TWI302717B - Etching liquid for controlling silicon wafer surface shape and method for manufacturing silicon wafer using the same - Google Patents
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1302717 (1) 九、發明說明 【發明所屬之技術領域】 本發明有關用以控制矽晶圓表面形狀之蝕刻液及使用 彼於製造矽晶圓以降低雙面同時拋光處理的負荷並達到兼 顧高度平坦度與降低表面粗糙度之方法。 【先前技術】 φ 通常，半導體矽晶圓的製造方法包括在晶圓上的去角 、機械性拋光（磨光）、蝕刻、鏡面碾磨（拋光）與清洗 等方法，其中該晶圓係自一拉晶形成之單晶矽塊切割及切 片，並將該晶圓製成具有高精確平坦度之晶圓。通過包括 塊料切割、外徑碾磨、切片、磨光等機械性製造方法的矽 晶個的表面上具有受損層，即，受處理影響層。該受處理 影響層會引發結晶瑕疵，諸如在裝置製造方法中產生滑移 位錯等，並會降低該晶圓的機械強度，且對其電特徵造成 #負面影響，因此必須完全去除此等瑕疵。 進行蝕刻處理以去除該受處理影響層。該蝕刻處理當 中，使用酸蝕刻方法或鹼蝕刻方法。該蝕刻處理當中，將 許多晶圓浸入裝有蝕刻液的蝕刻槽中，因而化學去除該受 處理影響層。 該酸蝕刻作用的優點係對於矽晶圓不具選擇性蝕刻性 質，表面粗糙度小，因此改善細微形狀精確度，且蝕刻效 率高。主要使用以水稀釋混合之氫氟酸（HF )與硝酸（ hn〇3 )或醋酸（CH3COOH )獲得的三組份蝕刻液作爲該 (2) 1302717 酸蝕刻的蝕刻液。一般認爲該酸蝕刻具有上述優點的原因 係，以上述蝕刻液的擴散控制條件基礎進行蝕刻作用，且 在該擴散控制條件下，反應速度不因該結晶表面的結晶定 向、結晶瑕疵等而定，以及該結晶表面上的擴散作用具有 主要效果。不過，該酸蝕刻中，雖然可以蝕刻該受處理影 響層並改善矽晶圓的表面粗糙度，但該晶圓外圍部分變鈍 ，且以磨光所獲得作爲微形狀精確性的平坦度受損，其造 •成該經蝕刻表面上稱之爲隆起或剝落的mm尺度凹陷與凸 起。此外，該化學液體的成本高，且難以控制並維持該蝕 刻液的組成，其已今爲先前技術的問題。 鹼蝕刻的優點係該平坦度優良且細微形狀精確度獲得 改善，金屬污染小，且沒有酸蝕刻或諸如NOx等有害副 產物的問題或處理彼之危險。至於鹼蝕刻之蝕刻液，係使 用KOH與NaOH。一般認爲該鹼蝕刻具有上述優點的原因 係該蝕刻基本上係以擴散控制條件爲基礎進行。不過，在 •鹼蝕刻中，雖然可以蝕刻受處理影響層並維持矽晶圓的平 坦度，但會發生部分深度爲數μιη且尺寸係數μιη至數十μπι 的刻面（下文稱爲刻面），其使該晶圓表面粗糙度惡化， 已成爲先前技術的另一問題。 至於解決鹼蝕刻中問題的方法，已揭示一種矽晶圓之 蝕刻方法，其中使用將〇·〇1至0.2重量百分比之過氧化氫 添加至1 〇〇重量百分比的苛性蘇打（氫氧化鈉）水溶液中 獲得的蝕刻液（例如，詳見專利文件1 )。根據上述專利 文件揭示的蝕刻方法，藉由以特定百分比將過氧化氫添加 -6 - (3) 1302717 至苛性蘇打水溶液，解決了該鹼蝕刻中因苛性蘇打水溶液 造成的不合格率。具體而言，與使用NaOΗ水溶液的蝕刻 作用相比，在矽晶圓下表面上形成的蝕刻坑尺寸較細微， 此外，會限制在矽晶圓下面之上微蝕刻坑的發生，並容易 在廣範圍內調整所需之蝕刻速度，此外蝕刻速度提高。 專利文件1:日本特許公開公報Ν〇.Η07-37871 (主張 權項1至4，第[002 1 ]段）。 