉)。
所述研磨剂的平均粒度为5～20μm，优选5～15μm并且特别优选5～10μm。
研磨粒子优选单独地或作为团簇结合在工作层的结合基体中。在团簇结合的情况下，规定作为优选的粒度涉及团簇组分的初级粒度。
优选使用陶瓷结合的工作层；特别优选合成树脂结合；在工作层含团簇的情况下，也使用混合的结合体系(在团簇内的陶瓷结合和在团簇与工作层基体之间的合成树脂结合)。
工作层之间形成的工作间隙中的主要温度优选在加工过程中保持不变。为了此目的，载具可以带有开口，通过该开口冷却润滑剂可以在下工作盘和上工作盘之间交换，这样能使上工作层和下工作层总是具有相同的温度。这可抵消在工作层之间形成的不希望有的工作间隙变形，所述变形由于交替荷载下的热膨胀因为工作层或工作盘变形所导致。此外，结合在工作层中的研磨剂的冷却得到改善且变得更均匀，从而延长其有效使用寿命。
优选测定研磨过程中在工作层之间形成的工作间隙的形状，并且根据所测定的工作间隙的几何形状，机械或者热改变至少一个工作盘的工作面的形状，其方式应能使工作间隙具有预先确定的形状。
优选地，半导体晶片在加工过程中其部分表面暂时离开工作间隙，所述工作间隙由工作层界定，其中径向偏移的最大值大于半导体晶片直径的0％且最大为20％，偏移定义为相对于工作盘在径向测得的长度，这样半导体晶片在研磨过程中的特定时间点凸出于工作间隙的内边缘或外边缘之外。
优选地，接近加工结束时，通过载具中的开口在工作盘和半导体晶片之间引入粘度至少为3·10-3N/m2·s且至多为100·10-3N/m2·s的液体介质。至少当工作盘从半导体晶片移开时应该存在该介质，从而通过工作层抑制机械去除。从而可以避免否则会在现有技术中观察到的研磨缺陷，如痕迹、划痕或抬起痕迹。这在文献参考号为102009048436.1的德国专利申请中有描述，该文献先前没有发表过，在此全部引入作为参考。
优先考虑以下物质作为介质：
·含多羟基醇(甘油、单体二醇、低聚二醇、聚二醇和多元醇)的水混合物
·甘油、丁醇和表面活性剂的水混合物
·浆液，其中所要求的介质粘度通过固体(由二氧化硅或氧化铈颗粒构成的胶态分散体)的比例来保证，优选根据固体的比例含有增加粘度的其它介质(例如醇)。
方法的步骤(b)涉及用碱性介质处理半导体晶片的正面和背面。
优选使用NaOH或KOH的水溶液作为碱性介质。
NaOH或KOH在碱性溶液中的浓度优选为40％～60％。
处理温度优选为大约50℃～90℃，尤其是优选80℃～90℃。
已经发现，在研磨步骤之后，尤其是PPG之后，碱性蚀刻不会不利地影响良好的几何形状和良好的更长波的纳米形貌。酸蚀刻在这方面是不利的，应该予以避免。
然而，碱蚀刻之后的表面粗糙度比使用酸介质的可比处理方法之后表面粗糙度更高。
优选作为单个晶片处理实现碱介质处理。尤其是这特别优选用于直径大于300mm的半导体晶片，也就是特别用于直径为450mm的半导体晶片。
根据本发明的方法的步骤(c)涉及使用比步骤(a)中更细的研磨剂的半导体晶片材料去除加工。
在方法的步骤(c)中，半导体晶片的两个面都要进行研磨。
与步骤(a)相比，正面和背面的研磨必须相继实现。DDG或PPG细磨在本发明的内容中并不适合。
为了此目的，固定在晶片固定器上的半导体晶片和处于与此相对位置的研磨盘彼此独立地旋转，研磨盘以相对于半导体晶片侧向偏置的方式布置，并且在此情况下其定位方式应能使半导体晶片的轴向中心到达研磨盘的工作区，研磨盘以推进速度沿半导体晶片方向移动，由此在半导体晶片和研磨盘绕平行轴旋转时，研磨盘和半导体晶片能相互输送，这样半导体晶片的表面能得到研磨，特定材料实现去除后研磨盘以返回速度引回。
