TWI741955B

TWI741955B - 處理碳化矽晶圓的方法

Info

Publication number: TWI741955B
Application number: TW110106365A
Authority: TW
Inventors: 林欽山
Original assignee: 環球晶圓股份有限公司
Priority date: 2021-02-23
Filing date: 2021-02-23
Publication date: 2021-10-01
Also published as: TW202233915A

Abstract

一種處理晶圓的方法，包括：加工第一晶圓的表面；以光致發光光譜儀測量加工後的第一晶圓的表面的堆積缺陷(Stacking fault)；以光致發光光譜儀測量加工後的第一晶圓的內部的堆積缺陷；以及加工第二晶圓的表面，其中第一晶圓的直徑約等於第二晶圓的直徑。

Description

處理碳化矽晶圓的方法

本發明是有關於一種處理晶圓的方法。

隨著科技的發展，由於各式電子產品的發展越來越多元，因此各式晶圓（Wafer）的需求也同樣增加。常見的碳化矽晶棒(或晶碇)製造方式包括物理氣相傳輸法（Physical Vapor Transport, PVT）。物理氣相傳輸法是將包含碳化矽的原料放置於石墨坩堝內，接著對碳化矽的原料加熱使其昇華，昇華後的碳化矽在接觸晶種（Seed）後轉變為碳化矽單晶。持續使碳化矽單晶生長於晶種上以獲得碳化矽晶棒。晶棒經過加工後能製造成多個晶圓，用以供給半導體製造商生產晶片（Chip）。

在製造晶圓的過程中，晶圓的表面容易產生缺陷（例如出現堆積缺陷(Stacking Fault)），若堆積缺陷的密度太高則容易導致後續的磊晶品質，並影響最終所欲生產之晶片（Chip）的品質與良率。因此，一般而言會對晶圓的表面進行處理（例如研磨或拋光）以減少晶圓表面的缺陷。

本發明提供一種處理晶圓的方法，可以藉由非破壞性的方式檢測晶圓的損傷，並藉由檢測結果評估較佳的晶圓加工製程。

在本發明的一實施例中，一種處理晶圓的方法，包括：加工第一晶圓的表面；以第一光線照射加工後的第一晶圓，藉此以光致發光光譜儀測量加工後的第一晶圓的表面的堆積缺陷，加工後的第一晶圓的表面的堆積缺陷為a個/平方公分；以第二光線照射加工後的第一晶圓，藉此以光致發光光譜儀測量加工後的第一晶圓的內部的堆積缺陷，加工後的第一晶圓的內部的堆積缺陷為b個/平方公分，其中第二光線的波長大於第一光線的波長；以及加工第二晶圓的表面，其中第一晶圓的直徑約等於第二晶圓的直徑。當a與b的差值大於參考值時，以第一製程加工第二晶圓的表面。當a與b的差值小於參考值時，以第二製程加工第二晶圓的表面，其中第一製程不同於第二製程。

圖1是依照本發明的一實施例的一種處理晶圓的方法的流程圖。圖2A是依照本發明的一實施例的一種第一晶圓的剖面示意圖。圖2B是依照本發明的一實施例的一種加工後的第一晶圓的剖面示意圖。

請參考圖1與圖2A，在步驟S1中，加工第一晶圓W1的表面。在一些實施例中，加工第一晶圓W1的表面的製程例如為研磨製程、拋光製程、蝕刻製程及/或其他製程。第一晶圓W1在加工後，位於表面的部分RL1被移除。

請參考圖1與圖2B，在步驟S2中，以第一光線L1照射加工後的第一晶圓W1，藉此以光致發光光譜儀測量加工後的第一晶圓W1的表面的堆積缺陷，加工後的第一晶圓W1的表面的堆積缺陷為a個/平方公分。第一光線L1能照射到距離加工後的第一晶圓W1的表面深度D1以內的堆積缺陷。在一些實施例中，加工後的第一晶圓W1的表面的堆積缺陷位於距離第一晶圓W1表面約10微米以內的位置。換句話說，深度D1約為10微米，值得注意的是，在一些實施例中，為了讓判斷堆積缺陷更為精準，加工第一晶圓W1的表面製程較佳為拋光製程，但本發明不以此為限。

