TWI447797B - 矽晶圓的研磨方法以及矽晶圓 - Google Patents
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Description
本發明是有關於一種矽晶圓的研磨方法,將含有研磨粒的研磨液供給至研磨墊(pad)的表面,並使上述研磨墊相對於矽晶圓(silicon wafer)而相對地滑動,藉此來對矽晶圓的表面進行研磨。
作為用以對矽晶圓的表面進行研磨的研磨液,先前,於鹼(alkali)液中含有作為游離研磨粒的矽土(silica)粒子的研磨液被廣泛使用。又,已知一般藉由使用了含有作為研磨粒的矽土微粒子等的研磨液的化學機械研磨(mechanochemical polishing),來對矽晶圓進行研磨,該研磨方法合成了由矽土微粒子產生的機械性研磨作用、與由鹼液產生的化學性研磨作用,可獲得具有優異的平滑性及結晶性的鏡面。
當使用如上所述的含有研磨粒的研磨液等來對矽晶圓進行研磨時,需要高加工精度及晶圓的平坦度。尤其於矽晶圓製程(process)的最終研磨步驟中的精研磨中,需要表面無缺陷且平坦度高的矽晶圓,因此,藉由各種方法來使研磨液或研磨布等的研磨條件變得恰當。例如,如專利文獻1所述,可列舉如下的方法:一面將含有研磨粒的研磨液供給至展開於研磨平台(polishing surface plate)上的研磨布,一面對托運板(carrier plate)的中心部與外周部的研磨壓力進行調整,同時對利用蠟(wax)而黏附於托運板的多塊半導體晶圓的表面進行研磨,藉此來製作高平坦度的晶圓。
然而,專利文獻1的研磨方法雖然會對晶圓的平坦度產生一定的效果,但由於在所使用的研磨液中含有研磨粒及鹼、高分子等的大量的物質,因此存在如下的問題,即,上述物質會殘存於經研磨、清洗後的矽晶圓表面上,從而會新產生製程誘導缺陷(Process Induced Defect,PID)或由於粒子的附著而引起的缺陷。
先行技術文獻
專利文獻
專利文獻1:日本專利特開2000-288909號公報
本發明的目的在於提供一種矽晶圓的研磨方法以及經研磨的矽晶圓,該矽晶圓的研磨方法與先前的研磨方法同樣地,可實現高平坦度,而且可抑制由於研磨液中所含的物質殘存於晶圓表面而引起的缺陷的產生。
為了解決上述問題,針對如下的矽晶圓的研磨方法,即,將含有研磨粒的研磨液供給至研磨墊的表面,並使上述研磨墊相對於矽晶圓而相對地滑動,藉此來對矽晶圓的表面進行研磨,本發明者等進行了研究,結果發現:尤其對上述研磨液中所含的物質中的研磨粒的數量進行控制,藉此,可大幅度地抑制PID或由粒子的附著引起的缺陷。而且,本發明者等進一步進行了仔細研究,結果發現:藉由將上述研磨粒的數量設為5×1013
個/cm3
以下而獲得如下的研磨方法,該研磨方法可實現預期的面粗糙度,而且可抑制由PID等的研磨液中所含的物質引起的缺陷的產生。
為了實現上述目的,本發明的重點構成如下所述。
(1)一種矽晶圓的研磨方法,將含有研磨粒的研磨液供給研磨墊的表面,並使上述研磨墊相對於矽晶圓而相對地滑動,藉此來對矽晶圓的表面進行研磨,該矽晶圓的研磨方法的特徵在於:上述研磨液中所含的研磨粒的數量為5×1013
個/cm3
以下。
(2)如上述(1)所述的矽晶圓的研磨方法,其中上述研磨粒的基於BET法計算出的平均一次粒徑處於10 nm~70 nm的範圍。
(3)如上述(1)或(2)所述的矽晶圓的研磨方法,其中上述研磨粒含有SiO2
。
(4)如上述(1)、(2)或(3)所述的矽晶圓的研磨方法,其中上述研磨液的相對於矽的研磨速率(rate)為5 nm/分鐘以上。
(5)如上述(1)~(4)中任一項所述的矽晶圓的研磨方法,其中上述研磨液含有鹼性化合物以及水溶性高分子化合物。
