抛光垫以及抛光半导体晶片的方法技术

本发明专利技术涉及一种抛光半导体晶片的方法，其中，在第一步中，通过包含粒径为０．１－１．０μｍ的固着磨料的抛光垫并在供应不含固体材料的ｐＨ值为至少１１．８的抛光剂的情况下抛光所述半导体晶片的背面，以及，在第二步中，抛光该半导体晶片的正面，其中供应ｐＨ值小于１１．８的抛光剂。还涉及一种用于抛光半导体晶片的设备中的抛光垫，其包含含磨料层、由硬塑料构成层以及顺应无纺层，其中通过压敏粘合剂层将上述这些层彼此粘合。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及。
技术介绍
待抛光的半导体晶片通常是硅片或具有由硅衍生的层状结构的衬底(例如 硅-锗)。所述硅片特别用于生产半导体元件，如储存器片(DRAM)、微处理器、传感器、发光二极管等等。用硅片制造尤其是储存器片和微处理器的要求越来越严格。这首先涉及硅片自身 的晶体性质(如有关缺陷密度、用于捕获金属杂质的内部吸除剂)，但是特别地还涉及晶片 的几何学和平面度。理想的是硅片具有两个完全平行面，特别是在其上要制造元件的硅晶 片的那面上有优越平面度，并且具有低的表面粗糙度。而且，期望能够利用元件面的全部区 域，这在目前由于晶片边缘的厚度下降以及边缘区域的不良几何学是不可能的。已知的是，抛光半导体晶片的传统方法造成这种塌边。所述传统方法首先包括双 面抛光(DSP)，其用供给抛光浆的抛光垫同时对半导体晶片的两面进行抛光，即去除抛光； 以及化学机械抛光(CMP)，相对比，其包括使用较软的抛光垫仅对正面(“元件面”)进行最 终抛光，即所谓的无雾抛光(“精整抛光”)。在这两种抛光方法中，均以抛光剂浆料的形式 提供磨料。在半导体晶片的抛光中相对新颖的但是在元件工业中相当长的时间以来是已知 的和理解得很好的，是所谓的“固着磨料抛光”(FAP)技术，其中半导体晶片在含有粘合在抛 光垫中的磨料物质的抛光垫(“固着磨料垫”)上抛光。以下，将使用所述FAP抛光垫的抛光步骤简称为FAP步骤。与DSP和CMP的基本差别是在DSP和CMP中，抛光垫不含磨料。德国专利申请DE 102 007 035 266 Al描述了一种抛光由硅材料构成的衬底的 方法，其包括两个FAP类型的抛光步骤，这两个抛光步骤的不同之处在于，在一个抛光步骤 中，在衬底和抛光垫之间引入含有固体物质形式的非粘合磨料物质的抛光剂浆料，而在第 二个抛光步骤中，抛光剂浆料被替换成不含固体物质的抛光剂溶液。如上所提及的，依据现有技术抛光的半导体晶片在其边缘区域的厚度上展示出不 期望的降低(塌边)。边缘几何通常通过确定一个或多个塌边参数而量化，所述参数通常涉及硅片的 总厚度或其正面和/或背面的边缘几何，并可以用于表征通常观察到的硅片在边缘区域 的厚度或硅片正面和/或背面同样在边缘区域的平面度的降低。在jpn. J. Appl. Phys. Vol. 38(1999)，pp. 38-39中描述了测量硅片塌边的方法。
技术实现思路
本专利技术的目的通过一种抛光半导体晶片的方法达到，在所述方法中，在第一步中， 用包含粒径为0. 1-1.0 μ m的固着磨料的抛光垫并在供应不含固体物质的PH值为至少11. 8的抛光剂的情况下抛光半导体晶片的背面，以及，在第二步中，抛光半导体晶片的正面，其 中提供PH值小于11. 8的抛光剂。具体实施例方式本专利技术人已经认识到，当用包含固着磨料的抛光垫和pH大于或等于11.8的不含 磨料的抛光剂抛光半导体晶片的背面时，没有发生在传统抛光方法中观察到的半导体晶片 厚度的塌边，相反，以这种方式抛光的半导体晶片边缘的厚度甚至会增加了。已经发现，抛 光剂的PH值在这方面是至关重要的标准。通过随后用pH值必须小于11. 8的抛光剂抛光正面的步骤，可以得到半导体晶片 突出的边缘几何，不管抛光垫是否含有固着磨料或是否不含磨料(就像传统CMP抛光垫一 样)。这是因为使用pH小于11. 8的抛光剂的FAP法，以类似于传统CMP抛光法的方式 (其很大程度上不依赖抛光剂的pH)，倾向于产生塌边。然而，由于之前在背面抛光期间在边缘处产生了增厚，正面的抛光使得这两种效 应相互补偿。这样产生了厚度上没有塌边的半导体晶片。