TWI427690B - 雙面化學研磨半導體晶圓的方法 - Google Patents

雙面化學研磨半導體晶圓的方法 Download PDF

Info

Publication number
TWI427690B
TWI427690B TW099109353A TW99109353A TWI427690B TW I427690 B TWI427690 B TW I427690B TW 099109353 A TW099109353 A TW 099109353A TW 99109353 A TW99109353 A TW 99109353A TW I427690 B TWI427690 B TW I427690B
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
semiconductor wafer
grinding
wafer
double
processing
Prior art date
Application number
TW099109353A
Other languages
English (en)
Other versions
TW201101381A (en
Original Assignee
Siltronic Ag
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siltronic Ag filed Critical Siltronic Ag
Publication of TW201101381A publication Critical patent/TW201101381A/zh
Application granted granted Critical
Publication of TWI427690B publication Critical patent/TWI427690B/zh

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02002—Preparing wafers
    • H01L21/02005—Preparing bulk and homogeneous wafers
    • H01L21/02008—Multistep processes
    • H01L21/0201—Specific process step
    • H01L21/02013—Grinding, lapping
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B37/00—Lapping machines or devices; Accessories
    • B24B37/04—Lapping machines or devices; Accessories designed for working plane surfaces
    • B24B37/07—Lapping machines or devices; Accessories designed for working plane surfaces characterised by the movement of the work or lapping tool
    • B24B37/08—Lapping machines or devices; Accessories designed for working plane surfaces characterised by the movement of the work or lapping tool for double side lapping

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Mechanical Treatment Of Semiconductor (AREA)
  • Finish Polishing, Edge Sharpening, And Grinding By Specific Grinding Devices (AREA)

