專(zhuān)利名稱(chēng)：用于半導(dǎo)體晶片拋光的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于拋光半導(dǎo)體晶片的方法。
技術(shù)背景
半導(dǎo)體晶片、尤其是硅晶片、被用于制作諸如微處理器或存儲(chǔ)芯片的大規(guī)模集成 電子元器件。在此情況下，對(duì)于要在其上生產(chǎn)電子元器件的硅晶片的正面的平整度有特別 的嚴(yán)格要求。在元器件制作期間，為了最大程度地減少硅晶片在曝光過(guò)程(平版印刷術(shù)) 中和中間拋光處理過(guò)程(“化學(xué)機(jī)械拋光”，CMP)中的一些問(wèn)題，這種要求很有必要。
對(duì)半導(dǎo)體晶片的表面進(jìn)行拋光是為了實(shí)現(xiàn)從半導(dǎo)體晶片的表面除去材料的目的， 以便形成盡可能均勻的平面表面。其結(jié)果是，可以除去不需要的表面形貌和表面缺陷，如粗 糙表面、晶格損壞或劃痕，并可為后續(xù)的進(jìn)一步加工獲得均勻的表面。
因此，根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)，在研磨、清洗和蝕刻步驟后，半導(dǎo)體晶片的表面通過(guò)去除材 料式拋光變得平滑。
在雙面拋光(DSP)的情況下，半導(dǎo)體晶片被松散地引入到所謂的載體中，并在正 面和背面上同時(shí)拋光，拋光的方式是借助于拋光溶膠，“自由漂浮”在拋光墊覆蓋的上拋光 板和下拋光板之間。支撐部件提供能將半導(dǎo)體晶片壓在拋光支撐部件上的可控壓力。
在現(xiàn)有技術(shù)中，通過(guò)晶片和拋光墊之間在壓力下的相對(duì)運(yùn)動(dòng)以及所提供的拋光劑 (漿液)進(jìn)行拋光。拋光劑例如可以是膠態(tài)分散的二氧化硅溶膠。拋光墊不含研磨劑。然 后，二氧化硅溶膠的機(jī)械研磨作用和堿性?huà)伖鈩┑幕瘜W(xué)侵蝕的組合作用使材料得以清除， 從而導(dǎo)致晶片表面變平滑。
硅晶片DSP的一個(gè)示范性實(shí)施方案已在US 2003054650A中公開(kāi)。用于這類(lèi)DSP 拋光的合適裝置已在DE 100 07 390A1中給出。
相比之下，在CMP拋光的情況下，只有正面被拋光，例如通過(guò)軟拋光墊。
在傳統(tǒng)的拋光劑制備方法中，拋光劑組分以濃縮液和/或固體得到。然而，固體一 般要在用于單獨(dú)的制備步驟之前用超純水溶解。這些拋光劑組分和超純水在主要的制備步 驟中進(jìn)一步處理，以形成成品的拋光劑或形成部分混合物。這樣制得的溶液通常臨時(shí)貯存 在合適的容器中。待用的混合物通過(guò)環(huán)形管線(xiàn)輸送給消耗裝置。然后通過(guò)支線(xiàn)抽出拋光劑 用于工藝步驟。隨后丟棄用過(guò)的拋光劑。
傳統(tǒng)上，除了膠態(tài)分散的二氧化硅溶膠還使用堿性緩沖液，例如K2CO3或koh溶液。
在現(xiàn)有技術(shù)已知的應(yīng)用中，人們懷疑堿性緩沖液會(huì)在半導(dǎo)體晶片上導(dǎo)致金屬污染。 發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了避免這一點(diǎn)。
本發(fā)明涉及用于拋光半導(dǎo)體晶片的方法，其使用含結(jié)合在拋光墊中的研磨材料的 拋光墊，并且提供堿性?huà)伖鈩?，其中拋光過(guò)程中拋光劑的體積流速大于或等于5升/分鐘，并且拋光劑在拋光劑回路中循環(huán)。
堿性?huà)伖鈩﹥?yōu)選含有諸如以下化合物的超純水或去離子水碳酸鈉(Na2CO)、碳酸 鉀(K2CO3)、氫氧化鈉(NaOH)、氫氧化鉀(KOH)、氫氧化銨(NH4OH)、四甲基氫氧化銨(TMAH)、 或這些化合物的任何所需混合物。
尤其優(yōu)選使用TMAH。
拋光劑的pH值優(yōu)選10 12。
拋光劑溶液中所述化合物的比例優(yōu)選為0.01 IOwt %，尤其優(yōu)選0.01 0. 2wt%。
