TW201421561A - 包括同時對基材晶圓之正面及反面拋光之拋光半導體晶圓的方法 - Google Patents
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Abstract
一種用於拋光半導體晶圓的方法，包含在拋光介質的存在下同時拋光一基材晶圓的正面及反面，以實現從該基材晶圓的正面及反面去除材料，該方法分為一第一步驟及一第二步驟，在該第一步驟中的材料去除速度高於在該第二步驟中的材料去除速度，其中一第一拋光漿液被用作第一步驟中的拋光介質，以及一第二拋光漿液被用作第二步驟中的拋光介質，並且該第二拋光漿液與該第一拋光漿液的區別至少在於該第二拋光漿液包含一聚合物添加劑。
Description
本發明提供一種用於拋光半導體晶圓的方法，包含同時拋光基材晶圓的正面(front side)及反面(reverse side)。
基材晶圓的兩個側面的同時拋光也被稱為雙面拋光，下文簡稱為DSP。
從晶體切割半導體晶圓，尤其由單晶矽製成的半導體晶圓，並且被導入一系列處理步驟，該處理步驟經常也包括至少一次DSP。在採用DSP之前，半導體晶圓通過預備處理操作，其尤其可以包含清潔步驟、成形步驟以及表面改善步驟。該等步驟包括例如側面的研光(lapping)及/或研磨(grinding)、半導體晶圓的蝕刻以及半導體晶圓的邊緣的磨圓與拋光。意圖用於DSP並已接受該預備處理的半導體晶圓在下文中被稱為基材晶圓。
DSP的目標通常為將半導體晶圓轉變為具有經拋光的正面及反面的狀態，其意圖在於使二個側面具有最大平坦度，
並且最大程度地與彼此平行。「邊緣下降(edge roll-off)」是指經拋光的半導體晶圓的厚度在幾乎為半導體晶圓的經磨圓及經拋光邊緣的前方區域中顯著降低時的情況。具體而言，以定量術語描述邊緣下降的幾何形狀的參數是ESFQR以及ZDD。在利用DSP的拋光之後，可以經常觀察到邊緣下降，其由相對大量級(magnitude)的ESFQR及ZDD值表示。
US 2011/0130073 A1表明，將半導體晶圓的DSP分為二個步驟係有益處的，在第一步驟中使用產生相對高的材料去除的拋光漿液，並且在第二步驟中切換為產生相對低的材料去除的拋光漿液。該方法可縮短DSP的持續時間，而不影響半導體晶圓的平坦度及表面粗糙度。
本發明的目的是描述一種方法，藉由該方法可以在完成DSP時亦可實現較低的邊緣下降，其優於並高於該等益處。
可藉由一種用於拋光半導體晶圓的方法實現該目的，該方法包含在拋光介質的存在下同時拋光一基材晶圓的正面及反面，以實現從該基材晶圓的正面及反面去除材料，該方法分為一第一步驟及一第二步驟，在該第一步驟中的材料去除速度高於在該第二步驟中的材料去除速度，其中一第一拋光漿液被用作第一步驟中的拋光介質，以及一第二拋光漿液被用作第二步驟中的拋光介質，並且該第二拋光漿液與該第一拋光漿液的區別至少在於該第二拋光漿液包含一聚合物添加劑。
第一拋光漿液及第二拋光漿液的區別可能不僅與聚合物添加劑的存在有關，而且還與其他組分有關。關於匹配性組分(matching component)，濃度上可存在差異。化學及物理性質，如pH可以相同或不同。
第一步驟及第二步驟直接連續地實施，不用更換拋光機。
拋光機包含二個各由拋光墊覆蓋之拋光板，並且包含至少一個載體，該載體佈置在拋光墊之間並具有凹陷，該凹陷中放置用於拋光的基材晶圓。合適的拋光機可在市場上購得。
材料的去除速度在第一步驟中較佳係不小於0.4微米/分鐘(μm/min)且不大於1.0微米/分鐘，並且在第二步驟中較佳係不小於0.15微米/分鐘且不大於0.5微米/分鐘。
每單位側面面積的材料去除在第一步驟中較佳係不小於4微米且不大於15微米，並且在第二步驟較佳係不小於0.5微米且不大於2微米。
較佳地，材料去除所產生的效果在於，在實施根據本發明的方法之後，經拋光的半導體晶圓的平均厚度與載體的平均厚度之間的差值為負或正。
在第一步驟及第二步驟期間，可以用相同的拋光壓力或不同的拋光壓力來進行拋光。
與第一步驟相比，第二步驟中所使用的第二拋光漿液係包含一聚合物添加劑。可用的聚合物添加劑較佳係包含一種
或多種化合物，該等化合物在US 2011/0217845 A1中作為非離子物活性劑或水溶性聚合物而被提及其名稱。
實例為以下化合物之一種或多種：聚氧乙烯、聚乙二醇、聚氧丙烯、聚氧丁烯、聚氧乙烯-聚氧丙烯甘醇(polyoxypropylene glycol)、聚氧乙烯-聚氧丁烯甘醇以及水溶性纖維素衍生物。