在步驟S3中，以第二光線L2照射加工後的第一晶圓W1，藉此以光致發光光譜儀測量加工後的第一晶圓W1的內部的堆積缺陷，加工後的第一晶圓W1的內部的堆積缺陷為b個/平方公分。第二光線L2的波長大於第一光線L1的波長。在一些實施例中，第一光線L1的波長約為313奈米，第二光線L2的波長約為365奈米。第二光線L2能照射到距離加工後的第一晶圓W1的表面約深度D2的堆積缺陷。在一些實施例中，加工後的第一晶圓W1的內部的堆積缺陷位於距離加工後的第一晶圓W1表面約60微米的位置。換句話說，深度D2約為60微米，值得注意的是，在一些實施例中，為了讓判斷堆積缺陷更為精準，加工第一晶圓W1的表面製程較佳為拋光製程，但本發明不以此為限。在本實施例中，步驟S2與步驟S3的順序可以對換或同時進行步驟S2與步驟S3。

在步驟S4中，根據a與b的差值判斷加工後的第一晶圓W1的翹曲。判斷加工後的第一晶圓W1的翹曲的方式請參考圖3。

圖3是依照本發明的一實施例的一些晶圓的a與b的差值與翹曲的示意圖。表1是是依照本發明的一實施例的一些晶圓的a與b的差值與翹曲。

請參考圖3，測量晶圓I至晶圓V的表面的堆積缺陷數量a、內部的堆積缺陷數量b以及翹曲。由圖3可以發現，當a與b的差值越大，則晶圓的翹曲越大。表1

	翹曲(微米)	a與b的差值(個/平方公分)
晶圓I	25	24
晶圓II	58	158
晶圓III	105	284
晶圓IV	168	396
晶圓V	210	566

基於此，晶圓的表面的堆積缺陷數量a與晶圓內部的堆積缺陷數量b的差值（a-b）能用於判斷加工後的晶圓的翹曲。

圖4A是依照本發明的一實施例的一些晶圓在經過嚴峻加工後的晶圓表面的堆積缺陷的數量與晶圓內部的堆積缺陷的數量的柱狀圖。表2是依照本發明的一實施例的一些晶圓在經過嚴峻加工後的晶圓表面的堆積缺陷的數量與晶圓內部的堆積缺陷的數量。表2

	晶圓表面的堆積缺陷 ( 個 / 平方公分 )	晶圓內部的堆積缺陷 ( 個 / 平方公分 )
晶圓1	901	23
晶圓2	897	35
晶圓3	910	45
晶圓4	886	30
晶圓5	801	23
晶圓6	709	29

請參考圖4A與表2，對晶圓1至晶圓6進行嚴峻加工。在本實施例中，嚴峻加工例如是以大於100微米/小時的速率移除晶圓的表面。

圖4B是依照本發明的一實施例的一些晶圓在經過柔和加工後的晶圓表面的堆積缺陷的數量與晶圓內部的堆積缺陷的數量的柱狀圖。表3是依照本發明的一實施例的一些晶圓在經過柔和加工後的晶圓表面的堆積缺陷的數量與晶圓內部的堆積缺陷的數量。表3

	晶圓表面的堆積缺陷(個/平方公分)	晶圓內部的堆積缺陷(個/平方公分)
晶圓A	17	60
晶圓B	13	50
晶圓C	49	62
晶圓D	43	82
晶圓E	50	70
晶圓F	14	78

請參考圖4B與表3，對晶圓A至晶圓F進行柔和加工。在本實施例中，柔和加工例如是以小於或等於100微米/小時的速率移除晶圓的表面。

以波長約為313奈米的近紅外光（NIR）測量晶圓1至晶圓6以及晶圓A至晶圓F的表面的堆積缺陷的數量a，以波長約為365奈米的近紅外光（NIR）測量晶圓1至晶圓6以及晶圓A至晶圓F的內部的堆積缺陷的數量b。

