TW202141566A

TW202141566A - 半導體晶圓之物理乾式表面處理方法及其表面處理用組成物

Info

Publication number: TW202141566A
Application number: TW109113668A
Authority: TW
Inventors: 謝燿吉
Original assignee: 煇特有限公司
Priority date: 2020-04-23
Filing date: 2020-04-23
Publication date: 2021-11-01
Also published as: TWI768329B; JP3231888U

Abstract

本發明涉及一種半導體晶圓的物理乾式表面處理方法及其表面處理用組成物。本發明之表面處理用組成物可用於去除、抛光或減薄該半導體晶圓之表面及厚度。半導體晶圓於再生或薄化時，用於高速噴磨半導體晶圓表面之物，而該表面處理用組成物包含有軟質彈性載體及硬質微粒子之混合，工作時利用離心力的原理將軟質彈性載體其有沾黏硬質微粒子之研磨材料，對準該半導體晶圓之待處理表面，而進行表面去除晶圓之鍍膜或金屬層，並可達到拋光的效果，藉此，除了表面處理用組成物可回收再利用外。相較於習式化學機械研磨或乾、溼式蝕刻製程，此新法不必使用溼式研磨劑及化學蝕刻藥劑、研磨漿、水等液體。不僅可節省上述之研磨漿及後續加工產生之有害物質處理的成本，同時可以減少對未來環境的破壞。

Description

半導體晶圓之物理乾式表面處理方法及其表面處理用組成物

本發明係隸屬一種半導體基板之表面處理技術，具體而言係指一種半導體晶圓的物理乾式表面處理方法及其表面處理用組成物，藉以能提升半導體基板表面的去除、拋光或減薄之效率，不僅快速安全且不易破片，同時在作業時不需使用化學液體或水、減少環境破壞，也可提昇人員在操作時的安全。

由於半導體裝置上的積體電路〔Integrated Circuit〕技術發展快速且成熟，使得半導體產業成為蓬勃發展的產業之一。而半導體晶圓片係藉由對矽晶圓等基板進行成膜、曝光、蝕刻、研磨、洗淨等多數步驟來製造。一般晶圓廠在大量生產時，需要使用多達三成、甚至以上數量的監控與測試晶圓〔Monitor Wafer、Dummy Wafer〕，若生產特殊應用積體電路時，甚至需要使用超過四成的監控與測試晶圓。早期測試晶圓在使用過後都是與淘汰的晶圓一起丟棄，產生了很多有毒工業廢棄物；後來隨著產業快速發展，晶圓材料尺寸變大，而且成本也越來越高，而逐漸發展出再生晶圓〔Reclaimed Wafer〕產業，其係將使用過的測試晶圓及淘汰晶圓上面的鍍膜〔如絶緣薄膜或金屬薄膜〕等線路物經過研磨、拋光等程序後，可不斷重複再生利用。

而現有半導體晶圓的再生晶圓方法，主要係用濕式蝕刻〔Wet Etching〕技術去除晶圓表面之鍍膜，如SiO2、Si3N4等絕緣鍍膜，或是Al、Cu、Ti等金屬鍍膜，並在將半導體晶圓表面予以磨光(lapping)及/或研磨(grinding)之後，進行化學機械研磨〔Chemical Mechanical Polish,CMP〕，或直接進行化學機械研磨，而予平坦化，最後再使晶圓表面達到原始之狀態後，讓半導體晶圓片在預定厚度之以內，還可重複再生使用。

