TWI283021B - A method of polishing a wafer of material - Google Patents
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Description
A7 1283021 B7 五、發明說明（1) 【發明所屬之技術領域】 本發明一般係關於處理微電子及/或光電應用使用之半 導體材料。 更正確地說，本發明關於一種晶圓之拋光方法，其使用 5 基於懸浮在溶液中的鑽石粒子之研磨劑執行至少一拋光步 驟。 本發明亦關於藉由將兩個以上的晶圓接合在一起而獲得 之多層構造，至少一晶圓係為已藉由這種方法而受到拋光之 晶圓。 10 本發明可特別應用如下： -商業上直接購買並具有與分子接合不相容之表面特性 之晶圓， -或者在移除與轉移一薄層之後作為表面修復處理。 【先前技術】 15 特別要載明的是與本發明有關的材料較佳是極性材料。 極性材料被定義為由不同型式之原子所組成之材料，並 在材料係以晶圓之形式存在時，顯現出第一型式之原子與其 齊平之一表面，而晶圓之反面具有與其齊平之第二型式之原 子。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 20 此材料亦可以是半導體材料。 因此，舉例而言，半導體極性材料譬如包含SiC、
GaN、以及 A1N。 以下提供之本發明之一個實施例之說明係關於這些材料 之特定一種材料：SiC。 25 上述型式之方法係為已知的。 -3- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格（210 X 297公釐） 1283021 五、發明說明（2) 這種方法應可獲得碳化矽表面，其同時 -良好平整性。此乃因為這種碳化石夕之=圓見-般會接著 藉由分子接合而接合至另-晶圓。使在—起以達成這種分子 接合之兩個表面成為完全平面是非常重要的___般這些表 5面應顯現出月離未超過大約幾微米之數值之平整性。 -儘可能小的粗糙度。此種第二目的亦是需要的，以便 能達成分子接合。在本專利申請案開始處所提及之半導體材 料應用之型式中，一般希望獲得未超過均方根(r〇〇tmean Square，rmS)值之大約〇·5奈米（nm)之數值之表面粗糙度。 10 與碳化矽（SlC)相關的特殊限制，係為此材料顯現出相 當高的機械硬度。 此外，此種材料之晶體構造係為非等向性與定向的。在 其他事物之間，這意味著SiC晶圓之兩個相對表面並未顯現 出相同的晶體構造，其中一個表面顯現出矽原子，而相對之 15 表面顯現出碳原子。 這兩個特徵使拋光Sic晶圓變得相當困難，尤其當例如 上述那些之平整性與粗綠度之品質受到期望時。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 如上所述，在本說明書開始處所提及之型式的方法係為 已知的，這些方法利用以鑽石研磨劑（亦即，基於懸浮在液 20 體中的鑽石粒子之研磨劑）之手段拋光SiC晶圓表面之至少 一步驟。 這種拋光一般是可能獲得具有良好平整性之表面。 然而，鑽石粒子之使用導致對被拋光的SiC表面之損 壞。 25 因為在SiC表面上之摩擦，研磨劑鑽石粒子在由於抛光 -4- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4件格（210 X 297公釐） 1283021 A7 _____ B7 五、發明說明（3) 變成加工硬化的SiC晶圓之區域中產生晶體缺陷。 然後，需要藉由使用逐漸減小直徑之鑽石粒子開始進行 連續的拋光動作，以便連續消除因每個前述拋光步驟所產生 之加工硬化區域。 5 這種方法之一例係在美國專利文件第5 895 583號中被 發現。 在連續機械拋光步驟之後，亦需要執行離子表面蝕刻， 以便消除由於最終拋光動作而殘留缺陷的幾百nm之表面厚 度。 10 此外，於那些型式之拋光動作之末尾，仍然在SiC晶圓 之表面上觀察得到刮痕。 這種刮痕必須藉由額外之化學與機械拋光(CMP)步驟而 消除。 關於SiC，這種CMP拋光難以實現，其乃因為被拋光 15 表面相對於此種型式之拋光會出現低的化學反應性（尤其當 與通常藉由CMP抛光之材料，例如矽、GaAs、或ιηρ比較 時）。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 因此，在CMP抛光之最後運作期間，從所欲處理表面 之移除速率是很低的，大約為每小時1〇 nm。
