半导体晶圆表面加工方法与流程

本发明涉及半导体晶圆工艺，特别是指一种可创造出所需晶圆的表面形态的半导体晶圆表面加工方法。

背景技术：

在半导体晶圆的制造过程中，当晶圆历经多道工艺之后，不可避免地，在晶圆的结构上会累积大量的应力，以致于晶圆产生翘曲等变形，而前述翘曲变形可能是晶圆切割后，晶圆经过研磨所产生的应力而变形产生；或者是由于晶圆内部多层结构的热膨胀系数不一，导致晶圆在退火再结晶时产生收缩力、应力不均的情形，进而引起晶圆翘曲的情况加剧。无论如何，晶圆翘曲的存在会导致晶圆的形状改变，而当晶圆的形状改变之后，对于后续的工艺会产生诸多的问题，举例来说：在晶圆进行搬运、移动的过程中，除了晶圆叉(Fork)有容易刮伤晶圆表面的问题之外，又晶圆可能会因为翘曲的曲率过大而无法被顺利地吸附，以至于容易产生滑脱而破片的情形；另外，在晶圆进行光学对位时，也会降低其对位的精准度；除此之外，在晶圆进行磊晶、蚀刻、黄光、扩散工艺等后续工艺时，其晶圆表面上不均的翘曲，还会影响后续工艺的良率。换言之，如何有效地控制或改善晶圆的翘曲量是目前各家业者所亟欲改善的问题之一。

请参图1所示，为了消除晶圆上的翘曲，目前业界普遍的作法在于，将晶圆1放置于研磨机的研磨垫2上，并在该晶圆1的上下表面施予压力以进行双面研磨或是轮磨，以对该晶圆1的上下表面加工移除一定的厚度，来降低该晶圆1的翘曲量。然而，请参图2所示，上述通过施加压力对晶圆1表面磨除一定厚度的方式，除会导致晶圆1的移除量过多而有晶圆材料浪费的成本问题之外，当研磨机所施予晶圆1的压力解除后，致该晶圆1的弯曲应力释放，还会造成晶圆1回弹而回复成具有翘曲的状态，而仍 然有翘曲量偏大的问题，此现象在晶圆厚度薄化的的状况下更为明显。由此可见，目前控制晶圆翘曲量的方法仍有相当大的改善空间。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种半导体晶圆表面加工方法，可在低移除量的情况下，有效地控制或改善晶圆的翘曲量；或者在晶圆的表面创造出所需的形态。

为达成上述目的，本发明提供的半导体晶圆表面加工方法，适用于一放电加工设备，该放电加工设备包括一放电电极以及一盛有放电加工液的容器；该晶圆具有相背对的一第一表面以及一第二表面；该半导体晶圆表面加工方法包括以下步骤：

A、浸置该放电电极与该晶圆于放电加工液中，并驱使该放电电极与该晶圆相互靠近；以及

B、提供电能予该放电电极，使该放电电极对该晶圆的该第一表面放电移除待加工材料，通过不同区域材料移除量的控制，以改变该晶圆的该第一表面的表面形态。

本发明的效果在于，通过该放电电极对该晶圆表面进行放电加工，可在移除量较小的情况下，达到降低、改善晶圆翘曲量的问题；另外，亦可通过该放电电极与该晶圆的相对移动，创造出使用者所需求的晶圆表面形态。

附图说明

图1为常用通过研磨机对晶圆进行研磨中的示意图；

图2为常用通过研磨机对晶圆进行研磨后的示意图；

图3为本发明第一优选实施例的半导体晶圆表面加工方法，放电电极对晶圆放电的示意图；

图4为上述优选实施例半导体的晶圆表面加工方法，晶圆的第一表面放电加工完成的示意图；

图5为本发明第二优选实施例的半导体晶圆表面加工方法，放电电极对晶圆放电的示意图；

图6为本发明第三优选实施例的半导体晶圆表面加工方法，放电电极对晶圆放电的示意图；

图7为本发明第四优选实施例的半导体晶圆表面加工方法，线状放电电极对晶圆放电的示意图；

图8为本发明第五优选实施例的半导体晶圆表面加工方法，线状放电电极对晶圆放电的示意图；

图9为本发明第六优选实施例的半导体晶圆表面加工方法，放电电极对晶圆放电的示意图；

图10为本发明第七优选实施例的半导体晶圆表面加工方法，放电电极对晶圆放电的示意图。

【附图标记说明】

[现有技术]

1 晶圆

2 研磨垫

[本发明]

