TW201940759A - 矽晶圓的製造方法 - Google Patents

Abstract

本發明為一種矽晶圓的製造方法，係於粗拋光步驟與精拋光步驟之間包含乾式蝕刻步驟，其中在該乾式蝕刻步驟之中，以0.3μm/min以下的蝕刻速率將該粗拋光步驟後的矽晶圓予以進行乾式蝕刻。藉此提供即使在削減拋光步驟的同時也能抑制表面缺陷的增加並且改善平坦度的矽晶圓的製造方法。

Description

矽晶圓的製造方法

本發明係關於一種矽晶圓的製造方法。

使用矽的半導體裝置隨著其細微化的進展，對於作為基板的矽晶圓，尋求兼顧更細微的表面缺陷的抑制及高程度的平坦度。如第5圖所示，一般而言，矽晶圓係將藉由例如柴氏（CZ）法而提拉的單晶棒予以切片後，進行研光等輪磨之後，進行多段拋光而製作（參考專利文獻1）。

對於表面缺陷的抑制及平坦性而言，晶圓拋光步驟非常地重要。例如，在拋光步驟中會有製造刮痕等的表面缺陷的情況，此缺陷根據拋光條件亦會有具有1μm以上的深度的情況。再者，已知平坦性會根據拋光時的施加於晶圓的壓力分布的不均一性而有所損害。

一般而言，矽晶圓的拋光係以多段以進行。在此所謂的多段係指使用不同的拋光布及磨粒的粗細度的拋光步驟。一般而言，矽晶圓藉由二段以上的拋光步驟而被加工，隨著段數的進展，使用軟質的拋光布及顆粒細的磨粒。再者，藉由進行多段拋光，使得該拋光步驟所導入的缺陷的深度逐漸變淺。

在此多段拋光步驟之中，只要沒有滿足「任意的拋光步驟所導入的缺陷的最大深度＜之後的研磨步驟的總加工量」的不等式，任意的拋光步驟所導入的缺陷則會殘留。例如，假定為二段拋光的場合，若第一段所導入的缺陷的最大深度為100nm，第二段的拋光加工量則不得不為100nm以上。假定為三段拋光的場合，若第一段所導入的缺陷的最大深度為100nm，第二段所導入的缺陷的最大深度為10nm，則第二段及第三段的合計加工量必須100nm以上且第三段的合計加工量必須為10nm以上。因此，多段拋光存在有為了防止LLS（Localized light scatters）惡化的加工量的必要條件。

另一方面，若以平坦度的觀點考察拋光步驟，則以拋光步驟的段數少者為佳。這是因為，在各拋光步驟中，各自在徑方向的加工量分布之中會出現極大極小點，其與例如SFQR（Sight Front Least Squares Range）的惡化有關連。根據研磨條件，極大極小的位置有所不同，因此拋光步驟愈多則愈會於徑方向出現大量的極大極小點，而損及平坦度。
［先前技術文獻］
［專利文獻］

［專利文獻1］日本特開2008-205147號公報

［發明所欲解決之問題］
為了平坦度改善而期望使拋光步驟減少，但是減少拋光步驟會使加工量不足，前拋光步驟中所產生的缺陷即使經過最終拋光步驟也會殘留，而導致表面缺陷（LLS缺陷）增加。

本發明係為了解決上述問題，目的在於提供一種矽晶圓的製造方法，即使在削減拋光步驟的同時也能抑制表面缺陷的增加並且改善平坦度。
［解決問題之技術手段］

為了達成上述課題，本發明提供一種矽晶圓的製造方法，係於粗拋光步驟與精拋光步驟之間包含乾式蝕刻步驟，其中在該乾式蝕刻步驟之中，以0.3μm/min以下的蝕刻速率將該粗拋光步驟後的矽晶圓予以進行乾式蝕刻。

若為如此的矽晶圓的製造方法，即使在削減拋光步驟的同時也能抑制表面缺陷的增加並且改善平坦度。

再者，此時進行該乾式蝕刻步驟之前的該粗拋光步驟係為雙面拋光步驟為佳。

再者，進行該乾式蝕刻步驟之後的該精拋光步驟係為單面拋光步驟為佳。

進一步，在該粗拋光步驟之中，使用較在該精拋光步驟中所使用的研磨布為更高硬度的研磨布為佳。

以如同上述的條件製造矽晶圓，能夠更抑制表面缺陷的增加並且改善平坦度。
［對照先前技術之功效］

如同以上，若為本發明的矽晶圓的製造方法，即使在削減拋光步驟的同時也能抑制表面缺陷的增加並且改善平坦度。

如同上述，尋求即使在削減拋光步驟的同時亦能夠抑制表面缺陷的增加並且改善平坦度的矽晶圓的製造方法的開發。

為了不讓表面缺陷增加而削減拋光步驟，必須不進行拋光並且將在前一步驟中產生的缺陷除去。於是本發明人等著眼於：在矽晶圓的多段拋光之中，將第一段的粗拋光步驟及最終精拋光步驟以外的任意的拋光步驟予以替換成蝕刻，特別是乾式蝕刻。

