TWI253689B - Process for producing a semiconductor wafer - Google Patents

Description

1253689 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 特別適於製造線寬度低於或等於0·13微米電子元件之半導 體aa圓必/貞具備許多特別性能。其巾—個特別重要之性能係半導 體晶圓之幾何形體（體形），應了解的是，此乃特別指半導體晶圓 之平坦度及諸面間之平面平行度。若干描述平坦度之規範參數係 以與其相關之潛在干擾效果之侧向平面範圍為基準而加以分類。 φ 就此觀點而言，總平坦度（半導體晶圓直徑區内之侧向平面範圍/ 與理想平整表面之垂直偏差）、局部平坦度（在公分範圍内之侧向 平面範圍/在100奈米範圍内之垂直效果）、奈米構形（侧向平面 公厘範圍/垂直10奈米範圍）及表面粗度（側向平面微米範圍/垂 直次奈米範圍）之間界定概括之區分。 【先前技術】 半導體晶圓之最終決定性平坦度通常係由拋光（研磨）加工 • 所形成。為改進一半導體晶圓之平坦度值曾提供及進一步發展若 干半導體晶圓正、反面同時拋光之裝置及方法。舉例言之，美國 專利US 3,691，694中曾述及該雙面拋光法。依照歐洲專利助 2〇8 315 B1内一個雙面拋光之具體例，在有拋光流艎存在之情 況下’金屬或塑膠製、具備適當尺寸切除部分留下之框之支座内 之半導體晶圓，在兩個覆以拋光布之轉動拋光盤之間沿該機器及 加工參數所預定之路線移動並受到拋光（在相關文獻中，支座亦稱 作樣板）。為使雙面拋光期間所施壓力最好作用在待拋光半導體晶 1253689 圓上而不作用在支座上，經依照既有技術雙面拋光之半導體晶圓 最終厚度遠大於所用該等支座之厚度。美國專利US 6,458,688 中曾述及一種方法，其中該等支座之厚度、由拋光作用所形成之 半導體晶圓厚度及材料移除之間建立一種關係，俾可製得特別平 坦之半導體晶圓，該等半導體晶圓之局部幾何形體值均低於所要 求之臨界值，而且該半導體晶圓邊緣區内者與該半導體晶圓中央 區内者無顯著差別。 【發明内容】 本發明之内容係一種用以製造半導體工業用（尤其製造線寬 度低於或等於〇 · I3微米電子元件用）平面半導體晶圓之方法。 本發明之目的係穩定半導體晶圓之雙面拋光，因而減低加工起伏 變化所引起之產率損失。 本發明之技術内容係一種供有拋光流體、於轉動抛光盤之間 同時拋光半導體晶圓正面及背面以製造半導體晶圓之方法，在持 續一拋光時間之拋光期間，該半導體晶圓係位於一支座之切除部 分留下之框内且固定於一既定之幾何路線上，該支座具備既定之 支座厚度，該半導體晶圓在拋光前具備一起始厚度及在拋光後具 備一最終厚度，其中該拋光所需之拋光時間係由若干數據計算得 來，該等數據包含：起始厚度及支座厚度以及一半導體晶圓（該半 導體晶圓於本拋光之前，上次拋光期間曾經加以拋光）之起始厚 度、最終厚度及平坦度。 1253689 本發明之重要特徵是：現在拋光之時間係以前次拋光之情形 為基準’包括刖次抛光及現在抛光起始時之支座厚度、前次抛光 時該拋光半導體晶圓之起始及最終厚度及拋光後其幾何形艎值均 係特定之因素。用本發明方法所得具備預定平坦度之半導體晶圓 之產率遠高於每個拋光採用相同、預定拋光時間之類似方法所得 者。 【實施方式】 Φ 該方法之起始原料係一以習知方法自一晶體分離出來之半 導體晶圓，例如··自一矽單晶體切割成一定長度且經研磨成圓柱 形，其正面及/或背面業經藉助於精研或平面磨步驟加以切削者。 該半導體晶圓之邊緣亦可加以磨圓及（也許）藉助於一具備適當外 形之研磨輪於加工順序中之適當地點加以拋光。再者，繼研磨步 驟之後，該等半導體晶圓之表面亦可加以蝕刻。 該方法之最終產品係一雙面拋光之半導體晶圓，該半導體晶 • 圓可滿足作為線寬度低於或等於〇·1：3微米半導體元件製造之起 始原料應具備之條件，而且由於產率獲得改進，就生產成本而言， 亦優於依照既有技術製造之半導體晶圓。 原則上，本發明方法所用之支座可由任何材料製成。其中以 由鋼或玻璃纖維加強塑膠製成之支座為佳；尤以由不銹鋼製成之 支座更佳。 若該等半導體晶圓係由矽製成，待拋光半導體晶圓之起始厚 度以較支座厚度大2〇至200微米為佳，尤以大30至7〇微米更

