TWI616940B

TWI616940B - 晶圓的拋光方法

Info

Publication number: TWI616940B
Application number: TW105133329A
Authority: TW
Inventors: 崔世勳; 李章熙
Original assignee: 上海新昇半導體科技有限公司
Priority date: 2016-05-18
Filing date: 2016-10-14
Publication date: 2018-03-01
Also published as: CN107398779A; TW201742133A

Abstract

本發明提供一種晶圓的拋光方法，包括如下步驟：S1：對晶圓進行雙面拋光；S2：對所述晶圓進行清洗；S3：對所述晶圓正面進行精拋光；所述精拋光包括第一、第二及第三階段；其中，第一階段的矽拋光速率大於第二、第三階段的矽拋光速率。本發明在精拋光步驟的第一階段採用通常適用於晶圓粗拋光的粗拋光墊(stock pad)及粗拋光液(stock slurry)，其矽拋光速率較快，可以快速、有效地去除晶圓表面的氧化層，防止精拋光初期摩擦力上升、拋光速率降低及由於研磨驅動超載導致的設備振動；在精拋光步驟的第二階段及第三階段採用通常適用於精拋光的精拋光墊(final pad)及精拋光液(final slurry)，可以以較低的拋光速率實現光滑的晶圓表面。本發明可以有效提高生產效率及產品品質。

Description

晶圓的拋光方法

本發明屬於半導體領域，涉及一種晶圓的精拋光方法。

通常，為了實現矽晶片的拋光加工精度，達到積體電路矽晶片要求的技術指標，需進行二步化學機械拋光(CMP)(粗拋光和精拋光)，在對矽晶片表面進行分步化學機械拋光時，每步拋光所使用的拋光液及相應的拋光技術條件均有所不同，所對應的矽晶片各步所要達到的加工精度也不同。在粗拋光步驟中，除去矽晶片切割和成形殘留下的表面損傷層，加工成鏡面，最後通過對矽晶片進行“去霧”精拋光，從而最大程度上降低表面粗糙及其他微小缺陷。在實際生產中，矽晶片的最終精拋光是表面品質的決定性步驟。

矽晶圓(Silicon wafer)雙面拋光(通常為粗拋光)後，由於化學清洗劑的作用，矽晶圓表面會形成氧化膜，並且在粗拋光(Stock Polishing)之後、精拋光(Final Polishing)之前的技術等待時間裡，由於空氣接觸也會在矽晶圓表面形成自然氧化膜。一般來說，粗拋光(Stock Polishing)的矽拋光速率是0.5~0.8μm/min，而精拋光(Final Polishing)的矽拋光速率小於0.1μm/min，要比粗拋光速率慢得多。

現有技術中，在晶圓雙面拋光(Double Side Polishing)及晶圓清洗(Double Side Polishing Cleaning)技術之後進行晶圓精拋光(Final Polishing)技術(針對晶圓正面)，該精拋光技術包括三個步驟，每個步驟均採用精拋光墊及精拋光液來對晶圓進行拋光。由於氧化膜的拋光速率相較於Si要慢，所以會引起精拋光初期摩擦力上升和拋光速率降低，而精拋光速率本身就比粗拋光速率低很多。因此，相對於粗拋光雙面技術，精拋光單面技術階段由於設備生產率降低和研磨驅動超載導致的設備振動會引起更多的晶圓品質下降。

因此，如何提供一種晶圓的拋光方法，以降低晶圓表面氧化層對精拋光技術的影響，提高生產效率及產品品質，成為本領域技術人員亟待解決的一個重要技術問題。

鑒於以上所述現有技術的缺點，本發明的目的在於提供一種晶圓的拋光方法，用於解決現有技術中由於晶圓表面氧化層的存在，引起晶圓精拋光初期摩擦力上升、拋光速率降低及設備振動，導致晶圓品質下降的問題。

為實現上述目的及其他相關目的，本發明提供一種晶圓的拋光方法，包括如下步驟：S1：對晶圓進行雙面拋光；S2：對所述晶圓進行清洗；S3：對所述晶圓正面進行精拋光；所述精拋光包括第一階段、第二階段及第三階段；其中，第一階段的矽拋光速率大於第二階段、第三階段的矽拋光速率。