(6)如上述(5)所述的矽晶圓的研磨方法,其中上述鹼性化合物為含氮鹼性化合物的一種。
(7)如上述(5)所述的矽晶圓的研磨方法,其中上述水溶性高分子化合物為纖維素(cellulose)衍生物以及聚乙烯醇(polyvinyl alcohol)中的至少一種。
(8)如上述(1)~(7)中任一項所述的矽晶圓的研磨方法,其中上述矽晶圓的研磨是作為矽晶圓製程的最終研磨步驟中的精研磨來進行。
(9)一種矽晶圓,藉由如上述(1)~(8)中任一項所述的方法而經研磨,該晶圓的研磨面的表面缺陷數在藉由粒子計數器(particle counter)來對尺寸(size)為35 nm以上的缺陷進行測定時,以直徑為300 mm的晶圓來換算,測定值為20個以下。
發明的效果
根據本發明,可提供如下的矽晶圓的研磨方法以及經研磨的矽晶圓,該矽晶圓的研磨方法可實現高平坦度,而且可抑制由於研磨液中所含的物質殘存於晶圓表面而引起的缺陷的產生。
為讓本發明之上述和其他目的、特徵和優點能更明顯易懂,下文特舉較佳實施例,並配合所附圖式,作詳細說明如下。
本發明的矽晶圓的研磨方法是將含有研磨粒的研磨液供給至研磨墊的表面,並使上述研磨墊相對於矽晶圓而相對地滑動,藉此來對矽晶圓的表面進行研磨。
而且,本發明的研磨方法的特徵在於:上述研磨液中所含的研磨粒的數量為5×1013
個/cm3
以下。由於將上述研磨粒的數量設為5×1013
個/cm3
以下,因此,可有效率地抑制先前的研磨方法所無法充分地抑制的、PID或由含有研磨液的成分的附著等引起的缺陷的產生,而且與先前的研磨方法同樣地,可實現上述矽晶圓表面的良好的面粗糙度。
此處,所謂上述PID,是指奈米級別(nanometer order)的微小缺陷,該微小缺陷如圖1(a)所示,具有線狀的突起形狀,且由上述研磨液中所含的研磨粒或其他異物引起。又,所謂由含有研磨液的成分的附著引起的缺陷,是指如下的微小缺陷,該微小缺陷如圖1(b)所示,由於上述研磨粒等的微粒子成分附著於上述晶圓表面而產生。這些缺陷並非於矽單結晶的上拉步驟中產生的缺陷,而是於研磨步驟中,由上述研磨液所含的物質引起並新產生的微小缺陷,研磨後的晶圓清洗亦無法將這些缺陷除去,因此,非常重要的是如本發明般,於研磨步驟中抑制上述缺陷的產生。
再者,將上述研磨粒的數量控制為5×1013
個/cm3
以下的原因在於,若上述研磨粒的數量超過5×1013
個/cm3
,則研磨粒的數量變得過多,因此,存在引起上述缺陷的產生之虞。此外,若上述研磨粒的數量過少,則對上述晶圓表面進行研磨的能力會下降,因此,根據確實地使晶圓表面的面粗糙度提高的觀點,較佳將上述研磨粒的數量的下限設為2×1013
個/cm3
以上。
又,對於上述研磨粒而言,基於布魯諾-埃梅特-特勒(Brunauer Emmett Teller,BET)法(比表面積測定法)計算出的平均一次粒徑較佳處於10 nm~70 nm的範圍。原因在於:若上述粒徑不足10 nm,則研磨粒會凝聚而成為粒徑大的粗大粒子,該粗大粒子有可能會引起PID,另一方面,若粒徑超過70 nm,則粒徑過大,因此,研磨後的晶圓表面的粗糙度(roughness)有可能會變差。而且,若上述平均一次粒徑處於20 nm~40的範圍內,則可進一步減少PID,並且可防止研磨後的晶圓表面的粗糙度變差,因此更佳。再者,所謂基於BET法計算出的平均一次粒徑,是指藉由BET法(該BET法是使吸附佔有面積已知的分子在液體氮的溫度下吸附於粉體粒子表面,並根據該分子的量來求出試料的比表面積的方法)來將比表面積換算為球狀粒子的直徑所得的值。
