TWI302717B - Etching liquid for controlling silicon wafer surface shape and method for manufacturing silicon wafer using the same - Google Patents
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1302717 (1) 九、發明說明 【發明所屬之技術領域】 本發明有關用以控制矽晶圓表面形狀之蝕刻液及使用 彼於製造矽晶圓以降低雙面同時拋光處理的負荷並達到兼 顧高度平坦度與降低表面粗糙度之方法。 【先前技術】 φ 通常,半導體矽晶圓的製造方法包括在晶圓上的去角 、機械性拋光(磨光)、蝕刻、鏡面碾磨(拋光)與清洗 等方法,其中該晶圓係自一拉晶形成之單晶矽塊切割及切 片,並將該晶圓製成具有高精確平坦度之晶圓。通過包括 塊料切割、外徑碾磨、切片、磨光等機械性製造方法的矽 晶個的表面上具有受損層,即,受處理影響層。該受處理 影響層會引發結晶瑕疵,諸如在裝置製造方法中產生滑移 位錯等,並會降低該晶圓的機械強度,且對其電特徵造成 #負面影響,因此必須完全去除此等瑕疵。 進行蝕刻處理以去除該受處理影響層。該蝕刻處理當 中,使用酸蝕刻方法或鹼蝕刻方法。該蝕刻處理當中,將 許多晶圓浸入裝有蝕刻液的蝕刻槽中,因而化學去除該受 處理影響層。 該酸蝕刻作用的優點係對於矽晶圓不具選擇性蝕刻性 質,表面粗糙度小,因此改善細微形狀精確度,且蝕刻效 率高。主要使用以水稀釋混合之氫氟酸(HF )與硝酸( hn〇3 )或醋酸(CH3COOH )獲得的三組份蝕刻液作爲該 (2) 1302717 酸蝕刻的蝕刻液。一般認爲該酸蝕刻具有上述優點的原因 係,以上述蝕刻液的擴散控制條件基礎進行蝕刻作用,且 在該擴散控制條件下,反應速度不因該結晶表面的結晶定 向、結晶瑕疵等而定,以及該結晶表面上的擴散作用具有 主要效果。不過,該酸蝕刻中,雖然可以蝕刻該受處理影 響層並改善矽晶圓的表面粗糙度,但該晶圓外圍部分變鈍 ,且以磨光所獲得作爲微形狀精確性的平坦度受損,其造 •成該經蝕刻表面上稱之爲***或剝落的mm尺度凹陷與凸 起。此外,該化學液體的成本高,且難以控制並維持該蝕 刻液的組成,其已今爲先前技術的問題。 鹼蝕刻的優點係該平坦度優良且細微形狀精確度獲得 改善,金屬污染小,且沒有酸蝕刻或諸如NOx等有害副 產物的問題或處理彼之危險。至於鹼蝕刻之蝕刻液,係使 用KOH與NaOH。一般認爲該鹼蝕刻具有上述優點的原因 係該蝕刻基本上係以擴散控制條件爲基礎進行。不過,在 •鹼蝕刻中,雖然可以蝕刻受處理影響層並維持矽晶圓的平 坦度,但會發生部分深度爲數μιη且尺寸係數μιη至數十μπι 的刻面(下文稱爲刻面),其使該晶圓表面粗糙度惡化, 已成爲先前技術的另一問題。 至於解決鹼蝕刻中問題的方法,已揭示一種矽晶圓之 蝕刻方法,其中使用將〇·〇1至0.2重量百分比之過氧化氫 添加至1 〇〇重量百分比的苛性蘇打(氫氧化鈉)水溶液中 獲得的蝕刻液(例如,詳見專利文件1 )。根據上述專利 文件揭示的蝕刻方法,藉由以特定百分比將過氧化氫添加 -6 - (3) 1302717 至苛性蘇打水溶液,解決了該鹼蝕刻中因苛性蘇打水溶液 造成的不合格率。具體而言,與使用NaOΗ水溶液的蝕刻 作用相比,在矽晶圓下表面上形成的蝕刻坑尺寸較細微, 此外,會限制在矽晶圓下面之上微蝕刻坑的發生,並容易 在廣範圍內調整所需之蝕刻速度,此外蝕刻速度提高。 專利文件1:日本特許公開公報Ν〇.Η07-37871 (主張 權項1至4,第[002 1 ]段)。 