Description

雙面化學研磨半導體晶圓的方法
本發明係關於一種雙面化學研磨半導體晶圓的方法。
尤其，本發明旨在提供一供處理下一技術世代之矽晶圓的新穎處理步驟，該矽晶圓的直徑主要為450毫米。目前，在電子工業中應用需求量最大的為直徑為300毫米的經拋光或經磊晶塗覆的矽晶圓。直徑為200毫米的矽晶圓正逐漸被300毫米晶圓所替代。
在電子工業中需要更大的基材以製造該工業中的元件的主要原因是所得的微處理器或記憶體晶片(memory chip)具有巨大的經濟利益。在半導體工業中，長久以來已習慣於關注可用的基材區域，或換句話說，探求單個基材上能夠容納的元件(即，邏輯晶圓(logic chip)或記憶體晶片)數目有多高。這和下列事實有關：元件製造商的很多處理步驟針對整個基材，並且形成基材圖案(即隨後產生單個晶圓的元件結構的製造過程)的單個步驟也是，因此就製造成本而言，這二組處理步驟尤其取決於基材尺寸。基材尺寸係非常顯著地影響每個元件的製造成本，因此具有極大的經濟重要性。
然而，基材直徑的擴大係伴隨了重要的、部分全新的、迄今未知的技術問題。
最終，所有的處理步驟都需要再加工，無論它們是純粹的機械(鋸、研磨(grinding)、精研(lapping))處理、化學(刻蝕、清潔)或本質上為化學-機械(拋光)處理、以及熱處理(磊晶塗覆、退火)，特別是有關機器及其所用之安裝(器材)。
化學機械處理(Chemomechanical processing)係包含拋光方法，在該拋光方法中係通過力的作用及拋光漿料的供應(例如鹼性矽溶膠)，借助於半導體晶圓和拋光襯墊的相對移動以獲得材料移除效果。先前技術已描述了批次雙面拋光(batch double-side polishing，DSP)和批次及單個晶圓單面拋光(於一支架之一面上、在拋光處理期間，借助於真空、黏結或黏合之半導體晶圓的安置)。
根據先前技術的機械處理步驟是精研(於“批次”中的多個半導體晶圓的同時雙面精研)、夾緊工件一面的單個半導體晶圓的單面研磨((通常以晶圓雙面的依序單面研磨而進行，“單面研磨(single-side grinding，SSG)”；“依序SSG(sequential SSG)”)、或二個研磨盤間之單個半導體晶圓的同時雙面研磨(同時“雙盤研磨(double-disk grinding，DOG)”)。
從例如US-3,905,162以及US-5,400,548或EP-0955126中已知供半導體晶圓之單面表面研磨的方法和設備。於此情況中，半導體晶圓係藉由其一表面固定於晶圓夾持具上，同時其對面的表面係借助於一研磨盤，通過晶圓夾持具和研磨盤的旋轉及彼此相對加壓而處理。於此情況中，半導體晶圓係按照其中心實質上對應於晶圓夾持具之旋轉中心的方式，固定於晶圓夾持具上。此外，研磨盤係按照半導體晶圓的旋轉中心壓入研磨盤的工作區域或邊緣區域的方式放置，該邊緣區域係由齒所形成。從而，可在不移動研磨平面的情況下研磨半導體晶圓的整個表面。
按照例如JP2000-280155A和JP2002-307303A所描述，先前技術的DDG機器係具有二個彼此相對、且旋轉軸共線地設置的研磨輪。在研磨操作期間，位於該等研磨輪間之晶圓形式的工件，係由二個沿其軸旋轉的研磨輪同時進行雙面處理，該工件係由一環狀支援(ring-shaped holding)和旋轉裝置保持在位置內，同時沿其自己的軸旋轉。在研磨操作期間，二個研磨輪沿著軸向前進，直到工件已達到所欲之最終厚度。
舉例言之，該保持和旋轉裝置可以包含嚙合於工件邊緣的摩擦輪。然而，它也可以是以環狀形式圍繞工件並嚙合於一可能存在於工件週邊之劃痕、凹槽或凹口的裝置。這類裝置統稱為“凹口指(notch finger)”。為了處理工件的整個區域，以相對於研磨輪的方式引導該工件，以使得研磨輪的研磨物研磨部分形成一持續行經該工件中心的圓形路徑。
於此情況中，該工件通常不處於一固定位置，而是由二個用於靜壓軸承(hydrostatic bearing)的設備軸向地保持在位置內，該設備下稱“液壓墊(hydropads)”，其係安裝在該工件的二面。這類設備係描述於JP2000-280155A中。按照先前技術，二個朝向工件之液壓墊表面以平面方式設置，並彼此平行定向。每個液壓墊包含多個靜壓軸承，在它們之間設置凹槽和研磨冷卻劑，該凹槽用於排放供液壓軸承用的介質(下稱“液壓軸承介質(hydro-bearing medium)”)。
為了製造特別平坦的半導體晶圓，下列處理步驟特別重要：半導體晶圓主要以無約束力(constrained-force-free)的方式，按“自由浮動”的方式，在沒有力鎖定或主動鎖緊(“自由浮動處理(free-floating processing，FFP)”)的情況下進行處理。例如由如MWS中的熱漂移或交替負載所產生的波動，係藉由FFP非常快速地消除且伴隨少量材料損失。
先前技術中已知的FFP包括精研、DDG和DSP。
DE 103 44 602 A1揭露了另一機械FFP處理方法，其中多個半導體晶圓係位於借助於環狀外驅動環和環狀內驅動環而旋轉之多個載具之一者的各個鏤空部份(cutout)中，從而以特定的幾何路徑固定，並在二個經塗覆黏結研磨劑之旋轉工作盤之間以移除材料的方式進行處理。該方法也稱作“行星式襯墊研磨(planetary pad grinding)”，或簡稱為PPG。該研磨劑，舉例言之，如US 6007407所揭露的，係由黏至所用設備之工作盤的薄膜或“襯墊”所組成。
硬材料係用作研磨劑，例如金剛石、碳化矽(SiC)、立方氮化硼(cubic boron nitride，CBN)、氮化矽(Si3 N4 )、二氧化鈰(CeO2 )、二氧化鋯(ZrO2 )、鋼玉/氧化鋁/藍寶石(三氧化二鋁(Al2 O3 ))和許多其他粒徑最多為幾十微米的陶瓷。對於處理矽而言，尤佳為金剛石，此外為三氧化二鋁、碳化矽和二氧化鋯。金剛石係加入研磨體的陶瓷、金屬或合成樹脂基質中，作為單獨的顆粒或借助於陶瓷、金屬或合成樹脂的一次結合(primary bond)而形成聚集體。