而且,上述研磨粒可使用包含矽土或氧化鋁(alumina)等的陶瓷(ceramics)類、鑽石(diamond)或碳化矽(silicon carbide)等的單體或化合物類、或者聚乙烯(polyethylene)或聚丙烯(polypropylene)等的高分子聚合物等的研磨粒,但根據低成本(cost)、漿料(slurry)溶液中的分散性、以及對於研磨粒的粒徑控制的容易性等的理由,較佳含有SiO2
。此外,關於上述SiO2
的種類,例如,由乾式法(燃燒法、電弧(arc)法)、濕式法(沈積法、溶膠-凝膠(sol-gel)法)製成的SiO2
均可被使用。而且,上述研磨粒的形狀主要為粒子狀,但只要滿足上述條件(粒子的個數、平均粒徑等),則亦可為凝膠狀等。
再者,上述研磨液只要可對上述矽晶圓進行研磨,則無特別的限定,但較佳使用相對於矽的研磨速率為5 nm/分鐘以上的研磨液。於本發明中,若研磨液中所含的研磨粒的數量為5×1013
個/cm3
以下,則由於該研磨粒的數量比通常的研磨液中所含的研磨粒的數量更少,因此,存在機械性研磨能力會稍微下降的傾向。原因在於,當上述研磨速率不足5 nm/分鐘時,研磨速率過小,因此,無法充分地對上述晶圓的表面進行研磨,從而存在無法獲得預期的面粗糙度之虞。
又,自有效率地獲得化學研磨作用的方面來考慮,上述研磨液較佳含有鹼性化合物,自確保研磨後的晶圓表面的潤濕性的方面來考慮,上述研磨液較佳含有水溶性高分子化合物。而且,更佳是上述鹼性化合物為氨(ammonia)等的含氮鹼性化合物,且上述水溶性高分子化合物為羥乙基(hydroxyethyl)纖維素等的纖維素衍生物及聚乙烯醇中的一種。原因在於,上述含氮鹼性化合物以外的鹼性化合物的蝕刻(etching)作用過強,因此,存在無法獲得預期的晶圓面粗糙度之虞,對於包含上述纖維素衍生物及/或聚乙烯醇的化合物以外的水溶性高分子化合物而言,存在無法使晶圓表面獲得充分的潤濕性之虞。
又,於本發明的研磨方法中,使上述研磨墊相對於上述矽晶圓而相對地滑動,藉此來對矽晶圓表面進行研磨,但無需對該滑動方法進行特別限定,可藉由僅使上述研磨墊移動,或僅使上述矽晶圓移動來進行滑動,亦可藉由使上述研磨墊及上述矽晶圓兩者相對地移動來進行滑動。此外,對於施加於上述研磨墊的壓力、研磨墊的相對滑動速度、及/或研磨液的黏性等並無特別限定,可進行任意的控制並實施研磨。
又,本發明的矽晶圓的研磨較佳如圖2所示,是作為矽晶圓製程的最終研磨步驟中的精研磨來進行。最終研磨步驟中的精研磨為用以將矽晶圓精加工為製品的最後的研磨,當於此處產生缺陷時,則無法消除此後的缺陷。因此,可藉由本發明來抑制PID等的缺陷的產生,結果,可獲得高品質的矽晶圓。
再者,關於藉由本發明的研磨方法而經研磨的矽晶圓的研磨面的表面缺陷數量,當使用粒子計數器來對尺寸為35 nm以上的缺陷的個數進行測定時,以直徑為300 mm的晶圓來換算,該測定值為20個以下,可獲得缺陷少的高品質的晶圓。又,當藉由先前的研磨方法來實施研磨時,存在平坦度變差之虞,因此,自能夠顯著地發揮本發明的效果的方面來考慮,以直徑為300 mm以上的大口徑晶圓為佳。
再者,上述內容僅表示了本發明的實施形態的一例,可於申請專利範圍中添加各種變更。
實例
(評價用樣本(sample)的製作)
對於直徑為300 mm的矽晶圓,於最終研磨步驟的精研磨中,將含有研磨粒的研磨液供給至聚胺基甲酸酯(polyurethane)製的研磨墊的表面,並使上述研磨墊相對於矽晶圓而相對地滑動,藉此來對矽晶圓表面進行研磨。
表1中表示用以對評價用樣本1~評價用樣本6的各樣本進行研磨的研磨液的條件(相對於矽的研磨速率、含有成分)以及研磨粒的條件(數量、平均粒徑、種類)。又,關於各評價用樣本,製作3塊晶圓。
(評價方法)
關於以上述方式製作的各評價用樣本,對(1)PID的個數、以及(2)晶圓表面的平坦度進行評價。再者,關於評價,準備3塊評價用樣本,並對平均值進行計算,藉此來進行評價。
(1)PID的個數
