晶圓的減薄方法

2023-06-01 05:01:11

專利名稱：晶圓的減薄方法
技術領域：
本發明涉及半導體封裝領域，尤其涉及一種晶圓的減薄方法。
背景技術：
眾所周知，封裝技術其實就是一種將晶片打包的技術，這種打包對於晶片來說是 必須的。因為晶片必須與外界隔離，以防止空氣中的雜質對晶片電路的腐蝕而造成電氣性 能下降。另一方面，封裝後的晶片也更便於安裝和運輸。由於封裝技術的好壞還直接影響 到晶片自身性能的發揮和與之連接的PCB (印製電路板)的設計和製造，因此它是至關重要 的。封裝包括安裝半導體集成電路晶片用的外殼，它不僅起著安放、固定、密封、保護晶片和 增強導熱性能的作用，而且還是溝通晶片內部世界與外部電路的橋梁。封裝還包括將晶片 上的接點通過導線連接到封裝外殼的引腳上，這些引腳又通過印刷電路板上的導線與其他 器件建立連接。因此，封裝技術是集成電路產業中非常關鍵的一環。目前，經過多年的發展，封裝技術經歷了從最初的針腳插入式實裝技術到表面貼 裝技術再到球柵陣列端子(BGA，Ball Grid Array)型封裝技術再到最新的三維封裝技術 (3D Package) 0其中，三維封裝技術又可分為封裝疊層的三維封裝、晶片疊層的三維封裝 以及晶圓疊層的三維封裝三種類型。三維封裝的優點在於可以提高互連線的密度，降低器 件外形的總體高度。由於有可能將不同類型的晶片層疊在一起，而又具有較高的互連線 密度，因此三維封裝技術具有很好的應用前景。在晶片疊層的三維封裝中，矽通孔(TSV， Through-Silicon-Via)電極的連接路徑可以縮短至只有一個晶片的厚度，所以能夠實現路 徑最短和集成度最高的互連。通過矽通孔實現互連的系統級集成方案，能夠在減少晶片面 積的同時緩解互連延遲問題。如果用垂直方向的短互連線來代替二維結構中大量的長互連 線，就能夠使邏輯電路的性能大大提高。例如，通過將關鍵路徑上的邏輯門放置在多個有源 層上，就能夠將它們非常緊密地排布起來。也可以將電壓和/或性能要求不同的電路放置 在不同的層上。基於TSV製造技術的晶片疊層三維封裝工藝中，關鍵製程包括高的高寬比(> 5 1)的TSV鑽蝕，TSV絕緣介質及導電材料填充，晶圓的減薄，晶片到晶片、晶片到晶圓 或晶圓到晶圓之間的精確對準，低溫的粘結性鍵合方法等。其中晶圓的減薄工藝常採用化 學機械研磨的方法，例如，專利號為02140151. 9的中國專利提供了一種化學機械研磨的方 法，包括，提供基底，該基底上已形成有金屬層，且該金屬層下方形成有障礙層；提供障礙層 研磨漿及化學助劑，用以研磨該金屬層；以及僅提供障礙層研磨漿，用以研磨該障礙層；其 中該化學助劑是由至少一種氧化劑、至少一種螯合劑和酸鹼緩衝液所組成。但是，在三維封 裝工藝中，晶圓的厚度至少需要減薄到70 μ m以下，而當晶圓減薄到100 μ m以下時，常規的 研磨工藝在晶圓表面所產生的應力，將會使得晶圓變得極其易碎，研磨過程中就可能使晶 圓的邊緣發生彎曲甚至斷裂，例如圖1所示的，在晶圓100的邊緣110處就出現了斷裂，同 時晶圓100的表面會非常的粗糙。

發明內容
