TWI420585B - 用於生產半導體晶圓的方法 - Google Patents

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Description

用於生產半導體晶圓的方法
本發明係關於一種用於生產半導體晶圓的方法。
根據習知技術，半導體晶圓係在多個相繼進行的方法步驟中生產，一般可以再分成以下各類：
a)半導體材料構成的單晶的生產(單晶拉製)；
b)半導體單晶分離成單獨的晶圓(「晶圓生成(wafering)」、「切割」)；
c)半導體晶圓的機械加工；
d)半導體晶圓的化學加工；
e)半導體晶圓的化學機械加工；
f)半導體晶圓的熱處理和/或半導體晶圓的磊晶生長塗布。
此外，還有許多二級步驟，如清洗、測定和包裝。
半導體單晶通常是藉由自一熔體拉製單晶(CZ或「柴可斯基」方法)或者藉由再結晶由多晶半導體材料構成的晶棒(FZ或「浮融區」方法)而製得。
已知的分離方法包括線切割(「多線切割」，MWS)和內徑切割。
在線切割的情況下，係在一個加工操作中從一塊晶體上切下多個半導體晶圓。
機械加工係用來去除切割波紋，去除因更粗糙的切割方法而在晶體形狀(crystalline fashion)受損傷的表層或受鋸線污染的表層，並主要用於半導體晶圓的總體平整。表面研磨(單面、雙面)及精研已為人所知，且邊緣機械處理步驟也已為人所知。
在單面研磨的情況下，係將半導體晶圓背面固定在支承體(「卡盤」)上，旋轉支承體和杯式研磨盤並且徑向慢速推進，以使研磨盤對正面進行平整。例如，從US-3,905,162和US-5,400,548或EP-0955126中人們已經知道用於半導體晶圓表面研磨的方法和裝置。在此情況下，半導體晶圓其中一個表面係穩固地固定在晶圓固定器上，而其相對的表面係通過晶圓固定器和研磨盤的旋轉及其相互壓迫，而利用研磨盤進行加工。在此情況下，半導體晶圓係固定在一晶圓固定器上，其方式係能使其中心基本上對應於該晶圓固定器的旋轉中心。此外，研磨盤的佈置方式應能使半導體晶圓的旋轉中心可到達研磨盤齒面形成的工作區或邊緣區。從而，研磨平面不做任何運動，該半導體晶圓的整個表面就可以受到研磨。
在同步雙面研磨(「雙圓盤研磨」，DDG)的情況下，係同時處理半導體晶圓雙面，其方式應使其能在安裝於相對的共線心軸上的兩個研磨盤之間自由浮動，並能在方法中得到引導，其方式應使其能在作用於正面和背面的水墊(流體靜力學原理)或氣墊(氣體靜力學原理)之間在軸向基本上沒有約束力，並能通過圍繞的薄引導環或單獨的徑向輻條避免其在徑向鬆散地飄離。
在精研的情況下，係在上工作盤和下工作盤之間提供含研磨材料的漿液，半導體晶圓在特定的壓力下移動，該工作盤通常由鋼構成並且一般配備有用於更佳地分配精研劑的通道，從而除去半導體材料。
DE 103 44 602 A1和DE 10 2006 032 455 A1公開了用於同時對多個半導體晶圓的兩個面進行同步研磨的方法，其具有類似於精研的動作順序，但其特徵在於使用研磨劑，該研磨劑係穩固地接合在用於工作盤的工作層(「薄膜」，「墊」)中。這類方法稱為「精研動力學的細磨」或「行星墊研磨」(planetary pad grinding，PPG)。
例如US 6,007,407 A和US 6,599,177 B2描述了用於PPG情形的黏合到兩個工作盤上的工作層。在加工過程中，係將半導體晶圓插入到薄的引導盒(所謂的載具中)，該引導盒具有相應的開口，用於接收半導體晶圓。載具帶有外齒，外齒嚙合到滾動裝置中，滾動裝置包括內齒環和外齒環，載具通過該滾動裝置在工作盤之間形成的工作間隙中移動。
半導體晶圓的邊緣包括諸如定向切口的所存在的任何機械印記，通常同樣進行加工(「邊緣圓整」、「邊緣切口研磨」)。使用曲面研磨盤的常規研磨步驟或使用連續或迴圈工具推進的帶式研磨方法可用於此目的。
通常要提供這些邊緣圓整方法，因為邊緣處於未加工狀態時是特別斷裂敏感的，即使是輕微的壓力和/或溫度荷載都會造成半導體晶圓在邊緣區域的損傷。
