采用化学机械抛光的半导体晶片再利用制造技术

减少半导体给体晶片损伤的方法和装置包括以下步骤：(a)旋转抛光垫，旋转半导体给体晶片，向抛光垫施加抛光浆料，将半导体给体晶片和抛光垫压在一起；以及(b)旋转抛光垫和半导体给体晶片，中断施加抛光浆料，向抛光垫施加清洗流体，并将半导体给体晶片和抛光垫压在一起，其中步骤(a)和步骤(b)至少依次进行两次，在步骤(a)的至少两个相继时段中减小以下至少一个参数：(i)将半导体给体晶片和抛光垫压在一起的压力，(ii)抛光浆料中磨料的平均粒度，以及(iii)浆料在水和稳定剂中的浓度。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】采用化学机械抛光的半导体晶片再利用优先权本申请要求2009年10月30日提交的题为“采用化学机械抛光的半导体晶片再利用”的美国专利申请第12/609768号的优先权。
技术介绍
本专利技术涉及采用改进的绝缘体上半导体(SOI)制备方法制造绝缘体上半导体(SOI)结构。迄今，最广泛用于绝缘体上半 导体结构的半导体材料是硅。文献中将这种结构称作绝缘体上硅结构，并将縮写“SOI”用于这种结构。SOI技术对高性能薄膜晶体管、太阳能电池和诸如有源矩阵显示器之类的显示器越来越重要。SOI结构可包含绝缘材料上的基本上是单晶硅的薄层。获得SOI结构的各种方法包括在晶格匹配的基片上外延生长硅(Si)。另ー种方法包括将单晶硅晶片与另ー个其上已生长SiO2的氧化物层的硅晶片结合，然后将上面的晶片向下抛光或蚀刻至例如O. 05-0. 3微米的单晶硅层。另ー些方法包括离子注入法，在所述方法中注入氢离子或者氧离子，在注入氧离子的情况下形成嵌埋在硅晶片中的氧化物层，其上覆盖Si，或者在注入氢离子的情况下分离(剥离)一个薄的Si层，结合到具有氧化物层的另一 Si晶片上。用这些方法制造SOI结构的成本很高。涉及氢离子注入的后ー种方法已经引起一些注意，并被认为好于前ー种方法，因为氢离子注入法需要的注入能量小于氧离子注入法的50%,并且所需剂量小两个量级。美国专利第7176528号掲示了生产SOI结构的阳极结合法。其步骤包括⑴对硅晶片表面进行氢离子注入，产生结合表面；(ii)使该晶片的结合表面与玻璃基片接触；(iii)在该晶片和玻璃基片上施加温度和电压，促进它们之间的结合(还可施加压力)；(iv)冷却该结构至常温；以及(V)将玻璃基片和硅薄层从硅晶片分离。在SOIエ艺中，从给体半导体晶片上除去第一硅薄层(或其它半导体材料)之后，由于该エ艺除去的硅薄层可小于I微米，约95%或以上的给体半导体晶片仍可继续使用。给体半导体晶片的再利用对生产SOI结构的成本有较大影响，特别是大面积SOI结构。给体半导体晶片的再利用——可以是影响エ艺成本的主要因素——决定了在生产SOI结构的众多结合エ艺中，给定的给体半导体晶片可以使用多少次。当使用侧向设置在给定的玻璃基片上的独立半导体层结构[所谓的平铺法(tiling)]生产大面积SOI时，再利用因素甚至更加重要。对于这种エ艺，再利用给定的给体半导体晶片的次数宜尽可能多。为了进行再利用，必须使给体半导体晶片的结合表面恢复到相对没有损伤的状态——至少是ー种与给体晶片未使用过的表面(最初表面)无法区分的状态。这已经通过利用常规化学机械抛光(CMP)技术除去一定厚度的给体半导体晶片得到实现，所述给体半导体晶片因注入和剥离(分离)过程而受到离子污染和损伤。虽然CMP技术在文献中有很好的记载，并且现有设备容易得到，但对于阳极结合/剥离エ艺中的半导体再利用，现有的CMP技术还有许多问题。常规CMP技术花费高，因为在半导体再利用的情况中，需要多种设备装置。ー种给定的CMP装置包括旋转抛光垫(具有一定的研磨特性)、浆料(也具有一定的研磨特性)以及将半导体晶片压向抛光垫和浆料的旋转卡盘或头。