此外，DE 103 44 602 A1揭露了一種方法，在該方法中，多個含有經黏結之研磨物的研磨體係黏至工作盤，或者研磨物係黏結於層或“襯墊”中，這類襯墊係黏至工作盤。此外，尚有其他工作層的固定係借助真空、螺旋、覆蓋或借助於靜電或磁的方式的鉤和環緊固(參見例如US 6019672 A)。
有時工作層係以襯墊或層疊片來實施(US 6096107 A，US 6599177 B2)。
具有經結構化表面的圓材也是已知的，該圓材包含抬高區域和凹陷區域，抬高區域和工件接觸，通過凹陷區域可提供冷卻潤滑劑並排出研磨漿料和用過的顆粒。例如US 6007407 A揭露了具有這種結構的研磨工具(研磨襯墊)。於此，研磨襯墊係背面可自黏的，以提供工作盤上之研磨工具的簡單變換。
用於進行精研、DSP和PPG處理方法的合適設備基本上包含環狀上、下工作盤和輥設備，該輥設備包括設置於環形工作盤的內緣和外緣的齒環。上、下工作盤和內外齒環係同心設置並具有共線的驅動軸。工件係被引入薄引導盒(所謂的“載具”)內，該引導盒外有齒，其在處理期間係借助於輥設備在二個工作盤之間移動。
就PPG之情況而言，如上所述，工作盤包含工作層，工作層含有固定結合的研磨物。
就精研之情況而言，係使用由鑄造材料(通常是鋼鑄件，例如可鍛灰口鐵)所組成的工作盤，即所謂的精研板。這些工作盤除鐵和碳之外還含有多種不同濃度的非鐵金屬。
就DSP之情況而言，工作盤係用拋光襯墊覆蓋，其中該拋光襯墊係由例如熱塑性或熱固性聚合物組成。用聚合物浸漬的板或氈或纖維基材也是合適的。
就精研和DSP之情況而言，分別另外供應精研劑和拋光劑，但就PPG而言則不供應。
對於精研，油、醇和二醇被稱為精研劑(研磨物漿料、研磨物)的載液，也稱漿料。
對於DSP，加入矽溶膠的含水拋光劑是已知的，該拋光劑較佳為鹼性，且如果合適，可含有其他添加劑，例如化學緩衝系統、表面活性劑、錯合劑、醇類和矽醇類。
半導體晶圓的製造包含從一晶體切下半導體晶圓，和多個後續材料移除處理步驟。為獲得半導體晶圓可能之最光滑的表面和平行面以及提供具有經圓整的邊緣的半導體晶圓，這些處理步驟是必需的。合適的材料移除處理步驟通常包括半導體晶圓的邊緣圓整、精研或雙面研磨、蝕刻和拋光。諸如雙面研磨，而例如雙面研磨及初步精研的處理步驟會增加晶圓表面的損壞，該損壞會使後續步驟(蝕刻，拋光)中的高材料移除成為必需。
晶體損壞可藉由半導體晶圓之精細研磨而減少，也就是說藉由使用具有微細顆粒尺寸的研磨盤的表面研磨。在後續蝕刻期間需要移除的材料較少。理想地，希望完全省去蝕刻步驟。希望如此減少的蝕刻步驟具有減少通常和蝕刻有關之半導體晶圓的平坦性損傷，且在後續拋光步驟中需要除去的材料更少的效果。這類精細研磨方法係描述於DE 102 005 012 446 A1。
然而，精細研磨也負面地影響幾何形狀，特別是奈米拓撲(nanotopology)，在進一步小型化(路線圖，設計規則)的過程中，由於對這二個參數提出的不斷增多的要求，這越來越成為問題。奈米拓撲通常表示為相對於面積為2毫米×2毫米的正方形測量窗口的高度波動PV(=“峰至谷(peak to valley)”)。此外，根據目前情況，考慮到施加在450毫米晶圓上的力，係不能直接採用習知的精細研磨處理，在該常規精細研磨處理中，位於旋轉晶圓夾持具上的晶圓和旋轉盤係彼此靠近。
考慮到這些問題，發明人制定了下列目的：製造可得之製造半導體晶圓的合適處理順序；及抑制之前使用的精細研磨和習知的粗研磨步驟(PPG，DDG)以及精研的劣勢、同時適合於450毫米的新處理步驟。
本發明係借助於同時雙面處理半導體晶圓的方法而實現，該半導體晶圓以可自由移動的方式位於借助於一輥設備旋轉之多個載體之一者之一鏤空部份(cutout)中，從而沿著擺線軌跡移動，且該半導體晶圓在二個旋轉的環形工作盤之間以移除材料的方式進行處理，其中每一個該工作盤係包括一含有研磨材料的工作層，其中係於該處理期間供應一不含研磨材料的鹼性介質。
本發明也借助一種製造半導體晶圓的方法實現，包含：
a)提供一經圓柱狀研磨的半導體材料棒；
b)從該棒切下一半導體晶圓；
c)圓整該半導體晶圓的邊緣；
d)處理該半導體晶圓的二個表面；
e)清潔該半導體晶圓；以及
f)拋光半導體晶圓的二面；其中化學研磨半導體晶圓雙面的至少一個步驟係按下列方法進行：半導體晶圓係以可自由移動的方式位於借助於一輥設備旋轉的多個載具之一者之一鏤空部份中，從而沿著擺線軌跡移動，其中該半導體晶圓在二個旋轉的環形工作盤之間以移除材料的方式進行處理，其中每一個該工作盤係包括一含有研磨材料的工作層，且係於處理期間、在該工作盤及該半導體晶圓之間，供應一不含研磨材料的鹼性介質。
該製造順序中的化學研磨的較佳使用領域為：
a)　代替之前的機械粗移除方法，即DDG，PPG和精研，或
b)　代替之前的機械精細移除步驟，即習知的精細研磨，或
c) a)和b)的結合。在c)的情況中不再發生純機械材料移除。所有用於處理半導體晶圓表面的方法在本質上是化學(清潔，可能蝕刻)和化學機械(拋光)方法(除了仍然需要的半導體晶圓邊緣的機械處理，即邊緣圓整)。
在本發明內容中，下列製造順序係尤佳的；在所有順序中，借助於CZ(丘克拉斯基(Czochralski))或FZ(float zone，浮區)法生長並經圓柱狀研磨的棒式晶體係作為起始產物：
a) 線鋸(Wire sawing)-邊緣圓整-化學研磨(粗)-清潔-邊緣圓整-鐳射標記-蝕刻-雙面拋光(double-side polishing，DSP)-邊緣拋光