然針對不同鍍膜之組成成份，必須使用不同的腐蝕性液體〔如氫氟酸〕對再生晶圓進行蝕刻，因此增加了蝕刻製程之複雜性，且過程中也會產生有毒氣體，而造成製程上安全性的問題。另外，腐蝕性液體對於不同之鍍膜組成所產生之腐蝕效率亦不相同，而導致再生晶圓表面厚度不均之問題，且經過濕式蝕刻之再生晶圓表面，容易因腐蝕液所溶解的金屬離子或雜質附著而將污染物殘留在再生晶圓表面，如此一來必須先將殘留之污染物去除後才可進行後續的製程，對製造成本亦是一筆不小的負擔。除此之外化學機械研磨也會產生廢研磨液、研磨污泥等廢棄物的產生，這些化學廢棄物會危害我們的環境，而為了生態環境不受有毒之化學廢液的破壞，於蝕刻或化學機械研磨過程中所產生之化學廢液不可任意排放，因此製造廠商需要負擔化學廢液回收處理工作、設備及人力費用的成本再支出。

雖然曾有業者提出如我國專利公告第M320168號、第M324847號及公告第200524031號等專利前案使用乾式噴砂方式來去除晶圓表面之鍍膜，來減少蝕刻或研磨去除鍍膜所造成的問題，但如第一圖所示，其噴砂係使用如天然鑽石、人造鑽石、碳化鎢、碳化硼等硬質材來做為研磨材料，其粒徑約為1um~10um，然因噴砂材料(20)的衝擊速度快，且衝擊晶圓(10)之表面(15)時為短暫的點擊狀態，而於晶圓(10)內形成內應力，其不僅會對晶圓(10)產生損傷，導致良率下降，且如晶圓(10)較薄，則可能發生裂痕或破裂的狀況，再者其因不具研磨效果，故其去除鍍膜後的晶圓(10)之表面(15)較不平整〔如第二圖所示〕，且可能有殘留金屬鍍膜(A)，故仍需於後續以化學機械研磨進行平坦化。

再者，隨著記憶體和功率裝置等應用朝著更小尺寸、更高性能的方向發展，且更薄的晶圓能夠帶來眾多好處，包括超薄的封裝，以及由此帶來更小的尺寸外形，還包括改善的電氣性能和更好的散熱性能。因此對晶圓減薄的薄化製程需求也日益增長。而晶圓的薄化製程方法與前述再生晶圓的方法相似，大都會使用到化學機械研磨技術來進行減薄，因此其面臨的成本及廢液處理問題也就相當。

換言之，現行的半體導晶圓在進行去除、抛光或減薄等表面處理時技術上並無法完全滿足需求，分別存在有製程複雜，且去除、抛光或減薄速度太慢，以及製程設備成本太高，以及破損率高良率低的問題，同時更會延伸出大量廢液處理的困擾，而如何解決前述的問題係業界所期待者，亦為本發明所欲解決的技術課題。

緣是，本發明人乃針對現有再生晶圓所面臨的問題深入探討，並藉由近年來技術發展的需求，經不斷努力的改良與試作，終於成功開發出一種半導體晶圓的物理乾式表面處理方法及其表面處理用組成物，藉以克服現有因使用蝕刻或研磨來去除鍍膜，節省製程工序及時間所造成的缺點與不便。

因此，本發明之主要目的係在提供一種半導體晶圓的物理乾式表面處理方法，藉以能簡化再生晶圓之表面處理製程，並可提高表面加工精度，以及改善表面粗糙度，且提昇表面處理的速度。

又，本發明之次一主要目的係在提供一種半導體晶圓的物理乾式表面處理方法，其能並減少化學藥品的污染，不僅可節省廢液處理的程序與設備，從而使再生晶圓製程可以更為環保及安全。

再者，本發明之另一主要目的係在提供一種半導體晶圓的表面處理用組成物，其能提供研磨時較佳的緩壓作用，可以減少再生晶圓於去除表面時的變質層，從而減少晶圓裂損，進一步可以提高整體製程的良率。

基於此，本創作主要係透過下列的技術手段，來具體實現前述之目的及功效：其包含一以特定噴射角度將該表面處理用組合物噴擊去除一半導體晶圓之待處理表面的步驟來進行；

其中該表面處理用組成物包含有系列軟質彈性載體及系列硬質微粒子，其中該等軟質彈性載體係選自具有沾黏性之彈性材料所製成，且該等軟質彈性載體的粒徑為10um~150um，又其中該等硬質微粒子的粒徑為國際篩網規格〔MESH〕之目數1500~30000；