φ 不過，在包括上述專利文件所揭示的方法之習知方法 當中，將經過該蝕刻處理的晶圓送到雙面同時拋光處理與 單面拋光處理中，其中將其表面處理成鏡面，但於蝕刻處 -理之後該矽晶圓的上下表面中，無法維持完成平坦化處理 時獲得之晶圓平坦度，亦尙無法獲得所需之晶圓表面粗糙 度，因此爲了改善該晶圓平坦度與晶圓表面粗糙度，必須 在雙面同時拋光處理與單面拋光處理中安排一些碾磨削除 量，因此在於該雙面同時拋光處理與單面拋光處理時仍有 籲許多負荷。 【發明內容】 發明總論 因此，本發明目的係提出用於控制矽晶圓表面形狀的 蝕刻液，以及使用彼於製造矽晶圓以降低雙面同時拋光處 理與單面控制處理的負荷，並達到兼顧平坦化處理完成時 的高度平坦度與降低表面粗糙度之方法。 根據申請專利範圍第1項的發明係一種用於控制矽晶 (4) 1302717 圓表面形狀的蝕刻液，其中二氧化矽粉末係均勻分散在鹼 性水溶液中。 在根據申請專利範圍第1項的發明中，其中二氧化矽 粉末均勻分散在鹼性水溶液中的該用於控制矽晶圓表面形 狀的蝕刻液可控制拋光前之晶圓表面粗糙度與組織尺寸， 因此，藉由使用該蝕刻液蝕刻該平坦化處理後之具有受處 理影響層的矽晶圓，可以降低雙面同時拋光處理與單面拋 II光處理中之拋光削除量，此外兼而達到維持該晶圓於平坦 化處理完成時的高平坦度並降低晶圓表面粗糙度。 根據申請專利範圍第2項的發明係申請專利範圍第1 項之依附項，係一種蝕刻液，其中該鹼性水溶液係40至 5 0重量％之氫氧化鈉水溶液，並待添加於該鹼性水溶液的
二氧化矽粉末添加率係相對於氫氧化鈉添加1至1 00 g/L 〇 在根據申請專利範圍第2項的發明中，藉由以既定比 •例在上述濃度範圍中的鹼性水溶液中添加二氧化矽粉末， t以更容易維持該晶圓的高度平坦度，並使蝕刻處理完成 時達到更低之晶圓表面粗糙度。 根據申請專利範圍第3項的發明係申請專利範圍第1 或2項之依附項，係一種蝕刻液，其中該二氧化矽粉末的 平均粒徑係50至5 000 nm。 根據申請專利範圍第4項的發明係一種用於製造矽晶 圓的方法，依序包括平坦化處理1 3，其係用於拋光或磨光 由切片單晶矽塊獲得之薄圓碟形矽晶圓的上下表面；蝕刻 -8- 1302717
處理1 4，用於將該矽晶圓浸入如申請專利範圍第1至3項 任一項之蝕刻液，因而蝕刻該矽晶圓的上下表面；以及雙 面同時拋光處理1 6，用於同時拋光該經蝕刻矽晶圓上下表 面。 在根據申請專利範圍第4項的發明當中，藉由使用將 二氧化矽粉末添加於鹼性水溶液中進行調整之蝕刻液的蝕 刻處理1 4，可以控制拋光前之晶圓的表面粗糙度與組織尺 鲁寸，因此在雙面同時拋光處理1 6中，可以減少該晶圓上 下表面的拋光削除量，此外兼而達到維持該晶圓於平坦化 處理完成時的高平坦度並降低晶圓表面粗糙度。 根據申請專利範圍第5項的發明係一種用於製造矽晶 圓的方法，依序包括平坦化處理，其係用於拋光或磨光由 切片單晶矽塊獲得之薄圓碟形矽晶圓的上下表面；蝕刻處 理，用於將該矽晶圓浸入如申請專利範圔第1至3項任一 項之蝕刻液，因而蝕刻該矽晶圓的上下表面；以及單面拋 #光處理，逐一拋光該經蝕刻矽晶圓上下表面。 在根據申請專利範圍第5項的發明當中，藉由使用將 二氧化矽粉末添加於鹼性水溶液中進行調整之蝕刻液的蝕 刻處理，可以控制拋光前之晶圓的表面粗糙度與組織尺寸 ，因此在單面拋光處理中，可以減少該晶圓上下表面的拋 光削除量，此外兼而達到維持該晶圓於平坦化處理完成時 的高平坦度並降低晶圓表面粗糙度。 用於控制本發明矽晶圓表面形狀之蝕刻液係其中二氧 化矽粉末均勻分散在鹼性水溶液中之蝕刻液，且該蝕刻液 -9- (6) 1302717 可以控制拋光前之表面粗糙度與組織尺寸，因此，藉由使 用該蝕刻液蝕刻在平坦化處理後具有受處理影響層的矽晶 圓，可以減少該雙面同時拋光處理與該單面拋光處理中該 晶圓上下表面的拋光削除量，此外兼而達到維持該晶圓於 平坦化處理完成時的高平坦度並降低晶圓表面粗糙度。 此外，在用於製造矽晶圓的方法當中，藉由使用將二 氧化矽粉末添加於鹼性水溶液中進行調整之蝕刻液的蝕刻 鲁處理，可以控制拋光前之晶圓的表面粗糙度與組織尺寸， 因此可以減少該雙面同時拋光處理與該單面拋光處理中該 晶圓上下表面的拋光削除量，此外兼而達到維持該晶圓於 平坦化處理完成時的高平坦度並降低晶圓表面粗糙度。 