TWI285924B - Method for manufacturing silicon wafer - Google Patents

Description

(1) 1285924 * 九、發明說明 【發明所屬之技術領域】 本發明是關於一種減輕兩面同時硏磨工程的負荷，同 時可達成減低高平坦度及表面粗糙度雙方的矽晶圓的製造 - 方法。 【先前技術】 # 一般，半導體矽晶圓的製造工程，是從倒角，機械硏 磨’蝕刻，鏡面硏磨及洗淨的工程來構成從拉上的矽單晶 晶棒切出並切斷所得的晶圓，生產作爲具有高精度的平坦 度的晶圓。 經方塊切斷，外徑硏削、切斷、機械硏磨等的機械加 工處理的矽晶圓是在表面具有加工變質層。加工變質層是 在裝置製造處理中，會引起滑動轉位等的結晶缺陷，或是 降低晶圓的機械性強度，又對電性特性有不良影響，故必 ® 須完全地除去。 爲了除去該加工變質層施以蝕刻處理。作爲蝕刻處理 β ，進行藉由將複數枚晶圓浸漬在儲存混酸等酸鈾刻液的鈾 刻槽而化學地除去加工變質層的分批式酸蝕刻，或是藉由 將晶圓浸漬在儲存NaOH等鹼鈾刻液的鈾刻槽而化學地除 去加工變質層的分批式鹼蝕刻。 如第1 〇圖所示地，使用酸蝕刻的分批式蝕刻是具體 上，首先，在保持具1垂直地保持複數枚晶圓1 a，將該 保持具1以如第1 〇圖的實線箭號所示地下降，浸漬在儲 -5- (2) 1285924 存於蝕刻槽2的混酸等的酸蝕刻溶液2a中’藉由蝕刻水 溶液除去晶圓表面的加工變質層。然後將浸漬於蝕刻水溶 液2a所定時間的晶圓1 a所保持的保持具1如第1 〇圖的 虛線箭號所示地被拉上。之後，將完成酸鈾刻的晶圓h - 所保持的保持具1如第1 0圖的實線箭號所示地下降’浸 . 漬於被儲存於沖洗槽3的純水等的沖洗液3 a中而除去附 著晶圓表面的蝕刻水溶液。然後將浸漬於沖洗液3 a所定 ©時間的晶圓1 a所保持的保持具1如第1 0圖的虛線箭號所 示地被拉上，進行乾燥矽晶圓。 然而，在分批式酸蝕刻中，一面改善晶圓表面粗糙度 一面可蝕刻加工變質層，惟會損及以硏磨所得到的平坦度 ，而具有發生在蝕刻表面被稱爲mm等級的彎曲的凹凸問 題。又，在分批式鹼蝕刻中，一面維持晶圓平坦度一面可 蝕刻加工變質層，惟局部性深度有數μηι，而發生大小大 約數至數十μιη的凹坑（以下稱爲分面）的晶圓表面粗糙度 ® 會惡化的問題。 如第9圖所示地，作爲解決上述問題點的方法，將切 斷4單晶晶棒所得到的半導體晶圓，至少在倒角5，硏磨 6，蝕刻7，8，鏡面硏磨8及洗淨的工程所構成的半導體 晶圓的加工方法中，將蝕刻工程進行鹼蝕刻7之後，再進 行酸蝕刻8，這時候，將鹼蝕刻7的蝕刻份兒，比酸蝕刻 8的蝕刻8的蝕刻份兒更大的晶圓的加工方法及藉由該方 法被加工的晶圓被提案（例如，參照專利文獻1)。 藉由表示於上述專利文獻1的方法，可維持硏磨後的 -6 - (8) 1285924 送到下一工程。 然後，再回到第1圖，一面自旋平坦化 一面供給酸蝕刻液至晶圓表面，將所供給的 自旋產生的離心力擴展至晶圓表面整體來蝕 • 體俾將晶圓表面的表面粗糙度Ra控制在0· . 程14)。在該單枚式酸蝕刻工程1 4，藉由蝕 藉由如倒角工程1 2或平坦化工程1 3的機械 # 入的加工變質層。