20 因此，非常難以藉由連續的鑽石拋光動作以使用CMP 來消除殘留於SiC晶圓表面上之表面缺陷。 因此，為了獲得與後來的分子接合相容之平整性與粗糙 度之拋光SiC晶圓似乎出現實質上的困難。 吾人亦知道藉由實現包含混合於溶液中之研磨粒子之混 25合物來拋光一表面，此溶液包含與待拋光表面產生化學反應 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4卞格（210 X 297公釐） A7 1283021 B7 五、發明說明（4 ) 之物質。 已知為摩擦化學拋光之這種拋光，結合源自研磨粒子之 摩檫之機械動作與反應物質之化學動作，尤其可能藉以溶解 來自被研磨粒子磨損之表面之至少某些原子。 5 處理鑽石表面之那種型式之拋光的應用說明，係在下述 文章中被發現，”直接接合之多樣性與可行性：專用光學技 術之概觀（Diversity and feasibility of direct bonding: survey of a dedicated optical technology)” Haisma 等人著作，應用光 學（Applied Optics)，1994 年 3 月 1 日，第 7 號，卷 33。 10 那種型式之拋光因此可能獲得對例如鑽石之非常硬的材 料而言很小的表面粗糙度。此外，其並不會;^生與文獻US 5 895 583中所說明之型式的方法相關的上述4陷。 回復至本發明之上下文，摩擦化學拋光技術的確是拋光 SiC晶圓表面而設計的。 15 尤其，由Haisma等人著作之上述文章之特別教導，係 可能藉由使用（研磨劑）鑽石粒子與（化學活性）矽土之溶液之 混合物而被調換以拋光SiC晶圓表面。 然而，這種調換尚未被預見。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 鑽石與SiC之各自的本質之間的差異，對這種調換會構 20 成特別阻礙。具體而言，如上所述，SiC具有定向晶體構 造，而因此，由演繹得知，關於鑽石所獲得之教導無法以任 何方式可調換至SiC表面。 即使這種調換可被預見，仍須要界定用以在SiC晶圓上 執行這種拋光之條件。 25 因此，在一般方式中，其將有利於能夠以基於懸浮在溶 -6- 本紙張尺度適用中_家標準(CNS)A4(規格（210 X 297公釐） 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 1283021 at B7 五、發明說明（5) 液中之鑽石粒子之研磨劑實現摩擦化學拋光，供使用在不同 型式之晶圓上，俾能獲得期望之晶圓粗糙度。 【發明内容】 本發明之目的係為了使克服上述關於拋光SiC表面之已 5 知技術之缺點與限制成為可能，同時在將此處理施加至SiC 晶圓表面時獲得摩擦化學拋光之優點。 為了達成這個目的，本發明提供一種晶圓之拋光方法， 此方法執行利用基於懸浮在溶液中之鑽石粒子之研磨劑之至 少一拋光步驟，其中所使用之研磨劑混合物以受控制之鑽石 10 /矽土容量比率提供鑽石粒子與矽土粒子，以獲得為晶圓期 望之粗糙度。 本發明之方法之較佳但非限制的實施樣態，係如下： -材料係為極性材料； -材料係為半導體材料； 15 -材料係為碳化矽； -該受控制容量比率位於0·29至0.35之範圍内； -該受控制容量比率位於0.3至0.33之範圍内； -拋光係利用SytonW30型之膠體矽土以及具有大約 0·75微米（//m)之晶粒尺寸之鑽石來執行； 20 -拋光係利用每分鐘50轉速(rpm)旋轉之拋光頭與同樣 以50 rpm旋轉之拋光旋轉台來執行； -拋光頭係以大約10十牛頓（decanewtons，daN)(亦： 100牛頓）之力量被加壓； -拋光係被執行持續大約1小時(h)之時間； 25 -拋光係利用IC1000或IC1400型之拋光布來執行； 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格（210x297公釐）
10 15 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 20 1283021 發明說明（6) -抛光係在晶圓之石夕（Si)表面上執行； -拋光係在晶圓之碳(c)表面上執行 ;以及 拋光包含用以避免表面上之研磨劑之結晶現象之最後 清潔。 【實施方式】 參考這張唯一的目1，吾人可看出SiC晶圓之表面之粗 糙度，是如何在使用包含混合於矽土溶液中之研磨劑鑽石粒 子之混合物執行摩擦化學拋光之後產生變化。 有關鑽石係為合成多晶矽鑽石。尤其，鑽石粒子可具有 大約0.75/zm之晶粒尺寸。 石夕土可能是Syton W30型之膠體石夕土。 拋光係藉由使用具有相對施加之同樣轉動的拋光頭之轉 動的拋光旋轉台而實現，旋轉台與拋光頭各自的旋轉係繞著 平行轴而執行。 