φ 不過,在包括上述專利文件所揭示的方法之習知方法 當中,將經過該蝕刻處理的晶圓送到雙面同時拋光處理與 單面拋光處理中,其中將其表面處理成鏡面,但於蝕刻處 -理之後該矽晶圓的上下表面中,無法維持完成平坦化處理 時獲得之晶圓平坦度,亦尙無法獲得所需之晶圓表面粗糙 度,因此爲了改善該晶圓平坦度與晶圓表面粗糙度,必須 在雙面同時拋光處理與單面拋光處理中安排一些碾磨削除 量,因此在於該雙面同時拋光處理與單面拋光處理時仍有 籲許多負荷。 【發明內容】 發明總論 因此,本發明目的係提出用於控制矽晶圓表面形狀的 蝕刻液,以及使用彼於製造矽晶圓以降低雙面同時拋光處 理與單面控制處理的負荷,並達到兼顧平坦化處理完成時 的高度平坦度與降低表面粗糙度之方法。 根據申請專利範圍第1項的發明係一種用於控制矽晶 (4) 1302717 圓表面形狀的蝕刻液,其中二氧化矽粉末係均勻分散在鹼 性水溶液中。 在根據申請專利範圍第1項的發明中,其中二氧化矽 粉末均勻分散在鹼性水溶液中的該用於控制矽晶圓表面形 狀的蝕刻液可控制拋光前之晶圓表面粗糙度與組織尺寸, 因此,藉由使用該蝕刻液蝕刻該平坦化處理後之具有受處 理影響層的矽晶圓,可以降低雙面同時拋光處理與單面拋 II光處理中之拋光削除量,此外兼而達到維持該晶圓於平坦 化處理完成時的高平坦度並降低晶圓表面粗糙度。 根據申請專利範圍第2項的發明係申請專利範圍第1 項之依附項,係一種蝕刻液,其中該鹼性水溶液係40至 5 0重量%之氫氧化鈉水溶液,並待添加於該鹼性水溶液的
二氧化矽粉末添加率係相對於氫氧化鈉添加1至1 00 g/L 〇 在根據申請專利範圍第2項的發明中,藉由以既定比 •例在上述濃度範圍中的鹼性水溶液中添加二氧化矽粉末, t以更容易維持該晶圓的高度平坦度,並使蝕刻處理完成 時達到更低之晶圓表面粗糙度。 根據申請專利範圍第3項的發明係申請專利範圍第1 或2項之依附項,係一種蝕刻液,其中該二氧化矽粉末的 平均粒徑係50至5 000 nm。 根據申請專利範圍第4項的發明係一種用於製造矽晶 圓的方法,依序包括平坦化處理1 3,其係用於拋光或磨光 由切片單晶矽塊獲得之薄圓碟形矽晶圓的上下表面;蝕刻 -8- 1302717
處理1 4,用於將該矽晶圓浸入如申請專利範圍第1至3項 任一項之蝕刻液,因而蝕刻該矽晶圓的上下表面;以及雙 面同時拋光處理1 6,用於同時拋光該經蝕刻矽晶圓上下表 面。 在根據申請專利範圍第4項的發明當中,藉由使用將 二氧化矽粉末添加於鹼性水溶液中進行調整之蝕刻液的蝕 刻處理1 4,可以控制拋光前之晶圓的表面粗糙度與組織尺 鲁寸,因此在雙面同時拋光處理1 6中,可以減少該晶圓上 下表面的拋光削除量,此外兼而達到維持該晶圓於平坦化 處理完成時的高平坦度並降低晶圓表面粗糙度。 根據申請專利範圍第5項的發明係一種用於製造矽晶 圓的方法,依序包括平坦化處理,其係用於拋光或磨光由 切片單晶矽塊獲得之薄圓碟形矽晶圓的上下表面;蝕刻處 理,用於將該矽晶圓浸入如申請專利範圔第1至3項任一 項之蝕刻液,因而蝕刻該矽晶圓的上下表面;以及單面拋 #光處理,逐一拋光該經蝕刻矽晶圓上下表面。 在根據申請專利範圍第5項的發明當中,藉由使用將 二氧化矽粉末添加於鹼性水溶液中進行調整之蝕刻液的蝕 刻處理,可以控制拋光前之晶圓的表面粗糙度與組織尺寸 ,因此在單面拋光處理中,可以減少該晶圓上下表面的拋 光削除量,此外兼而達到維持該晶圓於平坦化處理完成時 的高平坦度並降低晶圓表面粗糙度。 用於控制本發明矽晶圓表面形狀之蝕刻液係其中二氧 化矽粉末均勻分散在鹼性水溶液中之蝕刻液,且該蝕刻液 -9- (6) 1302717 可以控制拋光前之表面粗糙度與組織尺寸,因此,藉由使 用該蝕刻液蝕刻在平坦化處理後具有受處理影響層的矽晶 圓,可以減少該雙面同時拋光處理與該單面拋光處理中該 晶圓上下表面的拋光削除量,此外兼而達到維持該晶圓於 平坦化處理完成時的高平坦度並降低晶圓表面粗糙度。 此外,在用於製造矽晶圓的方法當中,藉由使用將二 氧化矽粉末添加於鹼性水溶液中進行調整之蝕刻液的蝕刻 鲁處理,可以控制拋光前之晶圓的表面粗糙度與組織尺寸, 因此可以減少該雙面同時拋光處理與該單面拋光處理中該 晶圓上下表面的拋光削除量,此外兼而達到維持該晶圓於 平坦化處理完成時的高平坦度並降低晶圓表面粗糙度。 