[发明专利]包括同时抛光衬底晶片的正面和反面的抛光半导体晶片的方法

说明书

本发明提供用于抛光半导体晶片的方法，其包括同时抛光衬底晶片的正面和反面。

衬底晶片的两个侧面的同时抛光也被称为双面抛光，下文简称为DSP。

从晶体切割半导体晶片，尤其由单晶硅制成的半导体晶片，并且施加一系列加工步骤，所述加工步骤经常还包括至少一次DSP。在采用DSP之前，半导体晶片通过初步加工操作，其尤其可以包括清洁步骤、成形步骤和表面改善步骤。这些步骤包括例如侧面的磨合(lapping)和/或研磨、半导体晶片的蚀刻和半导体晶片的边缘的磨圆和抛光。意图用于DSP并已接受该初步加工的半导体晶片在下文中被称为衬底晶片。

DSP的目的通常为将半导体晶片转变为具有经抛光的正面和反面的状态，其意图在于使两个侧面具有最大平坦度，并且彼此最大程度地平行。“塌边(edge roll-off)”是指抛光半导体晶片的厚度在紧随半导体晶片的磨圆和抛光边缘的前方区域中显著降低时的情况。以定量术语描述塌边的几何形状的参数具体是ESFQR和ZDD。在通过DSP的抛光之后，可以经常观察到塌边，其由相对大量级的ESFQR和ZDD值表示。

US2011/0130073A1表明，将半导体晶片的DSP分为两步骤，在第一步骤中使用产生相对高的材料去除的抛光浆液，并且在第二步骤中切换为产生相对低的材料去除的抛光浆液具有益处。该过程可缩短DSP的持续时间，而不影响半导体晶片的平坦度和表面粗糙度。

本发明的目的是描述一种方法，通过该方法可以在完成DSP时仍可实现较低的塌边，其优于并高于这些益处。

可通过用于抛光半导体晶片的以下方法实现该目的，所述方法包括在抛光介质的存在下同时抛光衬底晶片的正面和反面，实现从衬底晶片的正面和反面去除材料，所述方法分为第一和第二步骤，第一步骤中的材料去除速度高于第二步骤，其中将第一抛光浆液用作第一步骤中的抛光介质，并将第二抛光浆液用作第二步骤中的抛光介质，并且第二抛光浆液与第一抛光浆液的区别至少在于第二抛光浆液包含聚合物添加剂。

第一和第二抛光浆液的区别可能不仅与聚合物添加剂的存在有关，而且还与其他成分有关。关于匹配性组分(matching component)，浓度上可存在差异。化学和物理性质，例如pH可以相同或不同。

第一和第二步骤立即连续进行，不用更换抛光机。

该抛光机包括两个抛光板，所述抛光板均由抛光垫覆盖，并且包括至少一个载体，所述载体布置在抛光垫之间并具有凹陷，所述凹陷中放置用于抛光的衬底晶片。合适的抛光机在市场上可购得。

材料的去除速度在第一步骤中优选不小于0.4μm/min且不大于1.0μm/min，并且在第二步骤中优选不小于0.15μm/min且不大于0.5μm/min。

每单位侧面面积在第一步骤中的材料去除优选不小于4μm且不大于15μm，并且在第二步骤优选不小于0.5μm且不大于2μm。

优选地，材料去除产生的效果在于，在实施根据本发明的方法之后，抛光半导体晶片的平均厚度和载体的平均厚度之间的差值或负或正。

在第一和第二步骤期间，可以用相同的抛光压力或不同的抛光压力来进行抛光。

相比第一步骤，第二步骤中所用的第二抛光浆液包含聚合物添加剂。可用的聚合物添加剂优选包含一种或多种化合物，所述化合物在US2011/0217845A1中作为非离子物活性剂或水溶性聚合物提及其名称。

实例为一种或多种以下的化合物：聚氧乙烯、聚乙二醇、聚氧丙烯、聚氧丁烯、聚氧乙烯-聚氧化亚丙基二醇、聚氧乙烯-聚氧化亚丁基二醇和水溶性纤维素衍生物。

第二抛光浆液中的聚合物添加剂的浓度优选不小于0.001重量%且不大于0.1重量%。

可以通过提供包含聚合物添加剂的抛光浆液作为第一抛光浆液的替代物而开始第二步骤。或者，提供的第二抛光浆液包含第一抛光浆液和聚合物添加剂的混合物。

第一和第二抛光浆液包含至少一种磨料活性成分，优选胶体分散的二氧化硅。磨料活性成分的浓度可以相同或不同。

第一和第二抛光浆液优选具有不小于10且不大于13的pH，并且包含至少一种以下碱性化合物：碳酸钠、碳酸钾、氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化铵和四甲基氢氧化铵。碱性化合物的浓度和性质可以相同或不同。

待抛光的衬底晶片优选为基本上由单晶硅组成的半导体晶片。在衬底晶片根据本发明进行DSP之后，以ESFQR_max表示的经抛光的半导体晶片的边缘几何形状优选不大于40nm。ESFQR_max为半导体晶片的边缘段的ESFQR，其中测量最高的塌边。