10 机械臂

20 放电电极

201 工作面

30 容器

40 承载座

50 晶圆

501 第一表面 502 第二表面

21～24 放电电极

211 曲面 221 工作面

231 工作段 241 工作面

51～55 晶圆

511～531 表面

具体实施方式

为能更清楚地说明本发明，兹举一优选实施例并配合图式详细说明如后。本发明的半导体晶圆表面加工方法用以针对晶圆的表面进行加工，例如：针对具有半导体特性的4H晶相N-type碳化硅晶圆，以控制、改善或是消除晶圆的翘曲量，或是将晶圆的表面改变成工艺上所需求的表面形态。其中，所述的晶圆可为自晶柱经如多线切割程序(工艺)切片后或研磨、抛光后的碳化硅晶圆片，或是经其他工艺(如扩散、微影、蚀刻、离子布植或薄膜)后等需要改善其翘曲或表面形态的晶圆。其中切割片或研磨片是创造出一后续加工的基准面，而抛光或其他工艺则是通过背面的加工修整来控制翘曲量。另外一提的是，本发明的半导体晶圆表面加工方法特别适用于高硬度的单晶碳化硅晶圆的处理，其加工后晶圆的平坦度、表面粗糙度等皆可得到优选的结果。

请配合图3及图4所示，为本发明第一优选实施例的半导体晶圆表面加工方法，其适用于一放电加工设备，该放电加工设备包括一机械臂10、一放电电极20、一盛有放电加工液的容器30以及一承载座40。其中，该机械臂10连接该放电电极20，用以控制该放电电极20的移动及/或转动，该机械臂10另外设置有传输线与该放电电极20连接，用以传输电能予该放电电极20供其放电以及传输控制讯号控制该放电电极20的放电能量的强弱及放电脉冲频率等；该放电电极20呈板状，且具有一用以放出电能的工作面201；该容器30所盛有的放电加工液可选用具备良好润滑、冷却效能的乳化加工液，或是选用煤油等油性加工液，亦或是选用如蒸馏水或去离子水等的水性加工液，其中，放电加工液的选用并非本发明的限制要件之一，可视需求依据晶圆的特性选用；该承载座40用以承载一晶圆50，并可控制该晶圆50移动及/或控制该晶圆50沿其轴心转动。该晶圆50具有相背对的一第一表面501以及一第二表面502，另外，由图3中可看出，该晶圆50的第一表面501与第二表面502皆具有翘曲变形。

本发明的半导体晶圆表面加工方法包括以下步骤：

步骤A、浸置该放电电极20与该晶圆50于放电加工液中，并驱使该放电电极20与该晶圆50相互靠近。在本实施例中，该承载座40设置于该容器30的底部，该晶圆50的第二表面502受该承载座40真空吸持而固定于承载座40上，另外，视需求而定的是，该承载座40亦可控制晶圆 转动以增加加工的均匀性，当然控制转动的转动轴也可以是另外装设于机械臂10的一侧。该晶圆50的第一表面501朝上而面对该放电电极20的工作面201，其中该放电电极20的工作面201大于或等于该晶圆的第一表面501或第二表面502，在本实施例中该工作面201略大于该晶圆的第一表面501。以此，该机械臂10可受控制而朝向该晶圆50移动，以驱使该放电电极20的工作面201缓缓靠近该晶圆50的第一表面501。

在该放电电极20与该晶圆50彼此靠近至一预定的距离范围之内便可进行下一步骤：步骤B、提供电能予该放电电极20，使该放电电极20对该晶圆50的该第一表面501放电，以改变该晶圆50的该第一表面的表面形态。

在本实施例中，通过一控制面板经由该机械臂10上传输线供予该放电电极20脉冲放电所需的电能及决定其放电能量的强度与频率等数据的控制讯号，以促使该放电电极20的工作面201对该晶圆50的第一表面501进行脉冲放电。以此，该晶圆50的第一表面501与该工作面201之间会形成具有强大电场的离子通道，而有放电现象产生，致使该晶圆50的第一表面501因离子解离、熔融或汽化，据此，通过多次的脉冲放电，便可改变晶圆50的第一表面501的表面形态，使其改变成与该工作面501互补的表面形态。其中，在本实施例中，该放电电极20的工作面501为一平面，因此，请参图4所示，在执行步骤B之后，该晶圆50的第一表面501便形成一与该工作面501互补的平坦表面，进而改善了该晶圆50的第一表面501的翘曲量。

此外，在步骤B之后，亦可对该晶圆50的该第一表面501进行研削、磨削及化学机械抛光等加工程序，以更进一步获得更平坦、表面粗糙度更低的第一表面501，或是创造出更细致、无损伤的原子级平坦表面，而有利于该晶圆50后续其他工艺的进行。

