[发明专利]抛光半导体晶片两面的方法

说明书

技术领域

本发明涉及抛光半导体晶片两面的方法。

具体而言，本发明用于抛光下一代技术的硅晶片，主要是直径为450mm 的晶片。目前，在电子工业中大多数领域需要使用直径为300mm的抛光或 外延加工的半导体晶片。直径为200mm的硅晶片正逐渐被300mm晶片取 代。

背景技术

电子工业希望较大基片来生产其元件(微处理器或存储芯片)的主要原 因在于它们所具有的巨大经济优势。在半导体工业中，长期以来习惯聚焦 于可获得的基片面积，或者换句话说考虑在单个基片上可容纳多少数量的 元件，即逻辑芯片或存储芯片。这涉及以下实际情况：元件制造者的多个 加工步骤欲在整个基片上进行，但是也有单个步骤用于结构化基片，即制 造随后获得单个芯片元件结构，因此两组处理步骤的制造成本非常特别地 由基片尺寸决定。基片尺寸在非常显著的程度内影响每个元件的制造成本， 并因此有重大的经济重要性。

怎样增加基片直径产生了巨大(有时是完全新的)未知的技术问题。

最后，所有的处理步骤，无论他们是纯机械(修剪、研磨、精研)、化 学(蚀刻、洁净)或本质上化学处理(抛光)以及热处理(外延、退火)， 都需要完全的修正，尤其是它们所用的机械和系统(装备)。

本发明致力于当晶片用于制造存储芯片时，作为最后必须步骤的抛光半 导体晶片，或者原则上当晶片用做生产微处理器的所谓epi晶片时，作为半 导体晶片外延生长前的倒数第二处理步骤。

本发明的发明人已经发现抛光450mm晶片的方法需要根本的改变。以 下将描述现有技术中已知的那些抛光方法，它们已经被考虑用于限定新的 抛光方法。他们实质上包括对传统使用的双面抛光(DSP)和化学-机械抛 光(CMP)的方法的改进，其在一种情况下包括在施加抛光剂的同时通过 抛光垫抛光半导体晶片的两面，作为一次性抛光(DSP步骤)，而在另一种 情况下，仅在使用软化剂抛光垫的同时精整抛光(finish polishing)正面(元 件面)，作为所谓的无雾抛光(CMP步骤，精整)，但也包括相对新的所谓“固 定研磨抛光”(FAP)技术，其中半导体晶片在抛光垫上抛光，但是后者包 含固定在抛光垫中的研磨剂(“固定研磨剂垫”)。其中使用这样的FAP垫的 抛光步骤在下文将简称为FAP步骤。

WO 99/55491A1描述了二阶段抛光法，包括第一FAP抛光步骤和随后 的第二CMP抛光步骤。对于CMP，抛光垫不包含固定研磨剂。在DSP步 骤中，在半导体晶片和抛光垫之间以悬浮液的形式引入研磨剂。这样的二 阶段抛光法尤其用于除去FAP步骤在基片抛光表面上留下的刮痕。

EP 1717001A1是用于抛光半导体晶片的FAP步骤的实例，在半导体 晶片表面上还没有形成元件结构。这样的半导体晶片的抛光主要目的在于 制造至少一侧的表面，其是特别平整的，并且该表面具有较小可能的微粗 糙和纳米形貌。

US 2002/00609967A1涉及CMP法，用于在制造电子元件期间使形貌 表面平坦化。主要目的是弱化当使用FAP抛光垫时较低除去速率的不利之 处。其提出了抛光步骤的顺序，其中首先用FAP垫结合抛光剂悬浮液实施 抛光，随后用FAP垫结合抛光剂溶液实施抛光。谨慎地选择步骤的顺序， 以便增加除去速率。其中没有公开用具有均一组成的材料制得的晶片(例 如，硅晶片)的抛光。

同样地，WO 03/074228A1也公开了在制造电子元件期间使形貌表面平 坦化的方法。这里，该发明的重点在于CMP法的终端检测。众所周知，终 端检测包括终止抛光，并因此在引起实际不准备抛光的区域的去除前迅速 地终止材料的去除。为此，建议用二阶段法抛光铜层。在第一步骤中抛光 使用FAP抛光垫来实施，在此情况下，抛光剂任选可含有或可不含有自由 研磨剂颗粒。然而，在同样使用FAP垫的第二抛光步骤中，使用无自由研 磨剂颗粒的抛光剂是必须的。

申请号为102007035266的德国专利申请在本申请优先权日尚未公开， 其描述了抛光由半导体材料制备的基片的方法，包括两个FAP型抛光步骤， 相互之间的区别在于：在一个抛光步骤中基片和抛光垫之间引入含有固定 研磨剂作为固体物质的抛光剂悬浮液，而在第二个抛光步骤中，抛光剂悬 浮液被不含固体的抛光剂溶液代替。

术语抛光剂作为涵盖性术语在下文中使用，涵盖抛光剂悬浮液和抛光剂 溶液。