晶片背面缺陷的移除方法
2023-09-17 10:53:15 4
專利名稱：晶片背面缺陷的移除方法
技術領域：
本發明涉及晶片表面處理領域，特別涉及一種晶片背面缺陷的處理方法。
背景技術：
半導體器件製作日益縮小，使得在晶片製造過程中的缺陷控制顯得更為重要。由於在製造過程中要經過上百道工序，晶片需經上千百次的傳送，難免會在工藝的某一道引入缺陷，致命的缺陷會導致晶片上器件電性測試失敗，直接影響良率，有些缺陷雖然不會影響器件最終的電性測試，但會對晶片上的半導體器件的壽命、可靠性等產生影響。對於晶片背面的缺陷，例如，附著在晶背的固體顆粒，晶背顏色異常，晶背平整度不好等會影響到產品的下道工藝或良率。固體顆粒會導致晶片在下一道光刻工藝時在光刻機曝光平臺上翹起，影響聚焦進而影響晶片正面該處關鍵尺寸或套準，若該缺陷顆粒又附著在曝光平臺上，受影響會是其它成批的產品；對於晶片背面平整度不好，會影響晶片的傳送和在其它機臺中工藝的進行，由於晶片傳送過程中是靠真空吸附晶片背面進行的，晶背缺陷會導致吸附力差或不能吸附，吸附力差易引起掉片，不能吸附就會使該道工藝不能進行，從而該片晶片就不得不報廢；而晶背顏色異常通常是晶背附著各種薄膜厚度不均引起的光學上的折射效應，比如在爐管，在晶片表面生長的薄膜時也會相應的在晶背生長，如果晶背上有某些缺陷，該缺陷就會被埋在生長的薄膜中，如圖1A和圖1B所示所示，晶片100背面生長有薄膜110和薄膜120，缺陷130被埋在薄膜裡面，缺陷130的位置可能在薄膜120的內部，如圖1A所示；也可能在薄膜110和薄膜120之間，如圖1B所示。晶背顏色異常有時也會引起晶背表面不平。背面顏色異常除了會在生產中的影響外，也會對封裝帶來麻煩，切割封裝時會在晶背為每一個晶片用雷射打標，背面大面積的缺陷就會影響打標。目前去除晶背缺陷的方法有清洗，機械研磨等；清洗一般使用去離子水衝刷晶片背面，可以用該方法去除表面的附著顆粒，但對埋在膜層內部的缺陷或在表面粘附力較強的顆粒缺陷卻無能為力。機械研磨可以磨去背面的膜層來去除缺陷。但是會有其它的問題，專利申請號為03150009.9的中國專利公開了一種晶片背面的研磨製程。該方法利用機械研磨的方法減小晶背的厚度。機械研磨一般會減小晶背1微米或以上的厚度，而對於小於5000埃或甚至小於幾百埃的膜層物理研磨無法控制研磨這麼小的厚度。過度的對背面研磨可能會影響封裝製程，需徵得客戶同意才可以進行。而且在機械研磨過程中需要對晶片背面進行研磨，因而晶片正面需要貼附於研磨盤上，易對晶片正面造成損傷並且機械研磨終點難以監測。考慮到對正表面的保護，研磨的力度和時間都需要精確的控制。從而用物理研磨來去除背面缺陷的方法也面臨同樣的問題。
發明內容
因此，本發明的目的在於提供一種去除晶片背面缺陷的方法，以解決現有物理機械研磨除去晶片背面缺陷可能對晶片造成損傷或不能很好的去除晶背缺陷的問題。
為達到上述目的，本發明提供的一種晶片背面缺陷的移除方法，該方法包括a，確定所述晶片背面各膜層厚度與組成；b，選用與所述晶片背面外露膜層相應的清洗液對其進行溼法刻蝕，去除該膜層；c，檢查所述晶片背面缺陷是否被移除，若是，該晶片進入下道工序；否則轉到步驟b。
所述步驟a包括從所述晶片製造歷史記錄中查找背面各膜層組成及厚度。
所述晶片背面膜層材料包括氮化矽、氧化矽、單晶矽。
所述步驟b包括b1，將所述背面有缺陷的晶片置於晶片表面處理裝置；b2，所述晶片表面處理裝置向所述晶片背面噴灑第一清洗液；b3，所述晶片表面處理裝置向所述晶片背面噴灑第二清洗液；b4，用氣體吹乾晶片背面，從所述晶片表面處理裝置中取出晶片。
所述的晶片表面處理裝置為單晶片溼法清洗裝置。
在所述的晶片表面處理裝置用機械手卡住晶片側面並使晶片背面朝上。
所述步驟b2和b3中晶片處於旋轉狀態。