發明之詳細說明 下文茲將參考附圖更詳盡舉例說明本發明較佳具體實 例。 該用於控制本發明矽晶圓表面形狀的蝕刻液係一種二 氧化矽粉末均勻分散在鹼性水溶液中之蝕刻液。該其中二 氧化矽粉末均勻分散在鹼性水溶液中的蝕刻液因爲添加二 氧化矽粉末會影響化學液體中之金屬雜質等，並特別限制 鹼蝕刻之選擇性，因而可以控制拋光前之晶圓表面粗糙度 與組織尺寸，因此藉由使用該蝕刻液蝕刻於平坦化處理後 具有受處理影響層的矽晶圓，可以減少雙面同時拋光處理 與單面拋光處理中之晶圓的上下表面拋光削除量，此外兼 而達到維持該晶圓於平坦化處理完成時的高平坦度並降低 -10- (7) 1302717 晶圓表面粗糙度。 本發明之蝕刻液係以既定比率將二氧化矽粉末添加於 調整至特定濃度之鹼性水溶液中、攪拌經添加之液體，並 將該二氧化矽粉末均勻分散在該鹼性水溶液中而獲得。至 於包括在發明蝕刻液中之鹼性水溶液，有氫氧化鉀與氫氧 化鈉，其中特別以可降低表面粗糙度並限制組織尺寸的40 至50重量％之氫氧化鈉水溶液爲佳。此外，較佳係待添加 春於該40至50重量％之氫氧化鈉水溶液的二氧化矽粉末添 加率係相對於該氫氧化鈉添加1至1 0 0 g/L範圍內，此係 因爲蝕刻處理之後，可更容易維持該高度晶圓平坦度，而 且可進一步降低晶圓表面粗糙度之故。尤其是，較佳係使 該添加率在相對於氫氧化鈉添加5至1 Og/L範圍內。至於 本發明蝕刻液中待使用之二氧化矽粉末，以平均粒徑在 5 0 - 5 0 0 0 nm範圍內的二氧化矽粉末爲佳。若該平均粒徑低 於5 0 nm，則對於鹼性水溶液中之金屬雜質的影響發生不 鲁整合’且若該平均粒徑超過5000 nm ( 5 μ m )，則會發生 分散在該鹼性水溶液中的二氧化矽粉末變得成團聚集在一 起的不整合。該二氧化矽粉末的特佳平均粒徑係500 nm( 0·5 μπι)至 3000 nm (3μπι)。 其次，下文茲將說明使用該用於控制矽晶圓表面形狀 的鈾刻液製造矽晶圓的方法。 首先，切除生長之單晶矽塊的前端部分與後端部分， 並將該矽塊製成塊狀，並碾磨該矽塊的外徑，使該矽塊直 徑均勻’並使該5夕塊成爲塊體。爲了顯示出特定結晶定向 -11 - (8) 1302717 如 片 此 該 晶 環 狀 表 處 所 晶 由 示 於 由 此 表 轉 面 ，在該塊體上製造定向平面與定向缺口。該處理之後， 圖1所示，以相對於該條軸方向之特定角度將該塊體切 (步驟1 1 )。於步驟1 1經切片之晶圓的外圍去角，如 避免該晶圓周圍部分龜裂與碎屑（步驟1 2 )。藉由進行 去角處理，可以限制例如冠狀現象，其中未經去角之砂 圓上外延生長的外圍部分上會發生錯誤生長，並以發生 形凸起。其次，平坦化在切片等處理中發生之該薄圓碟 •矽晶圓上下表面上的凹陷與凸起層，並提高該晶圓上下 面的平坦度與該晶圓的平行度（步驟1 3 )。在該平坦化 理13當中，藉由碾磨或磨光平坦化該晶圓上下表面。 至於藉由碾磨平坦化晶圓的方法，使用圖2與圖3 示之碾磨裝置2 0碾磨該晶圓。如圖2所示，建構將矽 圓21載於其上之作爲晶圓支撐單位的轉盤22，如此藉 其中未圖示的驅動機制使其繞著垂直軸旋轉。如圖3所 ，在該轉盤22之上經由夾盤22a將矽晶圓21吸附並載 鲁該轉盤22上，安排用於支撐磨石23之磨石支撐工具24 以便壓向該碾磨表面。建構該磨石支撐工具24使得藉 其中未圖示的驅動機制使該磨石23繞著垂直軸旋轉。 外，在該矽晶圓上方，安排於碾磨時用以對該該矽晶圓 面供應碾磨水的供水噴嘴26。在此種碾磨裝置20當中 該磨石23與該矽晶圓2 1係藉由個別的驅動機制相對旋 ，此外自該供水噴嘴26將碾磨水供應至該矽晶圓2 1表 上覆有磨石23之接觸部分以帔之部分，並於將該磨石 壓向該矽晶圓2 1表面以碾磨彼時清洗該矽晶圓表面。 -12- 23 (9) 1302717 此外，藉由磨光平坦化晶圓之方法，使用圖4所示之 磨光裝置30平坦化該晶圓。如圖4所示，首先使一載板 31嚙合於磨光裝置31之中心齒輪37與內齒輪38，並將 矽晶圓2 1固定於該載板3 1的支座。然後，固定該矽晶圓 21的雙面，使得以上表面轉盤32與下表面轉盤33夾緊， 並自噴嘴3 4供應碾磨劑3 6，藉由該中心齒輪3 7與內齒輪 38以行星運動移動該載板31，在此同時，上表面轉盤32 修與下表面轉盤33相對地旋轉，因此同時磨光該矽晶圓21 的雙面。以此種方式，於清洗處理中清洗進行平坦化處理 1 3 (其中該晶圓上下表面的平坦度以及該晶圓的平行度提 高）之後的矽晶圓，並送到下一個處理。 其次，再次參考圖1，將該經平坦化矽晶圓浸入蝕刻 液，並蝕刻該矽晶圓的上下表面（步驟1 4 )。此處使用的 蝕刻液係本發明用以控制矽晶圓表面形狀的蝕刻液。在該 蝕刻處理1 4中，藉由蝕刻作用完全移除諸如去角處理1 2 鲁與平坦化處理等機械性處理所導入的受處理影響層。藉由 使用添加二氧化矽粉末進行調整之本發明用於控制矽晶圓 表面形狀的蝕刻液的處理作用，能加以控制該晶圓的表面 粗糙度與組織尺寸，因此可能減少其後之雙面同時拋光處 理16與單面拋光處理中該晶圓上下表面的拋光削除量， 並進一步達到兼顧維持該晶圓於平坦化處理完成時的高平 坦度並降低晶圓表面粗糙度。較佳情況係，該蝕刻處理14 中蝕刻表面的蝕刻削除深度係8至1 Ομιη，該晶圓上下表 面的總削除深度係1 6至20 μηι。藉著將削除深度設定在上 -13· (10) 1302717 述範圍，可以大幅減少後續雙面同時拋光處理與單面拋光 處理的碾磨削除量。若該蝕刻削除深度低於下限値，則不 會有效率地降低該晶圓表面粗糙度，導致該雙面同時拋光 處理與噴嘴的負荷變大，然而，若該蝕刻削除深度高於該 上述値，則該晶圓平坦度變差，且晶圓製造的生產性降低 〇 在該蝕刻處理1 4當中，如圖5所示，首先，將許多 鲁晶圓41a垂直固定在支座41中，支座41如圖5實線箭頭 所示般低，並浸入儲存在蝕刻槽42中之本發明該用於控 制矽晶圓表面形狀的蝕刻液42a，以該蝕刻液去除該晶圓 表面的受處理影響層。然後，一段特定時間後，如圖5虛 線箭頭所示拉起其中的晶圓4 1 a浸在蝕刻液4 2 a中之支座 4 1。然後，將固定有該經蝕刻處理後的晶圓4 1 a之支座4 1 降低到圖5所示之實線箭頭，並浸入儲存在清洗槽43之 諸如純水等清洗液43a，去除附著在該晶圓表面的蝕刻液 鲁。然後，依圖5之虛線箭頭所示，將其中晶圓41 a浸於清 洗液43a —段特定時間的支座41拉出，並乾燥該矽晶圓 〇 其次，再次參考圖圖1，於該蝕刻處理1 4之後的同時 進行該用於拋光晶圓上下表面的雙面同時拋光處理（步驟 16) 〇 至於同時拋光該上下表面的方法，使用圖6所示之雙 面同時拋光裝置50進行拋光作用。如圖6所示，首先使 一載板51嚙合於雙面同時拋光裝置5 0之中心齒輪5 7與 -14- (11) 1302717 內齒輪5 8，並將矽晶圓21固定於該載板5 1的支座。然後 ，固定該矽晶圓2 1的雙面，使得以其拋光表面一側裝附 有第一砂布52a之上表面轉盤52與裝附有第二砂布53a 之下表面轉盤53夾緊，並自噴嘴54供應碾磨劑56，藉由 該中心齒輪5 7與內齒輪5 8以行星運動移動該載板5 1，在 此同時，上表面轉盤52與下表面轉盤53相對地旋轉，因 此同時鏡面拋光該矽晶圓2 1的雙面。此外，在此種雙面 鲁同時拋光處理16當中，上表面轉盤52與下表面轉盤53 的旋轉速度受到個別控制，並同時拋光該矽晶圓的雙面， 因此可獲得上下表面可以肉眼檢視可確認之一面鏡面表面 晶圓。藉由進行上述本發明用於製造矽晶圓之方法，可以 大幅改善晶圓製造的生產性。 其中，在本較佳具體實例之實施樣態中，該晶圓的上 下表面係同時拋光，然而熟悉本技術之人士將會明白，以 逐一拋光晶圓上下表面的單面拋光處理替代該雙面同時拋 •光作用可達到相同效果。 