發明之詳細說明 下文茲將參考附圖更詳盡舉例說明本發明較佳具體實 例。 該用於控制本發明矽晶圓表面形狀的蝕刻液係一種二 氧化矽粉末均勻分散在鹼性水溶液中之蝕刻液。該其中二 氧化矽粉末均勻分散在鹼性水溶液中的蝕刻液因爲添加二 氧化矽粉末會影響化學液體中之金屬雜質等,並特別限制 鹼蝕刻之選擇性,因而可以控制拋光前之晶圓表面粗糙度 與組織尺寸,因此藉由使用該蝕刻液蝕刻於平坦化處理後 具有受處理影響層的矽晶圓,可以減少雙面同時拋光處理 與單面拋光處理中之晶圓的上下表面拋光削除量,此外兼 而達到維持該晶圓於平坦化處理完成時的高平坦度並降低 -10- (7) 1302717 晶圓表面粗糙度。 本發明之蝕刻液係以既定比率將二氧化矽粉末添加於 調整至特定濃度之鹼性水溶液中、攪拌經添加之液體,並 將該二氧化矽粉末均勻分散在該鹼性水溶液中而獲得。至 於包括在發明蝕刻液中之鹼性水溶液,有氫氧化鉀與氫氧 化鈉,其中特別以可降低表面粗糙度並限制組織尺寸的40 至50重量%之氫氧化鈉水溶液爲佳。此外,較佳係待添加 春於該40至50重量%之氫氧化鈉水溶液的二氧化矽粉末添 加率係相對於該氫氧化鈉添加1至1 0 0 g/L範圍內,此係 因爲蝕刻處理之後,可更容易維持該高度晶圓平坦度,而 且可進一步降低晶圓表面粗糙度之故。尤其是,較佳係使 該添加率在相對於氫氧化鈉添加5至1 Og/L範圍內。至於 本發明蝕刻液中待使用之二氧化矽粉末,以平均粒徑在 5 0 - 5 0 0 0 nm範圍內的二氧化矽粉末爲佳。若該平均粒徑低 於5 0 nm,則對於鹼性水溶液中之金屬雜質的影響發生不 鲁整合’且若該平均粒徑超過5000 nm ( 5 μ m ),則會發生 分散在該鹼性水溶液中的二氧化矽粉末變得成團聚集在一 起的不整合。該二氧化矽粉末的特佳平均粒徑係500 nm( 0·5 μπι)至 3000 nm (3μπι)。 其次,下文茲將說明使用該用於控制矽晶圓表面形狀 的鈾刻液製造矽晶圓的方法。 首先,切除生長之單晶矽塊的前端部分與後端部分, 並將該矽塊製成塊狀,並碾磨該矽塊的外徑,使該矽塊直 徑均勻’並使該5夕塊成爲塊體。爲了顯示出特定結晶定向 -11 - (8) 1302717 如 片 此 該 晶 環 狀 表 處 所 晶 由 示 於 由 此 表 轉 面 ,在該塊體上製造定向平面與定向缺口。該處理之後, 圖1所示,以相對於該條軸方向之特定角度將該塊體切 (步驟1 1 )。於步驟1 1經切片之晶圓的外圍去角,如 避免該晶圓周圍部分龜裂與碎屑(步驟1 2 )。藉由進行 去角處理,可以限制例如冠狀現象,其中未經去角之砂 圓上外延生長的外圍部分上會發生錯誤生長,並以發生 形凸起。其次,平坦化在切片等處理中發生之該薄圓碟 •矽晶圓上下表面上的凹陷與凸起層,並提高該晶圓上下 面的平坦度與該晶圓的平行度(步驟1 3 )。在該平坦化 理13當中,藉由碾磨或磨光平坦化該晶圓上下表面。 至於藉由碾磨平坦化晶圓的方法,使用圖2與圖3 示之碾磨裝置2 0碾磨該晶圓。如圖2所示,建構將矽 圓21載於其上之作爲晶圓支撐單位的轉盤22,如此藉 其中未圖示的驅動機制使其繞著垂直軸旋轉。如圖3所 ,在該轉盤22之上經由夾盤22a將矽晶圓21吸附並載 鲁該轉盤22上,安排用於支撐磨石23之磨石支撐工具24 以便壓向該碾磨表面。建構該磨石支撐工具24使得藉 其中未圖示的驅動機制使該磨石23繞著垂直軸旋轉。 外,在該矽晶圓上方,安排於碾磨時用以對該該矽晶圓 面供應碾磨水的供水噴嘴26。在此種碾磨裝置20當中 該磨石23與該矽晶圓2 1係藉由個別的驅動機制相對旋 ,此外自該供水噴嘴26將碾磨水供應至該矽晶圓2 1表 上覆有磨石23之接觸部分以帔之部分,並於將該磨石 壓向該矽晶圓2 1表面以碾磨彼時清洗該矽晶圓表面。 -12- 23 (9) 1302717 此外,藉由磨光平坦化晶圓之方法,使用圖4所示之 磨光裝置30平坦化該晶圓。如圖4所示,首先使一載板 31嚙合於磨光裝置31之中心齒輪37與內齒輪38,並將 矽晶圓2 1固定於該載板3 1的支座。然後,固定該矽晶圓 21的雙面,使得以上表面轉盤32與下表面轉盤33夾緊, 並自噴嘴3 4供應碾磨劑3 6,藉由該中心齒輪3 7與內齒輪 38以行星運動移動該載板31,在此同時,上表面轉盤32 修與下表面轉盤33相對地旋轉,因此同時磨光該矽晶圓21 的雙面。以此種方式,於清洗處理中清洗進行平坦化處理 1 3 (其中該晶圓上下表面的平坦度以及該晶圓的平行度提 高)之後的矽晶圓,並送到下一個處理。 其次,再次參考圖1,將該經平坦化矽晶圓浸入蝕刻 液,並蝕刻該矽晶圓的上下表面(步驟1 4 )。此處使用的 蝕刻液係本發明用以控制矽晶圓表面形狀的蝕刻液。在該 蝕刻處理1 4中,藉由蝕刻作用完全移除諸如去角處理1 2 鲁與平坦化處理等機械性處理所導入的受處理影響層。藉由 使用添加二氧化矽粉末進行調整之本發明用於控制矽晶圓 表面形狀的蝕刻液的處理作用,能加以控制該晶圓的表面 粗糙度與組織尺寸,因此可能減少其後之雙面同時拋光處 理16與單面拋光處理中該晶圓上下表面的拋光削除量, 並進一步達到兼顧維持該晶圓於平坦化處理完成時的高平 坦度並降低晶圓表面粗糙度。較佳情況係,該蝕刻處理14 中蝕刻表面的蝕刻削除深度係8至1 Ομιη,該晶圓上下表 面的總削除深度係1 6至20 μηι。藉著將削除深度設定在上 -13· (10) 1302717 述範圍,可以大幅減少後續雙面同時拋光處理與單面拋光 處理的碾磨削除量。若該蝕刻削除深度低於下限値,則不 會有效率地降低該晶圓表面粗糙度,導致該雙面同時拋光 處理與噴嘴的負荷變大,然而,若該蝕刻削除深度高於該 上述値,則該晶圓平坦度變差,且晶圓製造的生產性降低 〇 在該蝕刻處理1 4當中,如圖5所示,首先,將許多 鲁晶圓41a垂直固定在支座41中,支座41如圖5實線箭頭 所示般低,並浸入儲存在蝕刻槽42中之本發明該用於控 制矽晶圓表面形狀的蝕刻液42a,以該蝕刻液去除該晶圓 表面的受處理影響層。然後,一段特定時間後,如圖5虛 線箭頭所示拉起其中的晶圓4 1 a浸在蝕刻液4 2 a中之支座 4 1。然後,將固定有該經蝕刻處理後的晶圓4 1 a之支座4 1 降低到圖5所示之實線箭頭,並浸入儲存在清洗槽43之 諸如純水等清洗液43a,去除附著在該晶圓表面的蝕刻液 鲁。然後,依圖5之虛線箭頭所示,將其中晶圓41 a浸於清 洗液43a —段特定時間的支座41拉出,並乾燥該矽晶圓 〇 其次,再次參考圖圖1,於該蝕刻處理1 4之後的同時 進行該用於拋光晶圓上下表面的雙面同時拋光處理(步驟 16) 〇 至於同時拋光該上下表面的方法,使用圖6所示之雙 面同時拋光裝置50進行拋光作用。如圖6所示,首先使 一載板51嚙合於雙面同時拋光裝置5 0之中心齒輪5 7與 -14- (11) 1302717 內齒輪5 8,並將矽晶圓21固定於該載板5 1的支座。然後 ,固定該矽晶圓2 1的雙面,使得以其拋光表面一側裝附 有第一砂布52a之上表面轉盤52與裝附有第二砂布53a 之下表面轉盤53夾緊,並自噴嘴54供應碾磨劑56,藉由 該中心齒輪5 7與內齒輪5 8以行星運動移動該載板5 1,在 此同時,上表面轉盤52與下表面轉盤53相對地旋轉,因 此同時鏡面拋光該矽晶圓2 1的雙面。此外,在此種雙面 鲁同時拋光處理16當中,上表面轉盤52與下表面轉盤53 的旋轉速度受到個別控制,並同時拋光該矽晶圓的雙面, 因此可獲得上下表面可以肉眼檢視可確認之一面鏡面表面 晶圓。藉由進行上述本發明用於製造矽晶圓之方法,可以 大幅改善晶圓製造的生產性。 其中,在本較佳具體實例之實施樣態中,該晶圓的上 下表面係同時拋光,然而熟悉本技術之人士將會明白,以 逐一拋光晶圓上下表面的單面拋光處理替代該雙面同時拋 •光作用可達到相同效果。 