所述步驟b2包括b21，將第一清洗液噴嘴置於所述晶片背面中心上方位置；
b22，第一清洗液噴嘴向所述晶片背面噴灑第一清洗液；b23，第一清洗液噴嘴停止向所述晶片背面噴灑第一清洗液；b24，第一清洗液噴嘴回到原來位置。
所述第一清洗液的噴灑時間由所述外露薄膜的厚度決定。
所述第一清洗液包括氫氟酸、硝酸、磷酸中的一種或其混合。
所述步驟b2包括所述晶片表面處理裝置向所述的晶片正面吹氮氣。
所述步驟b3包括b31，將第二清洗液噴嘴置於所述晶片背面中心上方位置；b32，第二清洗液噴嘴向晶片背面噴灑第二清洗溶液；b33，第二清洗液噴嘴停止向晶片背面噴灑第二清洗溶液；b34，第二清洗液噴嘴回到原來位置。
所述第二清洗液為去離子水。
所述的氣體包括氮氣。
所述的檢查晶片背面缺陷的方法包括目檢。
與現有技術相比，本發明具有以下優點本方法採用一層層去除晶背薄膜的方法來達到移除背面缺陷的目的。因而本方法移除晶片背面的缺陷，能夠對不同厚度的薄膜移除以達到移除缺陷的目的，可移除的薄膜厚度可以是1000埃或幾百埃，對晶片背面影響較小。對背面薄膜採用一層一層去除直到缺陷剛好被移除為止，避免了對晶片背面材料過多的刻蝕從而可能會影響其封裝製程。在去除缺陷過程中，對晶片正面有氣體保護，不會對正面器件造成損傷，清除過程中也沒有物理機械等作用於晶片上下表面，不會對整個晶片造成變形等缺陷。
圖1A和圖1B為缺陷在晶背不同位置掩埋示意圖；圖2為本發明晶片背面缺陷的移除方法的流程圖；圖3為本發明清洗有缺陷晶片背面流程圖；圖4為有缺陷的晶片背面各膜層的剖面圖；圖5本發明方法清洗晶片背面缺陷的剖面6為本發明方法移除缺陷後的晶片背面各膜層剖面圖。
具體實施例方式
為使本發明的上述目的、特徵和優點能夠更加明顯易懂，下面結合附圖對本發明的具體實施方式
做詳細的說明。
圖2是本發明晶片背面缺陷的移除方法的流程圖。如圖2首先確定晶背帶有缺陷的晶片背面各膜層的厚度與組成(S200)。確定的方法可以從該晶片在生產過程中的工藝歷史紀錄中找到，由於某些道工藝例如爐管在晶片正面生長薄膜的同時會在背面生長相同材料和厚度的膜層，藉由對每道工藝的歷史紀錄可確定哪些膜層在晶圓正面生長時也同時會在背面生長相同的膜層，並可確定背面膜層依次從內道外的材料和厚度。然後，由外露膜層開始，對每一膜層選用能夠去除該層膜的清洗液對其溼法刻蝕(S210)。每刻蝕掉一層薄膜，檢查晶片背面的缺陷是否也同時移除(S220)。若是，對背面的缺陷的移除完成，該晶片進行其下道的工序(S230)；否則，再選用對背面現外露膜層相應的清洗液對該層進行刻蝕並檢查缺陷是否移除，直到所述缺陷被移除為止。
圖3是有缺陷晶片背面清洗的流程圖。對帶有缺陷晶背膜層的清洗是在清洗裝置中進行的。首先，通過自動搬運裝置置待清洗晶片於單片溼法清洗裝置，並使其背面朝上(S300)；然後清洗裝置中的噴嘴向晶片背面噴灑第一清洗液對晶背外層薄膜進行溼法刻蝕(S310)和第二清洗液進行衝洗(S320)，最後用惰性氣體把晶背吹乾並取出該晶片(S330)。
下面對該方法進行詳細描述。如圖4所示，晶片400是已經完成了正面器件的製造和互連，檢查晶片背面時發現背面有大片的顏色異常缺陷425，該缺陷掩埋在晶片背面膜層內部，無法用現有的方法去除。追蹤該產品製造過程中的歷史紀錄，在生產過程中前段有三道爐管生長薄膜會在背面也生長相同厚度和材料的薄膜，根據生長的前後順序，確定由內道外分別是厚度約為厚度約為2000埃的單晶矽405，厚度約為150埃的氧化矽層410，厚度約為300埃的氮化矽層420，厚度約為1000埃的氧化矽層430。依據本發明除去缺陷所採用的方法，即用適當適量的清洗液刻蝕外層的氧化矽層430，然後檢查缺陷225是否被除去，若沒有，再選擇能夠刻蝕氮化矽層420的清洗液對該層氮化矽層420進行刻蝕，再檢查背面缺陷425是否還存在，直到缺陷425被除去為止。