根据常规CMP技术，为了得到在再利用情况下具有令人满意的表面特性的半导体晶片，需要多个抛光垫(參见例如美国专利7510974)。这需要人工操作步骤更换给定的一台设备上的抛光垫，或者需要多台设备，每台设备具有不同的抛光垫。不管哪种途径，都给制造エ艺增加了成本，对SOI结构的商业活力和终端应用造成不利影响。现有CMP抛光规程要求侵蚀性地除去材料，这增加了每个再利用周期都有可能用尽预算厚度的风险，因此增加了对再利用成本目标失去控制的风险。同时，这种侵蚀性的规程増加了因对薄得多(并且可能更易碎)的晶片的相关处理而造成破裂的风险。 常规CMP规程在给体半导体晶片表面上并不是均匀地除去材料。圆形半导体晶片表面不均匀度(标准偏差/平均除去厚度)的现有技术水平通常是除去的材料厚度的5-10%。半导体材料被除去得越多，厚度变化相应地越糟。与常规CMPエ艺相关的ー个问题是，在抛光非圆形半导体晶片(例如具有尖锐转角的半导体晶片，如矩形晶片)时，它们具有特别差的结果。确实，与中心部分相比，给体半导体晶片的转角部分存在的上述表面非均匀性扩大。通过这种CMP规程对给体半导体晶片进行的多次再利用导致给定晶片的再利用寿命过早结束，因为表面几何特点(例如转角附近)超过再利用功能限制。例如，若需要从给体半导体晶片的结合表面除去O. 150微米的实际损伤，则为了确保从整个表面上完全除去受损和受污染的层(考虑到前述CMP规程的非均匀特性)，除去的目标厚度可能至少为I. O微米。因此，为了保证除去所有损伤，除去了超过实际损伤的五倍的厚度。这是非常浪费的，并且意味着显著的不利成本。虽然制备SOI结构的制造エ艺日趋成熟，但生产这种结构以及生产采用这种结构的最终产品的成本部分地受到有效利用(和再利用)给体半导体晶片的能力的影响。因此，需要继续推进与再利用给体半导体晶片相关的技术，如CMP，以控制SOI结构的制造成本。
技术实现思路
为便于陈述，下面的讨论有时按SOI结构展开。对这种特定类型的SOI结构的引述是为了方便解释本文所述的实施方式，而不是为了限制，也不应从限制的意义上解读。本文使用SOI縮写来总体上指称绝缘体上半导体结构，包括但不限于玻璃上半导体(SOG)结构、绝缘体上硅(SOI)结构和玻璃上硅(SiOG)结构，也包括玻璃陶瓷上硅结构。本文所述的给体半导体晶片再利用方法的实施方式解决了常规CMP技术的问题，如为了从给定的给体半导体晶片生产多块高质量半导体膜而恢复给体半导体晶片表面(甚至是非圆形、任意几何形状的表面)时的重现性、可靠性和成本。已经发现，若确立和/或改变CMPエ艺參数的具体組合，可成功实现上述给体半导体晶片的再利用。这些參数可包括下面ー种或多种抛光下压カ(polishing down force)、抛光机动力学參数(例如抛光盘和抛光头速度)、处理温度、浆料特性(例如浓度、粒度、添加剂和流速)、抛光垫、约束抛光基片的方法以及循环时间。重要的是，已经证明这种CMPエ艺可在现有的抛光机上进行，只须装配ー个抛光台和抛光垫，因而不需要获取昂贵、复杂的娃抛光技术和相关设备。就此而言，本文所述的实施方式包括从所关注的表面上除去在前面的离子注入/剥离周期中引入的基本上所有的表面损伤；恢复所关注的表面，使得由其产生的半导体膜与从最初的纯净半导体表面产生的半导体膜不可区分；通过每个再利用重修表面(resurfacing)周期控制材料的去除，使再利用的次数多且所得的成本效率高；在所关注的整个表面上均匀地除去材料，特别是在具有矩形几何特点的给体半导体晶片表面上；以及通过单个抛光台和抛光垫实现上述一条或多条(优选全部)。本文所述的ー个或多个实施方式可包括将CMP方法用于具有任意几何形状(圆形、非圆形、矩形等)的给体半导体晶片，以便能够恢复先前进行过离子注入/剥离的表面，从而能够在随后的离子注入/剥离处理中重复利用给体晶片。