專利名稱：用于拋光半導(dǎo)體晶片的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于拋光半導(dǎo)體晶片的方法。
背景技術(shù)：
在現(xiàn)有技術(shù)中已知不同的拋光法。例如US 3，691，694描述了所謂的雙面拋光(DSP)。根據(jù)在EP 208 315 Bl中描述的DSP的一個(gè)實(shí)施方案，半導(dǎo)體晶片在由金屬或塑料組成的、具有適當(dāng)尺寸的切口的旋轉(zhuǎn)圓盤(Lauferscheiiben)中在兩個(gè)旋轉(zhuǎn)的、覆蓋有拋光墊的拋光盤之間在存在拋光溶膠的情況下在通過機(jī)械參數(shù)和工藝參數(shù)預(yù)先確定的路徑上移動(dòng)，并由此進(jìn)行拋光(在英語(yǔ)文獻(xiàn)中旋轉(zhuǎn)圓盤稱作“載體盤”)。例如在DE 100 04 578 Cl中所述，DSP通常是利用由均質(zhì)的多孔聚合物泡沫組成的拋光墊實(shí)施的。在此還公開了，粘結(jié)在上拋光盤上的拋光墊滲透有溝槽網(wǎng)絡(luò)，而粘結(jié)在下拋光盤上的拋光墊具有不含此類紋理的光滑表面。該措施應(yīng)當(dāng)一方面在拋光期間確保所用的拋光劑均勻分布，另一方面在結(jié)束拋光之后提起上拋光盤時(shí)避免半導(dǎo)體晶片粘結(jié)在上拋光墊上。在現(xiàn)有技術(shù)中，除了 DSP還需要實(shí)施所謂的CMP拋光，以消除缺陷及降低表面粗糙度。在CMP的情況下，使用比DSP時(shí)更柔軟的拋光墊。此外，利用CMP應(yīng)當(dāng)僅拋光半導(dǎo)體晶片的一個(gè)面，即隨后在其上制造元件的面?，F(xiàn)有技術(shù)還涉及無光霧拋光(“最后拋光”)。例如 US2002/0077039 及 US 2008/0305722 公開了 CMP 法。德國(guó)專利申請(qǐng)DE 10 2007 035 266 Al描述了一種用于拋光由硅材料組成的基材的方法，其包括兩個(gè)FAP型拋光步驟，它們的區(qū)別在于，在一個(gè)拋光步驟中將包含固體形式的未粘結(jié)的研磨劑的拋光劑懸浮液引入基材與拋光墊之間，而在第二拋光步驟中用不含固體的拋光劑溶液替換拋光劑懸浮液。FAP是指固定磨料拋光(Fixed Abrasive Polishing), 其描述了一種拋光法，其中使用包含牢固粘結(jié)的磨料的拋光墊。在現(xiàn)有技術(shù)中，還公開了在使用不含磨料的拋光墊的情況下的拋光法，其中在此情況下送入拋光溶膠形式的磨料，以及在使用包含磨料的拋光墊的情況下的拋光法，其中不必送入拋光溶膠。所有在現(xiàn)有技術(shù)中已知的方法均在經(jīng)拋光的晶片的幾何形狀和/或納米形貌方面是不利的。DSP和CMP導(dǎo)致邊緣厚度下降現(xiàn)象(“塌邊”，Edge Ro 11-Off)。FAP在表面粗糙度方面是不利的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供代替現(xiàn)有技術(shù)中已知方法的其他選擇。本發(fā)明的目的是通過用于拋光半導(dǎo)體晶片的方法實(shí)現(xiàn)的，其包括在使用拋光墊及在第一步驟中送入包含磨料的拋光劑懸浮液、隨后結(jié)束送入拋光劑懸浮液及在第二步驟中送入PH值大于或等于12的不含固體的拋光劑溶液的情況下拋光半導(dǎo)體晶片的表面，其中
3所用的拋光墊在與半導(dǎo)體晶片待拋光的表面接觸的面上具有包含凸起的表面結(jié)構(gòu)，且拋光墊不含發(fā)揮磨料作用的物質(zhì)。在第一步驟中所用的拋光劑懸浮液優(yōu)選包含選自一種或多種元素鋁、鈰和硅的氧化物的磨料。研磨劑顆粒的尺寸分布優(yōu)選實(shí)際上顯示為單峰。平均粒徑為5至300nm，更優(yōu)選為5至50nm。研磨劑在拋光劑懸浮液中的比例優(yōu)選為0. 25至20重量％，更優(yōu)選為0. 25至1重量％。特別優(yōu)選使用膠體狀分散的二氧化硅作為拋光劑懸浮液。例如可以使用購(gòu)自Bayer AG的Levasil 200及購(gòu)自Fujimi公司的 Glanzox 3900 含水拋光劑。