本發明解決的問題是提供一種晶圓的減薄方法，避免在減薄時晶圓邊緣發生彎曲 甚至斷裂的情況，同時消除晶圓表面在減薄後非常粗糙的問題。為解決上述問題，本發明所提供的晶圓減薄方法，包括提供待減薄的半導體晶圓；對所述晶圓表面進行研磨減薄，直至停止厚度；對所述晶圓表面進行噴霧腐蝕減薄，直至預定減薄厚度。所述晶圓上減薄的表面為未形成半導體圖形的背面。所述研磨減薄採用金剛砂輪進行機械研磨；可選的，研磨時輔以使用含炭化矽顆 粒的研磨漿。可選的，所述停止厚度的範圍為70μπι 150μπι;優選的，所述研磨減薄的停止厚 度為80μ ο所述噴霧腐蝕具體包括旋轉晶圓，向晶圓的表面均勻噴塗腐蝕性霧劑。可選的，所述腐蝕性霧劑為硫酸、磷酸、硝酸、氫氟酸或醋酸等Si腐蝕化學溶劑的 一種或幾種的組合。所述預定減薄厚度的範圍為ΙΟμπι 70μπι;可選的，所述預定減薄的厚度為 50 μ m0與現有技術相比，本發明具有以下優點採取分步減薄的方式，先使用機械研磨進 行初步減薄至停止厚度；再採用噴霧腐蝕進一步減薄至預定減薄厚度，使得晶圓在減薄過 程中，速度可控，尤其在厚度至ΙΟΟμπι以下時，避免因機械研磨所產生的應力損壞晶圓，減 少晶圓邊緣的斷裂現象，並改善晶圓表面的平整度。


圖1是現有減薄工藝在晶圓表面產生缺陷的示意圖；圖2是本發明所述晶圓的減薄方法的工藝流程圖；圖3至圖5是本發明所述晶圓的減薄方法具體實施例示意圖；圖6是採用本發明減薄方法後晶圓邊緣示意圖；圖7是採用本發明減薄方法後晶圓表面的掃描電鏡圖。
具體實施例方式現有的減薄工藝，對晶圓直接使用機械研磨，減薄至所需的厚度，隨著厚度的越來 越小，金剛砂輪在晶圓表面所產生的應力越可能造成晶圓碎裂。因此對於晶圓而言，存在一 個較為安全的厚度，在此厚度以上，可以忽略機械研磨對晶圓的不良影響。本發明即採用分 步減薄的方式，預先設置晶圓初次減薄的停止厚度，在此厚度以前採用常規的機械研磨的 方式；當厚度降低至該停止厚度之後，採用較為溫和可控的噴霧腐蝕，進一步減薄至所需的 減薄厚度以防止晶圓碎裂的現象發生。如圖1所示，為本發明所述晶圓的減薄方法工藝流程圖，具體步驟包括步驟Si、提供待減薄的半導體晶圓；其中，所述半導體晶圓的一面為形成半導體圖形的部分，而另一面則為待減薄的表面。步驟S2、對所述晶圓表面進行研磨減薄，直至停止厚度；其中，所述研磨減薄可採用常規的機械研磨，初步減薄至停止厚度。所述停止厚度 根據晶圓的材質、自身剛性度等實際情況進行選擇，在保證不會因機械研磨而發生碎裂的 前提下，儘可能的薄，從而有利於縮短晶圓減薄的整體所需時間。步驟S3、對所述晶圓表面進行噴霧腐蝕減薄，直至預定減薄厚度。其中，噴霧腐蝕減薄可選用酸性霧劑，均勻噴塗於晶圓的表面，而霧劑的成分以及 濃度，能夠決定腐蝕減薄的速度以及減薄後晶圓表面的平整度。應當針對於不同的減薄需 要以及材質，選擇霧劑的成分配比。常規的酸性霧劑成分可以包括硝酸、氫氟酸、硫酸等。下面結合說明書附圖以及具體實施例對本發明做詳細描述，圖3至圖5為本發明 晶圓減薄方法的一個具體實施例示意圖，如圖3所示，首先提供待減薄的半導體晶圓100。所述晶圓100具有形成半導體圖形的一面，如圖中的陰影部分。而相對的另一背 面作為減薄的表面，圖示中該表面向上僅以示意。由於晶圓100的背面並沒有器件，因此減 薄的只是矽襯底的厚度。一般晶圓的厚度為600 900 μ m,例如本實施例中，初始晶圓採用8英寸晶圓，標 準厚度為750 μ m。如圖4所示，對所述晶圓100的背面進行初步的減薄研磨，直至停止厚度。可以採用本領域技術人員公知的機械研磨方法，例如用金剛砂輪加壓研磨晶圓背 面並輔以研磨漿使矽襯底減薄，當然，機械研磨的方法並不僅限於用金剛砂輪加壓研磨，本 領域技術人員可以根據公知常識應用適合的機械研磨方法。