接着，当欲改善该晶圆50的第二表面502的翘曲变形，或是欲改变该晶圆50的该第二表面502的表面型态时，除可对该晶圆50的该第二表面502进行研削、磨削以及化学机械抛光加工程序的其中至少一者之外，在步骤B之后，还包括一步骤C、翻转该晶圆50，使该晶圆50的该第二表面502面对该放电电极20；以及驱使该放电电极20与该晶圆50互相靠 近，并提供电能予该放电电极20，驱使该放电电极20对该晶圆50的该第二表面502放电，以改变该晶圆50的该第二表面502的表面形态。其中，在本步骤C与前述步骤B不同之处在于，还包括一翻转该晶圆50的程序，用以将该晶圆50尚未进行表面加工处理表面朝向放电电极20，即，使晶圆50的第二表面502面对该放电电极20的工作面201，以通过放电电极20的脉冲放电来改变晶圆50的第二表面502至所需求的平面或表面形态。

并且，为进一步得到更细致的第二表面以利于晶圆后续工艺的进行，在步骤C之后还包括一步骤D、对该晶圆50的该第一表面501及/或该第二表面502进行研削、磨削及化学机械抛光加工程序的其中之一者。在本步骤中，针对已通过放电加工程序后的晶圆表面，作更进一步的细微处理，以创造出更平坦化、表面粗糙度更低的晶圆表面，但若在晶圆在放电加工程序处理后已达到所需求的平坦度，亦可不执行步骤D，而不以上述执行步骤D的实施例为限。

值得一提的是，本发明的晶圆表面加工方法除了可改善晶圆的翘曲变形的问题外，亦可依照工艺的需求在晶圆的表面上创造出所需的表面，例如：曲面、甚至是具有反曲点的曲面。请参图5所示，为本发明第二优选实施例的晶圆表面加工方法，与前述实施例不同的是，其放电电极21的工作面包括有一曲面211，以使经过步骤B的放电处理后的晶圆51的该第一表面511形成与该曲面211互补的表面形态。

另外，除上述板状的放电电极的加工方式之外，请参图6所示，为本发明第三优选实施例的晶圆表面加工方法，与前述实施例不同的是，本实施例的放电电极22兹以棒状的电极为例，该放电电极22的工作面221的面积实质上小于该晶圆52的表面521的面积，是以，在进行步骤B使该放电电极22对该晶圆52放电时，还可驱使该放电电极22与该晶圆52的其中至少一者转动及/或移动，例如：可驱使该晶圆52转动，并配合该放电电极22自该该晶圆52外周缘依序朝该晶圆52的圆心移动，且当晶圆52转动一周时，控制该放电电极22进一步朝晶圆52的圆心移动一预设距离，并配合调整该放电电极22与该晶圆52间的垂直距离，以此，便可在该晶圆52的表面521上形成有圈纹的晶圆52表面形态，圈纹的断差取决于电极大小、电极形状、圈与圈间的间距设定、电极-晶圆相对移动速度、 放电电压、晶圆材料导电率等。除此之外，亦可控制该放电电极22与晶圆52形成其他不同形式的运动，以产生其他不同的晶圆表面形态，而不以此为限。

另外，请参图7所示，本发明第四优选实施例的晶圆表面加工方法，与前述实施例不同的是，本实施例中所应用的放电电极23为线状电极，其具有一段概呈直线状的工作段231，用以对晶圆53放电，且该工作段231的设置方式实质上与晶圆53的表面531平行或近似平行，或者另可依据其他晶圆表面形态的设计需求，调整该工作段231与该晶圆53表面531的相对位置，并在步骤B中，在该放电电极23的工作段231对该晶圆53表面531进行放电时，驱使该放电电极23的该工作段沿着该晶圆53的径向方向移动，以在晶圆53的表面531加工出所需的平面或其他形态的表面；另参图8所示，为本发明的第五优选实施例的晶圆表面加工方法，除了前述实施例驱使放电电极23沿该晶圆的径向方向移动外，亦可配合驱使该晶圆53移动或旋转，来形成所需的晶圆表面形态；或先将放电电极23的工作段231移动至垂直该晶圆53的轴线上，并驱使该晶圆53旋转，来形成所需的晶圆表面形态。换言之，使用者可依照需求预先设定放电电极与晶圆的相对移动或晶圆的旋转，而可加工出工艺所需的平面，而不以上述实施例为限。