【實施方式】 茲連同下文對照實例更詳細說明本發明實施例。 <實施例1至4〉 首先，製備數個之矽晶圓，至於平坦化處理 ，使用圖4所示之磨光裝置磨光該矽晶圓的上下表面。至 於該磨光處理中的拋光劑，使用包括Al2〇3之# 1 500號拋 -15- (12) 1302717 光劑，所使用之拋光劑流速控制在2.0L/分鐘，上表面轉 盤的負載控制在70g/cm2，上表面轉盤的旋轉速度控制在 lOrpm，下表面轉盤的旋轉速度控制在40rpm，並平坦化 該砂晶圓。其次，使用圖5所示之蝕刻裝置蝕刻該經平坦 化之後的矽晶圓。至於蝕刻液，使用將直徑係2至5 μηι之 二氧化矽粉末混入5 1重量％氫氧化鈉並比例調整成相對於 該氫氧化鈉爲 lg/L、5g/L、10g/L與100g/L的四種蝕刻 春液。在該蝕刻處理中，將該矽晶圓浸入該蝕刻液中1 5分 鐘，於其中蝕刻之。該蝕刻作用中該晶圓一面的蝕刻削除 深度係1〇μπι，該晶圓雙面的削除深度係20μηι。 <實施例5至8> 以實施例1至4之相同方式進行該平坦化處理與蝕刻 處理，但是該蝕刻處理中蝕刻液使用的鹼性水溶液以48 重量％氫氧化鈉水溶液代替之。 <對照實例1至3> 以實施例1之相同方式進行該平坦化處理與蝕刻處理 ，但是製備僅由5 1重量％氫氧化鈉組成的三化學液體作爲 鹼性水溶液，使用該等化學液體作爲蝕刻處理中之蝕刻液 。換言之，該蝕刻液中不添加二氧化矽粉末。 <對照實例4至6> 以實施例1之相同方式進行該平坦化處理與蝕刻處理 • 16 - (13) 1302717 ，但是製備僅由48重量％氫氧化鈉組成的三化學液體作爲 鹼性水溶液，使用該等化學液體作爲蝕刻處理中之蝕刻液 。換言之，該蝕刻液中不添加二氧化矽粉末。 <實施例9至16> 以實施例1至8之相同方式進行該平坦化處理與蝕刻 處理，但是該磨光處理中該磨光裝置的上表面轉盤負載控 鲁制在l〇〇g/cm2，平坦化該砂晶圓。 <對照實例7至12> 以對照實例1至6之相同方式進行該平坦化處理與蝕 刻處理，但是該磨光處理中該磨光裝置的上表面轉盤負載 控制在1 0 0 g / c m 2，平坦化該砂晶圓。 <實施例17至24> 以實施例1至8之相同方式進行該平坦化處理與蝕刻 處理，但是該磨光處理中的拋光劑係使用包括ai2o3之 #1 000號拋光劑，且該磨光裝置的上表面轉盤負載控制在 10 0g/cm2，平坦化該矽晶圓。 <對照實例13至18> 以對照實例1至6之相同方式進行該平坦化處理與蝕 刻處理，但是該磨光處理中的拋光劑係使用包括ai2o3之 # 1 000號拋光劑，且該磨光裝置的上表面轉盤負載控制在 -17- (14) 1302717 1 00g/cm2，平坦化該矽晶圓。 <實施例25至28> 以實施例1至4相同方式進行平坦化處理與蝕刻處理 ，但是該磨光處理中該磨光裝置的上表面轉盤負載控制在 1 00g/cm2，並平坦化該矽晶圓，該蝕刻處理中蝕刻液所使 用的鹼性水溶液係以48重量％氫氧化鈉水溶液取代之。 <實施例29至32> 以實施例1至4相同方式進行平坦化處理與蝕刻處理 ，但是該磨光處理中的拋光劑係使用包括A1203之#1000 號拋光劑，且該磨光裝置的上表面轉盤負載控制在 100 g/cm2，平坦化該矽晶圓，並以48重量％氫氧化鈉水溶 液代替該蝕刻處理中待用於該蝕刻液中之鹼性水溶液。 <對照實例19至21> 以與對照實例1至3之相同方式進行該平坦化處理與 該蝕刻處理，但是使用包括Al2〇3之#1 000拋光劑作爲該 磨光處理中之拋光劑，並以48重量％氫氧化鈉水溶液代替 該蝕刻處理中待用於該蝕刻液中之鹼性水溶液。 <對照實例22至24> 以與對照實例1至3之相同方式進行該平坦化處理與 該蝕刻處理，但是使用包括Al2〇3之# 1 000拋光劑作爲該 -18- 1302717 磨光處理中之拋光劑，將該磨光裝置的上表面轉盤負載控 制在l〇〇g/cm2並平坦化該矽晶圓，且以48重量％氫氧化 鈉水溶液代替該蝕刻處理中待用於該蝕刻液中之鹼性水溶 液。 <對照試驗1> 對於實施例1至3 2以及及對照實例1至24所獲得之 鲁矽晶圓，使用非接觸性表面粗糙度量規（由Chapman製造 )測量其晶圓表面粗糙度，分別獲得作爲晶圓表面形狀基 本參數的Ra與Rmax。當標準.長度定義爲lr時，作爲高 度方向之幅度平均參數的數學平均粗糙度係以標準長度的 Z ( X )絕對値平均數表示，如下列等式（1 )所示。