由此，在後續的兩面同畴 或一面硏磨工程中，一面分別減低晶圓表背 ，一面可達成完成平坦化工程之際維持晶圓 晶圓表面粗糙度的雙方。該單枚式酸蝕刻工 消除份兒，一面14〜16μιη»而晶圓表背面的 爲2 8〜3 2μιη較理想。將鈾刻消除份兒作成 可大大地減低後續的兩面同時硏磨工程或一 硏磨份兒。若蝕刻消除份兒不足下限値，未 • 晶圓表面粗糙度，因此兩面同時硏磨或一面 " 大地超過上限値，則會損及晶圓平坦度而會 的生產性。在該單枚式酸蝕刻工程中，將晶 粗糙度Ra控制成0.20μηι以下，較理想是G 將晶圓表面粗糙度Ra控制在上述範圍，可 面同時硏磨工程或一面硏磨工程的硏磨份兒 造的生產性並可減低成本。若晶圓表面的表 超過0·20μηι，則產生後續的兩面同時硏磨: 磨工程的硏磨份兒增加的問題。 的單一矽晶圓 酸蝕刻液藉由 刻晶圓表面整 2 0μηι以下（工 刻完全地除去 加工處理所導 ，硏磨工程 1 6 面的硏磨份兒 平坦度及減低 程 14的蝕刻 合計消除份兒 上述範圍，就 面硏磨工程的 能充分地減低 硏磨的負荷大 惡化製造晶圓 圓表面的表面 | · 05 μιη 以下。 減低後續的兩 ，提高晶圓製 面粗糙度Ra 工程或一面硏 -12- (9) 1285924 如第5圖所示地，在該單枚式酸蝕刻工程，裝塡矽晶 圓21至單枚式旋轉器40。亦即，藉由配置在杯41內的 真空吸引式的晶圓夾具42平面地保持成矽晶圓21表面成 爲上面。然後，將設在矽晶圓21上方的蝕刻液供給噴嘴 43如以第5圖的實線箭號所示地，一面水平地移動，一 面將酸蝕刻液44從蝕刻液供給噴嘴43供給至矽晶圓2 1 上面的狀態下，藉由晶圓夾具42進行自旋旋轉矽晶圓2 1 ，進行酸蝕刻處理晶圓表面俾除去晶圓表面的加工變質層 。被供給到矽晶圓2 1上面的酸蝕刻液44，是藉由自旋旋 轉的離心力自晶圓中心側至晶圓外周緣側，一面蝕刻晶圓 表面的加工變質層，一面徐徐地移動，而自晶圓外周緣成 爲液滴被飛散。 作爲使用於本發明的單枚式酸蝕刻液，有分別含有氟 酸，硝酸及醋酸的水溶液，或分別含有氟酸，硝酸及磷酸 的水溶液，除了氟酸，硝酸及磷酸再含有硫酸的水溶液等 。其中，分別含有氟酸，硝酸及磷酸的水溶液，及除了氟 酸，硝酸及磷酸再含有硫酸的水溶液分別可得到高平坦化 ，故較理想。分別含有氟酸，硝酸及磷酸的水溶液，是可 兩立高平坦化與低表面粗糙度，又，可將蝕刻液的黏性度 調整在所定範圍，因此特別理想。分別含有氟酸，硝酸及 磷酸的水溶液時，包含於該水溶液中的氟酸，硝酸及磷酸 的混合比率，是以重量％爲 4.5 %至 1 0.5 % ·· 2 5 · 5 %至 40.0% : 3 0.0%至45.5 %較理想。又，除了氟酸，硝酸及磷 酸再含有硫酸的水溶液時，包含於該水溶液中的氟酸，硝 -13- (10) 1285924 酸，磷酸及硫酸的混合比率，是以重量％爲4·5%至10.5% :25.5%至 40.0%: 30.0%至 45.5%: 12.5%至 27.5%較理想 〇 又，酸蝕刻液的黏性度是10至35mPa · sec較理想。 * 更理想是15至25mPa· sec。若黏性度不足10 m Pa· sec， - 則液的黏性過低而滴在晶圓上面的酸鈾刻液藉離心力從晶 圓表面立即被吹掉，而無法均勻地或是分地接觸在晶圓表 • 面。