b)　線鋸-雙面粗研磨(double-side coarse grinding，DDG)-邊緣圓整-鐳射標記-化學研磨(精細)-清潔-雙面拋光-邊緣拋光
c)　線鋸-邊緣圓整-雙面粗研磨(PPG)-清潔-邊緣圓整-鐳射標記-化學研磨(精細)-清潔-雙面拋光-邊緣拋光
d)　線鋸-邊緣圓整-精研-清潔-邊緣圓整-鐳射標記-化學研磨(精細)-蝕刻-DSP-邊緣拋光
e)　線鋸-邊緣圓整-精研-清潔-邊緣圓整-鐳射標記-精細研磨-化學研磨(精細)-清潔-DSP-邊緣拋光
f)　線鋸-邊緣圓整-化學研磨(粗)-清潔-邊緣圓整-鐳射標記-化學研磨(精細)-清潔-DSP-邊緣拋光
這些較佳的順序通常包含分成二步驟的邊緣圓整。這可包括例如一第一粗研磨步驟和一第二精細研磨步驟。然而，僅提供一個邊緣圓整步驟同樣係較佳的，該步驟可在機械粗研磨、精研或化學粗研磨步驟之前或之後進行。
如果該順序中包括清潔步驟，則排除會導致非微不足道之材料移除的蝕刻步驟。精研或化學研磨步驟之後的清潔步驟用於使處理後的晶圓沒有精研漿料或研磨物的殘餘物。未提供用於消除可能之損壞的材料移除。
在邊緣拋光之後，為了設定塊體內的特定缺陷特性(內部吸雜劑，貧化區(denuded zone)，BMD密度)，在例示性順序中可進行進一步的加工和處理步驟，例如使用軟拋光襯墊的化學機械無霧度拋光(chemical mechanical haze-free polishing，CMP)、磊晶層沉積或熱處理(退火(anneal)，RTA)。
在每個情況中，起點均是經圓柱狀研磨的半導體材料棒。較佳包括單晶矽。
特別於大直徑(＞=300毫米)矽棒的情況中，單晶矽通常借助於所謂的丘克拉斯基(CZ)方法生長。這包括將晶種帶至熔化於石英坩堝中之矽的表面，並緩慢地將它向上拉伸。在此情況下，首先製造一頸部，並降低拉晶速率，圓錐形區域成形，該區域併入晶體的圓柱形區域。
在拉伸單晶之後，較佳為切去圓錐的頭尾。然後平行於經定義的晶體方向圓柱狀地研磨晶體塊。於此情況中，該單晶塊係以所欲之晶體取向係由施加於端部之壓力元件限定的方式設置。相應的定向圓柱狀研磨方法和合適的設備係揭露於歐洲專利說明書EP 0 962 284 B1中。
按照本發明之處理順序的步驟b)，係將經過圓柱狀研磨的單晶切成晶圓。
較佳使用線鋸以達此目的。於線鋸切期間，在一個工作操作內從晶體塊切下多個晶圓。US-5,771,876描述了這樣的線鋸的功能原理。
線鋸具有一線軸(wire gang)，線軸由圍繞二或多個線材導引(wire guide)或偏向輥的鋸線形成。該鋸線可塗覆一研磨塗層。當使用具有一不含固定結合之研磨顆粒之鋸線的線鋸時，在切片處理期間以漿料的形式供應研磨顆粒。在切片處理期間，該晶體塊係固定在穿透線軸的板(table)上，其中鋸線係以線截面在彼此旁邊互相平行的方式設置。線軸的穿透借助於板和線軸之間的相對移動而形成，該相對移動係借助於一供給裝置實現，該裝置將晶體塊導引向線軸(板前進)或將線軸引向晶體塊。
邊緣圓整係於根據本發明之處理順序的步驟c)中進行。
於此情況中，係處理包括任何已經存在的機械標記(例如定向凹槽或晶圓邊緣之實質上直線性的平坦化(“平坦(flat)”))的半導體晶圓邊緣(也稱“邊緣-凹口-研磨”)。具有剖開之研磨盤的習知研磨步驟、具有連續或週期性工具推進的帶式研磨方法，或集成邊緣圓整方法(在一個步驟中邊緣研磨和邊緣拋光)係為此目的實施。
這些邊緣圓整方法是必需的，因為未加工狀態下的邊緣係特別易碎，即使在邊緣區域內的輕微壓力及/或溫度負載也可能損壞半導體晶圓。
根據本發明順序之步驟e)包含清潔步驟，這在製造順序中的幾處都可能需要。舉例來說，這樣的清潔步驟通常在DSP之前和之後進行。
半導體晶圓的雙面係於根據本發明之順序的步驟f)中拋光。
於此情況中較佳可包括常規DSP。
為了以無霧度方式(haze-free manner)拋光半導體晶圓的一面，在這之後也可進行一CMP拋光處理。
同樣較佳地，可在此時使用一和CMP拋光襯墊相比特殊的含有黏結研磨物質(如鈰，二氧化矽等)的拋光襯墊依序處理半導體晶圓的雙面，來取代DSP。尤其對於450毫米晶圓，依次處理晶圓的前後面係有利的。
在根據本發明之順序的步驟d)中提出處理半導體晶圓的二個表面。
這較佳包括一精研步驟或雙面研磨(PPG或DDG)。
然而，也可包括在機械和化學上起作用的化學粗研磨步驟。
根據本發明，必需提供至少一個化學研磨步驟。
這可包括化學精細研磨步驟，在例示性順序中稱作化學研磨(精細)。
然而，提供一化學粗研磨步驟同樣係較佳地。後者較佳對應於根據本發明之製造順序的步驟d)，並取代DDG，PPG或精研。
在先前技術中，半導體晶圓係於DSP之前，借助於純機械作用的研磨方法或借助於精研進行處理。
由於純機械移除行為和所產生的高作用力，在表面和表面附近的鄰接層內會對晶格產生顯著的損壞，這使得後續步驟成為必需，例如蝕刻處理和長的拋光移除時間(DSP)，或者減少的蝕刻處理結合一在DSP之前之額外較精細的機械研磨處理(例如精細研磨)。
本發明係基於下列事實：就機械移除步驟(例如以使用黏結顆粒研磨的形式)和借助於鹼性化學品的同時化學移除的組合而言，機械的移除比例(壓力，顆粒尺寸)相應減少，因為靠近表面的晶格層和化學品相互作用並因此而被弱化，這具有所需用來移除晶體層的機械力作用較少的效果。
用於進行化學研磨步驟的較佳化學品是鹼性緩衝溶液。
該鹼性介質的pH值較佳係在11.8至12.5的範圍內變化。
較佳地，該鹼性介質包括以下化合物，例如碳酸鈉(Na2 CO3 )、碳酸鉀(K2 CO3 )、氫氧化鈉(NaOH)、氫氧化鉀(KOH)、氫氧化銨(NH4 OH)、氫氧化四甲銨(tetramethylammonium hydroxide，TMAH)或前述之任何所欲之混合物。
尤佳係使用碳酸鉀。
這樣的氫氧化鉀溶液較佳係與其他鹼性成分如氫氧化鉀或氫氧化四甲銨組合使用。