使得該表面處理用組成物與半導體晶圓之待處理表面高速接觸時，其中軟質彈性載體會產生變形且於待處理表面形成高速磨擦滑動，而由於軟質彈性載體表面沾黏吸附有硬質微粒子可相對該待處理表面產生研磨效果，進而生成去除或抛光該半導體晶圓待處理表面的效果。

藉此，透過上述技術手段的具體實現，本發明不僅製程極為簡單、且速度快，且可提高加工精度，同時可以不需使用腐蝕性液體，以避免過程中產生有毒氣體，大幅提升製程的安全性，同時再者也不會有廢研磨液、研磨污泥等廢棄物的產生，減少對生態環境的破壞，進而減少化學廢液回收處理及所需之設備人力的成本支出，可大幅降低其製程成本，以提高其附加價值，進一步可提高其經濟效益。

且本發明並利用下列的技術手段，進一步實現前述之目的及功效；諸如：

所述之軟質彈性載體係選自塑膠橡膠纖維為原料所製成的軟質彈性複合物具有沾黏的特性。

所述之硬質微粒子可以選自鑽石或其混合物。

所述之硬質微粒子可以選自氮化硼或其混合物。

所述之硬質微粒子可以選自碳化鎢或其混合物。

所述之特定夾角為2度至60度。

所述之表面處理用組成物噴出之速度為50m/s~200m/s。

所述之表面處理方法可以選擇進行二道或二道以上，且每道噴擊表面處理步驟之表面處理用組成物硬質微粒子的粒徑不同，供依序進行粗去除、細去除及精抛光之處理步驟。

所述之半導體晶圓可以是藍寶石基板、玻璃基板或石英基板。

為使貴審查委員能進一步了解本發明的構成、特徵及其他目的，以下乃舉本發明之較佳實施例，並配合圖式詳細說明如後，同時讓熟悉該項技術領域者能夠具體實施。

10:晶圓

15:表面

20:噴砂

A:殘留金屬鍍膜

100:半導體晶圓

105:待處理表面

500:表面處理用組成物

50:軟質彈性載體

55:硬質微粒子

60:殘屑

第一圖：習式以噴砂技術進行晶圓表面鍍膜去除製程之動作示意圖。

第二圖：習式以噴砂技術進行晶圓表面鍍膜去除後之晶圓表面放大示意圖，其中(A)為局部再放大示意圖，說明其粗糙度。

第三圖：本發明半導體晶圓的表面處理用組成物之混成示意圖，其中(A)為表面處理用組成物之混合示意圖，而(B)為單顆表面處理用組成物之放大示意圖。

第四圖：本發明半導體晶圓的物理乾式表面處理方法之噴磨架構示意圖。

第五圖：本發明半導體晶圓的物理乾式表面處理方法之表面處理用組成物於晶圓表面噴磨之動作示意圖，其中(A)為單顆表面處理用組成物與晶圓表面滑磨之狀態。

第六圖：本發明半導體晶圓的表面處理用組成物於晶圓表面噴磨後之狀態示意圖。

本發明係一種半導體晶圓的物理乾式表面處理方法及其表面處理用組成物，隨附圖例示本發明之具體實施例及其構件中，所有關於前與後、左與右、頂部與底部、上部與下部、以及水平與垂直的參考，僅用於方便進行描述，並非限制本發明，亦非將其構件限制於任何位置或空間方向。圖示與說明書中所指定的尺寸，當可在不離開本發明之申請專利範圍內，根據本發明之具體實施例的設計與需求而進行變化。