用蝕刻介質研磨及處理的晶圓邊緣通常要在後續加工步驟中拋光。在此情況下，係將中心旋轉的半導體晶圓的邊緣以特定的力(接觸壓力)壓迫在中心旋轉的拋光鼓上。US 5,989,105公開了這一類型的邊緣拋光方法，其中拋光鼓係由鋁合金構成並帶有作用於其上的拋光墊。半導體晶圓通常固定在平的晶圓固定器(即所謂的卡盤)上。半導體晶圓的邊緣係凸出於卡盤之外，因此拋光鼓可自由地接近它。
一組化學加工步驟通常包括濕化學清洗和/或蝕刻步驟。
一組化學機械加工步驟包括拋光步驟，通過這些步驟，部分經由化學反應且部分經機械材料去除(研磨)，表面得到平滑，而殘留的表面損傷得以除去。
對一面進行加工的拋光方法(「單面拋光」)一般會導致較差的平面平行度，而對雙面進行加工的拋光方法(「雙面拋光」)則能夠生產平整度得到改善的半導體晶圓。
根據習知技術，在研磨、清洗和蝕刻步驟後，半導體晶圓的表面通過切削拋光得到平滑。在單面拋光(SSP)的情況下，半導體晶圓在加工過程中通過膠合、真空或通過黏接而將其背面固定在支承板上。在雙面拋光(DSP)的情況下，半導體晶圓鬆散地插入到薄的齒面盤(thin toothed disk)中，並在拋光墊覆蓋的上拋光板和下拋光板之間以「自由漂浮」方式，在正面和背面上同時進行拋光。
此外，半導體晶圓的正面常常用無霧方式拋光，例如藉助一鹼性拋光溶膠而通過軟拋光墊拋光。該步驟在文獻中常常稱為CMP拋光(「化學機械拋光」)。例如在US 2002-0077039以及US 2008-0305722中公開之CMP方法。
習知技術同樣公開了所謂的「固定研磨劑拋光」(FAP)技術，其中矽晶圓在拋光墊上拋光，而拋光墊含有結合在拋光墊中的研磨材料(「固定研磨劑墊」)。其中使用這類FAP拋光墊的拋光步驟在下文中簡稱為FAP步驟。
WO 99/55491 A1描述了一種兩階段拋光方法，包括FAP第一拋光步驟和隨後的CMP第二拋光步驟。在CMP中，拋光墊不含結合的研磨材料。在此，如在DSP步驟的情況，研磨材料以漿液的形式引入到矽晶圓和拋光墊之間。尤其，這類兩階段拋光方法可用於除去FAP步驟在基底拋光表面上留下的劃痕。
德國專利申請DE 102 007 035 266 A1描述了用於拋光由矽材料構成的基底的方法，包括兩個FAP類型的拋光步驟，其不同之處在於，在一個拋光步驟中，係將含有未結合的固體研磨材料的拋光劑漿液引入到基底和拋光墊之間，而在第二拋光步驟中，用不含固體的拋光劑溶液代替拋光劑漿液。
半導體晶圓常常具有一磊晶層，也就是以單晶方式生長且有相同晶體取向的層，半導體元件隨後施加在該層上。這類磊晶塗覆的半導體晶圓，與由均質材料構成的半導體晶圓相比具有一定的優勢，例如防止雙極型CMOS回路中電荷反轉導致元件短路(「閂鎖」問題)，有更低的缺陷密度[例如可減少COP(「晶體原生粒子」)的數量]並且不存在明顯的氧含量，由此可以排除由於元件相關區域中的氧沉澱物所導致之短路的危險。
關鍵的是上述機械和化學機械或純化學方法步驟在用於生產半導體晶圓的方法順序中如何安排。
已經知道，常規的拋光步驟(如SSP、DSP和CMP)、蝕刻處理和磊晶步驟會導致半導體晶圓平整度下降，特別是在邊緣區域。
習知技術已經嘗試在拋光過程中最大程度地減少材料的去除，也是為了將平整度下降限制在最低。
例如，為了此目的，已經有人建議引入細磨步驟。細磨意味著要使用比在DDG情況下粒度更細的研磨工具。
這類細磨的優勢已在DE 10 2005 012 446 A1中公開。可以通過細磨減少蝕刻和拋光過程中的材料去除。這可以防止諸如DDG或PPG的研磨步驟後的良好幾何形狀被隨後的蝕刻和拋光過度削弱。
然而，半導體晶圓的奈米形貌也起重要的作用。奈米形貌可例如表達為相對於面積為2毫米×2毫米的測量視窗的每平方高度起伏PV(=「峰至谷」)。
KLA Tencor的Nanomapper儀器常用於檢查奈米形貌。