然而，乾式蝕刻的速率一旦過快則對表面的電漿損傷會增加，離子損傷會被導入至深處，再者，微粗糙會惡化等，導致後續必須大量的拋光加工量。於是，本發明人等反覆努力研究的結果，發現了若為規定的蝕刻速率的範圍，即使削減拋光步驟也能抑制表面缺陷的增加並且改善粗糙度，進而完成了本發明。

亦即，本發明為一種矽晶圓的製造方法，係於粗拋光步驟與精拋光步驟之間包含乾式蝕刻步驟，其中在該乾式蝕刻步驟之中，以0.3μm/min以下的蝕刻速率將該粗拋光步驟後的矽晶圓予以進行乾式蝕刻。

以下針對本發明詳細地說明，但是本發明並非限定於這些。

［矽晶圓的製造方法］
關於本發明矽晶圓的製造方法，參考圖式而說明。第1圖係表示本發明的矽晶圓的製造方法的一範例的流程圖。
將藉由例如柴氏（CZ）法而提拉的單晶棒予以切片後，進行研光、輪磨，之後經過以下所說明的粗拋光步驟、乾式蝕刻步驟及精拋光步驟而製造矽晶圓。結晶提拉步驟、切片步驟、研光及輪磨步驟沒有特別限定，能夠使用過往習知的方法。

＜粗拋光步驟＞
由於乾式蝕刻沒有粗糙度的改善能力，在本發明之中，在乾式蝕刻步驟之前設置粗拋光步驟以改善特別是長波長的粗糙度。

對輪磨步驟後的晶圓，進行為了將表背面予以鏡面化的粗拋光步驟。表背面的鏡面化可進行一次至數次雙面拋光，亦可進行表背一次至數次單面拋光。自生產性的觀點來看，進行雙面拋光（雙面同時拋光）為佳。若不進行此拋光，則長波長的粗糙度會惡化。

此粗拋光步驟及以下所說明的精拋光步驟，能夠依照使用樹脂襯墊及含有磨粒的研磨漿的習知的拋光方法以進行，拋光劑能夠為含有作為磨粒的矽酸膠及鹼之物。

＜乾式蝕刻步驟＞
接著，為了不使粗糙度惡化並且除去在雙面拋光步驟（粗拋光步驟）中產生的缺陷，將粗拋光步驟後的晶圓洗淨及乾燥，之後進行乾式蝕刻。洗淨及乾燥的方法沒有特別限定，以過往習知的方法進行即可。

蝕刻有使用酸及鹼的濕式蝕刻與使用電漿氣體的乾式蝕刻兩種，但是濕式蝕刻的選擇性大，會使缺陷巨大化。另一方面，乾式蝕刻的等向性強，因而適合不使缺陷變大且平均地除去表面，故在本發明之中使用乾式蝕刻。

本來應以二次拋光（第二段的粗拋光）除去的加工量藉由乾式蝕刻除去，藉此能夠做到在該前步驟（粗拋光步驟）中產生的缺陷的除去。乾式蝕刻為沒有磨粒及襯墊的對晶圓表面的接觸的加工方法，因而原理上不會產生超過100nm的深度缺陷。

乾式蝕刻的加工量係根據雙面拋光步驟（粗拋光步驟）的條件所致的缺陷深度，以0.5μm以上的除去即為充分。乾式蝕刻係使用電漿氣體而僅於晶圓的表面進行。自平坦度的觀點來看，不是僅於晶圓表面的部分的區域供給電漿，而是於晶圓全表面供給電漿並且平均地供給為佳。乾式蝕刻的方法沒有特別限定，例如能夠將O₂ 氣體、CF₄ 氣體分別以100、500 sccm的流量進行供給。再者，乾式蝕刻中的艙室壓力能夠為40 Pa，輸出能夠為500 W，能夠以常溫進行。另外，本發明之中的「常溫」係指在通常的狀態下的周圍溫度，通常為15~30℃的範圍的溫度，典型而言為25℃。

本發明的矽晶圓的製造方法的乾式蝕刻步驟之中，蝕刻速率必須為0.3μm/min以下。蝕刻速率高於0.3μm/min的場合，對晶圓表面的電漿損傷會增加，離子損傷會被導入至深處，再者，微粗糙會惡化等，導致後續必須大量的拋光加工量。另一方面，蝕刻速率以0.1μm/min以上為佳。若在此範圍，能夠效率佳地進行矽晶圓的蝕刻。

＜精拋光步驟＞
乾式蝕刻沒有除去微粗糙的能力，再者雖然不像拋光般但是會於表面製造淺度缺陷（微小缺陷）。因此，最後，為了除去微粗糙及微小缺陷，而進行再次拋光（精拋光）。精拋光步驟能夠為單面拋光步驟。此精拋光步驟中使用硬度較乾式蝕刻前的拋光步驟為柔軟的樹脂襯墊及磨粒以進行為佳。在此，本發明之中的「硬度」係指邵氏A硬度。