確定了晶片背面的各膜層組成及厚度，還需要確定刻蝕相應膜層的清洗液。如本實施例中，最外層的是一厚度約為1000埃的氧化矽層430，應選用能夠對氧化矽層430具有較強刻蝕能力和較快刻蝕速率的清洗液，又要考慮該清洗液不會對其下層的氮化矽層420過多的刻蝕。一般的，選用的清洗液對兩層的刻蝕速率相差較大，且對下層刻蝕的速度是越小越好。清洗液包括氫氟酸(HF)、硝酸(HNO3)、磷酸(H3PO4)中的一種或其混合。對與氧化物來說，選用溫度約為45度、濃度為49％的氫氟酸具有很好的效果。此時其對氧化矽層430的刻蝕速率為600埃/秒，而對氮化矽層420的刻蝕速率為11埃/秒；從刻蝕速率上看，不到2秒，就會把最外層的氧化矽層430全部刻蝕掉。一般的選用反應時間為2秒，一方面為該步清洗留出餘量使其能夠充分徹底移除該氧化矽層430，另一方面由於氫氟酸對下層氮化矽層420的刻蝕速率較慢，也不會對下層氮化矽層420造成過多的刻蝕。
在單晶片溼法清洗設備設定好相應的程式，將需要去除背面缺陷的晶片放到所述機臺上，機械手自動抽取選定的晶片運送到刻蝕反應室，反應室中的機械手卡住晶片側面，以使晶片留出上下表面，晶片背面朝上。然後，根據程式的設定，晶片以某一速度比如50轉/秒旋轉，同時，有氮氣噴頭朝上放置於晶片正面中心的下方並向晶片正面方向吹氮氣，氮氣的氣流吹到晶片正面中心受阻後沿著晶片正面的表面由中心向邊緣移動直至晶片邊緣外面，該過程貫穿整個清洗過程直到清洗完成晶片被取出該清洗裝置前為止。開始向晶片正面吹氮氣後，如圖5所示，噴灑氫氟酸的噴嘴440移到晶片背面的中央，向晶片噴撒所述的氫氟酸，噴灑時間約為2秒，噴灑過程中，晶片以設定的速度轉動。所述的氫氟酸在晶片背面形成薄膜450，均勻的對整個晶片背面的氧化矽層刻蝕。大約2秒，刻蝕完成。晶片旋轉甩掉刻蝕過程中反應殘留物，同時噴灑去離子水噴頭移至晶片背面上方並噴灑去離子水對晶背進行衝洗大約5～10秒。完成衝洗後，晶片繼續旋轉甩掉留在晶片背面的所述的去離子水殘留，然後對該晶圓背面背面吹氮氣吹乾所述晶片背面。此時，氮化矽薄膜420曝露在最外面。在整個清洗過程中向晶片正面吹氮氣是保護晶片正面，防止噴灑在晶片背面的氫氟酸從晶片邊緣倒流回晶片正面而腐蝕晶片正表面的半導體器件。完成氧化膜430的去除後，把該晶片從晶片清洗裝置中取出，目檢或在顯微鏡下檢查晶片背面的缺陷是否去除或去除乾淨。如果已完全去除，對該晶片進行下道工序；如果沒有去除或沒有完全去除，選用能夠去除氮化矽層420的清洗液如磷酸(H3PO4)並選用合適的溫度和濃度對其重複以上步驟，直至背面缺陷被完全移除為止。本實施例中對存在於兩層膜之間的缺陷去除進行了說明，該方法對與缺陷存在於某一層內部也同樣適用。
如圖6所示，通過49％氫氟酸對所述晶片背面外露氧化矽層430刻蝕清洗後，厚度為1000埃的氧化矽層430完全去除，氮化矽層420被刻蝕掉約3～4埃，掩埋在氧化矽層內部的晶片背面的缺陷425已經被移除。
本發明中移除晶片背面缺陷的方法也可用在晶片生產過程中。例如，該晶片還在前段製造過程中，某一道爐管中薄膜生長把背面的缺陷掩埋在裡面，而在完成該薄膜生長後就檢查到了該缺陷，就可以採用本發明的方法移除晶片背面的生長的薄膜以達到去除所述缺陷的目的，而不必等到該晶片完成整個製程在對晶片背面進行處理。因為生產過程中能夠確定缺陷是埋在該層薄膜底下，因而在生產過程中對晶片背面進行處理也簡化了操作步驟。
本方法採用一層層去除晶背薄膜的方法來達到移除背面缺陷的目的。因而本方法移除晶片背面的缺陷，能夠對不同厚度的薄膜移除以達到移除缺陷的目的，可移除的薄膜厚度可以是1000埃或幾百埃，對晶片背面影響較小。對背面薄膜採用一層一層去除直到缺陷剛好被移除為止，避免了對晶片背面材料過多的刻蝕從而可能會影響其封裝製程。在去除缺陷過程中，對晶片正面有氣體保護，不會對正面器件造成損傷，清除過程中也沒有物理機械等作用於晶片上下表面，不會對整個晶片造成變形等缺陷。
