CN1901172A - 半导体晶片及制造半导体晶片的工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种具有边缘区域但是没有大于或者等于0.3μm的缺陷的半导体晶片。此外，本发明涉及制造半导体晶片的工艺，其包括下列工序：(a)提供具有倒圆和蚀刻边缘的半导体晶片；(b)抛光半导体晶片的边缘，在该步骤中，使半导体晶片和至少一个抛光鼓在连续提供抛光研磨剂的情况下相对彼此移动并在特定接触压力下相互挤压，其中，该半导体晶片被固定在绕中心旋转的夹盘上并且凸出夹盘之外，而抛光鼓相对于夹盘倾斜特定角度，且绕中心旋转并且覆盖有抛光布；(c)清洗半导体晶片；(d)使用检查单元检查半导体晶片的边缘区域；(e)进一步对该半导体晶片进行处理。
Description
技术领域
本发明涉及一种具有改良边缘区域品质的半导体晶片及制造半导体晶片的工艺。
背景技术
对半导体晶片，尤其是对大直径(直径≥300mm)半导体晶片边缘品质的要求日益提高。特别是，半导体晶片的边缘应尽可能免于被污染且具有低的粗糙度。此外，在处理过程中，半导体晶片边缘应能承受高的机械应力。
从单晶取下的半导体晶片，其未经处理的边缘具有比较粗糙且不平坦的表面。承受机械负载时常发生折断，因此，晶片表现为污染颗粒的来源。
因此通常需要将边缘再度加以研磨从而消除晶体中的碎片(spalling)及损伤，以使其具有特定的外形。
适合的研磨装置在现有技术中已经公开。通常将半导体晶片固定在转台上，同样将其边缘移至机床的旋转工作面上。所用的机床通常具有圆盘形状，该机床被固定在轴上且具有用作加工半导体晶片边缘的工作面的圆周表面。去除材料的研磨粒通常固定在机床的工作面上。
这些机床适于向半导体晶片提供一个圆形边缘。在边缘倒圆后，边缘表面上通常留下特定的最低粗糙度。
在随后的加工阶段，通常对已经研磨及用蚀刻介质处理过的半导体晶片的边缘进行抛光。
使用一个规定的力(接触压力)将绕中心旋转的半导体晶片的边缘压在一个绕中心旋转的抛光鼓上。美国专利US 5,989,105已经公开了这种类型的边缘抛光工艺，其中该抛光鼓由铝合金构成并且覆盖有抛光布。半导体晶片通常固定在扁平晶片夹具上，该晶片夹具就是通常所说的夹盘。半导体晶片的边缘凸出到夹盘外，从而可自由接近抛光鼓。
为了工艺监控，在边缘抛光后，通常在显微镜下根据样品来目视检查半导体晶片的边缘。该检查针对半导体晶片边缘上的颗粒、粗糙度以及缺陷。特别是检查半导体晶片边缘上由不均匀度所引起的光反射。
然而，这种目视检查是不可靠的，并且不能确保所有半导体晶片边缘的品质相同。此外，目视检查不适于完全、可靠地检测半导体晶片边缘区内的小缺陷，以致得到过程可能有缺陷的结论。
此外，现有的检查仪器通常最远仅能检查晶片边缘到周边禁区3mm处。最著名的检查仪器也不能用于检查整个边缘区域，即半导体晶片边缘及该周边禁区。
作为一个例子，欧洲专利EP 1348947 A1已经公开了一种检查仪器，该仪器可用来检查半导体晶片的边缘但也不能检查整个边缘区域。
相反地，德国专利DE 10352936 A1已经介绍了一种检查仪器，该检查仪器允许自动检测整个边缘区域(包含半导体晶片的周边禁区)内大于特定尺寸的缺陷。
发明内容
本发明的目的是提供一种具有改良边缘品质的半导体晶片及制造这种半导体晶片的工艺。
所包括的边缘区域内没有大于或者等于0.3μm的缺陷的半导体晶片可以实现该目的。
在本发明中，该边缘区包括该半导体晶片的至少一个边缘。