化學緩衝溶液的加入量應至少為0.2重量%。
尤佳為4重量%至10重量%的比例。
此外，鹼性介質可進一步包括一或多種其他添加劑，例如表面活性添加劑(例如潤濕劑和表面活性劑)、充當保護性膠體的穩定劑、防腐劑、殺生物劑、醇類、以及錯合劑。
工作盤之工作層的研磨物質係由能機械地移除基材材料(半導體材料，例如矽)的材料所組成。
研磨物質較佳為選自下列元素的氧化物：鋁、鈰、鋯及矽。
使用金剛石、氮化硼或碳化矽作為研磨物質同樣係較佳地。
如果按粗研磨步驟進行化學研磨，則使用含有顆粒尺寸小於#2000，尤其是#200至#2000(顆粒尺寸篩孔隙係根據日本工業標準(Japanese Industrial Standard)JIS R 6001：1998)之研磨物的工作層。
如果按精細研磨步驟進行化學研磨，則使用含有微細顆粒尺寸為#2000或更細，尤其是#2000至#8000之研磨物的工作層。
工作層可以襯墊的形式使用，該襯墊係黏至工作盤，包括黏結在該襯墊中的研磨物質。
尤其合適的研磨襯墊係具有由重複的微結構所形成的表面形態。這些微結構(“柱(post)”)具有例如截面為圓柱形或多邊形的柱狀形態，或金字塔或截棱錐的形態。
這類拋光襯墊可在市場上購得。對這樣的拋光襯墊的更詳細描述見於例如WO 92/13680 A1和US 2005/227590 A1。
這樣的機械-化學移除步驟結合了研磨技術的正面特性(例如產生優異的幾何形狀)，並消除了與此相關的劣勢(高損壞)。
這為省去額外的昂貴處理步驟(蝕刻或精細研磨+減少的蝕刻)或顯著地減少這些步驟提供了可能性，因此也消除了它們對晶圓的幾何形狀(蝕刻)和奈米拓撲(nanotopology)(蝕刻)的不良效果。
尤其當處理大晶圓(例如直徑為450毫米)時，不在水平定向的板上前進，並使用優化的介質的研磨提供了很大的優勢。
根據本發明進行拋光的合適基材尤其包括由例如矽、砷化鎵、Six Ge1-x 、藍寶石及碳化矽所組成的半導體晶圓。
特別合適的基材是由矽組成的半導體晶圓和由此所衍生的基材。由矽所組成之半導體晶圓之待拋光正面可按例如在從晶體切下半導體晶圓之後、在該半導體晶圓的精研之後、在該半導體晶圓的研磨之後、在該半導體晶圓的蝕刻之後、或在該半導體晶圓已經拋光之後產生之狀態存在。
源自由矽組成之半導體晶圓的基材應理解為特別表示具有層結構的基材，例如具有借助於磊晶沉積之層的半導體晶圓、SOI基材(“絕緣體上矽(S iliconO nI nsulator)”)和SSOI基材(絕緣體上應變矽(S trainedS iliconO nI nsulator))及與它們相應的中間產物(例如SGOI=“絕緣體上矽鍺(S ilicon-G ermaniumO nI nsulator”))。
中間產物也包括供體半導體晶圓，由該供體半導體晶圓，層已被轉移至其他基材，尤其是在製造SOI基材的過程中。為了能夠再次使用，該相對粗糙且在邊緣區域具有特徵臺階(step)之被層轉移所揭開之供體半導體晶圓的表面，必須進行平滑處理。
基材被拋光的表面不需或不僅由矽組成。舉例來說，可包含一由III-V族化合物半導體(例如砷化鎵)或由矽和鍺組成的合金(Six Ge1-x )的層。
本發明借助於一經化學研磨之晶圓形式的最佳前軀物產物使得減輕拋光步驟的負擔成為可能，該拋光步驟對於最終產品是不可少的。該晶圓有優良的幾何形狀和最小的損害，使得該拋光步驟根本地完成了它的實際任務，即在保證良好的奈米拓撲並維持最佳初始幾何形狀的同時實現了晶圓表面的優化(沒有刮痕，沒有缺陷，低粗糙度)。這可在適當短的拋光時間內實現。
該方法尤其適合於具有平面(拋光)板和相應的(拋光)介質分配器(比如常用於拋光機器的分配器)的機器類型。習知的雙面拋光機尤其適合於該方法。因此，該方法也可稱為具有行星式運動學的化學雙面平面研磨。
實施例
對於例示性實施態樣，使用描述於例如US 6602117 B1中的拋光襯墊，該拋光襯墊具有氧化鈰(CeO2 )研磨顆粒固定地結合於其中。
平均顆粒尺寸為0.1微米至1微米。
在具有水平定向的拋光板的單板拋光機上用不同的化學品混合物進行移除試驗。不同的化學品混合物實現不同的pH值，從而通過評估不同的移除速率，便能發現鹼性介質特別合適的pH值範圍。
機械處理參數對所有實驗均相同，如表1所示。
實驗係在Strasbaugh Inc.的“nHance 6EG”型拋光機上進行。
產自Strasbaugh Inc.的拋光機具有一個拋光板，該拋光板具有一個拋光襯墊和一個拋光頭，全自動地處理半導體晶圓。該拋光頭係通過萬向軸安裝(mounted cardanically)並包含一塗覆了“背底襯墊(backing pad)”的固定底座和一可移動卡環。透過該底座中的孔，可在二個同心的壓力區(內區和外區)中建立空氣墊(air cushion)，半導體晶圓在拋光期間浮在該空氣墊上。因此，可借助於下方的壓縮空氣對該可移動卡環施壓，以在和半導體晶圓接觸時對該拋光襯墊預先施加應力，以保持它平坦。
1顯示晶圓上的平均移除速率，2顯示晶圓中心的移除，單位均為微米/分鐘。
發現11.8至12.5的pH值得到特別高的移除速率。如果使用該pH值範圍內的鹼性溶液，可減少移除(研磨移除)的機械部分，由此實現對晶格的最小破壞。
11.8至12.5的pH值一方面藉由加入氫氧化鉀(0.03重量%或0.05重量%)實現，另一方面藉由加入碳酸鉀(4重量%)實現。
就低pH值(pH<11.8)的溶液而言，該溶液僅含有碳酸鉀(0.2重量%或0.4重量%)。在各種情況下，鹼性介質的流速均為300毫升/分鐘。
1．．．晶圓上的平均移除速率
2．．．晶圓中心的移除
第1圖說明在化學研磨期間，鹼性研磨介質的pH值、除去速率及溫度之間的關係。
1．．．晶圓上的平均移除速率
2．．．晶圓中心的移除