因此，爲了確保充分地蝕刻取消份兒費時，會降低生 產性。若黏性度超過35mPa · sec，則滴在晶圓表面的酸 蝕刻液會長久時間留住所需以上在晶圓上面。因此，無法 控制晶圓的面內及外周形狀而產生晶圓平坦度會惡化的缺 點。 又，酸蝕刻液的表面張力是55至60dyne/cm較理想 。若表面張力不足55dyne/cm，則滴至晶圓上面的酸飽刻 液藉由離心力從晶圓表面立即被吹掉，而無法均勻地或充 ^ 分地接觸於晶圓表面。因此爲了確保充分地蝕刻取消份兒 費時，會降低生產性。若表面張力超過60dyne/Cm，則滴 在晶圓表面的酸蝕刻液會長時間留往所需以上在晶圓上面 。因此無法控制晶圓的面內及外周形狀而產生晶圓平坦度 會惡化的缺點。 在單枚式酸蝕刻中自旋矽晶圓2 1的自旋旋轉數，是 藉由矽晶圓的直徑或酸蝕刻液的黏性度，滴下的酸蝕刻液 的供給流量也稍受影響，惟5 00至200 Orpm範圍較理想。 若自旋旋轉數不足5 00rpm，則無法控制晶圓的面內及外 -14- (11) 1285924 周形狀而產生晶圓平坦度會惡化的缺點。若自旋旋轉數超 過20 0 〇rpm，則滴在晶圓表面的酸蝕刻液藉離心力從晶圓 表面立即被吹掉，而無法均勻地或是充分地接觸在晶圓表 面。因此爲了確保充分地蝕刻取消份兒費時，會降低生產 性。 酸蝕刻處理矽晶圓2 1表面之後，藉由未圖示的沖洗 液供給噴嘴將純水等的沖洗供給到矽晶圓2 1上面的狀態 ’藉由自旋旋轉矽晶圓2 1進行洗淨殘留在矽晶圓2 1表面 的酸蝕刻液44。洗淨後是在停止沖洗液的供給狀態下， 自旋旋轉矽晶圓2 1俾乾燥矽晶圓2 1。然後，翻轉矽晶圓 2 1而使得矽晶圓21背面成爲上面地保持矽晶圓2 1在晶 圓夾具42，同樣地進行酸蝕刻處理，沖洗液洗淨處理及 乾燥處理。 以下，再回到第1圖，施以同時地硏磨完成單枚式酸 蝕刻工程1 4的晶圓的表背面（工程1 6)。 作爲兩面硏磨的方法，有藉由如第6圖所示的兩面同 時硏磨裝置5 0進行。如第6圖所示地，首先將輸送板5 1 嚙合於兩面同時硏磨裝置50的太陽齒輪57與內齒輪58 ，而在輸送板5 1的保持具內設定矽晶圓21。然後’以第 1硏磨布52a黏貼於硏磨面側的上機床工作台52與第2 硏磨布53a黏貼於硏磨面側的下機床工作台53夾住該矽 晶圓21兩面並加以保持’從噴嘴5 4供給硏磨劑5 6 ’而 且藉由太陽齒輪57與內齒輪58來進行行星運動輸送板 5 1，同時藉由朝相對方向旋轉上機床工作台5 3與下機床 -15- (12) 1285924 工作台5 3，俾同時地鏡面硏磨矽晶圓21的兩面。施 述的單枚式酸蝕刻工程1 4的矽晶圓，是維持完成平 工程之際的晶圓平坦度，而且具有所期望的晶圓表面 度，因此在該兩面同時硏磨工程1 6中，可減低晶圓 • 的硏磨份兒，而且可達成維持完成平坦化工程之際的 ， 平坦度及減低晶圓表面粗糙度的雙方。又，在該兩面 硏磨16中，一面分別控制上機床工作台52與下機床 ♦ 台5 3的旋轉數，一面同時地硏磨矽晶圓的表背面， 由目視晶圓的表背面而可得到可識別的一面鏡面晶圓 此地，藉由進行本發明的矽晶圓的製造方法，而可大 改善製造晶圓的生產性。 