TW318943B - - Google Patents

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經濟部中央標準局貝工消費合作杜印裝 318943 A7 B7 五、發明説明（1 ) 發明背景 發明領域 本發明關於用於諸如半導體記憶和半導體積體電路之 半導體裝置製程的假晶園。 相關技藝說明 半導體裝置製造中，磨成鏡面的4晶圓做爲基底，依 據所要的半導體裝置類型，多晶矽或S i 3N4膜由CVD 形成於基底上或W薄膜由濺射形成於基底上。 品質要求變成限制，當半導體裝置的性能和集稹密度 增加時，需要很高的處理精確度和清潔度。因此，半導體 裝置生產線中，磨成鏡面的矽晶圓做爲測試晶圓（下文稱 爲 ' 假晶圓〃）以檢査各種檢定項目，因而進行各處理並 在各處理証實處理精確度和清潔度。此假晶圓的例子包含 用於在膜形成後監控膜厚度的假晶圓，在各處理計數附在 晶圆之粒子來檢査清潔度的假晶等。 由於半導體裝置生產線至少包括1 0 0個處理，故需 要許多假晶圓。矽晶圓昂貴，因此要儘量重複做爲假晶圓 。例如，在由蝕刻除去其上的薄膜後，重新使用用於監控 膜厚度的假晶園。但蝕刻的矽晶圓有不良表面性，因此須 再度拋光成鏡面。此外，由於矽晶圓本身的性質取決於用 於膜形成的材料，故須由蝕刻除去衰退層。在此情形，即 使在胜\刻後重新拋光矽晶圓而得到鏡面，但由於晶圓厚度 漸減，&重複使用次數受限。 本紙張尺度賴巾US家縣（CNS ) M胁（2丨Qx297公釐）~': 裝 II I I ~線 (請先閲讀背面之注意事Ji/i負) 經濟部中央標準局貝工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（） 2 檢査呈現與矽晶圓相同之特性及優良抗蝕性的組成》 矽晶圓組成例子包含拋光成鏡面的假晶圓，包括 S i C，S i3N4等的陶瓷基底。但就鏡面性和勻度的觀 點，此假晶圓比矽晶圓差，具有在製程產生灰塵粒子的問 題，因此造成半導體裝置污染源。 ϊ 發明概要 考慮上述情況達成本發明，本發明的目標是提供假晶 圓，具有此比矽晶圓優良的抗蝕性及基底所需的優良鏡面 性和勻度，不在製程造成污染源。 爲達成本發明的目標，提供用於半導體裝置製程的測 試假晶圓，包括玻璃狀碳，其中至少一側最好拋光成具有 不大於0 . 005//m表面粗糙度Ra的鏡面。 本發明的假晶圓有優良特性以監控C V D所形成的膜 厚度。但具有不大於0.1Ω·cm比電阻的假晶圓呈現 優良特性以監控濺射所形成的膜厚度並証實清潔度。 當假晶圓承受液靜加壓時*得到高密度產物。當產物 拋光成鏡面時，得到具有較優鏡面性和抗蝕性的假晶圓。 尋找可取代做爲半導體裝置製程之測試假晶圓之矽晶 圓且呈現優良抗蝕性之材料的深入研究結果，發明人發現 使用玻璃狀碳可達成本發明的目標。 傳統陶瓷基底雖有關於不良鏡面性和勻度的問題及產 生在製^之粒子造成污染源的問題，但包括玻璃狀碳的假 晶圓可除去所有這些問題。本發明的假晶圓有（1 )優良 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 一 -----------1------1T------^ (請先閲讀背面之注意事枣4 V，.頁) 318943 經濟部中央標準局負工消費合作杜印製 A7 B7 五、發明説明（） 3 鏡面性、（2)勻度、（3)無產生在製程的粒子造成污 染源。 (1 )傳統陶瓷假晶圓包括多晶’因此晶粒邊界由鏡 面拋光出現在表面上，藉以得到〇.008表面粗糖 度R a。另一方面，本發明的假晶圓包括非晶玻璃狀碳， 因此無晶粒邊界由鏡面拋光而出現’ f以得到具有不大於 0 . 0 0 5 Am粗糙度Ra的優良鏡面。 (2 )關於勻度，傳統陶瓷假晶圓呈現約2 0 0 //m 的翹曲量，因此不令人滿意，但本發明的假晶圓呈現與矽 晶圓相同水準的約5 0 θ m翹曲量。 (3 )某些製程中，傳統陶瓷假晶圓由電漿照射產生 灰塵粒子，因此造成半導體裝置污染源。本發明的假晶圓 雖也由電漿照射產生細粒子，但細粒子是碳粒子，因此容 易在電漿氣氛中氣化，而不造成半導體裝置污染源》 包括玻璃狀碳的假晶圓（至少一側拋光成具有不大於 0 . 0 0 5 表面粗糙度R a的鏡面）可做爲假晶圓， 以監控使用S i3N4或多晶矽之CVD所形成的膜厚度9 即使蝕刻除去S i 3N4或多晶矽的薄膜以重新使用假晶圓 ，在蝕刻如同矽晶圓後，假晶圓的表面粗糙度也不退化， 因此有優良抗蝕性。 發明人也發現可控制玻璃狀碳的比電阻，使得包括玻 璃狀碳的假晶圓也可做爲監控使用S i 3N4或多晶矽之 C V 形成之膜厚度的假晶圓除外的假晶圓。詳言之， 比電阻可控制爲至少0 · 1Ω · cm，使得假晶圓可取代 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐） ~ 一 -fi - ----------^------1T------i (請先閱讀背面之注意事頊？， 頁) 經濟部中夬標準局貞工消费合作杜印製 A7 ___ B7_ 五、發明説明（） 4 監控濺射所形成之膜厚度的假晶圓。假晶圓也可做爲粒子 計數假晶圓，計數附在假晶圓的粒子於每一步驟檢査清潔 度。 本發明的假晶圓製法不受限，由已知方法形成熱固性 樹脂粉的成形產物，在惰氣中燃燒產物，再將產物的至少 —側拋光成具有不大於0 . 0 0 5 μιη表面粗糙度Ra的

