[發明專利]制造半導體晶片的方法

無效

• 申請號: 201010583577.1
• 申請日: 2010-12-08
• 公開（公告）號: CN102126175A
• 公開（公告）日: 2011-07-20
• 發明（設計）人: G·皮奇;W·黑克爾;J·施萬德納;N·鮑諾什
• 申請（專利權）人: 硅電子股份公司
• 主分類號: B24B29/02
• 分類號: B24B29/02;H01L21/304;B28D5/00
• 代理公司: 永新專利商標代理有限公司 72002
• 代理人: 過曉東

技術領域

本發明涉及制造半導體晶片的方法，其包括拉伸由半導體材料組成的單晶，將單晶切割成半導體晶片，以及拋光該半導體晶片，其中拋光墊包含牢固粘結的發揮磨料作用的固體材料，所加入的拋光劑不包含發揮磨料作用的固體材料。

背景技術

對于電子、微電子和微機電領域而言，需要對于整體和局部平面度、參考單面的局部平面度(納米形貌)、粗糙度和清潔度具有極高要求的半導體晶片作為起始材料(基材)。半導體晶片是由半導體材料，尤其是由諸如砷化鎵的化合物半導體和諸如硅和有時使用的鍺的主要的元素半導體組成的晶片。根據現有技術，半導體晶片是在多個相繼的加工步驟中制造的，它們通常可以劃分為以下的組：

a)制造單晶半導體棒(晶體生長)；

b)將該棒切割成單個晶片；

c)機械加工；

d)化學加工；

e)化學機械加工；

f)任選制造層結構。

通過從硅熔體拉伸和旋轉預定取向的單晶種子(坩堝拉伸法、Czochralski法)，或者通過沿著利用感應線圈產生的緩慢地以軸向引導通過晶體的熔融區使由氣相沉積的多晶晶體重結晶(區熔法)，從而實現晶體生長。坩堝拉伸法在使用頻率方面和對于本發明而言是特別重要的。下面更詳細地加以描述。

在坩堝拉伸法中，利用氣相沉積由三氯硅烷獲得的高純度多晶硅在保護氣氛中在石英玻璃坩堝中在添加摻雜劑的情況下進行熔化。將預先由單晶硅棒獲得的種晶利用X射線衍射在所期望的晶體學生長方向上取向，浸入熔體中，并在旋轉單晶通常還額外地旋轉熔化坩堝的情況下緩慢地由熔體拉伸。通過電阻加熱及任選額外的感應加熱實現熔化加熱。采用對所形成的單晶棒進行溫度調節、隔絕和屏蔽的各種不同的方法，該單晶棒非期望地由熔體導出熱量，以確保由熔體經由固/液相界面層直至進一步冷卻的棒的開始端的低應力晶體生長，及由此避免形成應力誘發的晶體損傷(晶體位錯)。此外，在現有技術中描述了貫穿熔體及因此進一步影響對流和傳質現象的磁場的應用。

DE?100?25?870?A1、DE?102?50?822?A1、DE?102?50?822?A1或DE?101?18?482?B4描述了依據現有技術的坩堝拉伸法的實例。

在現有技術中已知，在熔融對流和擴散、在生長界面處的摻雜劑偏析以及熔體和棒的熱傳導和熱輻射的復雜的相互作用中，形成反映各個加工參數的特征的生長界面形狀。在此，對流理解為由于不均勻加熱產生的密度波動導致的材料移動；擴散理解為在熔體中由濃度梯度驅動的(小范圍)原子移動；偏析理解為由于在液相或固相中在半導體材料中不同的溶解度而導致的摻雜劑在棒或熔體中的累積。通過改變晶體拉伸裝置的運行參數(拉伸速率、溫度分布等)，可以在寬的界限內改變生長界面的形狀，即在半導體材料的液相與固相之間的界面的形狀。

圖1所示為在拉伸坩堝中由半導體材料組成的單晶和熔體，其具有基本上為平面的相界面5、凹面的相界面5a和凸面的相界面5b。

此外，在現有技術中已知，在熔體中和在相界面處材料沉積期間復雜的材料傳輸現象導致在生長的半導體單晶中沉積的摻雜劑在空間上波動的濃度。由于拉伸過程、拉伸裝置和生長的半導體棒的旋轉對稱性，摻雜劑濃度波動基本上是徑向對稱的，即他們沿著半導體單晶的對稱軸形成波動的摻雜劑濃度的同軸環。這些摻雜劑濃度波動也稱作“條紋”。

圖2a所示為由半導體材料組成的單晶和熔體，其具有基本上為平面的液/固相界面5，該界面具有徑向波動的摻雜劑濃度6。在沿著切割面切割半導體晶體之后，這些“條紋”作為同軸環覆蓋所得的半導體晶片9(圖2b)。其可以通過測量局部表面電導率或者在缺陷刻蝕處理之后在結構上作為不平度而變得可見。在現有技術中同樣已知，摻雜劑濃度波動在空間上的頻率取決于在晶體生長期間固/液界面的平面度。在彎曲的界面的情況下，在界面的傾斜度大的區域內以空間上特別地短波長(空間上高頻)的序列形成條紋。濃度波動環彼此緊密地排列。與此不同，在生長界面基本上為平面的區域內，摻雜劑濃度僅非常緩慢地波動。波動環彼此遠離地排列，而濃度波動的幅度小。

鋸割半導體棒以切割成單個半導體晶片導致所得的半導體晶片的接近表面的層(13)的單晶體性受損(圖2c)。這些受損的層隨后通過化學加工和化學機械加工而去除。化學加工的實例是堿性或酸性刻蝕；化學機械加工的實例是用堿性膠體狀分散的硅溶膠進行拋光。