此干涉儀適合用於測量半導體晶圓正面上-20奈米至+20奈米的形貌。測量過程中，半導體晶圓安置在軟且平的晶圓固定器(卡盤)上。針對峰谷偏差，對得到的峰至谷(PV)值進行(高斯高通濾波器)過濾並在直徑2毫米的圓上分析(此外還在直徑10毫米的圓上分析)。在THA(「閾值高度分析」)分析中，其詳細內容參見SEMI標準M43，最後係由所有PV值的分佈計算三Σ PV值，作為所謂的THA值。
為了表明分析視窗的大小，THA值也經常稱為THA-2毫米或THA-10毫米。已經發現，儘管細磨可進行更小的蝕刻和拋光去除，但它對THA-2毫米值有不利影響，也就是說會牽涉更短波的奈米形貌損傷。
這類形貌差異也經常以所謂的條痕形式發生。這些條痕可以歸因於摻雜劑濃度的波動。這些條紋結構在化學或化學機械加工步驟後會變得很明顯。
在文獻參考號為102009030296.4的德國專利申請中(該文獻未經早期公開)，指出FAP拋光在這方面可提供優勢。
最後，半導體晶圓的邊緣幾何形狀也很關鍵。為了使半導體晶圓的最外面邊緣區域也能利用新型平版印刷方法(浸入平版印刷方法)，就不可缺少對邊緣幾何形狀進行改進。習知技術至少表明，特別是針對新一代的450毫米晶圓，常規的DSP拋光在這方面應該由新的拋光方法代替。
前述問題領域引發了本發明的目標。該目標包括提供一種用於生產半導體晶圓的新穎加工順序，該加工順序可使半導體晶圓同時實現良好的幾何形狀和良好的奈米形貌，且亦適用於450毫米的晶圓。
本發明的目標係通過生產半導體晶圓的方法而實現，其依次包括：
(a)對從單晶切下的半導體晶圓進行同步雙面材料去除加工，其中該半導體晶圓係在兩個旋轉的環狀工作盤之間加工，每個工作盤皆含平均粒度為5.0至20.0微米的研磨劑；
(b)用一鹼性介質處理該半導體晶圓的兩個面；
(c)研磨該半導體晶圓的正面和背面，其中每一情況下半導體晶圓的一面都通過一晶圓固定器穩固地固定，而另一面則通過一研磨工具加工；該研磨工具含平均粒度為1.0至10.0微米的研磨劑，其中該研磨劑的平均粒度小於步驟(a)使用的工作盤的研磨劑平均粒度；
(d)通過含平均粒度為0.1至1.0微米的研磨劑的拋光墊拋光該半導體晶圓的兩個面；
(e)通過一不含研磨劑的切削拋光墊拋光該半導體晶圓的正面，同時提供含有研磨劑的拋光劑；以及
(f)進行該正面的化學機械拋光(CMP)。
因此根據本發明的方法包括，在步驟(a)中，半導體晶圓正面和背面的同步雙面加工，其中該步驟係關於半導體晶圓的粗磨，而步驟(c)則提供半導體晶圓的細磨，這在正面和背面上相繼實現。
步驟a)可以為DDG或PPG。
較佳為PPG。在此情況下，半導體晶圓位於載具的切口中，其方式類似於拋光和DSP的情況。
此外，對於半導體晶圓表面的加工，提供步驟(d)中正面和背面的FAP拋光以及步驟(f)中半導體晶圓正面的CMP拋光。
步驟(e)是切削拋光加工，然而與DSP形成對比的是，於其中僅拋光半導體晶圓的正面。
以下對根據本發明的方法的重要步驟及其較佳實施態樣進行詳細說明。
首先，從由半導體材料構成的單晶切下一半導體晶圓，該單晶係通過CZ或FZ方法生長。半導體晶圓較佳係通過線鋸切割。以例如於US 4655191、EP 522 542 A1、DE 39 42 671 A1或EP 433 956 A1中已知之方式，利用線鋸實現半導體晶圓的切片，。
半導體材料構成的生長單晶較佳為矽構成的單晶。
半導體晶圓較佳為單晶矽晶圓。
根據請求項1的方法以根據步驟(a)至(f)所規定的次序進行。
半導體晶圓的邊緣較佳係在步驟(f)(即CMP拋光)之前或之後拋光。
實行二個邊緣拋光加工亦為較佳，其中第一邊緣拋光方法係在CMP拋光之前發生，而第二邊緣拋光方法則在CMP拋光之後發生，其中第二邊緣拋光方法較佳係利用軟去除矽溶膠來進行(軟邊緣拋光)。
較佳地，從單晶切下半導體晶圓之後且在根據步驟(a)研磨半導體晶圓的表面之前，使用粗研磨劑進行半導體晶圓的邊緣圓整程序。在此情況下，為半導體晶圓提供圓整的邊緣。
為了此目的，係將半導體晶圓固定在轉檯上並通過其邊緣頂著類似旋轉的加工工具的工作面進行輸送。在此情況下使用的加工工具可以具體化為盤，緊固到轉子上並利用圓周表面作為加工半導體晶圓邊緣的工作面。