此外，該高度方向作爲尖峰與底部參數的粗糙度曲線 最大橫剖面高度Rmax係以圖8所示之晶圓表示中評估長 度In的輪廓曲線尖峰高度Zp的最大値與底部深度Zv的 最大値總和表示，如下列等式所示。圖8中，該尖峰最 大値Zp係ZP5，底部深度最大値Zv係Zv4。 R?7 慨=77慨(夺2·) + MX(ZVZ) ...... (2) 實施例1至3 2與對照實例1至24所獲得之矽晶圓中 Ra與Rmax結果分別示於表1至表4。 -19- (16)1302717 [表1] 磨光處理 蝕刻處理 倉虫刻處理後之晶圓 表面粗糙度 拋光 上表面 鹼性水 鹼性 二氧化 Ra[mm] Rmax[pm] 劑號 轉盤負 溶液濃 水溶 矽粉 數 載 度 液種 600添 [g/cm2] 類 加率 實施例1 #1500 70 51重量 NaOH 1 g/L 185 1.81 實施例2 % 5g/L 183 1.75 實施例3 10 g/L 180 1.72 實施例4 100 g/L 175 1.65 實施例5 48重量 NaOH 1 g/L 246 2.36 實施例6 % 5 g/L 243 2.28 實施例7 10 g/L 233 2.24 實施例8 100 g/L 231 2.15 對照實 #1500 70 51重量 NaOH - 191 1.91 例1 % 對照實 - 197 1.93 例2 對照實 - 211 1.95 例3 對照實 48重量 NaOH - 258 2.51 例4 % 對照實 - 267 2.48 例5 對照實 - 251 2.55 例6 -20- (17)1302717 [表2] 磨光處理 蝕刻處理 蝕刻處理後之晶圓 表面粗糙度 拋光 上表面 鹼性水 鹼性水 二氧化 Ra[mm] Rmax[pm] 劑號 轉盤負 溶液濃 溶液種 矽粉末 數 載 度 類 添加率 [g/cm2] 實施例9 #1500 100 51重量 NaOH 1 g/L 236 2.15 實施例10 % 5g/L 233 2.08 實施例11 10 g/L 229 2.05 實施例12 100 g/L 223 1.96 實施例13 48重量 NaOH 1 g/L 310 2.65 實施例14 % 5 g/L 306 2.56 實施例15 10 g/L 294 2.52 實施例16 100 g/L 291 2.41 對照實例 #1500 100 51重量 NaOH - 250 2.30 7 % 對照實例 8 - 255 2.25 對照實例 9 麵 258 2.34 對照實例 48重量 NaOH - 320 2.80 10 % 對照實例 - 328 2.75 11 對照實例 - 330 2.92 12
-21 - 3] (18) 1302717 3] (18)
磨光處理 蝕刻處理 蝕刻處理後之晶圓 表面粗糙度 拋光 上表面 鹼性水 鹼性水 二氧化 Ra[mm] Rmax[pm] 劑號 轉盤負 溶液濃 溶液種 石夕粉末 數 載 度 類 添加率 [g/cm2] 實施例17 #1000 100 51重量 NaOH 1 g/L 332 3.33 實施例18 % 5g/L 328 3.22 實施例19 10 g/L 323 3.16 實施例20 100 g/L 314 3.03 實施例21 48重量 NaOH 1 g/L 395 3.55 實施例22 % 5 g/L 390 3.44 實施例23 10 g/L 374 3.38 實施例24 100 g/L 371 3.24 對照實例 #1000 100 51重量 NaOH - 355 3.52 13 % 對照實例 - 361 3.54 14 對照實例 - 359 3.58 15 對照實例 48重量 NaOH - 410 3.74 16 % 對照實例 - 415 3.76 17 對照實例 - 420 3.87 18