半导体晶片旋转过程中优选研磨盘和半导体晶片的输送距离为0.03～0.5μm。半导体晶片旋转过程中尤其优选输送0.03～0.1μm。
优选地，使用粒度大于或等于#1200的研磨盘，尤其优选#1200～#8000。
根据日本工业标准JIS R 6001：1998粒度通常用#(“目”)来规定。
平均粒度可以由目的数值来计算：
如果使用细粒度的研磨盘，也经常使用细磨这一术语。这类细磨盘的粒度例如为#1000～#4000，例如可从Disco Corporation商业途径得到的那些。
粒度转换过程中显示，举例来说，#1200对应于平均粒度9.5μm，#5000对应于平均粒度2.5μm，#8000对应于平均粒度1.2μm。
因此细磨过程中平均粒度大约大于或等于1.0μm并且小于或等于10μm，优选1.0～7μm，特别优选1.0～4μm，尤其优选1.0～2μm。
研磨盘的旋转速度优选为1000～5000min-1。
半导体晶片的旋转速度优选为50-300min-1，尤其是优选200-300min- 1。
推进速度优选10～20μm/min。
通过细磨可以减少碱蚀刻之后所增加的表面粗糙度。可保持大约25nm(RMS，250μm滤波器)的粗糙度。
直到这一时点得到的良好几何形状和良好纳米形貌没有以任何方式受细磨的不利影响。
进一步优选这样构造细磨，从而得到略微凸面形状的晶片。
边缘圆整步骤优选在半导体晶片的正面和背面细磨之后并且在根据步骤(d)的FAP抛光之前实现。如果第一边缘圆整步骤已经在优选的步骤(a)之前进行，则在第二边缘圆整步骤中使用与第一边缘圆整方法相比粒度更细的研磨工具。
为了此目的，半导体晶片再一次固定在转台上并且其边缘顶着类似旋转的加工工具工作面进行输送。在此情况下使用的加工工具可以具体化为盘，紧固到转子上并利用圆周表面作为加工半导体晶片边缘的工作面。
工作面还可以具体化为研磨布形式或作为研磨带。
材料去除颗粒，优选地为金刚石，可以稳固地固定到加工工具的工作面中。
所用的颗粒有细的粒度。根据JIS R 6001：1998，粒度应该比#800更细，优选#800～#8000。
平均粒度为0.5～20μm，优选0.5～15μm，特别优选0.5～10μm，尤其是优选0.5～5μm
在步骤(d)，通过含平均粒度为0.1～1.0μm的研磨剂的抛光垫抛光半导体晶片的两个面。
半导体晶片的正面和背面抛光可以同时同步完成。常规的DSP抛光机适合于此目的，使用的抛光垫含有研磨剂。
然而，两个面的抛光也可以相继完成，在这样的情况下硅晶片在使用硬质托板(retainer plate)的固定系统中抛光，也即不使用含膜的固定系统。利用包括研磨剂的抛光垫顺序抛光，就晶片边缘区域的优化抛光(ERO)而言，提供了使正面和背面的抛光步骤以目标方式相互协调的可能性，尤其是当抛光晶片的直径非常大，也即大于300mm的直径时-尤其是直径为450mm时。
在顺序抛光中，在两个抛光步骤之间，此外还有进行晶片边缘轮廓测量的可能性，例如通过“Kobelco LER 310”测量仪器，因此可使第二抛光方法最佳地适应第一方法。这一测量也有可以对少于1mm的边缘保留区域进行表征。
在抛光步骤过程中，不含固体的抛光剂溶液优选地在要抛光的半导体晶片的面与抛光垫之间引入。
抛光剂溶液，在最简单的情况下，为水，优选纯度为半导体工业所常用的去离子水(DIW)。