比較圖4A與圖4B可以知道，在對晶圓執行較劇烈的嚴峻加工後，晶圓之表面的堆積缺陷的數量a與晶圓內部的堆積缺陷的數量b的差值較大。在對晶圓執行較緩和的柔和加工後，晶圓之表面的堆積缺陷的數量a與晶圓內部的堆積缺陷的數量b的差值較小。

圖5是依照本發明的一實施例的一些晶圓的a與b的差值（a-b）與加工移除率的示意圖。表4是依照本發明的一實施例的一些晶圓的a與b的差值（a-b）與加工移除率。表4

加工移除率(微米/小時)	a與b的差值(個/平方公分)
0.1~3	5
3~5	7
6~10	6
11~30	9
31~50	10
51~100	18
101~150	30
151~200	99
201~250	100
251~300	120
301~350	150
351~400	156
401~450	160
451~500	230

請參考圖5與表4，分別以不同的加工移除率處理晶圓之表面，由圖5可以得知，在以較大的加工移除率處理晶圓之表面時，晶圓的a與b的差值越大，而在以較小的加工移除率處理晶圓之表面時，晶圓的a與b的差值越小。

基於圖4A、圖4B與圖5，對晶圓之表面執行之加工的強度越強，則加工後之晶圓之表面的堆積缺陷的數量a與晶圓內部的堆積缺陷的數量b的差值較大。

圖6A是依照本發明的一實施例的一種第二晶圓的剖面示意圖。圖6B是依照本發明的一實施例的一種加工後的第二晶圓的剖面示意圖。

請參考圖1與圖6A，基於a與b的差值判斷後續晶圓如何加工。在步驟S5中，加工第二晶圓W2的表面。在一些實施例中，加工第二晶圓W2的表面的製程例如為研磨製程、拋光製程、蝕刻製程及/或其他製程。第二晶圓W2在加工後，位於表面的部分RL2被移除。

在一些實施例中，在加工後之第一晶圓W1的a與b的差值較大時，例如a與b值差值為30%之a值或30%之b值以上，可以判斷加工後之第一晶圓W1的翹曲較大，此時為了減小第二晶圓W2在加工後的翹曲，必須減輕加工第二晶圓W2的強度（例如減少加工移除率）。

在一些實施例中，在加工後之第一晶圓W1的a與b的差值較小時，例如a與b值差值為30%之a值或30%之b值以下，可以判斷加工後之第一晶圓W1的翹曲較小，此時為了提升加工第二晶圓W2的效率，可以加強加工第二晶圓W2的強度（例如增加加工移除率）。

在一些實施例中，設定一參考值，當a與b的差值大於參考值時，以第一製程加工第二晶圓W1的表面。當a與b的差值小於參考值時，以第二製程加工第二晶圓W2的表面。第一製程不同於第二製程，第一製程相較於加工第一晶圓W1的表面的製程更緩和，且第二製程相等於加工第一晶圓W1的表面的製程或相較於加工第一晶圓W1的表面的製程更強烈。

在一些實施例中，第一製程包括以小於或等於100微米/小時的速率研磨第二晶圓W2，且第二製程包括以大於100微米/小時的速率研磨第二晶圓W2。

在一些實施例中，加工第一晶圓W1的表面包括研磨及/或拋光第一晶圓W1的表面，且加工第二晶圓W2的表面包括研磨及/或拋光第二晶圓W2的表面。

在一些實施例中，在加工後之第一晶圓W1的a與b的差值較大時，可以判斷加工後之第一晶圓W1的翹曲較大，此時為了減小第二晶圓W2在加工後的翹曲，需要對第二晶圓W2執行較多次的研磨製程。