本發明半導體晶圓的物理乾式表面處理方法及其表面處理用組成物，則係如第三圖之(A)、(B)，該半導體晶圓的表面處理用組成物(500)係由系列軟質彈性載體(50)及系列硬質微粒子(55)混合而成，其中該等軟質彈性載體(50)係選自具沾黏性之軟質彈性材料所製成，如塑膠、橡膠或矽膠為基材之原料所製成的軟質彈性複合物，該等軟質彈性載體(50)的粒徑為10um~150um，而該等硬質微粒子(55)可以選自如鑽石、氮化硼、碳化鎢等硬質材料，且該等硬質微粒子(55)的粒徑為國際篩網規格〔MESH〕之目數1500~30000，再者該等硬質微粒子(55)在高速旋轉離心力及高速噴出時可沾黏附著於該等軟質彈性載體(50)的表面中〔如第三圖之(B)所示〕，供噴射設備高速噴出；

而本發明半導體晶圓的物理乾式表面處理方法係如第三、四圖所示，本發明的特色為該表面處理係包含一以特定噴射角度將該表面處理用組合物噴擊去除一半導體晶圓(100)之待處理表面(105)的步驟來進行，其中該表面處理用組成物(500)包含表面沾黏有硬質微粒子(55)之軟質彈性載體(50)，而該特定夾角為2度至60度，且該表面處理用組成物(500)噴出之速度為50m/s~200m/s，使得該表面處理用組成物(500)與半導體晶圓(100)之待處理表面(105)高速接觸時，則如第五圖所示，其中軟質彈性載體(50)會產生變形且於待處理表面(105)形成高速磨擦滑動，而由於表面處理用組成物(500)之軟質彈性載體(50)表面沾黏吸附有硬質微粒子(55)，使得其可相對該半導體晶圓(100)之待處理表面(105)產生研磨效果，進而生成去除該半導體晶圓(100)待處理表面(105)之鍍膜或該待處理拋光表面(105)的作用；

而根據某些實施例，本發明可依據表面處理用組成物(500)選用不同材質〔如鑽石、氮化硼、碳化鎢或其混合物〕或不同粒徑〔如目數5000、10000或15000〕之硬質微粒子(55)，而可用於去除半導體晶圓(100)之待處理表面(105)上不同材質的鍍膜，且進一步可達到半導體晶圓(100)減薄之薄化作用〔如選用目數10000左右之硬質微粒子(55)〕，又或進行半導體晶圓(100)待處理表面(105)之平坦化或鏡面抛光〔如選用目數20000之硬質微粒子(55)〕。

再者，另根據某些實施例，本發明進一步可依據該半導體晶圓(100)之待處理表面(105)的狀態如半導體晶圓(100)無鍍膜、有鍍膜〔如絕緣鍍膜或金屬鍍膜〕，而選擇進行二道或二道以上之噴擊表面處理步驟，且每道噴擊表面處理步驟之表面處理用組成物(500)硬質微粒子(55)的粒徑不同，又或依據廠商對半導體晶圓(100)之待處理表面(105)粗細要求不同，而依序進行粗去除、細去除及精抛光等多道處理步驟，以滿足加工速度及加工精度之要求。當然本發明之方法也可依據半導體晶圓(100)的製程需求組合現有蝕刻、化學機械研磨或清洗等典型製程之前後搭配應用。

又，根據某些實施例，本發明之半導體晶圓(100)進一步可以是藍寶石基板、玻璃基板或石英基板，用於去除鍍膜或抛光表面。

而由上述可知，本發明半導體晶圓的物理乾式表面處理方法的特色在於，如第四、五及六圖所示，其利用包含有軟質彈性載體(50)與硬質微粒子(55)之表面處理用組成物對半導體晶圓(100)的待處理表面(105)進行噴擊去除的動作，當表面處理用組成物(500)之軟質彈性載體(50)與待處理表面(105)高速接觸時，軟質彈性載體(50)本身會產生形變且於工件表面產生磨擦滑動〔如第五圖所示〕，並利用該磨擦動使軟質彈性載體(50)表面的硬質微粒子(55)進行去除或拋光的作用，使其表面殘屑(60)被刮除〔如第五圖之(A)所示〕，如此相較於現有以蝕刻或化學機械研磨的技術而言，不僅製程極為簡單、且速度快，同時可以不需使用腐蝕性液體〔如氫氟酸〕，以避免過程中產生有毒氣體，大幅提升製程的安全性。再者也不會有廢研磨液、研磨污泥等廢棄物的產生，減少對生態環境的破壞，進而減少化學廢液回收處理所需之設備及人力的成本支出，使得本發明具有能簡化再生晶圓之表面處理製程，並可提高加工精細度，且提高表面處理的速度之效。