然而，抛光剂溶液还可以含有诸如以下的化合物：碳酸钠(Na2CO3)、碳酸钾(K2CO3)、氢氧化钠(NaOH)、氢氧化钾(KOH)、氢氧化铵(NH4OH)、四甲基氢氧化铵(TMAH)或其任何希望的混合物。尤其优选使用碳酸钾。在此情况下，抛光剂溶液的pH值为10～12，并且所规定化合物在抛光剂溶液中的比例优选为0.01～10重量％，尤其优选0.01～0.2重量％。
抛光剂溶液可以进一步含有一种或多种其它的添加剂，例如诸如润湿剂和表面活性剂的表面活化添加剂、起保护性胶体作用的稳定剂、保存剂、抗微生物剂、醇和络合剂。
使用含接合在抛光垫(FAP垫)中的研磨材料的抛光垫。
例如，合适的研磨材料包括元素铈、铝、硅、锆的氧化物粒子，以及诸如碳化硅、氮化硼和金刚石的硬物质粒子。
尤其合适的抛光垫具有特征在于复制微观结构的表面形貌。例如，所述微观结构(“柱”)具有圆柱形或多边形截面的柱子形式或锥体或截锥体的形式。
例如，在WO 92/13680A1和US 2005/227590A1中有这类抛光垫的更详细说明。
特别优选使用含稳固结合在其中的氧化铈研磨剂的抛光垫，如例如US 6602117B1中所述的。
研磨剂的平均粒度特别优选为0,1～0.6μm。
尤其优选0.1～0.25μm的平均粒度。
对于FAP抛光，优选每一面除去大于或等于2μm，其中关于这一点特别优选2～4μm，尤其优选2～3μm。
FAP抛光首先使除去细磨产生的损伤成为可能。其次，细磨后留下的大约25nm的粗糙度可明显减少到小于或等于4nm(RMS，250μm滤波器)。
尤其是高掺杂半导体晶片情况下观察到的条痕可以通过FAP除去。就这一方面，可以参考文献参考号为102009030295.6的德国专利申请全部，该文献先前没有发表过。
作为此结果，通过FAP实现改善更短的波的纳米形貌是相当不重要的。
根据本发明方法的步骤(e)涉及通过切削抛光垫对半导体晶片的正面抛光。半导体晶片的背面没有抛光。
抛光过程中，基于胶态分散硅溶胶的抛光剂引入到抛光垫与半导体晶片的正面之间。
在此情况下，半导体晶片优选将其FAP抛光的背面固定在抛光机的支承板上，其中使用厚度最多3μm的均匀的薄胶合层固定，并且最后，半导体晶片的正面经过抛光。关于所使用的胶合层，可以参考文献参考号为102009052744.3的德国专利申请全部，该文献先前没有发表过。
作为替代，半导体晶片在抛光过程中借助固定系统通过不抛光的面通过粘接固定在切口中，所述固定系统固定在载具上并且包括成排的切口，切口尺寸为要接收的半导体晶片的尺寸。
这类含有用于接收半导体晶片的切口的固定系统也称为型板。
关于所使用的型板，可以参考文献参考号为102009051007.9的德国专利申请全部，该文献先前没有发表过。
正面抛光过程中使用典型的切削抛光垫。商业途径可得到的抛光垫为例如DCP系列的垫以及Rohm Haas的商品名为IC 1000TM、PolytexTM或SUBATM的垫。
涉及其中不含研磨剂的典型的硬的切削抛光垫。研磨剂以抛光剂的形式提供。
切削抛光用来除去FAP所引起的微观损伤。
正面上的材料去除优选大约1.0～2.0μm，特别优选大约1.0～1.5μm。
步骤(e)之后，优选完成半导体晶片边缘的抛光。然而，这也可以在步骤(f)后进行，如前面所提及。
商业途径可得到的自动边缘抛光装置适合用于此目的。
US 5,989,105公开了用于边缘抛光这样一类装置，其中抛光鼓由铝合金构成并且有添加于其上的抛光垫。