拋光劑懸浮液可以包含添加劑，如碳酸鈉(Na2C03)、碳酸鉀(K2C03)、氫氧化鈉 (NaOH)、氫氧化鉀(KOH)、氫氧化銨(NH4OH)、氫氧化四甲基銨(TMAH)。但是拋光劑懸浮液可以包含一種或多種其他的添加劑，例如表面活性添加劑如潤(rùn)濕劑和表面活性劑、發(fā)揮保護(hù)膠體作用的穩(wěn)定劑、防腐劑、抗微生物劑、醇和絡(luò)合劑。在第二步驟中所用的拋光劑溶液優(yōu)選為水或以下化合物的水溶液碳酸鈉 (Na2CO3)、碳酸鉀(K2CO3)、氫氧化鈉(NaOH)、氫氧化鉀(KOH)、氫氧化銨(NH4OH)、氫氧化四甲基銨(TMAH)或其任意的混合物。所述化合物在拋光劑溶液中的比例優(yōu)選為0. 01至10重量％。拋光劑溶液的pH值為大于或等于12。所用的拋光墊優(yōu)選具有多孔基體。拋光墊優(yōu)選由熱塑性或熱固性聚合物組成。作為所述材料可以考慮多種材料，如聚氨酯、聚碳酸酯、聚酰胺、聚丙烯酸酯、聚酯等。拋光墊優(yōu)選包含固體微孔聚氨酯。優(yōu)選還使用由用聚合物浸漬的、發(fā)泡的盤或氈基材或纖維基材組成的拋光墊。經(jīng)涂覆/浸漬的拋光墊還可以如下方式構(gòu)成，其在基材中具有與在涂層中不同的孔分布和不同的孔徑?？梢詫⑻盍弦霋伖鈮|中，以控制拋光墊的孔隙率?？缮藤?gòu)獲得的拋光墊在產(chǎn)生相應(yīng)的表面形貌之后可以使用，例如是購(gòu)自Rodel有限公司的SPM 3100或者購(gòu)自Rohm&Haas的DCP系列的墊以及商標(biāo)為IC1000TM、Polytex 或 SUBA 的墊。但是優(yōu)選使用硬質(zhì)或非常硬的拋光墊。蕭氏A硬度應(yīng)當(dāng)至少為80°。例如購(gòu)自Rohm&Haas的、蕭氏A硬度為84°的SUBA 1200適合于此。購(gòu)自Nitta Haas有限公司的SUBA 800T2型拋光墊同樣也是合適的，而其代替物應(yīng)當(dāng)具有大于90的ASKER C硬度(SRIS 0101)。特別優(yōu)選使用蕭氏A硬度為80至100°的拋光墊。購(gòu)自Nitta Haas有限公司的MH-S24A型墊例如具有最高為86的JIS-A硬度(JIS K 6253A)，其中JIS-A硬度對(duì)應(yīng)于蕭氏A硬度。
拋光墊的蕭氏A硬度特別優(yōu)選為92至100° (非常硬的拋光墊)。拋光墊優(yōu)選具有棱錐或瓦片形狀的結(jié)構(gòu)。因此，這些顯微組織例如可以具有圓柱或多角形截面的柱的形狀，或者具有棱錐或截棱錐的形狀。拋光墊優(yōu)選具有圓形或橢圓形的凸起。拋光墊優(yōu)選具有多角形例如六邊形的凸起。該結(jié)構(gòu)或凸起的高度優(yōu)選為大于或等于10 μ m至最大幾個(gè)mm。凸起的大小優(yōu)選為至少50 μ m至最大400 μ m,更優(yōu)選為50至200 μ m。特別優(yōu)選使用具有直徑為50至200 μ m的圓形凸起的拋光墊。優(yōu)選在拋光墊上均勻地設(shè)置凸起。兩個(gè)相鄰的凸起之間的距離優(yōu)選為幾個(gè)μ m至約 500 μ m。拋光墊優(yōu)選具有凹槽或溝槽。凹槽或溝槽的深度優(yōu)選為10至200 μ m。兩個(gè)相鄰的溝槽或凹槽之間的距離優(yōu)選為幾個(gè)μ m至約500 μ m。優(yōu)選利用化學(xué)蝕刻處理拋光墊的表面，以產(chǎn)生所述的結(jié)構(gòu)、凸起、溝槽或凹槽。優(yōu)選利用機(jī)械研磨或銑削(milling)處理拋光墊的表面，以產(chǎn)生所述的結(jié)構(gòu)、凸起、溝槽或凹槽。優(yōu)選利用燒結(jié)或開溝(furrowing)處理拋光墊的表面，以產(chǎn)生所述的結(jié)構(gòu)、凸起、 溝槽或凹槽。在送入拋光劑溶液的情況下進(jìn)行的第二拋光步驟中，優(yōu)選相對(duì)于第一步驟中所采用的拋光壓力降低用于將拋光墊壓在半導(dǎo)體晶片表面上的拋光壓力。本發(fā)明還提供在送入具有大于或等于12的高PH值的拋光劑溶液的情況下的無磨料拋光。在第一拋光步驟中，送入拋光劑懸浮液。該第一步驟用于啟動(dòng)拋光過程。一旦啟動(dòng)拋光過程，則立即停止送入拋光劑懸浮液。然后作為代替，送入堿性拋光劑溶液。