本發明雖然以較佳實施例公開如上，但其並不是用來限定本發明，任何本領域技術人員在不脫離本發明的精神和範圍內，都可以做出可能的變動和修改，因此本發明的保護範圍應當以本發明權利要求所界定的範圍為準。
權利要求
1.一種晶片背面缺陷的移除方法，其特徵在於，該方法包括a，確定所述晶片背面各膜層厚度與組成；b，選用與所述晶片背面外露膜層相應的清洗液對其進行溼法刻蝕，去除該膜層；c，檢查所述晶片背面缺陷是否被移除，若是，該晶片進入下道工序；否則轉到步驟b。
2.如權利要求1所述的晶片背面缺陷的移除方法，其特徵在於，步驟a包括從所述晶片製造歷史記錄中查找背面各膜層組成及厚度。
3.如權利要求1所述的晶片背面缺陷的移除方法，其特徵在於所述晶片背面膜層材料包括氮化矽、氧化矽、單晶矽。
4.如權利要求1所述的晶片背面缺陷的移除方法，其特徵在於，步驟b包括b1，將所述背面有缺陷的晶片置於晶片表面處理裝置；b2，所述晶片表面處理裝置向所述晶片背面噴灑第一清洗液；b3，所述晶片表面處理裝置向所述晶片背面噴灑第二清洗液；b4，用氣體吹乾晶片背面，從所述晶片表面處理裝置中取出晶片。
5.如權利要求4所述的晶片背面缺陷的移除方法，其特徵在於所述的晶片表面處理裝置為單晶片溼法清洗裝置。
6.如權利要求4所述的晶片背面缺陷的移除方法，其特徵在於在所述的晶片表面處理裝置用機械手卡住晶片側面並使晶片背面朝上。
7.如權利要求4所述的晶片背面缺陷的移除方法，其特徵在於步驟b2和b 3中晶片處於旋轉狀態。
8.如權利要求4所述的晶片背面缺陷的移除方法，其特徵在於，步驟b2包括b21，將第一清洗液噴嘴置於所述晶片背面中心上方位置；b22，第一清洗液噴嘴向所述晶片背面噴灑第一清洗液；b23，第一清洗液噴嘴停止向所述晶片背面噴灑第一清洗液；b24，第一清洗液噴嘴回到原來位置。
9.如權利要求4所述的晶片背面缺陷的移除方法，其特徵在於所述第一清洗液的噴灑時間由所述外露薄膜的厚度決定。
10.如權利要求4或8或9所述的晶片背面缺陷的移除方法，其特徵在於所述第一清洗液包括氫氟酸、硝酸、磷酸中的一種或其混合。
11.如權利要求4所述的晶片背面缺陷的移除方法，其特徵在於，步驟b2包括所述晶片表面處理裝置向所述的晶片正面吹氮氣。
12.如權利要求4所述的晶片背面缺陷的移除方法，其特徵在於，步驟b3包括b31，將第二清洗液噴嘴置於所述晶片背面中心上方位置；b32，第二清洗液噴嘴向晶片背面噴灑第二清洗溶液；b33，第二清洗液噴嘴停止向晶片背面噴灑第二清洗溶液；b34，第二清洗液噴嘴回到原來位置。
13.如權利要求12所述的晶片背面缺陷的移除方法，其特徵在於所述第二清洗液為去離子水。
14.如權利要求4所述的晶片背面缺陷的移除方法，其特徵在於所述的氣體包括氮氣。
15.如權利要求1所述的晶片背面缺陷的移除方法，其特徵在於所述的檢查晶片背面缺陷的方法包括目檢。
全文摘要
本發明提供一種晶片背面缺陷的移除方法。首先確定背面有缺陷的晶片背面各膜層厚度與組成；然後與所述晶片背面外露膜層相應的清洗液對其進行溼法刻蝕，去除該膜層；最後檢查所述晶片背面缺陷是否存在，若否，進入該晶片下道工序；否則繼續對其下層的膜層進行溼法蝕刻並檢查缺陷移除狀況，直到該缺陷被移除為止。
文檔編號H01L21/66GK101090072SQ20061002758
公開日2007年12月19日 申請日期2006年6月12日 優先權日2006年6月12日
發明者王明珠, 方明海, 呂秋玲, 陳淑美 申請人:中芯國際集成電路製造(上海)有限公司