旋轉台與拋光頭之旋轉速度可能是大約50 rpm(旋轉台 與拋光頭具有相同的旋轉速度）。 更一般言之，旋轉速度可能在 10 rpm 至 100 rpm 之範 圍内。 旋轉台係以拋光布覆蓋，例如1C 1〇〇〇或IC1400型之拋 光布（譬如，可從供應商Rodel取得）。 用以拋光之晶圓係維持在旋轉台與拋光頭之間，其係被 靠在晶圓背面之拋光頭的旋轉所驅動（露出至被旋轉台所傳 送之拋光布之晶圓面係為所欲拋光之面）。 鑽石與矽土混合物係連續注入在以其研磨布覆蓋之拋光 25 旋轉台與待拋光之晶圓表面之間。 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格（210 X 297公釐）
1283021 A7 B7 五、發明說明（7 ) 以大約10 daN之力量將拋光頭壓下，俾能衝壓siC晶 圓用以相對研磨布進行拋光。更概括地說，該壓力可能在5 daN至50 daN之範圍内。 或者，拋光頭可被安裝於一條臂上，在拋光期間，此臂 允許為拋光布上面的拋光頭授予掃視動作。 所使用之特定型式之SiC晶圓係為”4H- 8°〇ff(脫離8。)，， 型之SiC晶圓。 在藉由此圖所說明之例子中，被拋光之表面係為石夕表 面。 然而，抛光同樣可良好地被施加至碳表面。 唯一的這張圖繪製出依照抛光後在以下所_述之狀況下 持續大約1 h的時間所獲得的縱座標軸上之粗g度。 粗輪度係以依照光學表面粗度儀所測量的rms埃(入)值 表示。 15 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 鑽石/矽土容量比率之數值（寫成”D/S比率”），係沿著橫 座標軸繪製。 此圖特別包含四個對應至下表所提供之點對（粗糙度、 D/S比率）之參考點（此表亦包含並未繪製在圖上之額外一 對）·· ' -9-
1283021 A7 B7 五、發明說明（ο D/S 粗撻度(A rms) 0.25 3.2 0.3 2 0.33 2 0.5 3.4 1 3.1 又特別要載明的是晶圓之初始粗糙度為4 Arms，該粗 糙度同樣係由光學表面粗度儀所測量。 從這條曲線看來，吾人可看出獲得之粗糙度受到D/S比 5 率強烈影響。 因此，本發明之第一樣態係用以確認並敘述D/S比率對 最後SiC晶圓之粗糙度的影響之特徵：這個D/S比率之整個 數值範圍上存在有局部粗糙度最小值，而粗糙度會在D/S比 率之較小與較大數值之任何一側上增加。 10 更精確地說，吾人可看出位於0.29至0.35之範圍内的 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 D/S比率獲得特別低的粗糙度（大約2 A rms)，而又更精確地 說，位於0.3至0.33之範圍内的D/S比率獲得最低的粗糙 度。 因此，顯現出在SiC表面上實行摩擦化學拋光可產生有 15 利的效果。 除此以外，吾人可看出可利用D/S比率來控制拋光後所 獲得之粗糙度。 較佳是選擇接近上述數值（範圍0.29至0.35，尤其較佳 -10- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4 f格（210 X 297公釐） 1283021 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（9) 的範圍是〇·3至0.33)之這個比率，以便獲得特別小的叙键 度，大約2 A rms。 在特別有利的方式中，本發明從而可能使Sic晶圓獲得 非常平順的表面狀態。 ^ 吾人亦應觀察的到本發明促使平坦化SiC晶圓成為可 能，而無須冒著損壞它們的風險（於此方面，本發明係不门 於例如文獻US 5 895 583中所說明之方法）。 事實上，吾人已發現到本發明之方法在抹除晶圓之表面 形態方面是有效的，且可大幅限制材料之移除（其通常維持 小於2//m):依據本發明拋光並以光學表面粗度儀所觀察的 表面並沒有刮痕。 所產生之表面粗糙度係為優越的事實，提供優越的準備 予後續步驟(舉例而言，為了藉由使用純膠體矽土且藉由使 用離子聚合之離子束以執行超精細拋光，為了達成分子接 合，或為了執行磊晶成長）。 吾人亦觀察到在依據本發明實行之拋光後執行之清潔步 驟尤其有利於避免表面上之研磨劑之結晶現象。 這種清潔可藉由以去離子水沖洗晶圓表面，然後，在 HF之槽中清潔該表面而實施。 舉例而言，在回收由層之轉移方法（其中此薄層係與支 撐基板分離）所造成之剩餘材料方面，這種§iC表面之平+ 化是很重要的。 ~ 在這種方法中，倘若其表面狀態受到適當處理，則用來 轉移一薄層之支撐之一部份會殘留並具有可被回收再利用 25 優點。 