值得一提的是，所述的晶圆与放电电极的相对位置并不以上述各实施例的说明为限制。举例来说，请参图9所示，为本发明的六优选实施例的晶圆表面加工方法，与第一实施例不同之处在于，其放电电极24设置于该容器30底面，且其工作面241朝上；其待表面加工的晶圆54以悬挂的方式固定于该容器30的上方，并可受控制朝该放电电极24靠近，以进行晶圆表面加工的程序。另外，请参图10所示，为本发明第七优选实施例的晶圆表面加工方法，与第一优选实施例不同之处在于，其支撑固定晶圆55的承载座设置于该容器30的侧壁面，此外，还设计该晶圆55采垂直式的设计，而相对地其所适用的放电电极25亦采垂直式的设计，以此，同样可进行本发明的晶圆表面加工方法。是以，由前述的实施例可知，在各种放电电极与晶圆相对位置的配合，皆适用本发明的晶圆表面加工方法。

另一提的是，在前述放电电极对晶圆进行放电加工程序时，亦可在容器内设置有超音波产生装置，用以提供超音波震荡能量辅助移除物离开晶圆表面，并可配合具添加微磨粒的加工液，而可对晶圆进行表面粗糙度的均匀化处理，以辅助晶圆进行表面放电加工的程序，使得晶圆的移除量更为平均、晶圆表面更为平坦化。

其中，本发明的半导体晶圆表面加工方法可适用于各种类尺寸的晶圆，且可在晶圆移除量较低的情况下，达到改善或控制晶圆翘曲量的效果。举例来说，请参下表一所示，为分别对2时、4时晶圆进行各种表面加工后，晶圆的移除量与翘曲量的比较表格，其中，自表一可看出，经过线切割后的2时晶圆，一般来说具有10～60um的翘曲量；经过线切割后的4时晶圆，一般来说具有10～100um的翘曲量。由表一可看出，本发明的半导体晶圆表面加工方法不论在2时晶圆还是4时晶圆，其晶圆的移除量都是最低的，而且加工后的晶圆翘曲量也是相对较低的，换言之，应用本发明的半导体晶圆表面加工方法可获得相较于现有技术来说更低的晶圆移除量，以及更有效地控制晶圆的翘曲量。

表一

综上所述，本发明的半导体晶圆表面加工方法，通过放电加工以及对不同区域材料移除量的控制，不但可在晶圆移除量较低的情况下，取得更佳的晶圆翘曲量控制，还可依照使用者的需求，在晶圆的表面上形成工艺所需的平面或曲面，而有利于后续工艺的进行，例如：可针对后续工艺可能造成的变形，作出晶圆表面预变形的效果应用。另外，由于本发明的半导体晶圆表面加工方法采放电加工的方式，其放电电极并没有直接对晶圆进行压力施加的动作，因此，在表面加工完成后，并不会有晶圆回弹而造成翘曲量仍然存在的问题。

值得一提的是，前述的晶圆可以是SiC单晶晶圆或是硅晶圆、砷化镓、氮化镓等等的其他种类的半导体晶圆，而不以上述的4H晶相N-type碳化硅晶圆为限。再一提的是，本发明的半导体晶圆表面加工方法应用于电阻率为0.001～1ohm-cm的晶圆时，特别能有效降低晶圆的翘曲量。

另外，由于切片后或研磨后晶圆表面仍存在一定损伤层造成表面应力，当放电加工后会因两面表面应力差异让加工面产生翘曲变化，因此，在步骤A之前或是加工前，还可对该晶圆进行高温热处理，以释放其应力，以降低其翘曲变化与翘曲度。

值得一提的是，前述的多线切割程序可以是钻石砂浆加钢线切割、钻石线切割、多线放电切割程序。前述的放电表面加工程序通过放电加工设备，依设定的相对移动移除掉晶圆材料，形成所需的表面形貌与面粗度。前述的研削、磨削等研磨加工程序可单面上蜡黏合或使用双面胶黏合后使用一定粒度的钻石磨粒与磨盘的加工，该钻石磨粒的粒度为0.5～10um，该磨盘可以是铸铁盘、树脂铜盘、纯铜盘、锡盘或软质研抛垫。

另外，该磨削加工程序可采用烧结钻石粒的砂轮进行磨削加工。值得一提的是，研磨加工程序或轮磨加工程序并不一定均须使用，且两者无特定先后顺序，亦即可以先轮磨再采用研磨工序或是先研磨再采用轮磨工序。换言之，在晶圆表面加工时，不论是否有采用研磨或研磨加工程序与否，皆应包含本发明的专利范围之内。

以上所述仅为本发明优选可行实施例而已，在进行晶圆表面加工方法时，亦可先由第二表面进行处理，再进行第一表面的处理。另外，待处理的晶圆表面形态仅作为例示性的说明，而非以第一表面为凹面的翘曲、第二表面为凸面的翘曲为限。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。