可選地，所述第一階段採用第一拋光墊及第一拋光液；所述第二階段採用第二拋光墊及第二拋光液；所述第三階段採用第三拋光墊及第三拋光液。

可選地，所述第一階段的矽拋光速率至少為所述第二階段及第三階段的矽拋光速率的3倍。

可選地，所述第一階段的矽拋光速率為0.2~0.7μm/min；所述第二階段的矽拋光速率為0.01~0.05μm/min；所述第三階段的矽拋光速率為0.01~0.03μm/min。

可選地，所述第一拋光墊採用粗拋光墊，所述第二拋光墊及第三拋光墊採用精拋光墊；所述第一拋光液採用粗拋光液，所述第二拋光液及第三拋光液採用精拋光液；其中，所述粗拋光墊的粗糙度、硬度分別大於所述精拋光墊的粗糙度、硬度。

可選地，所述粗拋光墊採用聚氨酯拋光墊；所述精拋光墊採用無紡布拋光墊。

可選地，所述粗拋光液中的磨料包括氧化矽、氧化鋁和氧化鈰中的一種或多種；所述精拋光液中包含氧化矽膠體及聚合物。

可選地，所述第一拋光墊、第二拋光墊及第三拋光墊均採用精拋光墊；所述第一拋光液採用粗拋光液，所述第二拋光液及第三拋光液採用精拋光液。

可選地，所述精拋光墊採用無紡布拋光墊。

可選地，所述粗拋光液中包含氧化鈰磨料；所述精拋光液中包含氧化矽膠體及聚合物。

如上所述，本發明的晶圓的拋光方法，具有以下有益效果：本發明的晶圓的拋光方法在晶圓的雙面拋光及清洗步驟之後執行精拋光步驟，其中，在精拋光步驟的第一階段採用通常適用於晶圓粗拋光的粗拋光墊(stock pad)及粗拋光液(stock slurry)，其矽拋光速率較快，可以快速、有效地去除晶圓表面的氧化層，防止精拋光初期摩擦力上升、拋光速率降低及由於研磨驅動超載導致的設備振動；在精拋光步驟的第二階段採用通常適用於精拋光的精拋光墊(final pad)及精拋光液(final slurry)，其矽拋光速率較慢，可以以較低的拋光速率來控制PID(比例-積分-微分)品質；精拋光步驟的第三階段為第三階段拋光的延長線，可以以較低的拋光速率來控制PID和LLS(局部光散射體)品質。本發明的晶圓的拋光方法可以有效提高生產效率及產品品質。

1‧‧‧拋光平臺

2‧‧‧拋光墊

3‧‧‧拋光頭

4‧‧‧晶圓

5‧‧‧研磨液供應裝置

圖1顯示為本發明的晶圓的拋光方法的技術流程圖。

圖2顯示為本發明的晶圓的拋光方法在精拋光階段使用的一種拋光裝置的結構示意圖。

圖3顯示為晶圓的結構示意圖。

圖4顯示為本發明的晶圓的拋光方法於步驟S1中對晶圓進行雙面拋光的示意圖。

圖5顯示為雙面拋光後晶圓表面生成氧化層的示意圖。

圖6顯示為本發明的晶圓的拋光方法於步驟S3中在精拋光的第一、第二及第三階段所去除的材料層的示意圖。

以下通過特定的具體實例說明本發明的實施方式，本領域技術人員可由本說明書所揭露的內容輕易地瞭解本發明的其他優點與功效。本發明還可以通過另外不同的具體實施方式加以實施或應用，本說明書中的各項細節也可以基於不同觀點與應用，在沒有背離本發明的精神下進行各種修飾或改變。

請參閱圖1至圖6。需要說明的是，本實施例中所提供的圖示僅以示意方式說明本發明的基本構想，遂圖式中僅顯示與本發明中有關的組件而非按照實際實施時的元件數目、形狀及尺寸繪製，其實際實施時各元件的型態、數量及比例可為一種隨意的改變，且其元件佈局型態也可能更為複雜。

實施例一：

本發明提供一種晶圓的拋光方法，請參閱圖1，顯示為該方法的技術流程圖，包括如下步驟：S1：對晶圓進行雙面拋光；S2：對所述晶圓進行清洗；S3：對所述晶圓正面進行精拋光；所述精拋光包括第一階段、第二階段及第三階段；其中，第一階段的矽拋光速率大於第二階段、第三階段的矽拋光速率。

