CN101927448A

CN101927448A - 局部抛光半导体晶片的方法

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Publication number: CN101927448A
Application number: CN2010101586549A
Authority: CN
Inventors: J·施万德纳
Original assignee: Siltronic AG
Current assignee: Siltronic AG
Priority date: 2009-06-24
Filing date: 2010-04-07
Publication date: 2010-12-29
Also published as: US20100330883A1; JP5581118B2; DE102009030298B4; SG187383A1; KR101404734B1; US9533394B2; TWI501303B; TW201101387A; DE102009030298A1; KR20100138734A; JP2011009738A

Abstract

本发明涉及一种用于局部抛光半导体晶片的一面的方法，其中用可旋转抛光头压着所述半导体晶片，将其要抛光的一面对着位于旋转抛光板上并含有固着磨料的抛光垫，其中所述抛光头带有弹性膜，并通过气垫或液垫径向细分成多个室，每个室可以选择施加不同的抛光压，其中在这个过程中半导体晶片通过扣环保持在原位，所述扣环同样也用施加压力压着抛光垫，其中在所述半导体晶片和所述抛光垫之间引入抛光剂，并且选择施加在抛光头的位于半导体晶片的边缘区域的室中的半导体晶片上的抛光压，和扣环的所述施加压力以使仅半导体晶片的边缘处的材料被基本上去除。

Description

局部抛光半导体晶片的方法

技术领域

本发明涉及局部抛光半导体晶片的方法。

背景技术

传统上半导体晶片是硅片，一种具有层结构的衬底，例如衍生自硅的SiGe(硅-锗)、或SOI、SGOI或GeOI晶片。这些半导体晶片，特别是SOI和SiGe晶片，用于大多数苛求的应用，特别是用于超现代微处理器的生产。

SOI晶片(“绝缘体上的硅”)通常通过将硅晶片从所谓的“供体晶片”移至支撑晶片(“操作晶片”或“基础晶片”)而生产。通过转移硅晶片生产SOI晶片的方法是已知的，例如，通过所谓的Smart(EP 533551 A1)或Genesis

。在WO 03/003430 A2中描述了另一种方法。SOI晶片包含支撑晶片和硅覆盖层(“顶层”或“器件层”)，其与前者连接，代表所谓的用于生产电子元件的活性层。或者是整个支撑晶片由电绝缘材料如玻璃或蓝宝石组成，或者是硅覆盖层通过电绝缘中间层与支撑晶片连接，例如由氧化硅组成的电绝缘中间层(在这种情况下，中间层被称为“埋氧层”BOX)。在后者情况下，支撑晶片不必是绝缘体，其可以例如是半导体晶片，优选是硅片。

现有技术中，除了上述转移法外，SOI(“绝缘体上的硅”)结构传统上还通过所谓的SIMOX(“通过氧离子注入隔离”)法生产。在SIMOX法中，将高剂量氧注入到硅衬底中，随后在高温(＞1200℃)下进行热处理和氧化，以在硅衬底上产生埋氧层。

类似地，SIMOX和层转移法也适于生产SGOI(“绝缘体上的硅/锗”)和/或GeOI(“绝缘体上的锗”)结构。

具有高比例锗的SiGe层也被称为虚拟衬底，被用于生产双轴应变硅。硅晶格的应变导致电荷载体的迁移率提高，并特别用于制造CMOS器件，其比具有非应变硅通道的那些具有更好的性能。

虚拟衬底原则上可以直接沉淀在单晶硅衬底例如硅半导体晶片上。然而，用所述程序，会大量形成诸如失配位错和穿透位错的缺陷。穿透位错和其累积(“堆积”)延展至虚拟衬底的表面以及沉积在虚拟衬底上的硅的应变层的表面上。因此尝试发现一种限制穿透位错密度及其堆积的方式。所述限制可以通过首先沉积分级SiGe缓冲层达到，在所述缓冲层中，锗的原子分数线性增加(“线性梯度”)或分步增加(“阶梯梯度”)。具有恒定锗含量的SiGe层最终沉积在SiGe缓冲层上，并以松弛态形成虚拟衬底。

在此描述的半导体晶片还必须满足其几何学上最苛刻的要求。

基本上，要求是国际上承认的“半导体技术路线图”(ITRS)提出的，这是年度综论的主题。例如在几何学、平坦性、纳米拓扑等上要求提高的22nm技术是最近在开发的。在每种情况下，下一代技术(22nm技术之后是16nm设计规则)的目标是微电子器件的更高的开关速度、更高的时钟率和更高的集成密度。

生产方法必须适应这些增加的要求，以至于必须相应地调整所有的晶片制造步骤，并经常用其它新的方法替换。

预期在未来会变得非常重要的SiGe和SOI晶片导致本发明提及的其它问题。

在上述层转移法中，所用的供体晶片传统上应该是可再利用的。然而，当供体晶片分离后，在晶片的边缘发现梯级(steps)，这需要在再利用晶片之前消除(以转移硅晶片)。

在SiGe技术中，产生的问题是在晶片的正面也有SiGe，在所述晶片的背面涂覆有重掺杂SiGe。当沉积外延层时，材料通常也被沉积在未被涂覆的一面上。这甚至在Si晶片上进行常规沉积外延Si层的过程中也可能发生，在这种情况下，明显看到边缘增厚。