同時，其能並減少化學藥品的污染，不僅可節省廢液處理的程序與設備，從而使再生晶圓製程可以更為環保及安全。且能減少半導體晶圓(100)於再生時的變質層，從而提高整體製程的良率。

綜上所述，可以理解到本發明為一創意極佳之發明，除了有效解決習式者所面臨的問題，更大幅增進功效，且在相同的技術領域中未見相同或近似的產品創作或公開使用，同時具有功效的增進，故本發明已符合發明專利有關「新穎性」與「進步性」的要件，乃依法提出申請發明專利。

100:半導體晶圓

105:待處理表面

500:表面處理用組成物

Claims

一種半導體晶圓的表面處理用組成物，該表面處理用組成物包含有系列軟質彈性載體及系列硬質微粒子，其中該等軟質彈性載體係選自具沾黏性之彈性材料所製成，且該等軟質彈性載體的粒徑為10um~150um，又其中該等硬質微粒子的粒徑為國際篩網規格〔MESH〕之目數1500~30000；

使得該等硬質微粒子在高速旋轉離心力及噴出時可沾黏附著於該等軟質彈性載體的表面，供透過一噴射設備噴擊去除一半導體晶圓的一待處理表面。
如申請專利範圍請求項1所述之半導體晶圓的表面處理用組成物，其中該等軟質彈性載體係選自塑膠、橡膠0矽膠為基材之原料所製成的軟質彈性複合物。
如申請專利範圍請求項1所述之半導體晶圓的表面處理用組成物，其中該等硬質微粒子可以選自天然鑽石、人造鑽石或其混合物。
如申請專利範圍請求項1所述之半導體晶圓的表面處理用組成物，其中該等硬質微粒子可以選自氮化硼、碳化硼或其混合物。
如申請專利範圍請求項1所述之半導體晶圓的表面處理用組成物，其中該等硬質微粒子可以選自碳化鎢或其混合物。
一種半導體晶圓的物理乾式表面處理方法，其包含一以特定噴射角度將該表面處理用組合物噴擊去除一半導體晶圓之待處理表面的步驟來進行，其中該表面處理用組成物為申請專利範圍請求項1~5項中任一項所述者；

使得該表面處理用組成物與半導體晶圓之待處理表面高速接觸時，其中軟質彈性載體會產生變形且於待處理表面形成高速磨擦滑動，而由於軟質彈性載體表面沾黏吸附有硬質微粒子可相對該待處理表面產生研磨效果，進而生成去除或抛光該半導體晶圓待處理表面的效果。
如申請專利範圍請求項6所述之半導體晶圓的物理乾式表面處理方法，其中該特定夾角為2度至60度。
如申請專利範圍請求項6所述之半導體晶圓的物理乾式表面處理方法，其中該表面處理用組成物噴出之速度為50m/s~200m/s。
如申請專利範圍請求項6所述之半導體晶圓的物理乾式表面處理方法，其中該表面處理方法可以選擇進行二道或二道以上，且每道噴擊表面處理步驟之表面處理用組成物硬質微粒子的粒徑不同，供依序進行粗去除、細去除及精抛光之處理步驟。
如申請專利範圍請求項6所述之半導體晶圓的物理乾式表面處理方法，其中該半導體晶圓可以是藍寶石基板、玻璃基板或石英基板。