例如，DE 195 35 616 A1公開一適用於此目的的裝置。
較佳地，半導體晶圓具有相對晶圓中心面對稱的輪廓，晶圓正面和晶圓背面上有相同類型的小平面，或者具有不對稱的邊緣輪廓，正面和背面上有不同的小平面寬度(facet width)。在此情況下，半導體晶圓的邊緣可獲得與目標輪廓在幾何上相似的輪廓。
所用的研磨盤較佳係具有一凹槽輪廓。DE 102 006 048 218 A1中公開了一種較佳的研磨盤。
該工作面亦可具體化為一研磨布形式或作為一研磨帶。
材料去除顆粒(較佳為金剛石)可以穩固地固定在加工工具的工作面中。所用的顆粒有粗的粒度。根據JIS R 6001:1998，粒度(以目為單位)為#240至#800。
平均粒度為20至60毫米，較佳為25至40毫米，更佳為25至30毫米或30至40毫米。
方法中的步驟(a)係關於使用一粗研磨劑對從單晶切出的半導體晶圓實施雙面材料去除加工。
在此情況下，半導體晶圓的兩個面都要經過材料去除加工。
根據習知技術加工較佳係通過DDG實現。
尤其更佳係通過PPG加工半導體晶圓。
當半導體晶圓的另一面係經由一研磨工具處理時，則該方法在這個時候並不傾向進行將半導體晶圓的一面固定(「卡」)在一晶圓固定器上之晶圓順序加工。
PPG是用於多個半導體晶圓同步雙面研磨的方法，其中每個半導體晶圓以自由移動的形式位於多個載具之一的切口中，該載具係通過滾動裝置引起旋轉，從而每個半導體晶圓在擺線軌道上移動，其中半導體晶圓在兩個旋轉的工作盤之間以材料去除方式進行加工，每個工作盤皆包括含有經結合之研磨劑的工作層。
較佳係以莫氏硬度≧6的硬質材料作為結合在工作層中的研磨劑。合適的研磨材料較佳為金剛石、碳化矽(SiC)、二氧化鈰(CeO2 )、剛玉(氧化鋁，Al2 O3 )、二氧化鋯(ZrO2 )、氮化硼(BN；立方氮化硼，CBN)，進一步為二氧化矽(SiO2 )、碳化硼(B4 C)，直到明顯較軟的材料，如碳酸鋇(BaCO3 )、碳酸鈣(CaCO3 )、或碳酸鎂(MgCO3 )。然而，更佳為金剛石、碳化矽(SiC)和氧化鋁(Al2 O3 ；剛玉)。
該研磨劑的平均粒度為5至20毫米，較佳為5至15毫米，且更佳為5至10毫米。
研磨粒子較佳係單獨地或以團簇之方式結合在工作層的結合基體中。在團簇結合的情況下，指定作為較佳之粒度係與團簇組分的初級粒度相關。
較佳係使用陶瓷結合的工作層；更佳係合成樹脂結合；在工作層含團簇的情況下，也使用混合的結合體系(在團簇內的陶瓷結合和在團簇與工作層基體之間的合成樹脂結合)。
工作層之間形成的工作間隙中的主要溫度較佳係在加工過程中保持不變。為了此目的，載具可以具有開口，通過該開口冷卻潤滑劑可以在下工作盤和上工作盤之間交換，因此能使上工作層和下工作層總是具有相同的溫度。這可抵消在工作層之間形成的不欲的工作間隙變形，該變形係由於交替荷載下的熱膨脹所導致之工作層或工作盤變形的結果。此外，結合在工作層中的研磨劑的冷卻得到改善且變得更均勻，從而延長其有效使用壽命。
較佳係測定研磨過程中在工作層之間形成的工作間隙的形狀，並且根據所測定的工作間隙的幾何形狀，機械地或加熱地改變至少一個工作盤的工作面的形狀，依此方式應能使工作間隙具有預定的形狀。
較佳地，半導體晶圓在加工過程中其部分表面係暫時離開工作間隙，該工作間隙係由工作層界定，其中在徑向上的偏移的最大值係大於該半導體晶圓直徑的0%且最大為20%，偏移之定義為相對於工作盤在徑向測得的長度，因此半導體晶圓在研磨過程中的特定時間點係凸出於工作間隙的內邊緣或外邊緣之外。
較佳地，接近加工結束時，通過載具中的開口在工作盤和半導體晶圓之間引入一黏度至少為3‧10-3 牛頓/平方公尺‧秒且至多為100‧10-3 牛頓/平方公尺‧秒的液體介質。至少當工作盤從半導體晶圓移開時該介質應該存在，從而通過工作層抑制機械去除。從而可以避免在其他情況下會在習知技術中觀察到的研磨缺陷，如痕跡、劃痕或抬起痕跡。這在文獻參考號為10 2009 048 436.1的德國專利申請中有描述，該文獻未經早期公開，在此全部引入作為參考。