而且，许多半导体晶片以凹面或凸面抛光形式存在。在此可以提及的一个实例是边缘比内部区域或晶片的中心厚的晶片。

在所述情况下，消除这些边缘梯级、边缘区域不期望的涂层或边缘区域不期望的增厚是期望的。

这是本发明的目的。

发明内容

所述目的通过用于局部抛光半导体晶片的一面的方法而达到，在所述方法中用可旋转抛光头压着半导体晶片，将其待抛光的一面对着位于旋转抛光板上并含有固着磨料的抛光垫，其中所述抛光头带有弹性膜，并通过气垫或液垫径向细分成多个室，每个室可以选择施加不同的抛光压，其中在这个过程中半导体晶片通过扣环保持在原位，所述扣环同样也用施加压力压着抛光垫，其中在半导体晶片和抛光垫之间引入抛光剂，并且选择施加在抛光头的位于半导体晶片的边缘区域的室中的半导体晶片上的抛光压以及扣环的施加压力，以使仅半导体晶片的边缘处的材料被基本上去除。

具体实施方式

基本上，借助“抛光头”压着半导体晶片，它们待抛光的那一面表面对着位于抛光板上的抛光垫。

抛光头还包含“扣环”，所述扣环横向围绕衬底，防止其在抛光期间从抛光头上滑落。因此，为了防止由于在抛光期间产生的横向力导致的晶片从抛光头上滑落，通过所述扣环将晶片保持在原位。在不同的专利(US 6293850 B1、US 6033292、EP 1029633 A1、US 5944590)中描述了这些装置。在本方法中，扣环同样或多或少地被牢牢压在抛光垫上。

这里使用的抛光头(行星轮)中，半导体晶片背朝抛光垫的那一面表面支撑在传送施加的抛光压的弹性膜上。所述膜是室***的一个部件，优选被细分为五个区，这由气垫或液垫形成。

压力室优选同心排列或分段排列，可以对各个压力室独立地施加特定的压力。最终，抛光压通过加压的压力室的弹性表面传送至支撑板的背面。

优选通过同心排列的压力室沿着同心环上的半导体晶片的直径控制抛光压。这样，可以特别在待被抛光的半导体晶片的边缘上的径向子区域上施加限定的抛光压。

行星轮含有环形的同心排列的压力室，通过环宽度使半径由外向内下降。环宽度优选为1-100mm，特别优选10-50mm。

优选的是，支撑板的整个表面被所述压力室占据。

在衬底和抛光垫之间供应抛光剂的同时，通过旋转抛光头和抛光板进行衬底的抛光。

另外，还可以在抛光垫之上平移抛光头，以实现对抛光垫表面更全面的应用。

在依据本发明的方法中，使用含有固着磨料的抛光垫(FAP或FA垫)。

适合的磨料优选包括元素铈、铝、硅或锆的氧化物颗粒，或诸如碳化硅、氮化硼或金刚石的硬质物质的颗粒。相应的抛光垫在例如US 6602117B1中有描述。

粒径优选为0.1-1.0μm，特别优选0.1-0.6μm和更特别优选0.1-0.25μm。

特别适合的抛光垫具有通过重复微结构赋予的表面形貌。这些微结构(“柱”)具有例如横截面为圆柱形或多边形的柱状或者角锥状或平截头角锥状。

例如在WO 92/13680 A1和US 2005/227590 A1中有对这样的抛光垫更详细的说明。

依据本发明的方法可以在单板和多板抛光机上同样良好地实施。

优选使用具有优选两个，更特别优选三个抛光板和抛光头的多板抛光机。

产自Applied Materials，Inc的AMAT Reflection多板抛光机是特别适合的。

本发明的本质是抛光机允许行星轮的压力轮廓在不同的区域进行不同的调整。对于AMAT Reflection就是这样的，其包含具有可差别调整的压力轮廓的5区域膜行星轮。

本发明描述了局部限制性抛光，其仅影响边缘区域。为此，结合含有固着磨料的抛光垫使用具有接触的不分离的扣环的5区域膜行星轮。

本发明还涉及基于固着磨料的局部作用超细研磨法。期望的局部限制性去除仅可以通过膜行星轮的相应加压结合非常硬质的FAP垫(抛光垫或研磨垫)而达到。相反，用如在CMP中使用的软质抛光垫，本发明将不能成功，即使当设定恰当的行星轮压力轮廓时。

本发明使局部抛光半导体晶片的外侧边缘成为可能，并且对于直径大于或等于300mm，特别是直径为450mm的半导体晶片是特别有利的。本发明可以在传统抛光设备上完成。不需要改装商业抛光机或提供额外设备以实施本发明。