半导体晶片的边缘区优选包括半导体晶片的边缘以及该半导体晶片正面及背面上3mm的周边区。
半导体晶片的边缘区优选包括半导体晶片边缘的所有倾斜面及倒圆面。
缺陷包括半导体晶片边缘区上的颗粒、碎片、裂缝、刮痕、斑点(spot)、污染及层错。
优选对半导体晶片的边缘进行抛光。
半导体晶片优选是单晶硅晶片、抛过光的硅晶片、具有外延涂层的硅晶片、例如在氩气氛中经热处理的硅晶片、具有应变硅层的晶片、SOI(绝缘体上硅)晶片或sSOI(绝缘体上应变硅)晶片。
通过一种制造半导体晶片的工艺也可以实现本发明的目的，该工艺包括下列工序：(a)提供一个具有倒圆和蚀刻边缘的半导体晶片；(b)抛光半导体晶片的边缘，在该步骤中，半导体晶片和至少一个抛光鼓在连续提供抛光研磨剂的情况下做相对运动并在特定接触压力下相互挤压，当半导体晶片转过预定转数后，抛光鼓及半导体晶片彼此分离，其中，该半导体晶片被固定在绕中心旋转的夹盘上并且凸出夹盘之外，而抛光鼓相对于夹盘倾斜成一特定角，其绕中心旋转并且覆盖有抛光布；(c)清洗半导体晶片；(d)利用检查单元检查半导体晶片的边缘区；(e)进一步对该半导体晶片进行处理，其中步骤(d)中描述的半导体晶片边缘区的检查，自动检测边缘区中大于0.3μm的所有缺陷并对其分类，并且其中，如果在检查期间检测到缺陷，那么按照步骤(b)至(d)所述，对半导体晶片进行再处理，然后按照步骤(e)所述对半导体晶片进行进一步处理，利用已经根据缺陷分类进行优化的抛光参数执行步骤(b)所述的边缘抛光，否则，如果由于已经检测到的缺陷不可能进行再处理，那么将该半导体晶片挑出并剔除。
在根据本发明的工艺中，首先要提供一个具有倒圆和蚀刻边缘的半导体晶片。为了该目的，根据现有技术，半导体晶片优选从单晶上取得，通过研磨和/或抛光工艺使其边缘成为圆形并使其正面及背面平坦，然后接受湿法化学蚀刻处理。
然后，按照步骤(b)所述，对半导体晶片的倒圆和蚀刻边缘进行抛光。
为了该目的，可以利用商用自动边缘抛光单元。将半导体晶片固定在绕中心转动的夹盘上，且该半导体晶片凸出夹盘之外。在连续提供抛光研磨剂时，使绕中心转动的抛光鼓(该抛光鼓被抛光布覆盖且相对于该夹盘倾斜成一角度)和夹持半导体晶片的夹盘做相对移动，并在一定的接触压力下挤压在一起。
然后，按照步骤(c)所述，对半导体晶片进行清洗。清洗或者可以采用批处理或者采用单晶片处理法，在批处理中，使用槽浴或者喷射工艺来同时清洗许多半导体晶片。
在本发明中，优选采用槽浴清洗，同时清洗多个半导体晶片(例如，边缘抛过光的所有晶片)，例如，按照该顺序：用含水的氢氟酸(HF)清洗-用超纯水冲洗-用TMAH/H2O2(氢氧化四甲基铵/过氧化氢)清洗-用超纯水冲洗。然后，对该半导体晶片进行干燥。通常使用商业上可得到的设备进行干燥，该商业上可得到设备根据离心干燥、热水或者HF/臭氧原理工作。清洗和干燥步骤后得到的边缘抛过光的半导体晶片是干燥且亲水的。
槽浴清洗后，按照步骤(d)，检查半导体晶片的边缘区。
为此目的，采用根据现有技术的检查单元，优选是如德国专利DE 10352936 A1中所述的对应装置。这种类型检查单元的操作模式是基于暗场中光的检测，该光在通常所说的光点缺陷(LPD)中散射，光点缺陷即，例如晶体缺陷、损伤、刮痕、杂质或者颗粒。在该工艺中，每个缺陷被赋予一个与其光散射特性相当的尺寸，通常称为“乳胶球等价物(latex sphere equivalent)”(LSE)。
边缘区至少包括半导体晶片的边缘。
半导体晶片的边缘区优选包括半导体晶片边缘的所有倾斜面及倒圆面。