CMPエ艺采用三个基本要素抛光垫，对其特性(研磨性、组成等)加以选择，以适合抛光应用；含有颗粒的浆料(也是专用的，并且与抛光介质的选择相适应)；以及抛光对象(在此情况中为给体半导本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2009.10.30 US 12/609,7681.一种减少半导体给体晶片表面损伤的方法，所述方法包括以下步骤 (a)旋转抛光垫，旋转半导体给体晶片，向所述抛光垫施加抛光浆料，将所述半导体给体晶片和所述抛光垫压在一起；以及 (b)旋转所述抛光垫和所述半导体给体晶片，中断施加所述抛光浆料，向所述抛光垫施加清洗流体，并将所述半导体给体晶片和所述抛光垫压在一起， 其中步骤(a)和步骤(b)至少依次进行两次，在步骤(a)的至少两个相继时段中减小以下至少一个参数 (i)将所述半导体给体晶片和所述抛光垫压在一起的压力， ( )所述抛光浆料中磨料的平均粒度，以及 (iii)所述浆料在水和稳定剂中的浓度。2.如权利要求I所述的方法，其特征在于，步骤(a)和(b)的所有时段都在不换抛光垫的情况下进行。3.如权利要求I所述的方法，其特征在于，所述方法包括以下至少一个特征 与在步骤(a)的前面第一个时段中相比，在步骤(a)的第二个时段中，所述将半导体给体晶片和抛光垫压在一起的压力至少约低25% ;以及 将所述半导体给体晶片和所述抛光垫压在一起的压力是(i)在步骤(a)的第一个时段中约为10-20磅/英寸2 ;以及(ii)在步骤(a)的后面第二个时段中约为5-15磅/英寸2。4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述方法包括以下至少一个特征 与在步骤(a)的前面第二个时段中相比，在步骤(a)的第三个时段中，所述将半导体给体晶片和抛光垫压在一起的压力约低65-85% ;以及 在步骤(a)的后面第三个时段中，所述将半导体给体晶片和抛光垫压在一起的压力是(iii)约1-5磅/英寸2。5.如权利要求I所述的方法，其特征在于，所述方法包括以下至少一个特征 与在前面步骤(a)的时段中相比，在后面步骤(b)的时段中，所述将半导体给体晶片和抛光垫压在一起的压力至少约低70% -90% ;以及 在步骤(b)的时段中，所述将半导体给体晶片和抛光垫压在一起的压力约为1-3磅/英寸2。6.如权利要求I所述的方法，其特征在于，所述方法包括以下至少一个特征 与在步骤(a)的前面的时段中相比，在步骤(a)的后一个时段中，所述浆料的平均粒度约小40% -60% ;以及 所述浆料的平均粒度(i)在步骤(a)的一个时段中约为60-80纳米；以及(ii)在步骤(a)的后一个时段中约为30-40纳米。7.如权利要求7所述的方法，其特征在于 在步骤(a)的第一个时段和步骤(a)的后面第二个时段中，所述浆料的平均粒度大致相同；以及 在步骤(a)的后面第三个时段中，所述浆料的平均粒度约小40% -60%。8.如权利要求I所述的方法，其特征在于，所述方法包括以下至少一个特征 与在步骤(a)的前面的时段中相比，在步骤(a)的后一个时段中，所述浆料在水和稳定剂中的浓度约低1000% -3000% ;以及所述浆料在水和稳定剂中的浓度(i)在步骤(a)的一个时段中约为30 1-50 I ；以及(ii)在步骤(a)的后一个时段中约为600 1-1000 I。9.如权利要求8所述的方法，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：J·班凯蒂斯，M·J·莫尔，
申请(专利权)人：康宁股份有限公司，
类型：发明
国别省市：