若為如同上述的本發明的矽晶圓的製造方法，即使削減拋光步驟也能夠抑制LLS缺陷的增加並且達成平坦度的改善。

［實施例］
以下利用實施例及比較例而具體地說明本發明，但是本發明並非限定於這些。

［實施例一至三、比較例一至四］
如第2圖所示，假定為對輪磨步驟後的晶圓（直徑：300mm）進行三段的拋光步驟（二段粗拋光步驟及一段精拋光步驟）的流程（比較例一），並且對將其第二段的粗拋光步驟予以替換成乾式蝕刻步驟的效果進行了驗證。

拋光加工量依序為5μm、1μm、10nm。單純地將沒有進行第二段的粗拋光步驟的流程定為比較例二，將替換第二段的粗拋光步驟而導入乾式蝕刻並且除去1μm的流程定為比較例三、四及實施例一至三。如下列表1所示，比較例三、四及實施例一至三的蝕刻速率並不相同。另外，實施例及比較例的粗拋光步驟皆以雙面拋光進行，精拋光步驟皆以單面拋光進行。

再者，各拋光步驟之中，研磨布係使用樹脂襯墊，研磨漿係使用於矽酸膠添加氨及水溶性高分子聚合物之物，而定盤及研磨頭的轉速為30 rpm。

蝕刻速度以外的乾式蝕刻條件如下列所示。
艙室壓力 40Pa
艙室溫度 常温
輸出 500W
O₂ 氣體流量 100sccm
CF₄ 氣體流量 500sccm

【表1】

進行了精拋光步驟後的各矽晶圓的平坦性及缺陷評估。作為平坦性的評估，藉由使用KLA Tencor公司製的WaferSight而測定SFQR的最大值的SFQRmax以進行，作為缺陷評估，藉由使用KLA Tencor公司製的SP3而測定LLS缺陷的個數以進行。
再者，比較例一的粗拋光步驟二及實施例一的乾式蝕刻步驟之中的加工量形狀，使用KLA Tencor公司製的WaferSight測定而評估。

實施例一至三及比較例一至四的SFQRmax及LLS缺陷數的結果表示於第3圖。另外，SFQRmax及LLS缺陷數，係將一般方法的比較例一定為100而相對表示。比較例二中，SFQRmax改善。這被認為是由於粗拋光步驟二之中惡化量消除的緣故。另一方面，與比較例一相比，LLS缺陷大幅度惡化。這被認為是在粗拋光步驟一中造成的缺陷無法僅以精拋光步驟三的加工量除去的原因。在比較例三、四之中，儘管有使用乾式蝕刻而進行充分的蝕刻，LLS缺陷依然增加。這被認為是蝕刻速率高所導致的電漿損傷的原因。另一方面，在蝕刻速率壓制在0.3μm/min以下的實施例一至三之中，未見LLS缺陷的增加，並且由於削減拋光步驟的緣故，SFQRmax亦為良好。

再者，如第4圖所示，比較例一的粗拋光步驟二之中的加工形狀不穩定，在此步驟之中平坦性受到損失，相對於此，實施例一的乾式蝕刻步驟之中，加工形狀為平坦，表示了平坦性的惡化停留在最小限度。

此外，本發明並不限定於上述的實施例。上述實施例為舉例說明，凡具有與本發明的申請專利範圍所記載之技術思想實質上同樣之構成，產生相同的功效者，不論為何物皆包含在本發明的技術範圍內。

無

［第1圖］係表示本發明的矽晶圓的製造方法的一範例的流程圖。

［第2圖］係用於說明實施例及比較例的流程圖。

［第3圖］係比較實施例及比較例的矽晶圓的平坦性及表面缺陷的圖。

［第4圖］係表示比較例一的粗拋光步驟二及實施例一的乾式蝕刻步驟之中的加工量形狀的圖。

［第5圖］係表示過往的矽晶圓的製造方法的一範例的流程圖。

Claims (5)

1. 一種矽晶圓的製造方法，係於粗拋光步驟與精拋光步驟之間包含乾式蝕刻步驟，其中 在該乾式蝕刻步驟之中，以0.3μm/min以下的蝕刻速率將該粗拋光步驟後的矽晶圓予以進行乾式蝕刻。
2. 如請求項1所述之矽晶圓的製造方法，其中進行該乾式蝕刻步驟之前的該粗拋光步驟係為雙面拋光步驟。
3. 如請求項1所述之矽晶圓的製造方法，其中進行該乾式蝕刻步驟之後的該精拋光步驟係為單面拋光步驟。
4. 如請求項2所述之矽晶圓的製造方法，其中進行該乾式蝕刻步驟之後的該精拋光步驟係為單面拋光步驟。
5. 如請求項1至4中任一項所述之矽晶圓的製造方法，其中在該粗拋光步驟之中，使用較在該精拋光步驟中所使用的研磨布為更高硬度的研磨布。