J 鏡面，可產生假晶圓。控制溫升率，燃燒溫度，燃燒時間 等，可控制假晶圓比電阻。例如，將燃燒設爲低位準，可 增加比電阻。 當假晶圓在燃燒後進行液靜加壓，再拋光成鏡面時， 可得到高密度玻璃狀碳，所得假晶圓具有表面粗糙度被鏡 面拋光減小的優良表面性及較佳抗蝕性。 本發明不限於包括玻璃狀碳的組成，一般熱固性樹脂 可做爲材料。可用之已知樹脂材料的例子包含酚醛樹脂， 環氧樹脂，聚酯樹脂，呋喃樹脂，尿素樹脂，蜜胺樹脂， 醇酸樹脂，二甲苯樹脂等。 較佳實施例詳述 雖參照實例來說明本發明，但本發明不限於這些實例 ，依據上述和下述要旨，可在本發明的技術範圍內做適當 修改。

以下製備本發明例1至3的三個假晶圓。 本紙張尺度適用中國國家橾準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 訂— __ —_ I 線 (請先閲讀背面之注意事項、.'頁) 7 經濟部中央標準局員工消費合作社印装 318943 A7 B7 i、發明説明（5 ) (本發明例1 ) 具有1 0 0至2 0 0 粒度的苯酚甲醛樹脂粉在 1 0 0 °C溫度乾燥2 4小時’送到射出成形機的原料績送 器’然後在1 60 °C成形溫度和200kg / cm 2成形 壓力保持1分鐘後，形成15 0mm外徑和1 . 5mm厚 度的碟形。除去成形產物的線軸，從產物邊緣除去毛頭。 然後成形產物在1 2 0°C和1 0 0 k g/cm2壓力於^ 壓機保持2分鐘，除去成形產物的扭曲。 成形產物由高純度石墨工模保持，在以下條件碳化。 亦即，成形產物分別在120至450 °C，45 0至 850°C，850 °C至1450 °C溫度範圍內以1〇±3 °C/hr ，15±3°C/hr ，20±3°C/hr 溫升率 和1 0 0m{/m i η流率在氮氣氣氛中燃燒。然後產物 在最高達成溫度保持5小時，在溫降步驟，在8 5 0 °C溫 度範圍以2 5°C/h r速率冷卻。 燃燒後，基底由磨床（有二軸，包含在尖端裝有電鍍 鑽石磨石的磨石軸及固定並轉動要處理之基底的基底軸） 處理成1 0 0±0 . 5mm外徑*電鍍鑽石磨床爲NO . # 6 0 0，處理後之端表面的表面粗糙度爲Rm a X 0 . 2 ^ m · 然後使用在二側裝有溝槽鋳鐵表面板的雙側拋光機（ Speed\^am Corp., 16B)，將基底拋光以產生假晶圓。拋 光處理包括分別使用研磨礬土晶粒No . #800， 本紙張尺度適用中國國家橾準（CNS ) A4規格（210X297公釐） ----------^------,訂------0 (請先閲讀背面之注意事頊，、頁) 8 經濟部中央樣準局員工消费合作社印製 A7 ____B7_ 五、發明説明（） 6 #4000 ，#10000之粗拋光，中間拋光，精拋光 的三步驟》 拋光後，表面粗糙度Ra爲0 · 003；wm ’比電阻 爲4χΐ〇_3Ω· cm，熱膨脹係數爲4xl〇-e/°C。 (本發明例2 ) 本發明例2的假晶圓由本發明例1的相同方法產生， 燃燒時的最高達成溫度爲850 °C除外。 拋光後，表面粗糙度Ra爲0 . 004μπι ’比電阻 爲0 . 12Ω· cm，熱膨脹係數爲6x10 _e/ °C。 (本發明例3 ) 本發明例3的假晶圓由本發明例1的相同方法產生’ 除了燃燒時的最高達成溫度爲1 5 5 0 °C ’ 8 5 0至 1 5 5 0。(：溫度範圍內的溫升率爲20±3°(：/]11>，在 二側拋光前於2600 °C，200a tm，5小時保持時 間進行熱液靜加壓（H IP處理）。 拋光後，表面粗糙度Ra爲0 . 00 1 ’比電阻 爲3Χ10-3Ω· cm，熱膨脹係數爲3xl0_e/°C。 然後本發明例1至3的假晶圓和矽晶圓用以監控 C V D膜形成處理中的膜厚度，檢査道些假晶圓的特性。 S i3N4膜在相同條件下由低壓CVD形成於各假晶 圓上，γϋ量膜厚度。然後，在1 5 0°c以H3P 04由蝕刻 除去所得的S i 31^4膜，測量各假晶圓的表面粗糙度R a 本紙張尺度適用中國國家梯準（CNS ) Α4規格（210Χ297公釐） I^"^ (請先閱讀背面之注意事項，.頁) A 7 B7 五、發明説明（） 7 〇 多晶矽膜由與上述相同的方法形成於各假晶圓上，測 量膜厚度。在室溫以氫氟酸/硝酸由蝕刻除去所得的多晶 矽膜，再測量各假晶圓的表面粗糙度R a » 所得結果顯示於表1。 i裝 訂 線 (請先閱讀背面之注意事"彳/_> ，頁) 經濟部中央標準局員工消費合作杜印製

本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -If)- A7 B7 五、發明説明（。） 〇 表 假晶圓種類 CVD膜厚度（μπι) S i 3 Ν 4 多晶砂 表面粗糙度 Ra ( μπι) A B S i 3 N 4 多晶矽 玻璃 本發 狀碳 明實 例1 0.232 0.231 0.002 0.004 0.006 2 0.210 0.222 0.003 0.005 0.008 3 0.198 0.275 0.001 0.001 0.003 多晶圓 0.215 0.232 0.002 0.010 0.015 (請先閲讀背面之注意事項 頁) -裝1 訂 經濟部中央標準局貝工消費合作社印製 A:膜形成前 B :蝕刻後 *所有值爲十個樣本的平均 表1的結果透漏本發明例1至3之所有假晶圓的厚g 相當於矽晶圓（可容許誤差範圍±〇.〇〇5vm) ，g 此可访^矽晶圓以監控CVD膜形成處理的膜厚度。 蝕刻後的表面粗糙度結果指出，具有0 . 0 0 2 βη 民張尺度適用中國國家標隼（CNS ) Α4規格（210X297公釐） 11 318943 A7 B7 五、發明説明（） 9 表面粗糙度Ra的矽晶圓在蝕刻後雖呈現〇·〇1〇em 以上的R a ，但本發明例1至3的所有假晶圓在蝕刻後呈 現小於0 . 0 10#m的Ra ，因此抗蝕性優良。詳言之 ，進行Η I P處理的本發明例3在膜形成前有優良鏡面性 和優良抗蝕性。

