[发明专利]半导体晶片双面抛光的方法

说明书

本申请是2012年9月14日提交的申请号为201210342017.6、名称为“半导体晶片双面抛光的方法”的中国专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及半导体晶片双面抛光的方法。

背景技术

尤其是，本发明涉及针对下一代技术的半导体晶片的双面抛光，该晶片主要是直径为450mm的晶片。目前，直径为300mm、主要为抛光或外延生长涂敷的硅晶片被用于电子工业中较为苛刻的应用中。基底直径为450mm的硅晶片尚处在开发中。

然而，基底直径的扩大伴随有重大的、在某些情况下也是全新的迄今不为人知的技术问题。

许多处理步骤要求彻底修改，无论其是纯机械的(切割、打磨、机械抛光)，化学(蚀刻、清洁)或化学机械性质的(抛光)，还是热处理(外延涂敷、退火)性质的，并且还部分涉及因此所用的机器和工作材料。

半导体晶片从半导体材料构成的单晶(晶锭)切片之后，在多个处理步骤中进行进一步加工。根据现有技术，在研磨、清洁和蚀刻步骤后，半导体晶片的表面要通过一个或多个抛光步骤进行平滑处理。

在半导体晶片制造中，得到边缘足够好的几何结构和表面平整度(纳米形貌)特别关键。

纳米形貌通常表示为相对于面积为2mm×2mm的正方形测量窗口的高度波动PV(＝“峰谷”)。

半导体晶片的最终纳米形貌通常通过抛光处理产生。

在单面抛光(SSP)的情况下，在加工过程中将半导体晶片通过胶结、真空或通过粘合将其背面保持在支撑板上，并在另一面上进行抛光。

在双面抛光(DSP)的情况下，将半导体晶片松散地插入薄的载板(carrier plate)中，并在各自由抛光垫(pad)覆盖的上抛光盘和下抛光盘之间以“自由漂浮”方式在正面和背面上同时进行抛光。通过提供通常基于二氧化硅溶胶的抛光剂浆液来实施该抛光方法。

现有技术同样公开了使用固定粘结的研磨剂(“固定研磨剂抛光”，FAP)，其中半导体晶片在抛光垫上抛光，所述抛光垫与其它抛光垫不同之处在于其含有粘结在抛光垫中的研磨材料(“固定研磨剂”或FA垫)。德国专利申请DE 10 2007 035 266 A1描述了使用FA垫、用于抛光硅材料组成的基底的方法。

在DSP或FAP之后，半导体晶片的正面通常以无雾(haze-free)的方式进行抛光。通常使用软抛光垫，借助碱性抛光溶胶进行。在文献中，该步骤经常称为化学机械抛光(CMP)。例如，在US 2002-0077039和US 2008-0305722中公开了该CMP方法。

与单面抛光(SSP)相比，半导体晶片的同步双面抛光(DSP)不但更经济，而且还可得到就半导体晶片表面而言更高的平整度。

双面抛光例如在US 3,691,694中说明。合适的双面抛光机在DE 100 07 390 A1中公开。根据EP 0 208 315 B1所描述的一个双面抛光的实施方案，由金属或塑料构成的载板中的半导体晶片以机器和方法参数预先决定的路径、在抛光剂(抛光液)存在下在抛光垫覆盖的两个旋转抛光盘之间移动，由此进行抛光(在文献中，所述载板被称为“模板”)，其中所述载板具有尺寸合适的切口(cutout)。

通常使用硬度为60-90(邵氏A)的均匀多孔的聚合物泡沫所形成的抛光垫进行双面抛光步骤，例如，如DE 100 04 578 C1中所述，其还公开了粘附至上抛光盘的抛光垫布满了沟槽(channel)网络，而粘合至下抛光盘的抛光垫具有的是无这类纹理的光滑表面。该措施首先可用来保证抛光过程中使用的抛光剂的均匀分布，其次可防止抛光完成后上抛光盘升起时半导体晶片粘附在上抛光垫上。

上抛光垫包括规整的方格布置的沟槽，其段尺寸为5mm×mm-50mm×50mm，沟槽宽度和深度为0.5-2mm。该布置用于在抛光压力优选0.1-0.3巴下进行抛光。硅的清除速度优选0.1-1.5μm/min，特别优选0.4-0.9μm/min。

然而，根据DE 100 04 578 C1的方法会在相对两面(背面和正面)的半导体晶片的外缘产生不对称的抛光去除。

在根据现有技术的双面抛光的情况下局部有抛光去除差异的进一步的原因是，抛光过程中从半导体晶片表面除去的材料(半导体材料，例如硅或二氧化硅)部分不同程度地覆盖(沉积)在抛光垫表面上。尤其是在抛光过程中在统计上规定的时间内最经常与半导体晶片表面接触的抛光垫表面区域覆盖有研磨掉的材料。研磨掉的材料经常会在抛光垫表面上形成环形区域。