【實施方式】 茲連同下文對照實例更詳細說明本發明實施例。 <實施例1至4〉 首先,製備數個之矽晶圓,至於平坦化處理 ,使用圖4所示之磨光裝置磨光該矽晶圓的上下表面。至 於該磨光處理中的拋光劑,使用包括Al2〇3之# 1 500號拋 -15- (12) 1302717 光劑,所使用之拋光劑流速控制在2.0L/分鐘,上表面轉 盤的負載控制在70g/cm2,上表面轉盤的旋轉速度控制在 lOrpm,下表面轉盤的旋轉速度控制在40rpm,並平坦化 該砂晶圓。其次,使用圖5所示之蝕刻裝置蝕刻該經平坦 化之後的矽晶圓。至於蝕刻液,使用將直徑係2至5 μηι之 二氧化矽粉末混入5 1重量%氫氧化鈉並比例調整成相對於 該氫氧化鈉爲 lg/L、5g/L、10g/L與100g/L的四種蝕刻 春液。在該蝕刻處理中,將該矽晶圓浸入該蝕刻液中1 5分 鐘,於其中蝕刻之。該蝕刻作用中該晶圓一面的蝕刻削除 深度係1〇μπι,該晶圓雙面的削除深度係20μηι。 <實施例5至8> 以實施例1至4之相同方式進行該平坦化處理與蝕刻 處理,但是該蝕刻處理中蝕刻液使用的鹼性水溶液以48 重量%氫氧化鈉水溶液代替之。 <對照實例1至3> 以實施例1之相同方式進行該平坦化處理與蝕刻處理 ,但是製備僅由5 1重量%氫氧化鈉組成的三化學液體作爲 鹼性水溶液,使用該等化學液體作爲蝕刻處理中之蝕刻液 。換言之,該蝕刻液中不添加二氧化矽粉末。 <對照實例4至6> 以實施例1之相同方式進行該平坦化處理與蝕刻處理 • 16 - (13) 1302717 ,但是製備僅由48重量%氫氧化鈉組成的三化學液體作爲 鹼性水溶液,使用該等化學液體作爲蝕刻處理中之蝕刻液 。換言之,該蝕刻液中不添加二氧化矽粉末。 <實施例9至16> 以實施例1至8之相同方式進行該平坦化處理與蝕刻 處理,但是該磨光處理中該磨光裝置的上表面轉盤負載控 鲁制在l〇〇g/cm2,平坦化該砂晶圓。 <對照實例7至12> 以對照實例1至6之相同方式進行該平坦化處理與蝕 刻處理,但是該磨光處理中該磨光裝置的上表面轉盤負載 控制在1 0 0 g / c m 2,平坦化該砂晶圓。 <實施例17至24> 以實施例1至8之相同方式進行該平坦化處理與蝕刻 處理,但是該磨光處理中的拋光劑係使用包括ai2o3之 #1 000號拋光劑,且該磨光裝置的上表面轉盤負載控制在 10 0g/cm2,平坦化該矽晶圓。 <對照實例13至18> 以對照實例1至6之相同方式進行該平坦化處理與蝕 刻處理,但是該磨光處理中的拋光劑係使用包括ai2o3之 # 1 000號拋光劑,且該磨光裝置的上表面轉盤負載控制在 -17- (14) 1302717 1 00g/cm2,平坦化該矽晶圓。 <實施例25至28> 以實施例1至4相同方式進行平坦化處理與蝕刻處理 ,但是該磨光處理中該磨光裝置的上表面轉盤負載控制在 1 00g/cm2,並平坦化該矽晶圓,該蝕刻處理中蝕刻液所使 用的鹼性水溶液係以48重量%氫氧化鈉水溶液取代之。 <實施例29至32> 以實施例1至4相同方式進行平坦化處理與蝕刻處理 ,但是該磨光處理中的拋光劑係使用包括A1203之#1000 號拋光劑,且該磨光裝置的上表面轉盤負載控制在 100 g/cm2,平坦化該矽晶圓,並以48重量%氫氧化鈉水溶 液代替該蝕刻處理中待用於該蝕刻液中之鹼性水溶液。 <對照實例19至21> 以與對照實例1至3之相同方式進行該平坦化處理與 該蝕刻處理,但是使用包括Al2〇3之#1 000拋光劑作爲該 磨光處理中之拋光劑,並以48重量%氫氧化鈉水溶液代替 該蝕刻處理中待用於該蝕刻液中之鹼性水溶液。 <對照實例22至24> 以與對照實例1至3之相同方式進行該平坦化處理與 該蝕刻處理,但是使用包括Al2〇3之# 1 000拋光劑作爲該 -18- 1302717 磨光處理中之拋光劑,將該磨光裝置的上表面轉盤負載控 制在l〇〇g/cm2並平坦化該矽晶圓,且以48重量%氫氧化 鈉水溶液代替該蝕刻處理中待用於該蝕刻液中之鹼性水溶 液。 <對照試驗1> 對於實施例1至3 2以及及對照實例1至24所獲得之 鲁矽晶圓,使用非接觸性表面粗糙度量規(由Chapman製造 )測量其晶圓表面粗糙度,分別獲得作爲晶圓表面形狀基 本參數的Ra與Rmax。當標準.長度定義爲lr時,作爲高 度方向之幅度平均參數的數學平均粗糙度係以標準長度的 Z ( X )絕對値平均數表示,如下列等式(1 )所示。