Claims (20)

  1. 一種同時雙面處理半導體晶圓之方法，該半導體晶圓係以可自由移動的方式位於借助於一輥設備旋轉之多個載具之一者之一鏤空部份(cutout)中，從而沿著擺線軌跡移動，且該半導體晶圓在二個旋轉的環形工作盤之間以移除材料的方式進行處理，其中每一該工作盤係包括一含有研磨材料的工作層，其中係於處理期間供應一不含研磨材料的鹼性介質。
  2. 如請求項1所述之方法，其中該鹼性介質包括以下化合物之含水溶液：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)、氫氧化四甲銨(tetramethylammonium hydroxide，TMAH)，或前述之任何所欲之混合物。
  3. 如請求項2所述之方法，其中該含水溶液的pH值是11.8至12.5，且該化合物在該含水溶液中的比例是0.2重量%至10重量%。
  4. 如請求項3所述之方法，其中該化合物在該含水溶液中的比例是4重量%至10重量%。
  5. 如請求項1至4中任一項所述之方法，其中該工作層係含有研磨物質，該研磨物質係一或多種選自以下群組之氧化物：鋁、鋯、鈰及矽。
  6. 如請求項1至4中任一項所述之方法，其中該工作層係含有一或多種選自以下群組之硬材料的顆粒：碳化矽、氮化硼及金剛石。
  7. 如請求項1至4中任一項所述之方法，其中該半導體晶圓是 直徑為300毫米或更大的矽晶圓。
  8. 一種製造半導體晶圓的方法，包含：a)提供一經圓柱狀研磨的半導體材料棒；b)從該棒切下一半導體晶圓；c)圓整該半導體晶圓的邊緣；d)處理該半導體晶圓的二個表面；e)清潔該半導體晶圓；以及f)拋光該半導體晶圓的二面；其中係進行至少一化學研磨該半導體晶圓雙面的步驟，在該步驟中，該半導體晶圓係以可自由移動的方式位於借助於一輥設備旋轉之多個載具之一者之一鏤空部份中，從而沿著擺線軌跡移動，其中該半導體晶圓係在二個旋轉的環形工作盤之間以移除材料的方式進行處理，其中每一該工作盤係包括一含有研磨材料的工作層，且係於處理期間、在該工作盤及該半導體晶圓之間，供應一不含研磨材料的鹼性介質。
  9. 如請求項8所述之方法，其中該鹼性介質包括以下化合物之含水溶液：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)、氫氧化四甲銨(tetramethylammonium hydroxide，TMAH)，或前述之任何所欲之混合物。
  10. 如請求項9所述之方法，其中該含水溶液的pH值是11.8至12.5，且該化合物在該含水溶液中的比例是0.2重量%至10重量%。
  11. 如請求項10所述之方法，其中該化合物在該含水溶液中的比例是4重量%至10重量%。
  12. 如請求項8至11中任一項所述之方法，其中該工作層係含有研磨物質，該研磨物質係一或多種選自以下群組之氧化物：鋁、鋯、鈰及矽。
  13. 如請求項8至11中任一項所述之方法，其中該工作層係含有一或多種選自以下群組之硬材料的顆粒：碳化矽、氮化硼及金剛石。
  14. 如請求項8至11中任一項所述之方法，其中該半導體晶圓是直徑為300毫米或更大的矽晶圓。
  15. 如請求項8至11中任一項所述之方法，其中係在根據c)圓整該半導體晶圓之邊緣的處理後，化學研磨該半導體晶圓之雙面，其中該工作層的顆粒度為小於#2000。
  16. 如請求項8至11中任一項所述之方法，其中根據步驟c)之圓整該邊緣的處理係在步驟d)之後進行，根據步驟d)的處理係相當於一不供應鹼性介質並使用具有粗糙顆粒度之研磨盤的同時雙面研磨，且將以此方式雙面研磨和邊緣圓整的半導體晶圓進行雙面化學研磨，其中該工作層的顆粒度為#2000至#8000。
  17. 如請求項16所述之方法，其中根據步驟c)的邊緣圓整係在步驟d)之前和之後均進行。
  18. 如請求項16所述之方法，其中該同時雙面研磨係以半導體晶圓雙面精研(lapping)取代。
  19. 如請求項18所述之方法，其中在化學研磨半導體晶圓雙面的處理之前，借助於顆粒度為#2000至#8000的研磨盤進行一研磨半導體晶圓雙面的處理，其中在該研磨步驟期間係不供應鹼性介質。
  20. 如請求項8至11中任一項所述之方法，其中在步驟d)中，該半導體晶圓之雙面係經化學研磨，其中該工作層的顆粒度係小於#2000，根據步驟c)的邊緣圓整步驟係在步驟d)之前和之後均進行，且將以此方式所雙面研磨和邊緣圓整的半導體晶圓進行第二次雙面化學研磨，其中該工作層的顆粒度為#2000至#8000。
TW099109353A 2009-06-17 2010-03-29 雙面化學研磨半導體晶圓的方法 TWI427690B (zh)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102009025242A DE102009025242B4 (de) 2009-06-17 2009-06-17 Verfahren zum beidseitigen chemischen Schleifen einer Halbleiterscheibe