在一些實施例中，在加工後之第一晶圓W1的a與b的差值較小時，可以判斷加工後之第一晶圓W1的翹曲較小，此時為了提升加工第二晶圓W2的效率，可以減少對第二晶圓W2執行的研磨製程的次數。

在一些實施例中，設定一參考值，當a與b的差值大於參考值時，研磨第二晶圓W2的表面的次數大於研磨第一晶圓W1的表面的次數。當a與b的差值小於參考值時，研磨及/或拋光第二晶圓W2的表面的次數小於或等於研磨第一晶圓W1的表面的次數。

在一些實施例中，第一晶圓W1的直徑等於第二晶圓W2的直徑，舉例來說，第一晶圓W1的直徑與第二晶圓W2的直徑為100毫米至300毫米，且前述用於和a與b的差值比較之參考值為0個/平方公分至300個/平方公分。舉例來說，第一晶圓W1的直徑與第二晶圓W2的直徑為150毫米且參考值為20個/平方公分。用於和a與b的差值比較之參考值，可以視材料、製程或需求不同而設定不同的參考值，本發明不以此為限。在一些實施例中，第一晶圓W1的材料相同於第二晶圓W2的材料，舉例來說，第一晶圓W1的材料與第二晶圓W2的材料包括碳化矽，但本發明不以為限。在其他實施例中，第一晶圓W1的材料包括氮化鎵、氧化鎵、氮化鋁或其他適合的材料。在一些實施例中，第一晶圓W1及第二晶圓W2來自同一個晶棒，例如是由同一個晶棒切割下來之其中兩片晶圓W1、W2。在一些實施例中，第一晶圓W1及第二晶圓W2來自不同的晶棒，例如分別從第一晶棒切割下來的晶圓W1，以及從第二晶棒切割下來晶圓W2，本發明不以此為限。

在一些實施例中，第二晶圓W2的翹曲（warp）小於約50微米，且第二晶圓W2的彎曲度（bow）小於約±30微米。

請參考圖1與圖6B，在步驟S6中，以第一光線L1照射加工後的第二晶圓W2，藉此以光致發光光譜儀測量加工後的第二晶圓W2的表面的堆積缺陷為c個/平方公分。在一些實施例中，加工後的第二晶圓W2的表面的堆積缺陷位於距離第二晶圓W2表面約10微米以內的位置。換句話說，深度D1約為10微米。

在步驟S7中，以第二光線L2照射加工後的第二晶圓W2，藉此以光致發光光譜儀測量加工後的第二晶圓W2的內部的堆積缺陷為d個/平方公分。在一些實施例中，加工後的第二晶圓W2的內部的堆積缺陷位於距離加工後的第二晶圓W2表面約60微米的位置。換句話說，深度D2約為60微米。在本實施例中，步驟S6與步驟S7的順序可以對換或同時進行步驟S6與步驟S7。

在步驟S8中，根據c與d的差值判斷加工後的第二晶圓W2的翹曲。

當c與d的差值大於a與b的差值時，判斷第二晶圓W2的翹曲大於第一晶圓W1的翹曲；且當c與d的差值小於a與b的差值時，判斷第二晶圓W2的翹曲小於第一晶圓W1的翹曲。