J 例2 W膜由濺射形成於本發明例1至3的假晶圓和矽晶圓 上，測量膜厚度。在5 0°C以過氧化氫水溶液由蝕刻除去 所得的W薄膜，再測量各假晶圓的表面粗糙度R a。所得 結果顯示於表2。 ----------1------1T------^ (請先閲讀背面之注意事項4't .頁) 經濟部中央標準局貞工消費合作社印製 j準 標 家 一國 I國 中 用 一通 I度 一尺 一張 紙 祕 |釐 公 經濟部中夬標準局員工消費合作杜印裝 A7 B7 五、發明説明（） 10 表2 比電阻 (Ω · cm ) W薄膜 (μ m) 表面粗糙度 Ra(Hm) A B ί 計數的 粒子數 百 本發明 例1 0.004 0.750 0.002 0.004 5.3 本發明 例2 0.12 0. 651 0.003 0.005 11.2 本發明 例3 0. 0 0 3 0.810 0.001 0. 001 2.3 砂晶圓 5. 0 0.662 0.002 0.010 10.6 A :膜形成前 B :蝕刻後 * :所有值是十個樣本的平均。

---------神衣------ΐτ------# (請先閱讀背面之注意事賡πνχ;頁) 本發明例1和3的假晶圓有低比電阻值，使厚W膜的 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -1λ - 318943 A7 B7 經濟部中央橾準局員工消費合作社印製 五、發明説明（u ) 形成超過可容許誤差範圍（±〇 . 〇5/zm)。但本發明 例2的假晶圓造成具有與矽晶圓相同厚度之W膜的形成， 有〇.1Ω·cm以上的比電阻。因此發現本發明例2的 假晶圓也可用於監控濺射膜厚度。 本發明例1至3的所有假晶圓有優良抗蝕性，如同例 1。詳言之，進行Η I P處理之本發^例3的抗蝕性優良 〇 例3 爲檢査假晶圓的特性以証實清潔度，在形成半導體裝 置電路的光石印步驟後，四個假晶圓通過清潔步驟，測量 附在表面的粒子數目。微分干涉顯微鏡計數每2 5 cm2 的粒子。所得結果顯示於表2» 矽晶圓的平均粒子數雖爲10 . 6，但本發明例1和 3的粒子數不大於此值的一半而過小。但本發明例2的假 晶圖顯示與矽晶圓大致相同的粒子數。因此發現具有 0 . 1Ω · cm以上之比電阻之本發明的假晶圓也可做爲 証實清潔度的假晶圓。 具有上述構造的本發明可提供假晶圓，其抗蝕性優於 矽晶圓，基底所需的鏡面性和勻度優良，在製程不造成污 染源》

本紙張尺度適用中國國家橾準（CNS ) A4現格（210X297公釐） — 14 — ----------^------.訂------^ (請先閱讀背面之注意事項ί 頁)

Claims (1)

1. A8 B8 C8 D8 頻請委員明示本案是否變更實質内容 318943 六、申請專利範圍 附件： 第85 1 0 4777號專利申請案 中文申請專利範圍修正本 民國86年7月修正 1 . 一種假晶圓，係使用在半導體裝置製程中，做爲 測試之用，該假晶圓包含玻璃狀碳。 2 .如申請專利範圍第1項的假晶圓，其中至少一側 拋光成具有0 . 0 0 5//m以下之表面粗糙度Ra的鏡面 Ο 3 .如申請專利範圍第1或2項的假晶圓，其中比電 阻爲Ο . 1Ω· cm以上。. 4 .如申請專利範圍第1或2項的假晶圓，其進行熱 等靜加壓。 5 _如申請專利範圍第3項的假晶圓，其進行熱等靜 加壓。 (請先《讀背面之注意事項再填寫本滇) 訂 經濟部中央標牟局属工消費合作社印製 木紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4规格（210 X 297公釐）