半导体晶片通常固定在平的晶片固定器上，即所谓的卡盘上。半导体晶片的边缘凸出于卡盘之外，这样抛光鼓可自由地接近它。在连续提供抛光剂的同时，绕中心旋转的抛光鼓和带半导体晶片的卡盘相互输送并且以特定的接触压力相互压迫，所述抛光鼓上添加有抛光垫并且相对卡盘以特定的角度倾斜。
边缘抛光过程中，其上固定有半导体晶片的卡盘绕中心旋转。
优选地，卡盘的一次旋转持续20～300s，特别优选50～150s(旋转时间)。
抛光鼓和卡盘互相输送，所述抛光鼓覆盖有抛光垫并且优选以300～1500min-1，特别优选500～1000min-1的旋转速度绕中心旋转，其中抛光鼓相对半导体晶片以设定角倾斜设定，而半导体晶片固定在卡盘上，其方式能使半导体晶片略凸出于卡盘之外，因此易于抛光鼓接近。
设定角优选30～50°。
半导体晶片和抛光鼓以特定的接触压力互相压迫，同时连续提供抛光剂，优选抛光剂的流速为0.1～1升/分钟，特别优选0.15～0.40升/分钟，其中接触压力可以通过附加到滚筒上的重量来设定，优选1～5kg，特别优选2～4kg。
抛光鼓和半导体晶片优选在半导体晶片或固定半导体晶片的卡盘旋转2～20转之后，特别优选2～8转之后相互移开。
实现半导体晶片边缘抛光的方法优选包括：将半导体晶片固定在绕中心旋转的卡盘上，输送半导体晶片和绕中心旋转的抛光鼓，所述抛光鼓在其上添加有含稳固结合研磨剂的抛光垫(FAP抛光垫)并且相对于卡盘倾斜，以及半导体晶片和抛光鼓在连续供应不含固体的抛光剂溶液时相互挤压。
这可以以目标方式影响晶片边缘而不会损害相邻的半导体晶片正面和/或背面区域，因此例如只在晶片边缘上设定所要求的几何形状和表面特性。
此外，为了实现降低边缘粗糙度和边缘缺陷率，可以在相同的FAP抛光垫上随后进行短的抛光步骤，所述短的抛光步骤使用软的去除硅溶胶。
因此两个抛光步骤可以相互协调，这样可以完成晶片边缘几何形状和表面的正面影响目标，而不会对晶片正面和晶片背面上的部分晶片位置有不利影响。
因此，原则上，半导体晶片优选通过抛光鼓抛光，粘合在其表面上的是硬而不是非常压紧的含稳固结合研磨剂的抛光垫，同时提供碱性溶液。
优选地，随后在第二步中在同一抛光垫上完成平滑步骤，同时提供硅溶胶，例如具有大约1重量％的SiO2的Glanzox 3900*。
*Glanzox 3900为Fujimi Incorporated，Japan作为浓缩液提供的抛光剂浆液的产品名称。该浓缩液基础溶液的pH为10.5并且含有大约9重量％的平均粒度为30～40nm的胶态SiO2。
边缘抛光过程中所使用的抛光剂溶液，在最简单的情况下，为水，优选纯度为半导体工业所常用的去离子水(DIW)。
然而，抛光剂溶液还可以含有诸如以下的化合物：碳酸钠(Na2CO3)、碳酸钾(K2CO3)、氢氧化钠(NaOH)、氢氧化钾(KOH)、氢氧化铵(NH4OH)、四甲基氢氧化铵(TMAH)或其任何要求的混合物。
尤其优选使用碳酸钾。
抛光剂溶液的pH值为10～12，并且所规定掺混物在抛光剂溶液中的比例优选为0.01～10重量％，尤其优选0.01～0.2重量％。
在边缘抛光的优选第二步骤中使用含研磨剂的抛光剂。该步骤优选在步骤(f)后进行，其中第一边缘抛光方法在步骤(e)与步骤(f)之间进行。
抛光剂浆液中研磨材料的比例优选为0.25～20重量％，尤其优选0.25～1重量％。
平均粒度为5～300nm，尤其优选5～50nm。
研磨材料包括能机械去除基底材料的材料，优选元素铝、铈或硅的氧化物中的一种或多种。
特别优选含有胶态分散二氧化硅的抛光剂浆液。
因此，优选地，边缘抛光过程中使用含结合在抛光垫中的研磨材料的抛光垫。此情况下使用的抛光垫对应于此情况下步骤(d)中所使用的FAP抛光垫。