在送入拋光劑溶液的情況下進(jìn)行的第二拋光步驟中的拋光時(shí)間優(yōu)選為總拋光時(shí)間的至少50%，更優(yōu)選至少70%，特別優(yōu)選至少 85%。優(yōu)選僅拋光半導(dǎo)體晶片的正面，其中總的材料去除量?jī)?yōu)選為不超過Ι.Ομπι。 在送入拋光劑溶液的情況下進(jìn)行的第二拋光步驟優(yōu)選在降低的拋光壓力下進(jìn)行。 在此，拋光壓力優(yōu)選為約70至約200hPA，而在該方法開始時(shí)，若送入拋光劑懸浮液，則拋光壓力為最高560hPa，優(yōu)選為250至400Μ^。傳統(tǒng)拋光機(jī)，例如購(gòu)自Applied Materials有限公司的Reflection型拋光機(jī)，適合于實(shí)施該方法。目前該拋光機(jī)尤其是用于CMP拋光中。其是多盤拋光機(jī)。該拋光機(jī)包括5區(qū)薄膜載體，其允許在5區(qū)中不同地調(diào)節(jié)載體的壓力分布。在傳統(tǒng)的化學(xué)機(jī)械拋光法中，在DSP和CMP的情況下均送入具有固定pH值的拋光劑懸浮液(硅溶膠)以實(shí)現(xiàn)去除材料式拋光。在FAP的情況下將磨料引入拋光墊本身之中。在本發(fā)明的范疇內(nèi)，僅需要添加磨料用于啟動(dòng)拋光過程。直接在啟動(dòng)去除材料式拋光后直至拋光結(jié)束，在不添加研磨劑且不使用包含磨料的拋光墊的情況下進(jìn)行拋光。最初添加的拋光劑懸浮液僅作為用于啟動(dòng)去除材料式拋光過程并隨后被鈍化的催化劑使用。確定幾何形狀和形貌的拋光本身在不使用磨料的情況下進(jìn)行，無論該磨料是外部送入的硅溶膠顆粒的形式還是引入拋光墊中的磨料顆粒的形式。
此外，在該方法中采用傳統(tǒng)的CMP加工參數(shù)。圓盤和拋光頭的速度優(yōu)選為約30至 150rpm。拋光劑的體積流量?jī)?yōu)選為100至lOOOml/min。在拋光期間優(yōu)選在拋光墊上以擺動(dòng)方式移動(dòng)具有導(dǎo)入其中的晶片的拋光頭。半導(dǎo)體晶片表面上的局部拋光壓力尤其是在半導(dǎo)體晶片的局部形貌與拋光墊表面的局部凸起接觸的位置上升高。連同堿性拋光劑溶液一起，對(duì)半導(dǎo)體晶片實(shí)施取決于形貌的無磨料的去除材料式拋光過程。這相對(duì)于傳統(tǒng)CMP拋光是有利的，其尤其是作為可自由移動(dòng)的、堿性加載的硅溶膠顆粒連同柔軟的無光霧拋光墊一起即使在半導(dǎo)體晶片表面上的低凹處仍然進(jìn)一步去除材料。這可以通過本發(fā)明方法加以消除，其改善了半導(dǎo)體晶片表面的形貌。特別優(yōu)選將本發(fā)明方法應(yīng)用于拋光半導(dǎo)體晶片的背面，作為在雙面拋光半導(dǎo)體晶片與最后最終拋光半導(dǎo)體晶片正面之間的中間步驟，即作為雙面拋光-無磨料拋光背面-拋光正面的工藝順序。此外，根據(jù)本發(fā)明方法以無磨料拋光的方式最后拋光正面也是優(yōu)選的。已經(jīng)表明，在此請(qǐng)求保護(hù)的拋光法在幾何形狀和納米形貌方面是有利的。本發(fā)明的發(fā)明人將該基本上無磨料式拋光的有利特性歸因于由此消除了目前在DSP和CMP中所用的拋光懸浮液的干擾性特性。在DSP和CMP的情況下，發(fā)生晶片、拋光墊和拋光懸浮液的三體相互作用。這導(dǎo)致在晶片上非選擇性的材料去除量。在DSP和CMP的情況下，材料去除量與晶片形貌無關(guān)。在根據(jù)本發(fā)明在購(gòu)自Applied Materials的Reflection型拋光機(jī)上拋光硅晶片時(shí)表明，具有輕微凹面的初始形狀的硅晶片尤其是在局部可實(shí)現(xiàn)的幾何值方面獲得良好的拋光結(jié)果。為了實(shí)現(xiàn)這一目的，需要將拋光期間的平均去除材料速率確定在約0.05至 0. 15ym/min的范圍內(nèi)，這是通過pH值大于12的拋光劑溶液加以確保的。與FAP相比，通過本發(fā)明方法可以觀察到晶片表面粗糙度的明顯改善。試驗(yàn)表明， 與FAP相比，在表面上可以觀察到明顯更少的刮痕和缺陷。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于，可以使用甚至非常硬的拋光墊。