因此长期存在的需求得到满足，尤其是恰恰由于晶片的边缘区域中的塌边和不良 几何导致不是全部晶片区域，而仅仅是减去特定的边缘排除(2-3mm)的晶片区域能被用于 元件生产。本专利技术可以预期生产量的大量提高，因为，通过本专利技术，边缘排除实际上被降至 零，全部区域可以得到利用的半导体晶片首次可以实现。现有技术中没有本专利技术的教导。尽管从DE 102 007 035 266 Al中已知使用pH 10-12的碱性范围内的抛光剂进行FAP，在该方法必须提供两次FAP抛光加工，在半导体晶 片的同-面上，一次使用含磨料的抛光剂而另一次不使用含磨料的抛光剂。在半导体晶片 背面上一次FAP抛光加工与正面上第二次FAP或CMP抛光加工的组合并未被公开。而且，现有技术中并没有认识到，在大于或等于11. 8的pH下，由于在半导体晶片 的边缘区域去除的材料比例如半导体晶片的中心的更少，从而进行选择性材料去除。也没 有原因进行这方面的调查，因为之前本领域技术人员认为在FAP的情况下和CMP的情况下 PH值都不具有这样的选择性效果，而是在FAP情况下，在化学上支持或增强通过粘合在抛 光垫中的磨料进行的机械去除以及在CMP情况下，在化学上支持或增强通过含在抛光剂中 的磨料材料进行的机械去除，而所述化学支持或增强在整个晶片区域上是均勻发生的。在FAP情况下结果明显不同和抛光剂的pH值使得可以进行选择性去除的事实是 令人惊奇的。FAP技术可以适于实际上完全消除在所有抛光法中总是发生的塌边的事实是 绝不可预见的。本领域技术人员先前认为，在任何抛光法中都必须保持材料去除尽可能小， 并且通过半导体晶片的凸面或凹面抛光，试图尽可能远地将塌边限制在最外侧边缘区域。因此，抛光晶片中的塌边被这样接受。在随后的外延步骤中，现有技术中尝试在外延反应器中在预处理步骤中补偿所述 塌边。其它通过边缘研磨去除边缘区域的不良几何的尝试不构成适合的解决方案，尤其 是由于在操作期间，在边缘上产生的损伤是实际上很难处理的问题，也就是说边缘研磨之后在任何情况下都必须进行边缘抛光加工。尽管这适于在DSP后去除塌边，但是在随后的 CMP步骤后会再次产生塌边，使得这几乎也是不经济的。因此，唯有本专利技术的方法可提供精细抛光晶片(正面的CMP或FAP之后)而在正 面抛光后没有塌边并且无需任何额外措施。越来越重要的是，在生产具有突出几何和纳米拓扑性能的晶片的过程中，尤其在 22nm设计规则要求(依据ITRS = “国际半导体技术路线图”)的情况下，以及关于晶片直 径的逐渐增大(由300nm变为450nm)，开发满足这些要求的抛光方法是重要的。尤其是在得到需要的几何学，在此主要是晶片边缘几何和纳米拓扑的情况下，在 工艺学上去除材料的传统化学机械抛光(CMP)不再能够达到这些要求，特别是在半导体晶 片的塌边方面，和与之相关的边缘排除或在需要的几何性质上可利用的半导体晶片区域方 面(本领域技术人员也使用术语“质量保证区”)，这在相当长的时间已经是显然的。依据本专利技术使用包含固着磨料的抛光垫在要求的pH值范围下的抛光法或者仅对 背面的单面抛光进行或者对同时双面抛光进行。在所述方法中，依据要被抛光的半导体晶片的起始几何，PH值可以不同或设定为恒定值。通过包含固着磨料的抛光垫进行的两阶段FAP实施为对背面和正面的顺序抛光 是特别优选的。在这种情况下，两个抛光过程，即背面抛光和正面抛光，可以彼此协调，从而可以 对晶片几何和晶片纳米拓扑进行目标影响，尤其是在晶片边缘区域。 为此，依据本专利技术，必须用与正面不同的pH值抛光背面。因此，通过叠置两个抛光轮廓(正面和背面)，特别本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种抛光半导体晶片的方法，其中，在第一步中，通过包含粒径为０．１－１．０μｍ的固着磨料的抛光垫并在供应不含固体材料的ｐＨ值为至少１１．８的抛光剂的情况下抛光所述半导体晶片的背面，以及，在第二步中，抛光该半导体晶片的正面，其中供应ｐＨ值小于１１．８的抛光剂。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：J施万德纳，R柯普尔特，
申请(专利权)人：硅电子股份公司，
类型：发明
国别省市：DE[德国]