優先考慮以下物質作為介質：
‧含多羥基醇(甘油、單體二醇、低聚二醇、聚二醇和多元醇)的水混合物
‧甘油、丁醇和表面活性劑的水混合物
‧漿液，其中所要求的介質黏度係通過固體(由二氧化矽或氧化鈰顆粒構成的膠態分散體)的比例來確保，較佳係根據固體的比例含有額外的增加黏度介質(例如醇)。
方法中的步驟(b)係關於用一鹼性介質處理該半導體晶圓的正面和背面。
較佳係使用NaOH或KOH的水溶液作為一鹼性介質。
NaOH或KOH在鹼性溶液中的濃度較佳為40%至60%。
處理溫度較佳為大約50℃至90℃，尤其更佳為80℃至90℃。
已經發現，在研磨步驟之後，尤其是PPG之後，鹼性蝕刻不會不利地影響良好的幾何形狀和良好的更長波的奈米形貌。酸蝕刻在這方面是不利的，應該予以避免。
然而，鹼蝕刻之後的表面粗糙度比使用酸介質之相當的處理方法之後的表面粗糙度更高。
較佳係以單個晶圓處理來實現鹼介質處理。尤其更佳係用於直徑大於300毫米的半導體晶圓，也就是尤其用於直徑為450毫米的半導體晶圓。
根據本發明的方法的步驟(c)係關於使用比步驟(a)中更細的研磨劑的半導體晶圓材料去除加工。
在方法的步驟(c)中，該半導體晶圓的兩個面都要進行研磨。
與步驟(a)相比，正面和背面的研磨必須相繼實現。DDG或PPG細磨在本發明的內容中並不適合。
為了此目的，固定在一晶圓固定器上的半導體晶圓和處於相對位置的研磨盤彼此獨立地旋轉，研磨盤以相對於半導體晶圓側向偏置的方式佈置，且在此情況下其定位方式應使半導體晶圓的軸向中心能到達研磨盤的工作區，研磨盤以一推進速度朝半導體晶圓方向移動，由此在半導體晶圓和研磨盤繞平行軸旋轉時，研磨盤和半導體晶圓能相互輸送，因此半導體晶圓的表面能得到研磨，實現特定材料去除後研磨盤以一返回速度引回。
半導體晶圓旋轉過程中研磨盤和半導體晶圓較佳的輸送距離為0.03至0.5微米。半導體晶圓旋轉過程中更佳為輸送0.03至0.1微米。
較佳地，使用粒度大於或等於#1200的研磨盤，更佳為#1200至#8000。
根據日本工業標準JIS R 6001:1998，粒度通常用#(「目」)來規定。
平均粒度可以由目的數值來計算：
如果使用細粒度的研磨盤，也經常使用細磨這一術語。這類細磨盤的粒度例如為#1000至#4000，例如可從Disco公司購得者。
在粒度轉換過程中顯示，例如#1200對應於平均粒度9.5微米，#5000對應於平均粒度2.5微米，#8000對應於平均粒度1.2微米。
因此細磨過程中平均粒度大約大於或等於1.0微米並且小於或等於10微米，較佳為1.0至7微米，更佳為1.0至4微米，尤其更佳為1.0至2微米。
研磨盤的旋轉速度較佳為1000至5000/分鐘。
半導體晶圓的旋轉速度較佳為50至300/分鐘，尤其更佳為200至300/分鐘。
推進速度較佳為10至20微米/分鐘。
通過細磨可以減少鹼蝕刻之後所增加的表面粗糙度。可保持大約25奈米(RMS，250微米濾波器)的粗糙度。
直到這一時點得到的良好幾何形狀和良好奈米形貌沒有以任何方式受細磨的不利影響。
較佳係進一步以得到略微凸面形狀的晶圓的方式配置該細磨。
邊緣圓整步驟較佳係在半導體晶圓的正面和背面細磨之後並且在根據步驟(d)的FAP拋光之前實現。如果第一邊緣圓整步驟已經在較佳的步驟(a)之前進行，則在第二邊緣圓整步驟中使用與第一邊緣圓整程序相比粒度更細的研磨工具。
為了此目的，係將半導體晶圓再一次固定在轉檯上且使其邊緣頂著類似旋轉的加工工具的工作面進行輸送。在此情況下使用的加工工具可以具體化為盤，緊固到轉子上並利用圓周表面作為加工半導體晶圓邊緣的工作面。
該工作面亦可以具體化為一研磨布形式或作為一研磨帶。
材料去除顆粒，較佳地為金剛石，可以穩固地固定到加工工具的工作面中。
所用的顆粒具有細的粒度。根據JIS R 6001:1998，粒度應該比#800更細，較佳為#800至#8000。
平均粒度為0.5至20毫米，較佳為0.5至15毫米，更佳為0.5至10毫米，尤其更佳為0.5至5毫米。