边缘区优选包括半导体晶片的边缘及半导体晶片正面及背面上3mm的周边区。
半导体晶片边缘区的检查可检测及分类边缘区内尺寸大于0.3μm的缺陷。
根据步骤(b)，通过使用经优化的参数对边缘的另一次抛光，对具有大于该尺寸的缺陷的半导体晶片进行再处理，而如果已经不能进行再处理，那么将该半导体晶片挑出并剔除。
根据本发明，在对检查期间检测到的缺陷进行分类的基础上，实现抛光参数优化。
由于仅有满足边缘品质要求的半导体晶片才进一步根据步骤(e)进行处理的事实，能够确保半导体晶片的边缘区的品质的均匀性，其对后来的进一步处理极其有利，在一些情况下，所述进一步处理将在半导体晶片的边缘区域产生高机械应力。
例如，按照步骤(e)的进一步加工可以包括：半导体晶片的抛光(双面抛光、化学机械抛光)、背面密封、在半导体晶片的正面沉积一外延层、或在氢气或氩气环境中对半导体晶片进行热处理。
因此，根据本发明，在对边缘进行抛光及清洗期间，如果在半导体晶片的边缘区内检测到缺陷，那么使用优化后的抛光参数，通过边缘抛光进行再处理。
在下面，本文将根据典型出现的缺陷或者缺陷分类提供对抛光参数的值的优化和优选范围的说明，根据本发明，在边缘抛光期间，当作为半导体晶片再处理部分的边缘区检查及缺陷分类后，将对这些抛光参数进行再次优化。
在边缘抛光期间，夹持半导体晶片的夹盘是中心转动。夹盘一次旋转持续的时间优选是50-150秒钟(转动时间)。
由抛光布覆盖且优选以500-1000min-1的旋转速度绕中心旋转的抛光鼓和卡盘相对彼此运动，抛光鼓相对于半导体晶片以一设置角倾斜地设置，且该半导体晶片以如下方式被固定在夹盘上，使得半导体晶片略微凸出夹盘外，并因此能接近该抛光鼓。该设置角优选为30-50°。
在连续提供抛光研磨剂的情况下，半导体晶片和抛光鼓在一定的接触压力下相互挤压，抛光研磨剂的流速优选是0.15-0.40公升/分钟，通过附着在滚筒上的砝码可以设置该接触压力。所选的接触压力优选是2-4kg。
优选在半导体晶片或夹持半导体晶片的夹盘转动2至8转之后，使半导体晶片及抛光鼓相互分离。
例子：
在检查半导体晶片期间，在边缘区内，检测到尺寸等于或者大于0.3μm的缺陷。由此，通过使用下面设置的优化抛光参数进行边缘抛光，对半导体晶片进行再处理。优化抛光参数设置如下：夹盘转动时间为85s(每转)；抛光鼓转速为800min-1；接触压力为3kg；设置角为40°；对于半导体晶片(或夹盘)的4个全转，抛光研磨剂的流速为0.30公升/分钟。根据检测缺陷的分类来对这些抛光参数进行设置。槽浴清洗后，进一步检查该边缘区，不可能检测到任何尺寸大于0.3μm的缺陷。
边缘抛光是影响半导体晶片边缘的最重要的工艺步骤，因为在制造半导体晶片的工序中，其通常是涉及对该半导体晶片的边缘进行直接加工的最后的工艺步骤。因此，在此工艺步骤后，对该半导体晶片的边缘区域的检查及工艺控制特别重要。
然而，在影响半导体晶片的边缘区域的其它工序之后，优选也要检查半导体晶片的边缘区域以及控制相应的工艺步骤。
因此，在制造半导体晶片的包括许多影响半导体晶片边缘区的工艺步骤的工艺中，优选在每个上述工艺步骤后，利用检查单元检查半导体晶片的边缘区域，该半导体晶片的边缘区域包括它的边缘以及距离该边缘3mm处的正面及背面的周边区。在检查期间，所述半导体晶片的边缘区域内尺寸大于0.3μm的缺陷被自动检测及分类。