此外,該高度方向作爲尖峰與底部參數的粗糙度曲線 最大橫剖面高度Rmax係以圖8所示之晶圓表示中評估長 度In的輪廓曲線尖峰高度Zp的最大値與底部深度Zv的 最大値總和表示,如下列等式所示。圖8中,該尖峰最 大値Zp係ZP5,底部深度最大値Zv係Zv4。 R?7 慨=77慨(夺2·) + MX(ZVZ) ...... (2) 實施例1至3 2與對照實例1至24所獲得之矽晶圓中 Ra與Rmax結果分別示於表1至表4。 -19- (16)1302717 [表1] 磨光處理 蝕刻處理 倉虫刻處理後之晶圓 表面粗糙度 拋光 上表面 鹼性水 鹼性 二氧化 Ra[mm] Rmax[pm] 劑號 轉盤負 溶液濃 水溶 矽粉 數 載 度 液種 600添 [g/cm2] 類 加率 實施例1 #1500 70 51重量 NaOH 1 g/L 185 1.81 實施例2 % 5g/L 183 1.75 實施例3 10 g/L 180 1.72 實施例4 100 g/L 175 1.65 實施例5 48重量 NaOH 1 g/L 246 2.36 實施例6 % 5 g/L 243 2.28 實施例7 10 g/L 233 2.24 實施例8 100 g/L 231 2.15 對照實 #1500 70 51重量 NaOH - 191 1.91 例1 % 對照實 - 197 1.93 例2 對照實 - 211 1.95 例3 對照實 48重量 NaOH - 258 2.51 例4 % 對照實 - 267 2.48 例5 對照實 - 251 2.55 例6 -20- (17)1302717 [表2] 磨光處理 蝕刻處理 蝕刻處理後之晶圓 表面粗糙度 拋光 上表面 鹼性水 鹼性水 二氧化 Ra[mm] Rmax[pm] 劑號 轉盤負 溶液濃 溶液種 矽粉末 數 載 度 類 添加率 [g/cm2] 實施例9 #1500 100 51重量 NaOH 1 g/L 236 2.15 實施例10 % 5g/L 233 2.08 實施例11 10 g/L 229 2.05 實施例12 100 g/L 223 1.96 實施例13 48重量 NaOH 1 g/L 310 2.65 實施例14 % 5 g/L 306 2.56 實施例15 10 g/L 294 2.52 實施例16 100 g/L 291 2.41 對照實例 #1500 100 51重量 NaOH - 250 2.30 7 % 對照實例 8 - 255 2.25 對照實例 9 麵 258 2.34 對照實例 48重量 NaOH - 320 2.80 10 % 對照實例 - 328 2.75 11 對照實例 - 330 2.92 12
-21 - 3] (18) 1302717 3] (18)
磨光處理 蝕刻處理 蝕刻處理後之晶圓 表面粗糙度 拋光 上表面 鹼性水 鹼性水 二氧化 Ra[mm] Rmax[pm] 劑號 轉盤負 溶液濃 溶液種 石夕粉末 數 載 度 類 添加率 [g/cm2] 實施例17 #1000 100 51重量 NaOH 1 g/L 332 3.33 實施例18 % 5g/L 328 3.22 實施例19 10 g/L 323 3.16 實施例20 100 g/L 314 3.03 實施例21 48重量 NaOH 1 g/L 395 3.55 實施例22 % 5 g/L 390 3.44 實施例23 10 g/L 374 3.38 實施例24 100 g/L 371 3.24 對照實例 #1000 100 51重量 NaOH - 355 3.52 13 % 對照實例 - 361 3.54 14 對照實例 - 359 3.58 15 對照實例 48重量 NaOH - 410 3.74 16 % 對照實例 - 415 3.76 17 對照實例 - 420 3.87 18