实施例

实施例中使用AMAT Reflection型抛光机。

作为抛光垫，使用具有固着的氧化铈颗粒的抛光垫(粒径0.2μm)。

依据本发明加工直径为300mm的SiGe晶片，其具有边缘梯级。

下列抛光参数适于实现在半导体晶片边缘处增加材料去除，例如以去除边缘梯级：

实施例1：

抛光剂：碱性溶液K₂CO₃ 0.2重量％；

抛光剂的体积流速：0.5l/min；

板转速：119rpm；

行星轮转速：123rpm；

扣环施加压力：0.8psi；

膜区域1-5的压力轮廓：0.1--0.1--0.1--0.1--5[psi]

实施例2：

抛光剂：碱性溶液K₂CO₃ 0.2重量％；

抛光剂的体积流速：0.5l/min；

板转速：119rpm；

行星轮转速：123rpm；

扣环施加压力：4.7psi；

膜区域1-5的压力轮廓：1--2--2--2--6[psi]

实施例3：

抛光剂：碱性溶液K₂CO₃ 0.2重量％；

抛光剂的体积流速：0.5l/min；

板转速：119rpm；

行星轮转速：123rpm；

扣环施加压力：6.1psi；

膜区域1-5的压力轮廓：1.5--2--3--3--3.5[psi]

区域1-5对应于由内而外的同心环：区域1＝最内区域，区域5为外侧区域(边缘区域)。

在依据本发明的方法中，扣环施加压力优选为0.5-10psi。

在依据本发明的方法中，室5(区域5)中的压力优选总是高于区域1-4。

在这三个实施例中都使用同样的抛光剂和同样的抛光剂体积流速。

在实施例1中选择0.8psi的低扣环施加压力，而选择行星轮的区域5中的抛光压力为5psi，远大于区域1-4。

实施例2和3使用更高的扣环施加压力，但是在区域5和四个内侧区域之间的压力差较不显著。

实施例2和3导致在半导体晶片的最外侧边缘上非常显著的、明显的材料去除，比实施例1更宽。

如果打算仅去除半导体晶片的外侧边缘处的材料，那么优选小于或等于1.5psi的低扣环施加压力，以及相对于内侧区域显著增大的区域5中的抛光压力。

如果打算材料去除得更宽，也就是覆盖晶片边缘的更大区域，那么选择大于或等于4psi的高扣环压力是优选的。

所有依据实施例1-3抛光的、之前具有边缘梯级的SiGe晶片在实施本方法后不含边缘梯级。

在边缘比中心厚的硅片上实验本发明。DSP后通常都是这种形式的硅片。

可以表面，所述晶片可以依据本发明通过局部抛光或选择性抛光而全面平坦化，在晶片的边缘比中心具有更强的材料去除。

本发明因此可以有利地用于硅晶片、SiGe晶片和SOI晶片。

然而本发明不限制于此，还可以用于其它期望局部增加材料去除的半导体晶片的局部选择性抛光。

最后，应当提及的是，在边缘处选择性材料去除是期望和在此要求保护的。然而，如果在未来需要的话，本发明还可以类似地用于半导体晶片的内侧区域的局部抛光。

Claims

1.一种用于局部抛光半导体晶片的一面的方法，其中用可旋转抛光头压着所述半导体晶片，将其待抛光的一面对着位于旋转抛光板上并含有固着磨料的抛光垫，其中所述抛光头带有弹性膜，并通过气垫或液垫径向细分成多个室，每个室可以选择施加不同的抛光压，其中在这个过程中半导体晶片通过扣环保持在原位，所述扣环同样也用施加压力压着抛光垫，其中在所述半导体晶片和所述抛光垫之间引入抛光剂，并且选择施加在抛光头的位于半导体晶片的边缘区域的室中的半导体晶片上的抛光压以及所述扣环的施加压力，以使仅半导体晶片的边缘处的材料被基本上去除。

2.权利要求1所述的方法，其中所述抛光剂是化合物碳酸钠(Na₂CO₃)、碳酸钾(K₂CO₃)、氢氧化钠(NaOH)、氢氧化钾(KOH)、氢氧化铵(NH₄OH)、氢氧化四甲铵(TMAH)或其任意混合物的水溶液。

3.权利要求2所述的方法，其中所述抛光剂溶液的pH值为11.0-12.5，并且所述化合物在该抛光剂溶液中的比例为0.01-10重量％。

4.权利要求1-3之一所述的方法，其中所用的抛光垫包含选自以下的磨料：元素铈、铝、硅或锆的氧化物颗粒或诸如碳化硅、氮化硼或金刚石的硬质物质的颗粒。

5.权利要求1-4之一所述的方法，其中所述抛光垫中含有的磨料的粒径为0.1-1.0μm。

6.权利要求5所述的方法，其中所述抛光垫中含有的磨料的粒径为0.1-0.6μm。

7.权利要求6所述的方法，其中所述抛光垫中含有的磨料的粒径为0.1-0.25μm。

8.权利要求1-7之一所述的方法，其中所述扣环施加压力为0.5-10psi。

9.权利要求1-8之一所述的方法，其中外侧室中的压力高于内侧室中的压力。

10.权利要求1-9之一所述的方法，其中所述半导体晶片是单晶硅片或包含SiGe层的晶片，其直径为300mm或更大。