在步驟(d)中，通過含平均粒度為0.1至1.0微米的研磨劑的拋光墊拋光該半導體晶圓的兩個面。
半導體晶圓的正面和背面拋光可以同時同步完成。常規的DSP拋光機適合於此目的，使用的拋光墊含有研磨劑。
然而，兩個面的拋光也可以相繼完成，在這樣的情況下矽晶圓係在使用硬質托板(retainer plate)的固定系統中拋光，即不使用含膜的固定系統。利用包含研磨劑的拋光墊進行順序拋光，就晶圓邊緣區域的優化拋光(ERO)而言，提供了使正面和背面的拋光步驟以目標方式相互協調的可能性，尤其是當拋光晶圓的直徑非常大，即直徑大於300毫米，尤其是直徑為450毫米時。
在順序拋光中，在兩個拋光步驟之間還有通過例如「Kobelco LER 310」測量儀器，額外進行晶圓邊緣輪廓測量的可能性，從而可使第二拋光程序最佳地適應第一拋光程序。這種測量也讓測定少於1毫米的邊緣保留區域的特徵變得可行。
在拋光步驟過程中，不含固體的拋光劑溶液較佳係在要拋光的半導體晶圓的面與拋光墊之間引入。
在最簡單的情況下，該拋光劑溶液為水，較佳為具有半導體工業所常用之純度的去離子水(DIW)。
然而，拋光劑溶液還可以含有諸如以下的化合物：碳酸鈉(Na2 CO3 )、碳酸鉀(K2 CO3 )、氫氧化鈉(NaOH)、氫氧化鉀(KOH)、氫氧化銨(NH4 OH)、四甲基氫氧化銨(TMAH)或任何所欲之前述的混合物。較佳係使用碳酸鉀。在此情況下，拋光劑溶液的pH值為10至12，且指定的化合物在拋光劑溶液中的比例較佳為0.01至10重量%，更佳為0.01至0.2重量%。
拋光劑溶液可以進一步含有一種或多種其它的添加劑，例如諸如潤濕劑和表面活性劑的表面活化添加劑、起保護性膠體作用的穩定劑、保存劑、抗微生物劑、醇和絡合劑。
使用含接合在拋光墊(FAP墊)中的研磨材料的拋光墊。
合適的研磨材料例如包括元素鈰、鋁、矽及鋯的氧化物粒子，以及諸如碳化矽、氮化硼和金剛石的硬物質粒子。
尤其合適的拋光墊具有一特徵在於重複微觀結構的表面形貌。該微觀結構(「柱」)具有例如圓柱形或多邊形截面的柱子形式或錐體或截錐體的形式。
在例如WO 92/13680 A1和US 2005/227590 A1中有這類拋光墊的更詳細說明。
較佳係使用含穩固結合在其中的氧化鈰研磨劑的拋光墊，例如US 6602117 B1中所述。
研磨劑的平均粒度較佳為0.1至0.6毫米。
平均粒度更佳為0.1至0.25毫米。
對於FAP拋光，每一面之去除較佳大於或等於2毫米，於此，更佳為2至4毫米，尤其更佳為2至3毫米。
FAP拋光首先使除去細磨產生的損傷成為可能。其次，細磨後留下的大約25奈米的粗糙度可明顯減少到小於或等於4奈米(RMS，250微米濾波器)。
尤其是在高摻雜半導體晶圓的情況下觀察到的條痕可以通過FAP除去。就這一方面，可以參考文獻參考號為102009057593.6的德國專利申請全文，該文獻未經早期公開。
因此，通過FAP實現改善更短波的奈米形貌是相當重要的。
根據本發明方法的步驟(e)係關於通過切削拋光墊對半導體晶圓的正面拋光。該半導體晶圓的背面沒有拋光。
在該拋光過程中，係將以膠態分散矽溶膠為基質的拋光劑引入到拋光墊與半導體晶圓的正面之間。
在此情況下，半導體晶圓較佳係將其FAP拋光的背面固定在拋光機的支承板上，其中係使用厚度最多3微米的均勻薄膠合層固定，且最後進行該半導體晶圓正面的拋光。關於所使用的膠合層，可以參考文獻參考號為102009052744.3的德國專利申請全文，該文獻未經早期公開。
另一替代方案為，該半導體晶圓在拋光過程中係藉助一固定系統而固定，該固定系統係固定在一載具上並且包含成排的切口，該切口尺寸為要接收的半導體晶圓的尺寸，該半導體晶圓係經由不拋光的面通過黏接而固定在切口中。
這類含有用於接收半導體晶圓的切口的固定系統也稱為型板(templates)。
關於所使用的型板，可以參考未經公開之文獻參考號為102009051007.9的德國專利申請全文。