-22- (19) 1302717 [表4]
磨光處理 蝕刻處理 蝕刻處理後之晶圓 表面粗糙度 拋光 上表面 鹼性水 鹼性水 二氧化 Ra[mm] Rmax[pm] 劑號 轉盤負 溶液濃 溶液種 矽粉末 數 載 度 類 添加率 [g/cm2] 實施例25 #1500 100 48重量 KOH 1 g/L 327 3.45 實施例26 % 5g/L 324 3.34 實施例27 10 g/L 319 3.28 實施例28 100 g/L 310 3.15 實施例29 #1000 100 48重量 KOH 1 g/L 483 5.02 實施例30 % 5 g/L 478 4.85 實施例31 10 g/L 470 4.77 實施例32 100 g/L 475 4.57 對照實例 #1500 100 48重量 KOH - 351 3.67 19 % 對照實例 - 355 3.68 20 對照實例 - 354 3.70 21 對照實例 #1000 100 48重量 KOH - 510 5.35 22 % 對照實例 - 523 5.25 23 對照實例 - 530 5.45 24 由表1至表4清楚看出,在二氧化矽粉末添加於該鹼 性水溶液的實施例1至32,以及鹼性水溶液中不添加二氧 化矽粉末的對照實例1至24的比較當中(此等實例中晶 圓係在相同條件下平坦化),已知實施例1至3 2中之Ra 與Rmax降低。自使用該鹼性水溶液中添加有二氧化矽粉 末的蝕刻液獲得的結果,分別改善晶圓表面粗糙度與晶圓 平坦度,可能大幅降低隨後之雙面同時拋光處理中的碾磨 削除量。此外,比較實施例1至3 2的結果,獲得添加於 該鹼性水溶液中的二氧化矽粉末添加量愈高傾向,Ra與 -23- (20) 1302717
Rmax分別降低的結果。 <實施例33至35> 首先,製備數個(|)200mm之矽晶圓,至於平坦化處理 ,以實施例1相同之方式磨光該矽晶圓的上下表面。其次 ,於該磨光後的晶圓上,使用圖2與圖3所示之碾磨裝置 ,在該矽晶圓表面上進行最終碾磨。至於該碾磨條件,該 鲁磨石的碾磨號數設爲#2 000,金剛石中央粒徑係3至4μχη ,心軸(砂輪)旋轉速度係 4800rpm,進料速度係 0.3pm/sec,晶圓(晶圓夾盤)旋轉速度係20rpm,處理削 除量設爲ΙΟμηι或以下。其次,至於蝕刻處理,使用圖5 所示之蝕刻裝置蝕刻該經平坦化之後的矽晶圓。至於蝕刻 液,使用將平均粒徑係2至5μιη之二氧化矽粉末混入48 重量%氫氧化鈉並比例調整成相對於該氫氧化鈉爲 1 g/L 、10g/L與100g/L的三種蝕刻液。在該蝕刻處理中,將該 鲁矽晶圓浸入該蝕刻液中1 5分鐘,於其中蝕刻之。該蝕刻 作用中該晶圓一面的蝕刻削除深度係2.5 μιη,該晶圓雙面 的削除深度係5μιη。 〈對照實例25至27> 以實施例3 3至3 5之相同方式進行平坦化處理與蝕刻 處理,但使用僅以48重量%氫氧化鈉組成的三種化學液體 作爲鹼性水溶液,使用該等化學液體作爲蝕刻處理中之蝕 刻液。換言之,該蝕刻液中不添加二氧化矽粉末。 -24- (21) 1302717 <對照試驗2〉 對於實施例33至35與對照實例25至27中獲得的矽 晶圓,使用非接觸性表面粗糙度量規(由Chapman製造) 測量其晶圓表面粗糙度,分別獲得作爲晶圓表面形狀基本 參數的Ra與Rmax。實施例33至35與對照實例25至27 中獲得之矽晶圓Ra與Rmax結果分別示於表5。