Publications (2)

Publication Number Publication Date
TW201101381A TW201101381A (en) 2011-01-01
TWI427690B true TWI427690B (zh) 2014-02-21

Family

ID=43217608

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW099109353A TWI427690B (zh) 2009-06-17 2010-03-29 雙面化學研磨半導體晶圓的方法

Country Status (6)

Country Link
US (1) US8376810B2 (zh)
JP (1) JP5697368B2 (zh)
KR (1) KR101303552B1 (zh)
CN (1) CN101954620A (zh)
DE (1) DE102009025242B4 (zh)
TW (1) TWI427690B (zh)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011029355A (ja) * 2009-07-24 2011-02-10 Sumco Corp レーザマーク付き半導体ウェーハの製造方法
US9064836B1 (en) * 2010-08-09 2015-06-23 Sandisk Semiconductor (Shanghai) Co., Ltd. Extrinsic gettering on semiconductor devices
JP2013045909A (ja) * 2011-08-25 2013-03-04 Sumco Corp 半導体ウェーハの製造方法
WO2014052130A1 (en) * 2012-09-28 2014-04-03 Saint-Gobain Ceramics & Plastics, Inc. Modified microgrinding process
CN113492399A (zh) * 2020-04-03 2021-10-12 重庆超硅半导体有限公司 一种减少抛光片表面划痕方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001308038A (ja) * 2000-04-24 2001-11-02 Mitsubishi Materials Silicon Corp 両面研磨装置を用いた半導体ウェーハの研磨方法
US20020077039A1 (en) * 2000-11-24 2002-06-20 Wacker, Siltronic Gesellschaft Fur Halbleitermaterialien Ag Process for the surface polishing of silicon wafers
US20080014839A1 (en) * 2006-07-13 2008-01-17 Siltronic Ag Method For The Simultaneous Double-Side Grinding Of A Plurality Of Semiconductor Wafers, And Semiconductor Wafer Having Outstanding Flatness

Family Cites Families (50)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3807979A (en) * 1972-05-08 1974-04-30 Philadelphia Quartz Co Quaternary ammonium silicate for polishing silicon metal
US3905162A (en) 1974-07-23 1975-09-16 Silicon Material Inc Method of preparing high yield semiconductor wafer
FR2564360B1 (fr) * 1984-05-21 1986-10-17 Crismatec Machine d'usinage double face et dispositif de transmission de courant et de fluide entre une structure tournante et une structure non tournante
JPS63300852A (ja) * 1987-05-29 1988-12-08 Seiko Giken:Kk 光ファイバの端面研磨装置
US5152917B1 (en) 1991-02-06 1998-01-13 Minnesota Mining & Mfg Structured abrasive article
DE4224395A1 (de) 1992-07-23 1994-01-27 Wacker Chemitronic Halbleiterscheiben mit definiert geschliffener Verformung und Verfahren zu ihrer Herstellung
EP0728055A1 (en) 1994-09-08 1996-08-28 Struers A/S Grinding/polishing cover sheet for placing on a rotatable grinding/polishing disc
DE19519460A1 (de) 1995-05-26 1996-11-28 Wacker Siltronic Halbleitermat Drahtsäge und Verfahren zum Abtrennen von Scheiben von einem Werkstück
JP3923107B2 (ja) * 1995-07-03 2007-05-30 株式会社Ｓｕｍｃｏ シリコンウェーハの製造方法およびその装置
CN2253268Y (zh) * 1995-09-12 1997-04-30 郝振亚 高精度双面立式研磨机
US5692950A (en) 1996-08-08 1997-12-02 Minnesota Mining And Manufacturing Company Abrasive construction for semiconductor wafer modification
WO1998016347A1 (fr) * 1996-10-15 1998-04-23 Nippon Steel Corporation Appareil ebarbeur pour tampon de polissage de substrat semi-conducteur, son procede de fabrication et procede de polissage chimico-mecanique au moyen dudit appareil ebarbeur
US5964651A (en) * 1996-10-28 1999-10-12 Hmt Technology Corporation Apparatus for polishing planar substrates through rotating plates
JP3292835B2 (ja) 1998-05-06 2002-06-17 信越半導体株式会社 薄板ワークの平面研削方法およびその研削装置
DE19825051A1 (de) 1998-06-04 1999-12-09 Wacker Siltronic Halbleitermat Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung eines zylinderförmigen Einkristalls und Verfahren zum Abtrennen von Halbleiterscheiben
JP2000015566A (ja) 1998-06-30 2000-01-18 Mitsubishi Materials Silicon Corp 半導体ウェーハの両面研磨装置
US6976904B2 (en) * 1998-07-09 2005-12-20 Li Family Holdings, Ltd. Chemical mechanical polishing slurry
US6214704B1 (en) * 1998-12-16 2001-04-10 Memc Electronic Materials, Inc. Method of processing semiconductor wafers to build in back surface damage
JP3951496B2 (ja) 1999-03-30 2007-08-01 光洋機械工業株式会社 薄板円板状ワークの両面研削装置
US6234875B1 (en) * 1999-06-09 2001-05-22 3M Innovative Properties Company Method of modifying a surface
US6096107A (en) 2000-01-03 2000-08-01 Norton Company Superabrasive products
DE10004578C1 (de) * 2000-02-03 2001-07-26 Wacker Siltronic Halbleitermat Verfahren zur Herstellung einer Halbleiterscheibe mit polierter Kante
WO2001062436A1 (fr) * 2000-02-23 2001-08-30 Shin-Etsu Handotai Co., Ltd. Procede et appareil permettant de polir une partie circulaire exterieure a chanfrein d'une tranche
CN1203530C (zh) * 2000-04-24 2005-05-25 三菱住友硅晶株式会社 半导体晶片的制造方法
JP3456466B2 (ja) * 2000-04-27 2003-10-14 三菱住友シリコン株式会社 シリコンウェーハ用研磨剤及びその研磨方法
US6626736B2 (en) * 2000-06-30 2003-09-30 Ebara Corporation Polishing apparatus
US6361407B1 (en) * 2000-08-02 2002-03-26 Memc Electronic Materials, Inc. Method of polishing a semiconductor wafer
US6602117B1 (en) 2000-08-30 2003-08-05 Micron Technology, Inc. Slurry for use with fixed-abrasive polishing pads in polishing semiconductor device conductive structures that include copper and tungsten and polishing methods
DE10060697B4 (de) * 2000-12-07 2005-10-06 Siltronic Ag Doppelseiten-Polierverfahren mit reduzierter Kratzerrate und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens
JP3617665B2 (ja) * 2001-01-29 2005-02-09 三菱住友シリコン株式会社 半導体ウェーハ用研磨布
KR100451937B1 (ko) * 2001-01-31 2004-10-22 주식회사 엘지 전자레인지의 전면시트의 제조방법 및 그것을 부착한전자레인지
JP2002307303A (ja) 2001-04-10 2002-10-23 Koyo Mach Ind Co Ltd 薄板円板状ワークの両面研削方法および装置
US6599177B2 (en) 2001-06-25 2003-07-29 Saint-Gobain Abrasives Technology Company Coated abrasives with indicia
DE10132504C1 (de) * 2001-07-05 2002-10-10 Wacker Siltronic Halbleitermat Verfahren zur beidseitigen Material abtragenden Bearbeitung von Halbleiterscheiben und seine Verwendung
JP2003229392A (ja) * 2001-11-28 2003-08-15 Shin Etsu Handotai Co Ltd シリコンウエーハの製造方法及びシリコンウエーハ並びにｓｏｉウエーハ
US6464562B1 (en) * 2001-12-19 2002-10-15 Winbond Electronics Corporation System and method for in-situ monitoring slurry flow rate during a chemical mechanical polishing process
US20030139122A1 (en) * 2002-01-24 2003-07-24 Lawing Andrew Scott Polishing pad for a chemical mechanical planarization or polishing (CMP) system
JP2004071833A (ja) * 2002-08-06 2004-03-04 Sumitomo Mitsubishi Silicon Corp 半導体ウェーハの両面研磨方法
KR101004525B1 (ko) * 2002-08-19 2010-12-31 호야 가부시키가이샤 마스크 블랭크용 글래스 기판 제조 방법, 마스크 블랭크제조방법, 전사 마스크 제조 방법, 반도체 디바이스제조방법, 마스크 블랭크용 글래스 기판, 마스크 블랭크,및 전사 마스크
TWI244691B (en) * 2003-05-15 2005-12-01 Siltronic Ag Process for polishing a semiconductor wafer
US7354332B2 (en) * 2003-08-04 2008-04-08 Applied Materials, Inc. Technique for process-qualifying a semiconductor manufacturing tool using metrology data
DE10344602A1 (de) 2003-09-25 2005-05-19 Siltronic Ag Verfahren zur Herstellung von Halbleiterscheiben
US20050227590A1 (en) 2004-04-09 2005-10-13 Chien-Min Sung Fixed abrasive tools and associated methods
JP4860192B2 (ja) * 2004-09-03 2012-01-25 株式会社ディスコ ウェハの製造方法
DE102005012446B4 (de) 2005-03-17 2017-11-30 Siltronic Ag Verfahren zur Material abtragenden Bearbeitung einer Halbleiterscheibe
JP4820108B2 (ja) * 2005-04-25 2011-11-24 コマツＮｔｃ株式会社 半導体ウエーハの製造方法およびワークのスライス方法ならびにそれらに用いられるワイヤソー
US7513820B2 (en) * 2006-03-16 2009-04-07 Sae Magnetics (H.K.) Ltd. Method and apparatus for producing micro-texture on a slider substrate using chemical and mechanical polishing techniques
DE102007056627B4 (de) * 2007-03-19 2023-12-21 Lapmaster Wolters Gmbh Verfahren zum gleichzeitigen Schleifen mehrerer Halbleiterscheiben
DE102007035266B4 (de) * 2007-07-27 2010-03-25 Siltronic Ag Verfahren zum Polieren eines Substrates aus Silicium oder einer Legierung aus Silicium und Germanium
JP5309692B2 (ja) * 2008-05-28 2013-10-09 株式会社Ｓｕｍｃｏ シリコンウェーハの研磨方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001308038A (ja) * 2000-04-24 2001-11-02 Mitsubishi Materials Silicon Corp 両面研磨装置を用いた半導体ウェーハの研磨方法
US20020077039A1 (en) * 2000-11-24 2002-06-20 Wacker, Siltronic Gesellschaft Fur Halbleitermaterialien Ag Process for the surface polishing of silicon wafers
US20080014839A1 (en) * 2006-07-13 2008-01-17 Siltronic Ag Method For The Simultaneous Double-Side Grinding Of A Plurality Of Semiconductor Wafers, And Semiconductor Wafer Having Outstanding Flatness
KR20080007165A (ko) * 2006-07-13 2008-01-17 실트로닉 아게 복수의 반도체 웨이퍼의 동시 양면 연삭 방법과 현저한평탄성을 갖는 반도체 웨이퍼