除了边缘抛光外，半导体晶片的边缘区域还受到其它处理步骤的影响，特别是边缘研磨、蚀刻、双面抛光、化学机械抛光或者在半导体晶片上进行外延沉淀，即这两种处理步骤：用于根据本发明工艺的步骤(a)提供具有倒圆及蚀刻边缘的半导体晶片的步骤；仅仅旨在边缘抛光后，也就是根据本发明的方法的步骤(e)对半导体晶片进行进一步处理期间要实施的步骤。
在影响半导体晶片边缘区域的每个工艺步骤后，优选对半导体晶片的边缘区域进行检查。
优选检查所有经处理的半导体晶片。
以如下方式使用现有技术公开的检查单元，优选是德国专利DE10352936 A1公开的装置，以使得自动检查半导体晶片的边缘区域并对缺陷自动分类。该检查单元可以检测尺寸大于0.3μm的缺陷。
如果半导体晶片的边缘区域的检查检测到了缺陷，为了尽可能制造无缺陷的半导体晶片，应该对先前工艺步骤之一进行控制。为了这个目的，例如，对工艺参数进行调整或者优化。
优选使用经优化的工艺参数对在其边缘区域检测到缺陷的半导体晶片进行再处理。
如果不可能进行再加工，那么将该半导体晶片挑出并剔除。
由于下述事实：优选检查所有的半导体晶片，对有缺陷的半导体晶片进行再处理或者将其挑出并剔除，并且在影响边缘区域品质的每个工艺步骤后检查半导体晶片的边缘区域，所以有可能确保使用根据本发明工艺制造的半导体晶片不含有任何尺寸为0.3μm或以上的缺陷。
优选在以下工艺步骤以及边缘抛光后，检查半导体晶片的缺陷：
边缘研磨后，优选检查半导体晶片的研磨缺陷以及由先前工艺步骤引起的缺陷。
蚀刻后，优选检查半导体晶片的蚀刻缺陷。
双面抛光、化学机械抛光后或者外延步骤后，优选检查半导体晶片的处理缺陷、斑点、刮痕、颗粒或者关于粗糙度的不均匀性。
下文将就一些工艺步骤的例子，对于边缘区域出现的缺陷、引起这些缺陷的原因以及对抗这些缺陷可采取的可能措施，提供说明。
双面抛光后，检查半导体晶片边缘上沿切线方向的刮痕。该刮痕无法再加工，该半导体晶片只能被丢弃。双面抛光后产生边缘刮痕的原因可能是：外来物体或者存在抛光机载具内的半导体材料夹带的碎片，或另外由载具塑胶涂层老化或载具塑胶涂层部分脱离造成的磨损载具。可通过工艺控制进行改正措施，例如包括停止抛光机、检查抛光参数、清洗抛光机或检查载具并在需要时对其进行替换。
边缘倒圆后，检查半导体晶片边缘的碎片。产生这种碎片的可能原因是：从单晶上锯或者移除半导体晶片期间形成裂缝，在边缘倒圆期间，该裂缝的尺寸增大，形成碎片。另一种可能的原因在于不正确的处理。这种特性的碎片将在半导体晶片上构成特别严重的缺陷，因为如果没有检测到该碎片将会产生一定的风险，即，在随后的加工步骤中，例如双面抛光期间半导体晶片会破裂，因而损坏抛光机，进而会导致丢弃整批已抛光的半导体晶片。
双面抛光后，如果在半导体晶片的边缘上检测到颗粒，那么毫无疑问通过进一步处理可以将这些颗粒清除。
在外延涂覆半导体晶片后，如果在经外延涂覆的半导体晶片的边缘处检测到层错，那么将无法进行再加工。相关的半导体晶片将被废弃。产生层错的可能原因是：晶格中的晶体缺陷或者应变。在工艺控制期间，可采取的改正措施包括对单晶拉晶工艺进行优化。
Claims (15)
1、一种半导体晶片，包括边缘区域，该边缘区域中没有大于或者等于0.3μm的任何缺陷。
2、如权利要求1所述的半导体晶片，其中，该半导体晶片的该边缘区域包括该半导体晶片的边缘以及该半导体晶片正面及背面上的3mm的周边区域。
3、如权利要求1或2所述的半导体晶片，其中，该半导体晶片的该边缘是经过抛光的。
4、如权利要求1-3中的一项所述的半导体晶片，其中所述缺陷包括颗粒、碎片、裂缝、刮痕、污染、层错及斑点。