在第二拋光漿液中的聚合物添加劑的濃度較佳係不小於0.001重量%且不大於0.1重量%。
可以藉由供應一包含聚合物添加劑的拋光漿液作為第一拋光漿液的替代物而開始第二步驟。或者，經供應的第二拋光漿液包含第一拋光漿液以及聚合物添加劑的混合物。
第一拋光漿液以及第二拋光漿液係包含至少一種磨料活性成分，較佳為膠體分散的二氧化矽。磨料活性成分的濃度可以相同或不同。
第一拋光漿液以及第二拋光漿液較佳係具有不小於10且不大於13的pH，並且包含以下鹼性化合物之至少一種：碳酸鈉、碳酸鉀、氫氧化鈉、氫氧化鉀、氫氧化銨以及四甲基氫氧化銨。鹼性化合物的濃度與性質(nature)可以相同或不同。
待拋光的基材晶圓較佳為一本質上由單晶矽組成的半導體晶圓。在基材晶圓根據本發明進行DSP之後，以ESFQRmax表示的經拋光的半導體晶圓的邊緣幾何形狀，較佳係不大於40奈米。ESFQRmax為半導體晶圓的邊緣段的ESFQR，其中測量最高的
邊緣下降。
基材晶圓較佳具有至少200毫米的直徑，更佳為300毫米或450毫米的直徑。
對根據本發明經拋光的半導體晶圓可以經受至少一個另外的拋光操作，較佳為正面的單側拋光。正面是意圖作為用於形成電子元件的基材的側面。
I‧‧‧第一階段
II‧‧‧第二階段
B‧‧‧根據本發明的經拋光的半導體晶圓
d‧‧‧直徑
P‧‧‧拋光壓力
t‧‧‧時間
th‧‧‧相對厚度
V‧‧‧未根據本發明的經拋光的半導體晶圓
本專利申請包括3個附圖，第1圖至第3圖。
第1圖為拋光壓力P對時間t繪製的圖。
第2圖顯示在完成DSP之後根據本發明的經拋光的半導體晶圓B的相對厚度th對半導體晶圓的直徑d。
第3圖顯示在完成DSP之後未根據本發明的經拋光的半導體晶圓V的相對厚度th對半導體晶圓的直徑d。
實施例和對比例：使直徑300毫米的單晶矽的基材晶圓經受根據本發明的方法。將半導體晶圓在沃爾特斯(Wolters)AC2000 DSP機上拋光。如第1圖所示，在DSP期間改變拋光壓力P。在拋光壓力升高的開始階段之後，以恆定的拋光壓力一起拋光基材晶圓與其他基材晶圓。隨後，降低拋光壓力至停止拋光。恆定拋光壓力下的階段細分為第一階段I以及第二階段II。在第一階段I期間，供應具有第一拋光漿液性質的拋光介質。在第二階段II期間，替換第一拋
光介質，供應具有第二拋光漿液性質的拋光介質。
為了對比，以相同方式拋光相等的基材晶圓，惟，除去對恆定拋光壓力下的階段的細分。在此階段期間，僅使用第一拋光漿液。
下表顯示了對根據本發明而進行拋光的半導體晶圓B以及未根據本發明而進行拋光的半導體晶圓V而言，經拋光的半導體晶圓邊緣的幾何形狀的典型值。
所測得的最高邊緣下降(ESFQRmax)以及邊緣下降曲線的二階導數(second derivative)(ZDD)的量級在根據本發明經拋光的半導體晶圓的情況下小得多。
藉由第2圖與第3圖之對比，也顯示出根據本發明的方法的益處。邊緣區域中的相對厚度th在根據本發明的經拋光的半導體晶圓B的情況中的變化遠小於未根據本發明的經拋光的半導體晶圓V的情況。
I‧‧‧第一階段
II‧‧‧第二階段
P‧‧‧拋光壓力
t‧‧‧時間
Claims (4)
- 一種用於拋光半導體晶圓的方法，包含在拋光介質的存在下同時拋光一基材晶圓的正面(front side)及反面(reverse side)，以實現從該基材晶圓的正面及反面去除材料，該方法分為一第一步驟及一第二步驟，在該第一步驟中的材料去除速度高於在該第二步驟中的材料去除速度，其中一第一拋光漿液被用作第一步驟中的拋光介質，以及一第二拋光漿液被用作第二步驟中的拋光介質，並且該第二拋光漿液與該第一拋光漿液的區別至少在於該第二拋光漿液包含一聚合物添加劑。
- 如請求項1所述的方法，其中材料去除速度在該第一步驟中為不小於0.4微米/分鐘(μm/min)且不大於1.0微米/分鐘，並且在該第二步驟中為不小於0.15微米/分鐘且不大於0.5微米/分鐘。
- 如請求項1或2所述的方法，其中每單位側面面積的材料去除在該第一步驟中為不小於4微米且不大於15微米，並且在該第二步驟中為不小於0.5微米且不大於2.0微米。
- 如請求項1至3中任一項所述的方法，其中以ESFQRmax表示的經拋光之半導體晶圓的邊緣下降(edge roll-off)係不大於40奈米。
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