又，在本實施形態中，藉由兩面同時硏磨同時地 晶圓的表背面，惟代替該兩面同時硏磨，藉由一面一 硏磨晶圓的表背面的一面硏磨來進行硏磨晶圓，當然 得到同樣的效果。 實施例 以下與比較例一起詳述本發明的實施例。 (實施例1) 首先，準備0 200mm砂晶圓，作爲平坦化工程 用表示於第4圖的硏磨裝置俾將矽晶圓表背面施以硏 硏磨工程的硏磨劑是使用包含順序中#ι〇〇ο的ai2o3 磨劑，一面分別控制所供給的硏磨劑流量爲2.OL/min 加上 坦化 粗糙 表背 晶圓 同時 工作 則藉 。如 幅地 硏磨 面地 也可 ，使 磨。 的硏 ，上 -16- (13) 1285924 機床工作台的載重爲i〇〇g/cm2，上機床旋轉數爲1〇rPm 及下機床旋轉數爲4 Orpm，一面進行矽晶圓的平坦化。 然後，使用表示於第5圖的單枚式自旋器來施加單枚 式酸蝕刻在完成平坦化的矽晶圓。在蝕刻液，使用氟酸， 硼酸及磷酸的混合比率以重量％作爲氟酸：硝酸：磷酸 =4 · 9 % : 3 3.4 % : 3 6.4 %的酸蝕刻液。又，分別控制蝕刻的 自旋旋轉數爲600rpm，所供給的蝕刻液的流量爲10L/min ’進行蝕刻1 5 0秒鐘。單枚式酸蝕刻的蝕刻取消份兒，是 一面 1 5 μ m 〇 (實施例2) 在蝕刻工程中，除了作爲蝕刻液分別含有氟酸，硝酸 及醋酸，其混合比率以重量％使用氟酸：硝酸：醋酸 = 8·95% : 46.3 5% : 14.72%的水溶液之外與實施例1同樣 地施加平坦化工程及蝕刻工程。 (比較例1 ) 代指單枚式蝕刻，除了進行如第9圖所示的分批式蝕 刻之外與實施例1同樣地施加平坦化工程及蝕刻工程。 (比較例2) 在蝕刻工程中’除了作爲蝕刻液分別含有氟酸，硝酸 ’及醋酸，其混合比率以重量％使用氟酸：硝酸：醋酸 =8_95%: 46·35°/〇: 14·72%的水溶液之外與比較例；！同樣 -17- (14) 1285924 地施加平坦化工程及蝕刻工程。 (比較例3) 在蝕刻工程中，除了作爲蝕刻液使用48重量％NaOH 水溶液之外與比較例1同樣地施加平坦化工程及蝕刻工程 (比較例4) 在蝕刻工程中，除了作爲蝕刻液使用48重量％KOH 水溶液之外與比較例1同樣地施加平坦化工程及蝕刻工程 (比較例5) 除了在硏磨工程中，使用包含順序# 1 500的Al2〇3的 硏磨劑，而在蝕刻工程中，作爲蝕刻液使用 48重量 • %KOH水溶液之外與比較例1同樣地施加平坦化工程及蝕 刻工程。 (比較試驗1) 對於分別在實施例1，2及比較例1〜5所得到的矽晶 圓，使用非接觸表面粗糙度計（吉普曼公司所製）而求得以 其晶圓表面粗糙度與TTV(Total Thickness Variation)所表 現的晶圓平坦度。將分別在實施例1，2及比較例1〜5所 得到的矽晶圓的晶圓表面粗糙度與TTV的結果表示於第7 -18- (16) 1285924 【圖式簡單說明】 第1圖是表示矽晶圓的製造方法的工程圖。 第2圖是表示硏削裝置的俯視圖。 - 第3圖是表示硏削裝置的縱斷面圖。 . 第4圖是表示硏磨裝置的構成圖。 第5圖是表示單枚式自旋器的構成圖 φ 第6圖是表示兩面同時硏磨裝置的構成圖。 第7圖是表示實施例1，2及比較例1 ~5所得到的矽 晶圓晶圓表面粗糙度與TTV的關係圖式。 第8圖是表示實施例1，2及比較例1~5所得到的矽 晶圓晶圓表面粗糙度與LPD的關係圖式。 第9圖是表示習知的矽晶圓的製造方法的工程圖。 第10圖是表示分批式蝕刻處理工程的圖式。 # 【主要元件符號說明】 ^ 11 :切斷工程 1 2 :倒角工程 1 3 :平坦化工程 1 4 :單枚式酸蝕刻工程 16:兩面同時硏磨工程 -20-