[表5] 磨光處理 最終碾磨 處理 蝕刻處理 蝕刻處理後之 晶圓表面粗糙 度 拋光 劑號 數 上表面 轉盤負 載 [g/cm2] 鹼性水 溶液濃 度 鹼性水 溶液種 類 二氧化 矽粉末 添加率 Ra [mm] Rmax [μηι] 實施例 33 #100 0 100 碾磨號數 :#2000 金剛石分 布中央粒 徑:3至 4μχη 48重 量% NaOH lg/L 30.0 0.25 實施例 34 l〇g/L 20.0 0.20 實施例 35 100g/L 16.0 0.15 對照實 例25 #100 0 100 碾磨號數 :#2000 金剛石分 布中央粒 徑:3至 4μτη 48重 量〇/〇 NaOH - 31.0 0.27 對照實 例26 - 31.5 0.28 對照實 例27 - 32.2 0.28 由表5清楚看出,在二氧化矽粉末添加於該鹼性水溶 液的實施例3 3至3 5,以及鹼性水溶液中不添加二氧化矽 粉末的對照實例25至27的比較當中(此等實例中晶圓係 在相同條件下平坦化),已知實施例3 3至3 5中之Ra與 Rmax降低。自使用該鹼性水溶液中添加有二氧化矽粉末 -25- 1302717 (22) 的蝕刻液獲得的結果,分別改善晶圓表面粗糙度與晶圓平 坦度,可能大幅降低隨後之雙面同時拋光處理中的碾磨削 除量。此外,獲得添加於該鹼性水溶液中的二氧化矽粉末 添加量愈局傾向,R a與R m a X分別降低的結果。 【圖式簡單說明】 圖1係顯示本發明用於製造矽晶圓之方法的流程圖。 φ 圖2係顯示碾磨裝置的俯視圖。 圖3係顯示該碾磨裝置的水平橫剖面圖。 圖4係顯示磨光裝置之結構圖。 圖5係顯示蝕刻處理之圖。 圖6係顯示雙面連續碾磨裝置的結構圖。 圖7係用於解釋如何獲得Ra之晶圓的橫剖面圖。 圖8係用於解釋如何獲得Rmax之晶圓的橫剖面圖。 φ【主要元件符號說明】 20 :碾磨裝置 21 :矽晶圓 22 :轉盤 22a :夾盤 23 :磨石 24 :支撐工具 26 :供水噴嘴 30 :磨光裝置 -26- (23) 1302717 3 1 :載板 32 :上表面轉盤 3 3 :下表面轉盤 34 :噴嘴 3 6 :碾磨劑 3 7 :中心齒輪 3 8 :內齒輪
41 :支座 4 1 a :晶圓 42 :蝕刻槽 42a :蝕刻液 43 :清洗槽 43a :清洗液 50 :拋光裝置 51 :載板 52 :上表面轉盤 5 2 a :第一砂布 53 :下表面轉盤 5 3 a :第二砂布 54 :噴嘴 5 6 :碾磨劑 5 7 :中心齒輪 5 8 :內齒輪 -27-
Claims (1)
- (1) 1302717 十、申請專利範圍 1 · ·—種用於控制砂晶圓表面形狀的餓刻液,其中該二; 氧化矽粉末均勻分散在鹼性水溶液中。 2.如申請專利範圍第1項之蝕刻液,其中 該鹼性水溶液係4 0至5 0重量%之氫氧化鈉水溶液, 且 待添加於該鹼性水溶液中之二氧化矽粉末添加率係相 φ對於該氫氧化鈉爲1至100 g/L。 3 ·如申請專利範圍第1或2項之蝕刻液,其中該二氧 化矽粉末的平均粒徑係.50至5 000nm。 4 · 一種用於製造矽晶圓之方法,其依序包括: 平坦化處理,用於拋光或磨光由切片單晶矽塊獲得之 薄圓碟形矽晶圓的上下表面; 蝕刻處理,用於將該矽晶圓浸於如申請專利範圍第] 至3項中任一項之餓刻液中’因而餓刻該砂晶圓的上下表 _面;以及 雙面同時拋光處理,用於同時拋光該經蝕刻矽晶圓的 上下表面。 5 . —種用於製造砂晶圓之方法,其依序包括: 平坦化處理,用於拋光或磨光由切片單晶矽塊獲得之 薄圓碟形矽晶圓的上下表面; 蝕刻處理,用於將該矽晶圓浸於如申請專利範圍第1 至3項中任一項之蝕刻液中,因而蝕刻該矽晶圓的上下表 面;以及 -28- (2) 1302717 單面拋光處理,用於逐一拋光該經蝕刻矽晶圓的上下 表面。-29-
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