拋光劑溶液可以進(jìn)一步含有一種或多種其它的添加劑，例如諸如潤(rùn)濕劑和表面活 性劑的表面活性添加劑、起保護(hù)性膠體作用的穩(wěn)定劑、防腐劑、抗微生物劑、醇和絡(luò)合劑。
在此情況下，拋光劑中不含固體。
拋光劑還可以是含研磨劑的懸浮液。
拋光劑懸浮液中研磨材料的比例優(yōu)選為0. 25 20wt%，尤其優(yōu)選0. 25 lwt%。
研磨物顆粒的粒徑分布優(yōu)選明顯為單峰的。
平均粒徑為5 300nm，尤其優(yōu)選5 50nm。
研磨材料優(yōu)選由一種或多種以下元素的氧化物組成鋁、鈰或硅。
尤其優(yōu)選含有膠態(tài)分散的氧化硅的拋光劑懸浮液。
硅晶片或者可以借助拋光頭將待拋光側(cè)面壓在拋光板上的拋光墊上，并以這種方 法進(jìn)行拋光，或者，以載體引導(dǎo)的方式進(jìn)行自由漂浮式雙面拋光。
在用拋光頭拋光情況下，后者還優(yōu)選包括從側(cè)面包圍基底，并防止其在拋光過(guò)程 中從拋光頭滑脫的固定環(huán)(retainer ring)。
在新型的拋光頭中，遠(yuǎn)離拋光墊的硅晶片側(cè)面位于傳遞所施加拋光壓力的彈性膜 上。該膜是可能再分為形成氣體或液體緩沖體的室系統(tǒng)的一部分。
然而，拋光頭還可以用于用彈性支架(“背墊”)代替膜的應(yīng)用。
通過(guò)使用在基底和拋光墊之間提供的拋光劑，并且旋轉(zhuǎn)拋光頭和拋光板來(lái)拋光基底。
在此情況下，拋光頭還可以另外被平移到拋光墊上，由此實(shí)現(xiàn)拋光墊區(qū)域的更綜 合的利用。
根據(jù)本發(fā)明的方法可以在單板和多板拋光機(jī)上同樣進(jìn)行；以單面和雙面的拋光方 法的兩種形式均可。
優(yōu)選的是，采用優(yōu)選具有兩個(gè)、尤其優(yōu)選具有三個(gè)拋光板和拋光頭的多板拋光機(jī)。
在根據(jù)本發(fā)明的方法中，使用含結(jié)合在拋光墊(FAP或FA墊)中的研磨材料的拋光墊。
合適的研磨材料包括，例如，元素鈰、鋁、硅、鋯的氧化物的顆粒，和諸如碳化硅、氮 化硼和金剛石的硬物質(zhì)顆粒。
尤其合適的拋光墊具有通過(guò)復(fù)制微結(jié)構(gòu)而成型的表面形貌。這些微結(jié)構(gòu)(柱)具 有例如圓柱形或多邊形截面的柱子形狀，或錐體或截錐體的形狀。
例如，在WO 92/13680A1和US 2005/227590A1中有這類(lèi)拋光墊的更詳細(xì)說(shuō)明。
所用的FAP拋光墊的粒徑優(yōu)選大于或等于0. 1 μ m，且小于或等于1. 0 μ m。
原則上，拋光劑優(yōu)選被引導(dǎo)通過(guò)拋光機(jī)，并且通過(guò)環(huán)形管線(xiàn)(拋光劑回路)循環(huán)。
拋光劑回路中循環(huán)的介質(zhì)優(yōu)選為冷卻過(guò)的。冷卻優(yōu)選通過(guò)結(jié)合在拋光劑回路中的 熱交換器組件進(jìn)行。
在拋光機(jī)附近，拋光劑優(yōu)選通過(guò)分配器單元抽出，然后在拋光墊和半導(dǎo)體晶片之 間引入。
所用拋光介質(zhì)的流速優(yōu)選通過(guò)如下的測(cè)量及調(diào)節(jié)回路來(lái)設(shè)定通過(guò)帶執(zhí)行閥或針 閥的流量控制器、或通過(guò)計(jì)量泵來(lái)設(shè)定拋光介質(zhì)的流量。所述閥通過(guò)改變管線(xiàn)直徑進(jìn)行設(shè) 定。例如，通過(guò)葉輪流量計(jì)測(cè)量流速。不用說(shuō)，可以并且優(yōu)選通過(guò)合適的軟件來(lái)進(jìn)行自動(dòng)控 制。
用這種方法調(diào)節(jié)的可以包括研磨拋光劑組分、溶液和水的介質(zhì)可以被引導(dǎo)到混合 單元(例如含靜態(tài)混合元件的管)中，拋光劑在該混合單元中混合。
然后，可以將用這種方法混合的拋光劑首先引到保持站(holdingstation)中，或 直接引導(dǎo)到保持容器中，所述保持容器用作循環(huán)保持容器和可能用于添滿(mǎn)拋光劑的容器。