在該正面拋光過程中係使用一典型的切削拋光墊。商業上可購得的拋光墊為例如DCP系列的墊以及Rohm Haas的商品名為IC 1000TM 、PolytexTM 或SUBATM 的墊。
其中涵括一種不含研磨劑的典型硬切削拋光墊。研磨劑係以拋光劑的形式提供。
切削拋光用來除去FAP所引起的微觀損傷。
正面上的材料去除較佳為大約1.0至2.0微米，更佳為大約1.0至1.5微米。
在步驟(e)之後，較佳係執行半導體晶圓邊緣的拋光。然而，如前面所提及，這也可以在步驟(f)後進行。
商業上可購得的自動邊緣拋光裝置係適合用於此目的。
US 5,989,105公開了用於邊緣拋光的這類裝置，其中拋光鼓係由鋁合金構成並且具有添加於其上的拋光墊。
半導體晶圓通常固定在平的晶圓固定器上，即所謂的卡盤上。半導體晶圓的邊緣凸出於卡盤之外，因此拋光鼓可自由地接近它。在連續提供拋光劑的同時，繞中心旋轉的拋光鼓和帶半導體晶圓的卡盤相互輸送並且以特定的接觸壓力相互壓迫，該拋光鼓上添加有拋光墊並且相對卡盤以特定的角度傾斜。
在邊緣拋光過程中，其上固定有半導體晶圓的卡盤係繞中心旋轉。
較佳地，卡盤的一次旋轉係持續20至300秒，較佳為50至150秒(旋轉時間)。
拋光鼓和卡盤互相輸送，該拋光鼓覆蓋有拋光墊且較佳以每分鐘300至1500，更佳以每分鐘500至1000的旋轉速度繞中心旋轉，其中該拋光鼓相對半導體晶圓係以設定角傾斜設定，而半導體晶圓係固定在卡盤上，此方式能使半導體晶圓略凸出於卡盤之外，因此易於拋光鼓接近。
設定角較佳為30至50°。
半導體晶圓和拋光鼓係以特定的接觸壓力互相壓迫，同時連續提供拋光劑，較佳的拋光劑的流速為0.1至1公升/分鐘，更佳為0.15至0.40公升/分鐘，其中接觸壓力可以通過附加到滾筒上的重量來設定，較佳為1至5公斤，更佳為2至4公斤。
拋光鼓和半導體晶圓較佳係在半導體晶圓或固定半導體晶圓的卡盤旋轉2至20轉之後，更佳為旋轉2至8轉之後相互移開。
實現半導體晶圓邊緣拋光的較佳方法包括：將半導體晶圓固定在繞中心旋轉的卡盤上，輸送半導體晶圓和繞中心旋轉的拋光鼓，該拋光鼓在其上添加有含穩固結合研磨劑的拋光墊(FAP拋光墊)並且相對於卡盤傾斜，以及半導體晶圓和拋光鼓係在連續供應不含固體的拋光劑溶液時相互擠壓。
這使得可以用針對方式(targeted manner)影響晶圓邊緣而不會損害相鄰的半導體晶圓正面和/或背面區域，因此例如只在晶圓邊緣上設定所要求的幾何形狀和表面特性。
此外，為了實現降低邊緣粗糙度和邊緣缺陷率，可以在相同的FAP拋光墊上隨後進行短的拋光步驟，該短的拋光步驟係使用軟的去除矽溶膠。
因此兩個拋光步驟可以相互協調，這樣可以完成晶圓邊緣幾何形狀和表面的針對性正面影響，而不會對晶圓正面和晶圓背面上的部分晶圓位置有不利影響。
因此，原則上，半導體晶圓較佳係在提供鹼性溶液下通過拋光鼓拋光，黏合在其表面上的是硬且不是非常可壓縮的含穩固結合研磨劑的拋光墊。
較佳地，在隨後的第二步驟中在同一拋光墊上進行一平滑步驟，同時提供矽溶膠，例如具有大約1重量%的SiO2 的Glanzox 3900*。
*Glanzox 3900為日本Fujimi公司以濃縮液提供的拋光劑漿液的產品名稱。該濃縮液基礎溶液的pH為10.5並且含有大約9重量%的平均粒度為30至40奈米的膠態SiO2 。
邊緣拋光過程中所使用的拋光劑溶液，在最簡單的情況下，為水，較佳具有半導體工業所常用之純度的去離子水(DIW)。
然而，該拋光劑溶液還可以含有諸如以下的化合物：碳酸鈉(Na2 CO3 )、碳酸鉀(K2 CO3 )、氫氧化鈉(NaOH)、氫氧化鉀(KOH)、氫氧化銨(NH4 OH)、四甲基氫氧化銨(TMAH)或任何所欲之前述的混合物。
更佳係使用碳酸鉀。
該拋光劑溶液的pH值為10至12，且所指定的摻混物在拋光劑溶液中的比例較佳為0.01至10重量%，更佳為0.01至0.2重量%。
在較佳的邊緣拋光的第二步驟中係使用含研磨劑的拋光劑。該步驟較佳係在步驟(f)後進行，其中第一邊緣拋光程序係在步驟(e)與步驟(f)之間進行。
拋光劑漿液中研磨材料的比例較佳為0.25至20重量%，更佳為0.25至1重量%。