-22- (19) 1302717 [表4]
磨光處理 蝕刻處理 蝕刻處理後之晶圓 表面粗糙度 拋光 上表面 鹼性水 鹼性水 二氧化 Ra[mm] Rmax[pm] 劑號 轉盤負 溶液濃 溶液種 矽粉末 數 載 度 類 添加率 [g/cm2] 實施例25 #1500 100 48重量 KOH 1 g/L 327 3.45 實施例26 % 5g/L 324 3.34 實施例27 10 g/L 319 3.28 實施例28 100 g/L 310 3.15 實施例29 #1000 100 48重量 KOH 1 g/L 483 5.02 實施例30 % 5 g/L 478 4.85 實施例31 10 g/L 470 4.77 實施例32 100 g/L 475 4.57 對照實例 #1500 100 48重量 KOH - 351 3.67 19 % 對照實例 - 355 3.68 20 對照實例 - 354 3.70 21 對照實例 #1000 100 48重量 KOH - 510 5.35 22 % 對照實例 - 523 5.25 23 對照實例 - 530 5.45 24 由表1至表4清楚看出，在二氧化矽粉末添加於該鹼 性水溶液的實施例1至32，以及鹼性水溶液中不添加二氧 化矽粉末的對照實例1至24的比較當中（此等實例中晶 圓係在相同條件下平坦化），已知實施例1至3 2中之Ra 與Rmax降低。自使用該鹼性水溶液中添加有二氧化矽粉 末的蝕刻液獲得的結果，分別改善晶圓表面粗糙度與晶圓 平坦度，可能大幅降低隨後之雙面同時拋光處理中的碾磨 削除量。此外，比較實施例1至3 2的結果，獲得添加於 該鹼性水溶液中的二氧化矽粉末添加量愈高傾向，Ra與 -23- (20) 1302717
Rmax分別降低的結果。 <實施例33至35> 首先，製備數個（|)200mm之矽晶圓，至於平坦化處理 ，以實施例1相同之方式磨光該矽晶圓的上下表面。其次 ，於該磨光後的晶圓上，使用圖2與圖3所示之碾磨裝置 ，在該矽晶圓表面上進行最終碾磨。至於該碾磨條件，該 鲁磨石的碾磨號數設爲#2 000，金剛石中央粒徑係3至4μχη ，心軸（砂輪）旋轉速度係 4800rpm，進料速度係 0.3pm/sec，晶圓（晶圓夾盤）旋轉速度係20rpm，處理削 除量設爲ΙΟμηι或以下。其次，至於蝕刻處理，使用圖5 所示之蝕刻裝置蝕刻該經平坦化之後的矽晶圓。至於蝕刻 液，使用將平均粒徑係2至5μιη之二氧化矽粉末混入48 重量％氫氧化鈉並比例調整成相對於該氫氧化鈉爲 1 g/L 、10g/L與100g/L的三種蝕刻液。在該蝕刻處理中，將該 鲁矽晶圓浸入該蝕刻液中1 5分鐘，於其中蝕刻之。該蝕刻 作用中該晶圓一面的蝕刻削除深度係2.5 μιη，該晶圓雙面 的削除深度係5μιη。 〈對照實例25至27> 以實施例3 3至3 5之相同方式進行平坦化處理與蝕刻 處理，但使用僅以48重量％氫氧化鈉組成的三種化學液體 作爲鹼性水溶液，使用該等化學液體作爲蝕刻處理中之蝕 刻液。換言之，該蝕刻液中不添加二氧化矽粉末。 -24- (21) 1302717 <對照試驗2〉 對於實施例33至35與對照實例25至27中獲得的矽 晶圓，使用非接觸性表面粗糙度量規（由Chapman製造） 測量其晶圓表面粗糙度，分別獲得作爲晶圓表面形狀基本 參數的Ra與Rmax。實施例33至35與對照實例25至27 中獲得之矽晶圓Ra與Rmax結果分別示於表5。