在一些實施例中，藉由c與d的差值能進一步判斷後續晶圓如合加工，藉此對後續晶圓的加工製程進行調整。

綜上所述，本發明的處理晶圓的方法可以藉由非破壞性的方式檢測晶圓的損傷，並藉由檢測結果評估較佳的晶圓加工製程。

D1、D2:深度 L1:第一光線 L2:第二光線 RL1、RL2:部分 W1:第一晶圓 W2:第二晶圓 S1~S8:步驟

圖1是依照本發明的一實施例的一種處理晶圓的方法的流程圖。圖2A是依照本發明的一實施例的一種第一晶圓的剖面示意圖。圖2B是依照本發明的一實施例的一種加工後的第一晶圓的剖面示意圖。圖3是依照本發明的一實施例的一些晶圓的a與b的差值與翹曲的示意圖。圖4A是依照本發明的一實施例的一些晶圓在經過嚴峻加工後的晶圓表面的堆積缺陷的數量與晶圓內部的堆積缺陷的數量的柱狀圖。圖4B是依照本發明的一實施例的一些晶圓在經過柔和加工後的晶圓表面的堆積缺陷的數量與晶圓內部的堆積缺陷的數量的柱狀圖。圖5是依照本發明的一實施例的一些晶圓的a與b的差值與加工移除率的示意圖。圖6A是依照本發明的一實施例的一種第二晶圓的剖面示意圖。圖6B是依照本發明的一實施例的一種加工後的第二晶圓的剖面示意圖。

S1~S8:步驟

Claims

一種處理晶圓的方法，包括：加工一第一晶圓的表面；以一第一光線照射加工後的該第一晶圓，藉此以光致發光光譜儀測量加工後的該第一晶圓的表面的堆積缺陷，加工後的該第一晶圓的表面的堆積缺陷為a個/平方公分；以一第二光線照射加工後的該第一晶圓，藉此以光致發光光譜儀測量加工後的該第一晶圓的內部的堆積缺陷，加工後的該第一晶圓的內部的堆積缺陷為b個/平方公分，其中該第二光線的波長大於該第一光線的波長；以及加工一第二晶圓的表面，其中該第一晶圓的直徑約等於該第二晶圓的直徑，其中：當a與b的差值大於一參考值時，以一第一製程加工該第二晶圓的表面；且當a與b的差值小於該參考值時，以一第二製程加工該第二晶圓的表面，其中該第一製程不同於該第二製程。
如請求項1所述的處理晶圓的方法，其中該第一晶圓的直徑與該第二晶圓的直徑皆為150毫米，且該參考值為20個/平方公分。
如請求項1所述的處理晶圓的方法，其中：該第一製程包括以小於或等於100微米/小時的速率研磨該第二晶圓；且該第二製程包括以大於100微米/小時的速率研磨該第二晶圓。
如請求項1所述的處理晶圓的方法，其中該第二晶圓的翹曲小於約30微米，且該第二晶圓的彎曲度小於約10微米。
如請求項1所述的處理晶圓的方法，其中加工該第一晶圓的表面包括多次研磨該第一晶圓的表面，且加工該第二晶圓的表面包括多次研磨該第二晶圓的表面，其中：當a與b的差值大於一參考值時，研磨該第二晶圓的表面的次數大於研磨該第一晶圓的表面的次數；且當a與b的差值小於該參考值時，研磨該第二晶圓的表面的次數小於或等於研磨該第一晶圓的表面的次數。
如請求項1所述的處理晶圓的方法，其中該第一晶圓的材料包括碳化矽。
如請求項1所述的處理晶圓的方法，其中該第一晶圓的材料相同於該第二晶圓的材料。
如請求項1所述的處理晶圓的方法，其中該第一光線的波長約為313奈米，且該第二光線的波長約為365奈米。
如請求項1所述的處理晶圓的方法，其中加工後的該第一晶圓的該些表面的堆積缺陷位於距離加工後的該第一晶圓的表面約10微米以內的位置。
如請求項1所述的處理晶圓的方法，其中加工後的該第一晶圓的該些內部的堆積缺陷位於距離加工後的該第一晶圓的表面約60微米的位置。
如請求項1所述的處理晶圓的方法，更包括：以該第一光線照射加工後的該第二晶圓，藉此以光致發光光譜儀測量加工後的該第二晶圓的表面的堆積缺陷為c個/平方公分；以該第二光線照射加工後的該第一晶圓，藉此以光致發光光譜儀測量加工後的該第二晶圓的內部的堆積缺陷為d個/平方公分；根據c與d的差值判斷加工後的該第二晶圓的翹曲，其中：當c與d的差值大於a與b的差值時，該第二晶圓的翹曲大於該第一晶圓的翹曲；且當c與d的差值小於a與b的差值時，該第二晶圓的翹曲小於該第一晶圓的翹曲。