5 10 15 20 之 -11- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4f格（210x297公釐） A7 1283021 B7 五、發明說明（l〇 ) 又特別要載明的是，雖然參考唯一的圖所說明之特定例 子係關於4H多型之單晶SiC晶圓，且雖然其係為被拋光之 Si面，但本發明之方法係適合於其他型式之SiC晶圓（例如 6H或3C多型之單晶SiC)，且此方法亦可被應用至晶圓之C 5 面。實現此方法（選擇研磨布，...）之這些條件係可適合於這 方面。 特別要載明的是，在一般方式中，本發明可在並非無定 向的材料上實現（尤其在極性與半導體材料上）。 亦可能在無定向的材料上實現本發明。 10 在一個變形例中，可將拋光裝置整合在一系統中，用以 在原處恢復，允許拋光布再生，其乃因為拋光布在拋光期間 會變得平整，藉以使拋光布維持其所有品質。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)Af規格（210x297公釐） 1283021 Λ7 B7 五、發明說明（11) 【圖式簡單說明】 本發明之其他實施樣態、目的以及優點，藉研讀參考唯 一的附圖所製作之下述說明而得以更顯清楚，此圖1顯示粗 糙度是如何在碳化矽之晶圓表面之摩擦化學拋光之後，隨著 5 用來拋光之鑽石/矽土混合物之型式之函數來變化。 【圖式之代號說明】 無 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格（210x297公釐）
Claims (1)
- Ϊ283021 '申請專利範圍 專利申請案第92121072號 · ROC Patent Application No. 92121072 修正後無劃線之中文申請專利範圍修正本-附件(二） Amended Claims in Chinese - End hn 民國 95 年 Θ ^ i ϊ〇" (Submitted on September η , 2006) 10 15 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 20 1·一種拋光晶圓之方法，該晶圓由一材料所構成，該方 去執行基於懸浮在溶液中之鑽石粒子之研磨劑之至少一拋光 步驟’其中所使用之該研磨劑混合物以受控制之鑽石/石夕土 各量比率提供鑽石粒子與矽土粒子，以獲得期望之晶圓粗輪 度。 2·如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該材料係為 極性材料。 3·如申請專利範圍第2項所述之方法，其中該材料係為 半導體材料。 4.如申請專利範圍第3項所述之方法，其中該材料係為 碳化石夕。 5·如申請專利範圍第3項所述之方法，其中該受控制鑽 石/矽土容量比率位於〇·29至0.35之範圍内。 6.如申請專利範圍第5項所述之方法，其中該受控制鑽 石/矽土容量比率位於〇·3至〇·33之範圍内。 7·如申請專利範圍第3項所述之方法，其中該拋光步驟 係利用Syton W30型之膠體矽土以及具有大約〇.75/im之晶 粒尺寸之鑽石來執行。 8·如申請專利範圍第7項所述之方法，其中該拋光步驟 係利用以50rpm旋轉之拋光頭以及同樣以50 rpm旋轉之拋 光旋轉台來執行。 9·如申請專利範圍第8項所述之方法，其中該拋光頭係 以大約100牛頓（1〇十牛頓）(1〇 daN)之力量被加壓。 10.如申請專利範圍第7項所述之方法，其中該拋光步 -14 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格（210x297公釐） 92398-CLM-接1283021 C8 _D8_ 六、申請專利範圍 驟係被執行持續大約1小時(h)之時間。 11·如申請專利範圍第7項所述之方法，其中該拋光步 驟係利用IC1000或IC1400型之拋光布來執行。 12·如申請專利範圍第4項所述之方法，其中該拋光步 5 驟係在晶圓之Si面上執行。 13. 如申請專利範圍第4項所述之方法，其中該拋光步 驟係在晶圓之C面上執行。 14. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該拋光步 驟包含用以避免表面上之研磨劑之結晶現象之最後清潔。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格（210 X 297公釐）
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