與此不同，在如同CMP —樣使用硅溶膠時(shí)，可采用的墊硬度向上受限，因?yàn)樵贑MP 的情況下，盡可能均勻地去除材料是作為順從的拋光墊表面與由氫氧根離子(0H_)加載的溶膠顆粒的共同作用實(shí)現(xiàn)的，從而將其近似溫和地壓在晶片表面上，并由此在同時(shí)進(jìn)行化學(xué)侵蝕的情況下溫和地剪切掉及排出材料。與此不同，在此請(qǐng)求保護(hù)的基本上無磨料式拋光中，通過優(yōu)選非常硬的拋光墊的有紋理的表面結(jié)構(gòu)而針對(duì)性地使氫氧根離子(0H_)與晶片表面接觸，例如若拋光墊表面的局部凸起接觸到晶片表面的突起，該拋光墊在具有最高的局部壓力的位置上產(chǎn)生局部受限的升高的材料去除速率。由此實(shí)現(xiàn)了理想的材料去除特性，這實(shí)現(xiàn)了晶片表面的最佳平面化，同時(shí)避免了晶片表面的缺陷。利用本發(fā)明方法拋光的半導(dǎo)體晶片優(yōu)選為由硅、硅鍺、二氧化硅、氮化硅、砷化鎵以及其他所謂的III-V族半導(dǎo)體組成的晶片。優(yōu)選使用例如通過Czochralski法或浮區(qū)法結(jié)晶化的單晶形式的硅。
權(quán)利要求
1.用于拋光半導(dǎo)體晶片的方法，其包括在使用拋光墊及在第一步驟中送入包含磨料的拋光劑懸浮液、隨后結(jié)束送入拋光劑懸浮液及在第二步驟中送入PH值大于或等于12的不含固體的拋光劑溶液的情況下拋光半導(dǎo)體晶片的表面，其中所用的拋光墊在與半導(dǎo)體晶片待拋光的表面接觸的面上具有包含凸起的表面結(jié)構(gòu)，且拋光墊不含發(fā)揮磨料作用的物質(zhì)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中在第一步驟中所用的拋光劑懸浮液包含選自一種或多種元素鋁、鈰和硅的氧化物的磨料。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中在第一步驟中所用的拋光劑懸浮液是膠體狀分散的二氧化硅。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3之一的方法，其中所用的拋光墊具有多孔基體。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4之一的方法，其中所用的拋光墊由熱塑性或熱固性聚合物組成。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5之一的方法，其中所用的拋光墊具有棱錐或瓦片形狀的結(jié)構(gòu)、圓形或橢圓形或六邊形的凸起或凹槽。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6之一的方法，其中所述拋光墊的表面是利用化學(xué)蝕刻、研磨(磨光)、燒結(jié)或開溝而結(jié)構(gòu)化的。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至7之一的方法，其中在送入拋光劑溶液的情況下進(jìn)行的第二拋光步驟中，相對(duì)于第一步驟中所采用的拋光壓力降低用于將拋光墊壓在半導(dǎo)體晶片表面上的拋光壓力。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于拋光半導(dǎo)體晶片的方法，其包括在使用拋光墊及在第一步驟中送入包含磨料的拋光劑懸浮液、隨后結(jié)束送入拋光劑懸浮液及在第二步驟中送入pH值大于或等于12的不含固體的拋光劑溶液的情況下拋光半導(dǎo)體晶片的表面，其中所用的拋光墊在與半導(dǎo)體晶片待拋光的表面接觸的面上具有包含凸起的表面結(jié)構(gòu)，且拋光墊不含發(fā)揮磨料作用的物質(zhì)。
文檔編號(hào)B24B29/02GK102189471SQ20111006004
公開日2011年9月21日 申請(qǐng)日期2011年3月10日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月10日
發(fā)明者J·施萬德納, M·克斯坦 申請(qǐng)人:硅電子股份公司