平均粒度為5至300奈米，較佳為5至50奈米。
研磨材料包括能機械去除基底材料的材料，較佳為元素鋁、鈰或矽的氧化物中的一種或多種。
更佳係含有膠態分散二氧化矽的拋光劑漿液。
因此，較佳地，在邊緣拋光過程中係使用含結合在拋光墊中的研磨材料的拋光墊。此情況下使用的拋光墊係對應於此情況下步驟(d)中所使用的FAP拋光墊。
該方法的步驟(f)係關於半導體晶圓正面的化學機械拋光，也就是半導體晶圓正面的傳統CMP拋光。
在此，同樣地，如步驟(e)中所述，半導體晶圓的背面較佳係通過蠟或型板固定。
所用的CMP拋光墊為具有多孔基體的拋光墊。
較佳的拋光墊包括熱塑性或熱固性聚合物。可以想像有許多物質可用於此材料，例如聚氨酯、聚碳酸酯、聚醯胺、聚丙烯酸酯、聚酯等。
較佳的拋光墊包括固體的微孔聚氨酯。
使用由發泡板或氈或纖維基底組成的拋光墊亦為較佳，該基底係以聚合物浸漬。
塗覆/浸漬拋光墊亦可以配置成使基底中有不同於塗層的孔徑分佈和孔徑大小。
拋光墊可以實質上為平的或穿孔的。
為了控制拋光墊的孔隙率，可以引入填料到拋光墊中。
商業上可購得的拋光墊例如為Rodel Inc.的SPM 3100。
較佳係提供矽溶膠作為拋光劑，即在拋光過程中引入到半導體晶圓的正面與拋光墊之間。
半導體晶圓正面上材料去除較佳係最多為0.5微米。

Claims (10)

  1. 一種用於生產半導體晶圓的方法，其依次包括：(a)對從單晶切下的半導體晶圓進行同步雙面材料去除加工，其中該半導體晶圓係在兩個旋轉的環狀工作盤之間加工，每個工作盤皆含平均粒度為5.0至20.0微米的研磨劑；(b)用一鹼性介質處理該半導體晶圓的兩個面；(c)研磨該半導體晶圓的正面和背面，其中在每一情況下該半導體晶圓的一面都通過一晶圓固定器穩固地固定，而另一面則通過一研磨工具加工；該研磨工具含平均粒度為1.0至10.0微米的研磨劑，其中該研磨劑的平均粒度小於步驟(a)中使用之工作盤之研磨劑的平均粒度；(d)通過含平均粒度為0.1至1.0微米的研磨劑的拋光墊拋光該半導體晶圓的兩個面；(e)通過一不含研磨劑的切削拋光墊拋光該半導體晶圓的正面，同時提供一含有研磨劑的拋光劑；以及(f)進行該正面的化學機械拋光(CMP)。
  2. 如請求項1的方法，其中，在步驟(a)中，該半導體晶圓以自由移動的方式位於多個載具之一者的切口中，通過一滾動裝置使該等載具旋轉，從而使該半導體晶圓在擺線軌道上移動，其中每個工作盤皆包含一含研磨劑的工作層。
  3. 如請求項1或2的方法，其中該半導體晶圓在加工過程中其部分表面暫時離開工作間隙，該工作間隙係由工作盤的工作層所界 定，其中此偏移在徑向上的最大值係大於該半導體晶圓直徑的0%且至多為20%。
  4. 如請求項1或2的方法，其中該鹼性介質為NaOH水溶液或KOH水溶液。
  5. 如請求項1或2的方法，其中步驟(d)中使用的拋光墊包含研磨劑，該研磨劑係選自以下群組：碳化矽、氮化硼、金剛石和元素鈰、鋁、矽及鋯的氧化物。
  6. 如請求項1或2的方法，其中，係在步驟(d)中，將不含固體的拋光劑溶液引入到該拋光墊與該半導體晶圓的兩個面之間。
  7. 如請求項1或2的方法，其中，係在步驟(a)之前，使該半導體晶圓具有圓整的邊緣。
  8. 如請求項1或2的方法，其中該半導體晶圓的邊緣係在步驟(e)和步驟(f)之間拋光。
  9. 如請求項1或2的方法，其中，在步驟(e)和(f)的半導體晶圓正面拋光的過程中，該半導體晶圓係通過其背面固定在一載具上，其中係使用一厚度為至多3微米的均勻薄膠合層固定。
  10. 如請求項1或2的方法，其中，在步驟(e)和(f)的半導體晶圓正面拋光的過程中，該半導體晶圓在拋光期間係藉助一固定系統而固定，該固定系統係固定在一載具上且包含成排的切口，該切口尺寸為要接收的半導體晶圓的尺寸，該半導體晶圓經由其背面通過黏接而固定在該等切口中。
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