本發明在晶圓雙面拋光及晶圓清洗技術之後進行晶圓精拋光。圖2顯示為本發明的晶圓的拋光方法在精拋光階段使用的一種拋光裝置的結構示意圖，包括拋光平臺1、鋪設於所述拋光平臺表面的拋光墊2、懸設於所述拋光平臺上方的拋光頭3以及研磨液供應裝置5。精拋光時，晶圓4 安裝於拋光頭3上，並與所述拋光墊2接觸，拋光平臺1或拋光頭3在電極作用下沿順時針或逆時針方向旋轉，開始拋光過程。

圖3顯示為未經粗拋光及精拋光的晶圓的結構示意圖。本實施例中，所述晶圓4以矽晶圓為例，其為由單晶矽錠切割而成的矽晶片，可預先經過邊緣倒圓過程。

本發明步驟S1中雙面拋光是指對晶圓正面和晶圓背面均進行拋光，目的是降低晶片厚度，並去除矽晶片切割和成形殘留下的表面損傷層。圖4顯示為對晶圓進行雙面拋光的示意圖，圖中虛線層為雙面拋光所去除的材料層。

本發明步驟S2中清洗的目的是清除所述晶圓4表面殘留的研磨液及其它雜質，為下一步的精拋光做準備。所述清洗可採用表面活性劑、去離子水等進行清洗，以徹底清潔晶圓表面。

由於化學清洗劑的作用以及在雙面拋光並清洗後等待精拋光的過程中由於自然氧化的作用，所述晶圓4表面會生成氧化層。圖5顯示為雙面拋光後晶圓4表面生成氧化層6的示意圖。需要指出的是，圖5僅示出了晶圓正面的氧化層。本實施例中，所述氧化層為二氧化矽。

本發明步驟S3中精拋光的目的是形成光滑的晶圓正面，其包括三個分步驟：S3-1、S3-2及S3-3，分別為第一階段拋光、第二階段拋光及第三階段拋光。

作為示例，所述第一階段採用第一拋光墊及第一拋光液；所述第二階段採用第二拋光墊及第二拋光液；所述第三階段採用第三拋光墊及第三拋光液。

具體的，所述第一階段拋光的作用是去除所述晶圓4正面的氧化膜6，以露出矽層；所述第二階段拋光的作用是對矽層進行精細拋光，第三階段是第二階段的延續，進一步去除一部分矽層。

作為示例，所述第二拋光墊與第三拋光墊採用相同的材質，所述第二拋光液與第三拋光液採用相同的配方。圖6中示出了第一、第二及第三階段所去除的材料層的位置。

由於在相同的條件下，氧化膜的拋光速率比矽要慢，為了避免精拋光初期摩擦力上升和拋光速率降低，本發明中通過選擇合適的第一拋光墊及第一拋光液，使所述第一階段的矽拋光速率至少為所述第二階段及第三階段的矽拋光速率的3倍。

作為示例，所述第一階段的矽拋光速率為0.2~0.7μm/min；所述第二階段的矽拋光速率為0.01~0.05μm/min；所述第三階段的矽拋光速率為0.01~0.03μm/min。

需要指出的是，第一、第二、第三階段的拋光速率是以矽拋光速率為標準進行比較的，然而須知，第一階段拋光主要是去除氧化層，而對矽拋光速率較高的拋光條件，對氧化層的拋光速率也較高。

作為示例，所述第一拋光墊採用粗拋光墊，所述第二拋光墊及第三拋光墊採用精拋光墊；所述第一拋光液採用粗拋光液，所述第二拋光液及第三拋光液採用精拋光液；其中，所述粗拋光墊的粗糙度、硬度分別大於所述精拋光墊的粗糙度、硬度。

作為示例，所述粗拋光液的磨料粒徑範圍是10-100nm，所述精拋光液的磨料粒徑範圍是30-60nm。

具體的，本發明中，所述粗拋光墊是指通常適用於晶圓粗拋光的粗拋光墊(stock pad)，所述粗拋光液是指通常適用於晶圓粗拋光的粗拋光液(stock slurry)。在本發明精拋光的第一階段使用粗拋光墊及粗拋光液，使得矽拋光速率較快，可以快速、有效地去除晶圓表面的氧化層，防止精拋光初期摩擦力上升、拋光速率降低及由於研磨驅動超載導致的設備振動。而在本發明精拋光的第二階段採用通常適用於精拋光的精拋光墊(final pad)及精拋光液(final slurry)，其矽拋光速率較慢，可以以較低的拋光速率來控制PID(比例-積分-微分)品質；精拋光步驟的第三階段為第三階段拋光的延長線，可以以較低的拋光速率來控制PID和LLS(局部光散射體)品質。