Claims (1)

1285924 (1) 十、申請專利範圍 丨_.(更本丨

第94 1 30 1 7 1號專利申請案 中文申請專利範圍修正本 民國96年4月30日 1 · 一種矽晶圓的製造方法，其特徵爲··包含如 :將切割矽單晶晶棒所得到的薄圓板狀矽晶圓的表 以硏削或硏磨的平坦化工程；及 一面自旋上述平坦化的單一矽晶圓，一面供給 液至上述晶圓的中心側表面，藉由將上述所供給的 液由自旋產生的離心力擴展至晶圓表面整體並蝕刻 面整體，而將上述晶圓表面的表面粗糙度Ra 0.2 0μηι以下的單枚式酸鈾刻工程；及 同時地硏磨上述單枚式酸蝕刻的矽晶圓的表背 面同時硏磨工程， 在上述單枚式酸蝕刻工程中，自旋上述晶圓的 轉數是5 0 0至2 0 0 0 rp m，上述酸鈾刻液的黏性度是 3 5 mP a · sec。 2.如申請專利範圍第1項所述之矽晶圓的製造 其中， 上述酸蝕刻液是分別含有氟酸，硝酸及磷酸的 包含於上述水溶液中的氟酸，硝酸及磷酸及水 比率是以重量％爲氟酸：硝酸：磷酸=4.5%〜1 2 5.5 %〜40.0% : 3 0.0 % 〜4 5.5 %。 修正 下順序 背面加 酸蝕刻 酸蝕刻 晶圓表 控制在 面的兩 自旋旋 10至 方法， 水溶液 的混合 ).5% : (2) 1285924 3 ·如申請專利範圍第〗項所述之矽晶圓的製造方法， 其中，上述酸触刻液的表面張力是55至60dyne/cm。 4·一種矽晶圓的製造方法，其特徵爲：包含如下順序 :將切割矽單晶晶棒所得到的薄圓板狀矽晶圓的表背面加 以硏削或硏磨的平坦化工程；及

一面自旋上述平坦化的單一矽晶圓，一面供給酸蝕刻 液至上述晶圓的中心側表面，藉由將上述所供給的酸蝕刻 液由自旋產生的離心力擴展至晶圓表面整體並鈾刻晶圓表 面整體，而將上述晶圓表面的表面粗糙度 Ra控制在 0.20μιη以下的單枚式酸蝕刻工程；及 一面一面地硏磨上述單枚式酸蝕刻的矽晶圓的表背面 的一面硏磨工程， 在上述單枚式酸蝕工程中，自旋上述晶圓的自旋旋轉 數是500至2000rpm，上述酸触刻液的黏性度是1〇至 3 5 mP a · see。 5 ·如申請專利範圍第4項所述之矽晶圓的製造方法， 其中， 上述酸蝕刻液是分別含有氟酸，硝酸及磷酸的水溶液 包含於上述水溶液中的氟酸，硝酸及磷酸及水的混合 比率是以重量％爲氟酸··硝酸：磷酸=4_5%〜10·5% : 25.5%〜40·0% : 30.0%〜45.5% ° 6 ·如申請專利範圍第4項所述之矽晶圓的製造方法’ 其中，上述酸蝕刻液的表面張力是55至60dyne/cm。 (3) 1285924 7.如申請專利範圍第1項或第4項所述的矽晶圓的製 造方法，其中，將上述單枚酸蝕刻工程的鈾刻消除份兒作 成一面14至16μπι。

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