方法的步骤(f)涉及半导体晶片正面的化学机械抛光，也就是半导体晶片正面的常规CMP抛光。
在此，同样，半导体晶片的背面优选通过蜡或型板固定，如步骤(e)中所述的。
使用的CMP抛光垫为具有多孔基体的抛光垫。
抛光垫优选包括热塑性或热固性聚合物。可以想象有许多物质可用于此材料，例如聚氨酯、聚碳酸酯、聚酰胺、聚丙烯酸酯、聚酯等。
抛光垫优选包括固体的微孔聚氨酯。
还优选使用由发泡板或毡或纤维基底组成的抛光垫，所述基底浸渍有聚合物。
涂覆/浸渍抛光垫还可以构造成使得基底中有不同于涂布料中的孔径分布和孔径大小。
抛光垫可以基本上为平的或穿孔的。
为了控制抛光垫的孔隙率，填料可以引入到抛光垫中。
例如，一种商业途径可得到的抛光垫为Rodel Inc.的SPM 3100。
优选提供硅溶胶作为抛光剂，也即在抛光过程中引入到半导体晶片的正面与抛光垫之间。
半导体晶片正面上材料去除优选最多为0.5μm。

Claims (10)

1.用于生产半导体晶片的方法，其依次包括：
(a)从单晶切下的半导体晶片的同步双面材料去除加工，其中半导体晶片在两个旋转的环状工作盘之间加工，其中每个工作盘含平均粒度为5.0～20.0μm的研磨剂；
(b)用碱性介质处理半导体晶片的两个面；
(c)研磨半导体晶片的正面和背面，其中每一情况下半导体晶片的一面都通过晶片固定器稳固地固定，而另一面则通过研磨工具加工；其中研磨工具含平均粒度为1.0～10.0μm的研磨剂，其中研磨剂的平均粒度小于步骤(a)中使用的工作盘的研磨剂的平均粒度；
(d)通过含平均粒度为0.1～1.0μm的研磨剂的抛光垫抛光半导体晶片的两个面；
(e)通过不含研磨剂的切削抛光垫抛光半导体晶片的正面，同时提供含有研磨剂的抛光剂；
(f)正面的化学机械抛光(CMP)。
2.权利要求1的方法，其中，在步骤(a)中，半导体晶片以自由移动的方式位于多个载具之一中的切口中，通过滚动装置使所述载具旋转，半导体晶片从而在摆线轨道上移动，其中每个工作盘包括含研磨剂的工作层。
3.权利要求1或2的方法，其中半导体晶片在加工过程中其部分表面暂时离开工作间隙，所述工作间隙由工作盘的工作层界定，其中此偏移在径向的最大值大于半导体晶片直径的0％且至多为20％。
4.权利要求1～3之任一的方法，其中碱性介质为NaOH水溶液或KOH水溶液。
5.权利要求1～4之任一的方法，其中步骤(d)中使用的抛光垫包括研磨剂，所述研磨剂选自以下组中：碳化硅、氮化硼、金刚石和元素铈、铝、硅、锆的氧化物。
6.权利要求1～5之任一的方法，其中，在步骤(d)中，不含固体的抛光剂溶液引入到抛光垫与半导体晶片的两个面之间。
7.权利要求1～6之任一的方法，其中，在步骤(a)之前，为半导体晶片提供圆整的边缘。
8.权利要求1～7之任一的方法，其中半导体晶片的边缘在步骤(e)和步骤(f)之间抛光。
9.权利要求1～8之任一的方法，其中，在步骤(e)和(f)的半导体晶片正面的抛光过程中，半导体晶片通过其背面固定在载具上，其中使用厚度为至多3μm的均匀的薄胶合层固定。
10.权利要求1～8之任一的方法，其中，在步骤(e)和(f)的半导体晶片正面的抛光过程中，半导体晶片在抛光期间借助固定系统在其背面上通过粘接固定在一个切口中，所述固定系统固定在载具上并且包括成排的切口，切口尺寸为要接收的半导体晶片的尺寸。
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