作為示例，所述粗拋光墊採用聚氨酯拋光墊。聚氨酯拋光墊具有耐磨性好、拋光效率高和形變小的特點，其主要成分是發泡體固化的聚氨酯，其表面有許多空球體微孔封閉單元結構。這些微孔能起到收集加工去除物、傳送拋光液以及保證化學腐蝕等作用，有益於提高拋光均勻性和拋光效率。孔尺寸越大其運輸能力越強，但孔徑過大時會影響拋光墊的密度和剛度。但是對於此類的拋光墊，拋光液不能滲透到拋光墊的內部，只存在於工件和拋光墊的空隙中，影響拋光後的殘渣或拋光副產物的及時排出，容易阻塞拋光墊表層中的微孔。因此一般在拋光墊表面要做一些溝槽，以利於拋光殘渣的排除。

作為示例，所述精拋光墊採用無紡布拋光墊。無紡布拋光墊的原材料為聚合物棉絮類纖維，此類拋光墊具有滲水性好的特點，拋光液能夠滲透到拋光墊的內部，容納拋光液的效果好。某些無紡布拋光墊還帶絨毛結構，這種拋光墊以無紡布為主體，中間一層為聚合物，表面層為多孔的絨毛結構。這類拋光墊具有硬度小、壓縮比大和彈性好等特點，適合更精細的拋光。

當然，在其它實施例中，所述粗拋光墊也可採用其它材質的具有較高拋光速率的拋光墊，所述精拋光墊也可採用其它材質的具有較低拋光速率的拋光墊，此處不應過分限制本發明的保護範圍。

作為示例，所述粗拋光液中的磨料包括氧化矽、氧化鋁和氧化鈰中的一種或多種；所述精拋光液中包含氧化矽膠體及聚合物。

需要指出的是，拋光墊的粗糙度、拋光液的pH值、濃度、流量和拋光過程中控制的溫度及拋光壓力均構成拋光速率的影響因素。例如隨著拋光液pH值的增大，矽拋光速率逐步提高，但當pH值達到近似13時，矽拋光速率迅速降低，而且拋光片表面品質下降。例如隨著拋光壓力的增大，晶片的拋光速率也隨之增大，但使用過高的壓力在增加速率的同時，也增加拋光墊的損耗、不良的溫度控制及碎片等特點；而當拋光壓力較小時，由於機械拋光速率和化學拋光速率不平衡，機械拋光速率小於化學拋光速率，晶片拋完光後表面平整度也會下降。因此確定適宜的拋光液pH值、拋光壓力等技術參數非常重要。本發明通過調整各階段的拋光技術參數，在保證拋光品質的基礎上，使得所述第一階段的矽拋光速率至少為所述第二階段及第三階段的矽拋光速率的3倍。

至此，通過本發明步驟S1的粗拋光、步驟S2的清洗及步驟S3的精拋光實現了晶圓的拋光。本發明的晶圓的拋光方法在晶圓的雙面拋光及清洗步驟之後執行晶圓正面的精拋光步驟，其中，在精拋光步驟的第一階段採用通常適用於晶圓粗拋光的粗拋光墊(stock pad)及粗拋光液(stock slurry)，其矽拋光速率較快，可以快速、有效地去除晶圓表面的氧化層，防止精拋光初期摩擦力上升、拋光速率降低及由於研磨驅動超載導致的設備振動；在精拋光步驟的第二階段採用通常適用於精拋光的精拋光墊(final pad)及精拋光液(final slurry)，其矽拋光速率較慢，可以以較低的拋光速率來控制PID(比例-積分-微分)品質；精拋光步驟的第三階段為第三階段拋光的延長線，可以以較低的拋光速率來控制PID和LLS(局部光散射體)品質。本發明的晶圓的拋光方法可以有效提高生產效率及產品品質。

實施例二：

本實施例與實施例一採用基本相同的技術方案，不同之處在於，實施例一在精拋光的第一階段採用粗拋光墊(stock pad)及粗拋光液(stock slurry)來快速去除氧化層，而本實施例中，在精拋光的第一階段採用精拋光墊(final pad)及包含二氧化鈰磨料的粗拋光液(oxide slurry)來快速去除氧化層。