拋光劑優(yōu)選從保持容器、通過(guò)環(huán)形管線(xiàn)輸送到一個(gè)或多個(gè)消耗裝置，并通過(guò)支線(xiàn) 輸送到拋光機(jī)。
沒(méi)有使用的拋光劑流回到保持容器，并通過(guò)環(huán)形管線(xiàn)再次輸送到一個(gè)或多個(gè)消耗直ο
拋光過(guò)程中消耗掉的拋光劑通過(guò)合適的收集系統(tǒng)收集，并通過(guò)管線(xiàn)系統(tǒng)返回到保 持容器中。所述管線(xiàn)系統(tǒng)優(yōu)選提供排出口，即，優(yōu)選移出一部分消耗掉的拋光劑，并不返回 到保持容器中。然后將相應(yīng)量的未消耗的新鮮拋光劑輸入到保持容器。
相應(yīng)地，優(yōu)選將一定部分的已經(jīng)用過(guò)的拋光劑總是用新鮮的拋光劑取代。
優(yōu)選地，用拋光劑的堿性組分添滿(mǎn)所述的拋光劑。
優(yōu)選地，保持容器中拋光劑的pH值總是通過(guò)在線(xiàn)分析來(lái)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。如必要，通過(guò) 排出消耗掉的拋光劑并在保持容器中添滿(mǎn)拋光劑，相應(yīng)地矯正PH值，優(yōu)選為通過(guò)輸入堿性 溶液。
優(yōu)選將保持容器的填充水平總保持在特定的最低水平。這通過(guò)相應(yīng)地制備新鮮的 拋光劑可以得到保證。
在根據(jù)本發(fā)明的方法中，優(yōu)選在保持容器中收集限定量或濃度的拋光劑，然后重 新使用，用新鮮的拋光劑替換限定量的消耗掉的拋光劑。進(jìn)行的方法為首先制備新鮮的拋 光劑，在其用過(guò)一次后，就將其引導(dǎo)到保持容器中。如果保持容器中的填充水平達(dá)到其最高 水平，則處理方法完全改變?yōu)橐咽褂眠^(guò)一次、且位于收集容器中的拋光劑上。取決于具體的 應(yīng)用，根據(jù)介質(zhì)損耗/漂洗損耗、凈化速度等結(jié)果，保持容器中的填充水平會(huì)下降。當(dāng)保持 容器中特定的填充水平達(dá)到時(shí)，或預(yù)先確定的使用期限或特定的晶片數(shù)量達(dá)到后，已經(jīng)使 用過(guò)一次或多次的拋光劑被從供應(yīng)容器加入的新鮮拋光劑添滿(mǎn)。
適合于實(shí)施本方法的是半導(dǎo)體晶片用拋光裝置，該裝置具有能夠在量和濃度的特 定界限內(nèi)替換拋光劑的手段。這類(lèi)拋光裝置優(yōu)選具有至少一個(gè)用于已經(jīng)使用的拋光劑的保 持容器和一個(gè)用于新鮮拋光劑的容器，以及用于排出已消耗的拋光劑和添加新鮮拋光劑的 手段。
用于半導(dǎo)體晶片的一種優(yōu)選的拋光裝置是帶有調(diào)節(jié)器的一種，拋光劑根據(jù)化學(xué)消耗進(jìn)行補(bǔ)充。這可通過(guò)這樣的裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)，該裝置在流出的拋光劑流中確定拋光方法過(guò)程 中的化學(xué)消耗，然后相應(yīng)地補(bǔ)給新鮮的拋光劑或特定的拋光劑組分。例如，化學(xué)消耗可通過(guò) 電極確定。
用于半導(dǎo)體晶片的進(jìn)一步優(yōu)選拋光裝置具有排出和替換限定量或濃度的拋光劑 的手段。例如，這些手段為商業(yè)途徑可得到的測(cè)量系統(tǒng)和泵。
用于半導(dǎo)體晶片的進(jìn)一步優(yōu)選拋光裝置具有在保持容器中收集限定量或濃度的 拋光劑以進(jìn)行再利用的手段，以及用限定量的新鮮拋光劑替換已消耗拋光劑的手段。
本發(fā)明的優(yōu)勢(shì)在于以下的事實(shí)，即使在拋光劑再生的情況下，拋光劑的組成也能 保持穩(wěn)定。
拋光磨損速度實(shí)際上保持不變，并且不必重新調(diào)整拋光時(shí)間，在這樣情況下，拋光 時(shí)間也保持不變，并且例如就所要求的厚度而言可實(shí)現(xiàn)更好的質(zhì)量。
