[发明专利]减小表面粗糙度的半导体晶片的粗抛方法

说明书

本发明一般涉及半导体晶片的粗抛方法，特别涉及一种减小晶片表面粗糙度的粗抛硅片的方法。

抛光的半导体晶片是由单晶锭块制备的，锭块在切成单片之前，要经过去毛边、定向修平。磨圆晶片的边缘以避免在后序加工过程中损伤晶片。然后用磨料浆处理晶片(研磨)，以去掉切片工艺所引起的表面损伤，并使各片形成平整且平行的两相对面。在研磨工艺后，使晶片经化学腐蚀，以去掉前边整形步骤中所产生的机械损伤。用胶态石英浆料和化学腐蚀剂至少抛光晶片的一侧表面，以确保晶片具有高反射的无损伤表面。然后清洗晶片并在包装之前进行检验。

对原片的磨削(stock removal)一般采用粗抛紧接着细抛的两步方法抛光硅片，以降低非镜面反射光(雾状)。例如，参见Prigge等人的美国专利No.4968381以及Ichiro等人的日本公开申请No.04-313224。非经抛光的晶片的表面上具有粗糙度的高、低频成分。由于雾状产生的高频粗糙度引起来自表面的高的光散射。粗抛和随后的细抛步骤使高、低频表面粗糙度降至最低，并减少了雾状。

用蜡将晶片粘到一陶瓷抛光砣上，然后，将抛光砣装在抛光设备的臂上，以准备抛光硅片。抛光机包括以硬聚亚胺酯浸渍的毡垫覆盖的陶瓷转盘。在普通的两步抛光工艺中，将抛光机臂降到毡垫上，而在转盘旋转的同时将钠稳定的胶态石英浆料和碱性腐蚀剂分散到毡垫表面上。对晶片表面粗抛8-10分钟，从晶片表面去掉15-20μm硅(Si<100>)。

抛光是通过压力、温度、机械研磨力和化学反应的综合作用达到的。施加于硅片上的胶态研磨和压力(对裸露的硅表面约为9磅/英寸²(0.63kg/cm²))，使温度升至50-55℃，以便于化学反应，而碱性腐蚀剂加速原片磨削。当原片磨削完成后，停止供给胶态石英浆料和碱腐蚀剂。用酸性抑制(quench)溶液处理晶片，再用水清洗和冲洗。后来，抬起抛光臂、卸下陶瓷砣，用水冲洗，传递到细抛光机。

在细抛光工艺过程中，将陶瓷砣装到细抛光机臂上，下降至陶瓷转盘上的软聚亚胺酯垫上。旋转转盘，同时把氨稳定胶态石英浆料和碱性腐蚀剂分散到毡垫上。用对硅约5磅/英寸²(0.35kg/cm²)的压力和30-37℃的条件对晶片表面细抛光4-6分钟，以从晶片表面上去掉0.2-0.5μm的硅(Si<100>)。然后，停止供给胶态石英浆料和碱腐蚀剂。晶片用前述的酸抑制溶液处理并用水清洗。抬起抛光臂，卸下陶瓷砣。用水清洗晶片，从砣上卸下片子然后装入聚四氟乙烯盒中，传递清洁的片子。

用两步方法抛光的硅片的表面粗糙度和雾状大于用三步方法抛光的晶片。在三步方法中，在细抛之前，使片子经过中抛。进行中抛以进一步降低粗糙度的低频部分，提供较平滑的晶片。在让转盘旋转并对片子施加钠稳定胶态石英浆料之际，在35-45℃、4.3-5.7磅/英寸²(0.30-0.40kg/cm²)的条件下，经20分钟，完成对Si<100>15-20μm的毛坯磨削。在晶片经抑制和水洗之后，将陶瓷砣卸下并传送到另一抛光机，以进行中间毛坯磨削。中间抛光是使用较软的垫料在2.1-2.8磅/英寸²(0.15-0.20kg/cm²)的低压力、28-32℃的较低温度下进行的，经过10分钟去掉2-4μm的<100>硅。在陶瓷砣卸下并传送到细抛机前晶片经抑制及水洗。再用氨水稳定的胶态石英浆在高级细毛毡垫上对晶片细抛8-10分钟(28-32℃，1.4磅/英寸²(0.10kg/cm²)，30rpm)，以获得清晰的晶片表面。然后用酸抑制溶液处理晶片，再用水清洗。抬起抛光臂，卸下陶瓷砣，用水清洗晶片，从砣取下晶片，将晶片存贮、传递以便清洗。

三步抛光法改善了抛光晶片的表面粗糙度雾状。与三步工艺相关的缺点是中抛工艺导致的额外成本，而且由于附加的抛光操作使工艺变得复杂。

因此，需要一种简单、经济的能提供具有较小表面粗糙度的晶片的粗抛方法。

本发明的主要目的在于提供一种既改善晶片表面的粗糙度又不降低工艺的处理量的抛光半导体晶片的方法。就此而论，本发明的相关目的在于在完成原片磨削之际提供改善了的晶片表面粗糙度、当细抛之际提供表现出雾状降低的晶片。

本发明的另一目的在于提供一种简单、经济的粗抛半导体晶片的方法，无需将晶片传送给另一抛光机以完成原片磨削阶段。