由於氧化鈰磨料比氧化矽磨料拋光矽片的速率更快，因此本實施例中，採用精拋光墊與包含二氧化鈰磨料的粗拋光液同樣可實現與實施例一中精拋光第一階段採用粗拋光墊和粗拋光液相當的矽拋光速率。

氧化鈰磨料比氧化矽磨料拋光矽片的速率更快可能的原因包括：氧化鈰比氧化矽更易腐蝕矽片表面，化學作用更勝一籌，另外，氧化鈰腐蝕層莫氏硬度更小也可能是一個影響因素。

本實施例可在精拋光初期快速、有效地去除晶圓表面的氧化層，防止精拋光初期摩擦力上升、拋光速率降低及由於研磨驅動超載導致的設備振動，從而有效提高生產效率及產品品質。

綜上所述，本發明的晶圓的拋光方法在晶圓的雙面拋光及清洗步驟之後執行晶圓正面的精拋光步驟，其中，在精拋光步驟的第一階段採用通常適用於晶圓粗拋光的粗拋光墊(stock pad)及粗拋光液(stock slurry)，其矽拋光速率較快，可以快速、有效地去除晶圓表面的氧化層，防止精拋光初期摩擦力上升、拋光速率降低及由於研磨驅動超載導致的設備振動；在精拋光步驟的第二階段採用通常適用於精拋光的精拋光墊(final pad)及精拋光液(final slurry)，其矽拋光速率較慢，可以以較低的拋光速率來控制PID(比例-積分-微分)品質；精拋光步驟的第三階段為第三階段拋光的延長線，可以以較低的拋光速率來控制PID和LLS(局部光散射體)品質。本發明的晶圓的拋光方法可以有效提高生產效率及產品品質。所以，本發明有效克服了現有技術中的種種缺點而具高度產業利用價值。

上述實施例僅例示性說明本發明的原理及其功效，而非用於限制本發明。任何熟悉此技術的人士皆可在不違背本發明的精神及範疇下，對上述實施例進行修飾或改變。因此，舉凡所屬技術領域中具有通常知識者在未脫離本發明所揭示的精神與技術思想下所完成的一切等效修飾或改變，仍應由本發明的申請專利範圍所涵蓋。

流程圖無符號說明

Claims

一種晶圓的拋光方法，包括如下步驟：S1：對晶圓進行雙面拋光；S2：對所述晶圓進行清洗；S3：對所述晶圓正面進行精拋光；所述精拋光包括第一階段、第二階段及第三階段；其中，第一階段的矽拋光速率大於第二階段、第三階段的矽拋光速率，其中所述第一階段探用粗拋光墊及粗拋光液；所述第二階段採用精拋光墊及精拋光液；所述第三階段採用精拋光墊及精拋光液，所述粗拋光墊的粗糙度、硬度分別大於所述精拋光墊的粗糙度、硬度。
如請求項1所述的晶圓的拋光方法，其中所述第一階段的矽拋光速率至少為所述第二階段及第三階段的矽拋光速率的3倍。
如請求項1所述的晶圓的拋光方法，其中所述第一階段的矽拋光速率為0.2~0.7μm/min；所述第二階段的矽拋光速率為0.01~0.05μm/min；所述第三階段的矽拋光速率為0.01~0.03μm/min。
如請求項1所述的晶圓的拋光方法，其中所述粗拋光墊採用聚氨酯拋光墊；所述精拋光墊採用無紡布拋光墊。
如請求項1所述的晶圓的拋光方法，其中所述粗拋光液中的磨料包括氧化矽、氧化鋁和氧化鈰中的一種或多種；所述精拋光液中包含氧化矽膠體及聚合物。
一種晶圓的拋光方法，包括如下步驟：S1：對晶圓進行雙面拋光； S2：對所述晶圓進行清洗；S3：對所述晶圓正面進行精拋光；所述精拋光包括第一階段、第二階段及第三階段；其中，第一階段的矽拋光速率大於第二階段、第三階段的矽拋光速率，其中所述第一階段採用精拋光墊及粗拋光液；所述第二階段採用精拋光墊及精拋光液；所述第三階段採用精拋光墊及精拋光液。
如請求項6所述的晶圓的拋光方法，其中所述精拋光墊採用無紡布拋光墊。
如請求項6所述的晶圓的拋光方法，其中所述粗拋光液中包含氧化鈰磨料；所述精拋光液中包含氧化矽膠體及聚合物。