根據(jù)本發(fā)明，使用大于或等于5升/分鐘的相對(duì)較高的體積流速。優(yōu)選地，拋光劑 的體積流速為5 10升/分鐘，特別優(yōu)選5 9升/分鐘，尤其優(yōu)選6 8升/分鐘。相 對(duì)較高的體積流速可導(dǎo)致半導(dǎo)體晶片及其緊鄰處有更好的散熱，即拋光劑和拋光墊散熱更 好。
就過(guò)程優(yōu)化、方法開(kāi)發(fā)和方法擴(kuò)充中的參數(shù)和變化而言，本發(fā)明可帶來(lái)更高的靈 活性。通過(guò)使用與方法相關(guān)的測(cè)量數(shù)據(jù)，本發(fā)明可以改變所述拋光劑的組成。
優(yōu)選地，在要求三種介質(zhì)的拋光順序中，例如，所有三種介質(zhì)都可以以所描述的方 式重新使用、添滿(mǎn)和/或更新。
由于本方法技術(shù)的預(yù)防措施，尤其是因?yàn)閷?shí)際上含關(guān)鍵堿性組分的拋光劑是連續(xù) 循環(huán)、添滿(mǎn)和更新的，所以可以減少半導(dǎo)體晶片塊體的金屬污染物的進(jìn)入。尤其關(guān)鍵的金屬 是銅和鎳。
拋光劑的循環(huán)使用使得使用諸如TMAH的純堿性介質(zhì)也是經(jīng)濟(jì)的，這還可以進(jìn)一 步減少金屬污染。
最后，通過(guò)冷卻拋光劑回路，可以降低金屬離子的擴(kuò)散速率。權(quán)利要求
1.一種用于拋光半導(dǎo)體晶片的方法，該方法使用含結(jié)合在拋光墊中的研磨材料的拋光 墊，并且提供堿性?huà)伖鈩?，其中在拋光過(guò)程中所述拋光劑的體積流速大于或等于5升/分 鐘，并且該拋光劑在拋光劑回路中循環(huán)。
2.權(quán)利要求1的方法，其中所述堿性?huà)伖鈩楹T如以下化合物的超純水碳酸鈉 (Na2CO)、碳酸鉀(K2CO3)、氫氧化鈉(NaOH)、氫氧化鉀(KOH)、氫氧化銨(NH4OH)、四甲基氫氧 化銨(TMAH)、或這些化合物的任何需要的混合物。
3.權(quán)利要求1的方法，其中所述堿性?huà)伖鈩┌ㄒ韵聭腋∫?，所述懸浮液含有選自元 素鋁、鈰或硅的氧化物的一種或多種的研磨劑。
4.權(quán)利要求2或3的方法，其中所述拋光劑的pH值為10 12。
5.權(quán)利要求1 4之一的方法，其中所述拋光劑包括膠態(tài)分散的二氧化硅和TMAH。
6.權(quán)利要求1 5之一的方法，其中所述拋光墊包括研磨劑，所述研磨劑選自元素鈰、 鋁、硅、鋯的氧化物的顆粒，或諸如碳化硅、氮化硼和金剛石的硬物質(zhì)顆粒，并且其平均粒徑 大于或等于0. 1 μ m，且小于或等于1. 0 μ m。
7.權(quán)利要求1 6之一的方法，其中所述堿性?huà)伖鈩┰趻伖饨橘|(zhì)回路中循環(huán)，并且在其 中冷卻。
8.權(quán)利要求1 7之一的方法，其中以通過(guò)化學(xué)消耗進(jìn)行調(diào)節(jié)的方式，補(bǔ)充限定量或濃 度的拋光劑。
9.權(quán)利要求1 8之一的方法，其中將限定量或濃度的用過(guò)的拋光劑排出，并再次用新 鮮的拋光劑將其替換。
10.權(quán)利要求1 9之一的方法，其中在保持容器中收集限定量或濃度的拋光劑，然后 重新使用，其中限定量的已消耗的拋光劑用新鮮的拋光劑替換。
全文摘要
一種用于拋光半導(dǎo)體晶片的方法，其使用包含結(jié)合在拋光墊中的研磨材料的拋光墊，并且提供堿性?huà)伖鈩?，其中拋光過(guò)程中拋光劑的體積流速大于或等于5升/分鐘，并且拋光劑在拋光劑回路中循環(huán)。
文檔編號(hào)B24B37/04GK102034697SQ20101026793
公開(kāi)日2011年4月27日 申請(qǐng)日期2010年8月30日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月1日
發(fā)明者J·施萬(wàn)德納 申請(qǐng)人:硅電子股份公司