關於各評價用樣本,使用KLA Tencor公司製造的「Surfscan SP2」來對存在於晶圓表面上的尺寸為35 nm以上的缺陷的個數進行計測,將Surfscan SP2所檢測的缺陷中的分類為LPD-N的缺陷作為PID,對PID個數進行計測。所獲得的PID的個數以直徑為300mm的晶圓來換算,亦即,設為直徑為300mm晶圓的表面上的PID的個數,按照以下的基準,亦即,將個數為3個以下設為○,將個數超過3個且為10個以下設為△,將個數超過10個設為×,對PID個數進行評價。將該結果表示於表1。
又,圖3中表示與各樣本相關的表示研磨液中的研磨粒的數量與所產生的PID缺陷的數量的關係的圖表(graph)。
(2)晶圓表面的平坦度
關於各樣本,使用KLA Tencor公司製造的「Wafer Sight」來對晶圓表面的平坦度進行計測,並按照以下的基準,亦即,將平坦度為60 nm以下設為○,將平坦度超過60 nm設為×,對晶圓表面的平坦度進行評價。將該結果表示於表1。
如表1以及圖3所示,已知:關於研磨液中所含的研磨粒的數量為5×1013
個/cm3
以下的樣本1以及樣本6,可獲得PID的數量少且具有高平坦度的矽晶圓。另一方面已知:關於研磨液中所含的研磨粒的數量超過5×1013
個/cm3
的樣本2~樣本5,雖然具有高平坦度,但未能夠充分地抑制PID的產生。
產業上的可利用性
根據本發明,可提供如下的矽晶圓的研磨方法以及經研磨的矽晶圓,該矽晶圓的研磨方法與先前的研磨方法同樣地,可實現高平坦度,而且可抑制由於研磨液中所含的物質殘存於晶圓表面而引起的缺陷的產生。
雖然本發明已以較佳實施例揭露如上,然其並非用以限定本發明,任何熟習此技藝者,在不脫離本發明之精神和範圍內,當可作些許之更動與潤飾,因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
圖1(a)及圖1(b)是用以對由於研磨液中所含的物質殘存於晶圓表面而引起的缺陷進行說明的照片,圖1(a)表示PID,圖1(b)表示由粒子的附著引起的缺陷。
圖2是用以對本發明的晶圓製造步驟中的最終研磨步驟的定位進行說明的流程圖。
圖3是表示研磨液中所含的研磨粒的數量與晶圓表面上產生的PID的數量的關係的圖表。
Claims (8)
- 一種矽晶圓的研磨方法,將含有研磨粒的研磨液供給至研磨墊的表面,並使上述研磨墊相對於矽晶圓而相對地滑動,藉此來對矽晶圓的表面進行研磨,該矽晶圓的研磨方法的特徵在於:上述研磨液中所含的研磨粒的數量為5×1013 個/cm3 以下,且上述研磨粒的基於BET法計算出的平均一次粒徑處於10nm~70nm的範圍。
- 如申請專利範圍第1項所述的矽晶圓的研磨方法,其中上述研磨粒含有SiO2 。
- 如申請專利範圍第1項所述的矽晶圓的研磨方法,其中上述研磨液的相對於矽的研磨速率為5nm/分鐘以上。
- 如申請專利範圍第1項所述的矽晶圓的研磨方法,其中上述研磨液含有鹼性化合物以及水溶性高分子化合物。
- 如申請專利範圍第4項所述的矽晶圓的研磨方法,其中上述鹼性化合物為含氮鹼性化合物的一種。
- 如申請專利範圍第4項所述的矽晶圓的研磨方法,其中上述水溶性高分子化合物為纖維素衍生物以及聚乙烯 醇中的至少一種。
- 如申請專利範圍第1項所述的矽晶圓的研磨方法,其中上述矽晶圓的研磨是作為矽晶圓製程的最終研磨步驟中的精研磨來進行。
- 一種矽晶圓,藉由如申請專利範圍第1項至第7項中任一項所述的方法而經研磨,該晶圓的研磨面的表面缺陷數在藉由粒子計數器來對尺寸為35nm以上的缺陷進行測定時,以直徑為300mm的晶圓來換算,測定值為20個以下。
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