Also Published As

Publication number Publication date
US8376810B2 (en) 2013-02-19
US20100323585A1 (en) 2010-12-23
TW201101381A (en) 2011-01-01
DE102009025242A1 (de) 2010-12-30
CN101954620A (zh) 2011-01-26
KR20100135649A (ko) 2010-12-27
JP5697368B2 (ja) 2015-04-08
JP2011003902A (ja) 2011-01-06
DE102009025242B4 (de) 2013-05-23
KR101303552B1 (ko) 2013-09-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4369378B2 (ja) 半導体ウェーハ、該半導体ウェーハを製造するための装置および方法
JP5538253B2 (ja) 半導体ウェハの製造方法
CN102069448B (zh) 半导体晶片的制造方法
JP5458176B2 (ja) 半導体ウェハを製造するための方法
US9224613B2 (en) Method for polishing both sides of a semiconductor wafer
KR101139054B1 (ko) 반도체 웨이퍼의 양면 폴리싱 가공 방법
TWI506687B (zh) 半導體晶圓的製造方法和處理方法
KR101291880B1 (ko) 반도체 웨이퍼 제조 방법
TW201140678A (en) Method for the double side polishing of a semiconductor wafer
TWI427690B (zh) 雙面化學研磨半導體晶圓的方法
JP2000042903A (ja) ラップ加工方法

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A Annulment or lapse of patent due to non-payment of fees