5、如权利要求1-4中的一项所述的半导体晶片，该半导体晶片是单晶硅晶片、被抛光的硅晶片、具有外延涂层的硅晶片、经过热处理的硅晶片、具有应变硅层的晶片、SOI晶片或sSOI晶片。
6、一种用于制造半导体晶片的工艺，包括下列工序：
(a)提供具有倒圆的和蚀刻边缘的半导体晶片；(b)抛光该半导体晶片的该边缘，在该步骤中，使该半导体晶片和至少一个抛光鼓在连续提供抛光研磨剂的情况下相对彼此移动并在特定接触压力下相互挤压；当该半导体晶片转过预定转数后，所述抛光鼓及半导体晶片彼此分离，其中，该半导体晶片被固定在绕中心旋转的夹盘上并且凸出该夹盘之外，而该抛光鼓相对于所述夹盘倾斜特定的角度，其绕中心旋转并且覆盖有抛光布；(c)清洗该半导体晶片；(d)利用检查单元检查该半导体晶片的边缘区域；(e)进一步对该半导体晶片进行处理，其中步骤(d)中描述的对该半导体晶片的该边缘区域的检查，自动检测该边缘区域中尺寸大于0.3μm的所有缺陷并对其分类，并且其中，如果在检查期间检测到缺陷，那么按照步骤(b)至(d)所述对该半导体晶片进行再处理，然后按照步骤(e)所述对该半导体晶片进行进一步处理，利用已经根据所述缺陷分类进行优化的抛光参数执行步骤(b)中所述的边缘抛光，否则，如果由于已经检测到的缺陷不可能进行再处理，那么将该半导体晶片挑出并剔除。
7、如权利要求6所述的工艺，其中，该半导体晶片的所述边缘区域包括该半导体晶片的边缘以及该半导体晶片正面及背面上的3mm的周边区域。
8、如权利要求6或7所述的工艺，其中，在对该半导体晶片的该边缘进行抛光期间，夹盘的转动时间是50至150s，该抛光鼓的转速是500-1000min-1，抛光鼓和半导体晶片间的设置角是30-50°，抛光研磨剂的流速是0.15-0.40公升/分钟及接触压力是2-4kg，并且在该半导体晶片转过2-8圈后，使该半导体晶片与抛光鼓彼此分开。
9、如权利要求6-8中的一项所述的工艺，其中，执行按照步骤(c)清洗该半导体晶片的顺序包括：用含水的氢氟酸(HF)清洗-用超纯水冲洗-用TMAH/H2O2(氢氧化四甲基铵/过氧化氢)清洗-用超纯水冲洗，然后对该半导体晶片进行干燥。
10、如权利要求6-9中的一项所述的工艺，其中步骤(e)中所述的进一步处理包括下述工艺步骤中的一个或多个：抛光该半导体晶片的正面—背面密封—在该半导体晶片的正面上沉积外延层—在氢气或氩气气氛中对该半导体晶片进行热处理。
11、如权利要求6-10中的一项所述的工艺，包括影响该半导体晶片的边缘区域的多个工艺步骤，其中，在这些工艺步骤中的每个工艺步骤之后，使用检查单元对该半导体晶片的该边缘区域进行检查，该半导体晶片的所述边缘区域包括其边缘及其正面和背面的距该边缘3mm的周边区域，在检查期间，对该半导体晶片的所述边缘区中尺寸大于0.3μm的缺陷进行自动检测并进行分类。
12、如权利要求11所述的工艺，其中影响该半导体晶片的边缘区的工艺步骤包括：边缘研磨、双面抛光、蚀刻步骤及在该半导体晶片上沉积外延层。
13、如权利要求11或者12所述的工艺，其中，检查每个处理过的半导体晶片的边缘区域。
14、如权利要求11-13中的一项所述的工艺，其中，在检测缺陷期间，使用优化的工艺参数对该半导体晶片进行再处理，如果由于所述检测到的缺陷而无法进行再加工，那么将该半导体晶片挑出并剔除。
15、如权利要求11-14中的一项所述的工艺，其中在检测缺陷期间，通过工艺参数的优化来控制先前的工艺步骤之一。
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