[表5] 磨光處理 最終碾磨 處理 蝕刻處理 蝕刻處理後之 晶圓表面粗糙 度 拋光 劑號 數 上表面 轉盤負 載 [g/cm2] 鹼性水 溶液濃 度 鹼性水 溶液種 類 二氧化 矽粉末 添加率 Ra [mm] Rmax [μηι] 實施例 33 #100 0 100 碾磨號數 ：#2000 金剛石分 布中央粒 徑：3至 4μχη 48重 量％ NaOH lg/L 30.0 0.25 實施例 34 l〇g/L 20.0 0.20 實施例 35 100g/L 16.0 0.15 對照實 例25 #100 0 100 碾磨號數 ：#2000 金剛石分 布中央粒 徑：3至 4μτη 48重 量〇/〇 NaOH - 31.0 0.27 對照實 例26 - 31.5 0.28 對照實 例27 - 32.2 0.28 由表5清楚看出，在二氧化矽粉末添加於該鹼性水溶 液的實施例3 3至3 5，以及鹼性水溶液中不添加二氧化矽 粉末的對照實例25至27的比較當中（此等實例中晶圓係 在相同條件下平坦化），已知實施例3 3至3 5中之Ra與 Rmax降低。自使用該鹼性水溶液中添加有二氧化矽粉末 -25- 1302717 (22) 的蝕刻液獲得的結果，分別改善晶圓表面粗糙度與晶圓平 坦度，可能大幅降低隨後之雙面同時拋光處理中的碾磨削 除量。此外，獲得添加於該鹼性水溶液中的二氧化矽粉末 添加量愈局傾向，R a與R m a X分別降低的結果。 【圖式簡單說明】 圖1係顯示本發明用於製造矽晶圓之方法的流程圖。 φ 圖2係顯示碾磨裝置的俯視圖。 圖3係顯示該碾磨裝置的水平橫剖面圖。 圖4係顯示磨光裝置之結構圖。 圖5係顯示蝕刻處理之圖。 圖6係顯示雙面連續碾磨裝置的結構圖。 圖7係用於解釋如何獲得Ra之晶圓的橫剖面圖。 圖8係用於解釋如何獲得Rmax之晶圓的橫剖面圖。 φ【主要元件符號說明】 20 :碾磨裝置 21 :矽晶圓 22 :轉盤 22a :夾盤 23 :磨石 24 :支撐工具 26 :供水噴嘴 30 :磨光裝置 -26- (23) 1302717 3 1 :載板 32 :上表面轉盤 3 3 :下表面轉盤 34 :噴嘴 3 6 :碾磨劑 3 7 :中心齒輪 3 8 :內齒輪
41 :支座 4 1 a :晶圓 42 :蝕刻槽 42a :蝕刻液 43 :清洗槽 43a :清洗液 50 :拋光裝置 51 :載板 52 :上表面轉盤 5 2 a :第一砂布 53 :下表面轉盤 5 3 a :第二砂布 54 :噴嘴 5 6 :碾磨劑 5 7 :中心齒輪 5 8 :內齒輪 -27-
Claims (1)
- (1) 1302717 十、申請專利範圍 1 · ·—種用於控制砂晶圓表面形狀的餓刻液，其中該二; 氧化矽粉末均勻分散在鹼性水溶液中。 2.如申請專利範圍第1項之蝕刻液，其中 該鹼性水溶液係4 0至5 0重量％之氫氧化鈉水溶液， 且 待添加於該鹼性水溶液中之二氧化矽粉末添加率係相 φ對於該氫氧化鈉爲1至100 g/L。 3 ·如申請專利範圍第1或2項之蝕刻液，其中該二氧 化矽粉末的平均粒徑係.50至5 000nm。 4 · 一種用於製造矽晶圓之方法，其依序包括： 平坦化處理，用於拋光或磨光由切片單晶矽塊獲得之 薄圓碟形矽晶圓的上下表面； 蝕刻處理，用於將該矽晶圓浸於如申請專利範圍第] 至3項中任一項之餓刻液中’因而餓刻該砂晶圓的上下表 _面；以及 雙面同時拋光處理，用於同時拋光該經蝕刻矽晶圓的 上下表面。 5 . —種用於製造砂晶圓之方法，其依序包括： 平坦化處理，用於拋光或磨光由切片單晶矽塊獲得之 薄圓碟形矽晶圓的上下表面； 蝕刻處理，用於將該矽晶圓浸於如申請專利範圍第1 至3項中任一項之蝕刻液中，因而蝕刻該矽晶圓的上下表 面；以及 -28- (2) 1302717 單面拋光處理，用於逐一拋光該經蝕刻矽晶圓的上下 表面。-29-
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