7 1253689 佳，經拋光之半導體晶圓厚度以較支座厚度大2至2〇微米為佳， 尤以大5至I5微米更佳。抛光步称之材料移除量為5至1〇〇微 米，但以10微米至60微米較佳，尤以20至50微米更佳。 拋光完成後，將任何附著之抛光流體自該半導體上清除，之 後加以烘乾，隨後利用商購（例如··電容型或光學型幾何形體量測 器材）量測其平坦度。 本發明之方法以用以製造由矽、矽/鍺、氮化矽、砷化鎵及 其他m至v族半導體所製半導體晶圓為佳。尤以單晶體形式之矽 (例如：左科拉斯基法或懸浮區法所結晶者）更佳。 該等半導體晶圓之直徑以200公厘、3〇〇公厘、4〇〇公厘及 45〇公厘為佳，其厚度以數百微米至數公分為佳，尤以4〇〇微米 至12〇〇微米更佳。除自均質（同元）材料製造半導體晶圓之外， 本發明方法亦可用以製造多層結構之半導體基片，例如·· S0I(矽 絕緣體）晶圓及所謂之黏合晶圓。 兹以一待雙面拋光之矽晶圓實例為基準將本發明作更詳細說 明。在依照美國專利US 6,458,688中所述方法界定拋光時間拋 光期間，將财晶B連同其他晶Η加以拋光；該拋光時間最好以 自動方式計算出來。該計算所之數據為··所用支座之厚度、 在現在拋光前社她光拋光之半導體晶圓之起始及最終厚度。 該计算内之另-因素係有關該等半導體晶圓之量測值 ，該量測值 可說明該等半導體晶圓之平坦度。該值最好是dnl35值，該值以 1253689 簡單方式說明該總平坦度之特性。該第一個拋光之拋光時間係未 經任何計算而預先決定者，例如··根據諸試驗之結果。計算隨後 拋光之拋光時間時，最好利用下列合適實施例。 實施例： 自動預定拋光時間之電腦係利用下列A至G之數據以計算拋 光時間，其中 A 代表前次拋光起始時半導體晶圓之厚度； • B 代表前次拋光終結時半導體晶圓之厚度； C 代表前次拋光之拋光時間； D 代表前次拋光起始時支座之厚度； E代表在前次拋光期間於拋光之半導體晶圓上所量測之dnl35 值； F 代表現在拋光起始時該半導體晶圓之厚度，及 G 代表現在抛光起始時該支座之厚度。 就計算拋光時間時所結合之平坦度考量，該電腦使用一修正 因數κ，依據所量測之dnl35值（E)，該修正因數κ採用下列諸 等級： K= + l微米 Κ=+0·5微米 κ=〇 (最佳範圍) Κ=-〇·5微米 若 dnl35 > 0.75 微米， 若 dnl35 係 0.5 至 0·7， 若 dnl35 係 0.15 至 0.5， 若 dnl35 係 0.05 至 0·15 , 1253689 若 dnl35 < 〇·〇5， κ=-1 微米 現在拋光之拋光時間係依據下列公式計算出來，其中該等字母代 表之意義與上述者相同： 拋光時間=[F-G-{ (B-D) +Κ}] / [ (A-B) /C] 假設該等支座之厚度恆常不變及該半導體晶圓之初始厚度 怪常不變，如此則特別造成下列諸結果： 對於最佳範圍而言，若dnl35值太高（正值），與前次拋光 • 之抛光時間相較，該拋光之拋光時間需要減短； 對於最佳範圍而言，若dnl35值太低或甚至為負值，該拋 光時間需要增長；若dnl35值係係在最佳範圍内，該拋光時間應 保持不變。 該dnl35值係於半導體晶圓邊緣區及中央區所選若干部位半 導體晶圓厚度之微分量測測定結果。該等部位係用編號在圖内加 以註記。四個部位（以點2至5註記）總是與相鄰各點呈相隔9〇。 籲配置並且分佈在半導體晶圓邊緣區之周邊上。如同奇數編號之兩 點，偶數編號之兩點相互位於正對面。點i代表半導體晶圓之中 央部位。該dnl35值可依照下式計算之·· dnl35 =(厚度3 -厚度5) / 2 -厚度1 在上式中，厚度後面之數字係指所代表點之位置上該半導體 晶圓之厚度。 10 1253689 ' · 【圖式簡單說明】 半導體晶圓邊緣區及中央區所選若干部位半導體晶圓厚度之 微分量測測定結果。

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Claims (1)

1. U 3 6 8 9 — —，———„ 、 I啊年n月修(更)i£替摟頁: 十、申請專利範圍： ‘————--------一 1· 一種製造半導體晶圓之方法，該方法係藉同時拋光半導體晶 圓正面及背面，在拋光期間，旋轉的兩塊拋光板之間，有拋光流 體，該半導體晶圓位於齒輪架之切除部分内，具有一定之齒輪架 厚度，持續在一定之幾何路徑上，該半導體晶圓，在拋光前有一 起始厚度，在拋光後有一最終厚度，其中拋光所需之拋光時間， Φ 由下述數據計算出來，包括半導體晶圓之起始厚度與平坦度、齒 輪架厚度及半導體晶圓在拋光期間，於本次拋光前拋過光。 2·如申請專利範圍帛1項之方法，其中該前面的拋光，正好是 本次拋光前面的拋光。 3 ·如申明專利範圍第1項之方法，其中該平坦度係併人如工35 值形式之計算内。 4 ·如申明專利範圍帛3項之方法，其中拋光時間比例減短至正 φ dnl35值之絕對值。 5 ·如中π專利範圍第3項之方法，其中拋光時間關加長至負 dnl35值之絕對值。 申月專利朗第4項之方法，其中以增量之方式減短抛光 7·如申請專利範圍第 時間。 5項之方法，其中以增量之方式加長拋光