本實施例中，進行初步減薄研磨時，將晶圓100固定在旋轉機臺上(圖中未顯示)， 一個旋轉研磨墊(圖中未顯示)被加壓在晶圓100表面上，含炭化矽顆粒的研磨漿流過旋 轉機臺和晶圓100表面，由於炭化矽的硬度較高，因而晶圓表面粗糙的凸起更容易迅速被 研磨掉，因此在初步減薄研磨時速度較快。根據前述內容，由於晶圓的厚度在減薄至100 μ m以下時，會變得容易破碎。此夕卜， 由於機械研磨的成本較低，並且研磨速度較快，因此對晶圓背面進行機械研磨的停止厚度 需要進行選擇。在保證晶圓100邊緣不發生破碎的情況下，研磨停止的厚度是越薄越好。進 一步的，還可以在研磨過程中，厚度接近至停止厚度時，降低金剛砂輪的轉速以及對晶圓的 壓力，減緩研磨速度，使得晶圓表面的應力減弱，有助於降低停止厚度的大小。在本實施例中，金剛砂輪加壓研磨的速度在40-100 μ m/分鐘，當晶圓100的厚度 被減薄至70-150 μ m之間時停止研磨，較為優選的停止厚度為80 μ m。在初步減薄結束後，可以採用去離子水衝洗晶圓表面，去除殘留的研磨漿，避免研 磨漿影響後續的腐蝕減薄過程。如圖5所示，對經過機械研磨後的晶圓100背面進行噴霧腐蝕，直至預定減薄的厚度。可以採用本領域技術人員公知的噴霧腐蝕方法，例如用腐蝕性霧劑均勻噴塗至晶 圓100的背面，使得晶圓100背面的矽襯底進一步減薄，本領域技術人員可以根據公知常識 應用適合的霧劑成分。5
本實施例中，進行噴霧腐蝕時，將晶圓100固定至旋轉機臺上(圖中未示出)，一個 噴霧嘴(圖中未示出)對旋轉的晶圓100進行旋塗。使得腐蝕性霧劑均勻噴塗至晶圓100 的背面。與上述機械研磨不同，噴霧腐蝕是化學刻蝕的過程，因此減薄的速度較慢，但更為 穩定，不會在晶圓的表面產生應力，因此也不存在損壞晶圓，邊緣發生碎裂的問題。其中，所述腐蝕性霧劑可以是酸性霧劑，成分可以為硝酸、氫氟酸、硫酸中的一種 或其組合。在利用上述霧劑進行噴霧腐蝕的時候，減薄速度以及晶圓表面的平整度取決於 酸性霧劑的成分、濃度比等因素，因此可根據需要對酸性霧劑進行配比。在本實施例中，以採用HNO3、HF、H3PO4混合溶液作為腐蝕性霧劑為例，所述HNO3、 HF、H3P04 的比例為 10-20 3-15 3-15，所述 HN03、HF、H3P04 混合溶液的濃度為 30-60%。 當晶圓100減薄至10 μ m 70 μ m之間時停止，較為優選的預定減薄厚度為50 μ m。由於經過噴霧腐蝕減薄後，晶圓的表面已經可以具有較高的平整度，所以無需再 另行拋光。在完成上述的腐蝕減薄後，還需使用去離子水衝洗晶圓表面，去除晶圓表面可能 殘留的腐蝕性霧劑等，防止殘留的腐蝕性霧劑腐蝕晶圓表面，避免產生坑洞等缺陷降低晶 圓表面的平整度。圖6為採用本發明減薄方法後晶圓邊緣示意圖，而圖7為上述實施例中採用本發 明減薄方法後，晶圓表面的掃描電鏡圖。從圖6以及圖7可見，晶圓的表面平整光滑，且邊 緣處並無存在碎裂的現象，因此本發明所述減薄方法具有良好的效果，提高了晶圓減薄的質量。雖然本發明已以較佳實施例披露如上，但本發明並非限定於此。任何本領域技術 人員，在不脫離本發明的精神和範圍內，均可作各種更動與修改，因此本發明的保護範圍應 當以權利要求所限定的範圍為準。
權利要求
1.一種晶圓的減薄方法，其特徵在於，包括下列步驟提供待減薄的半導體晶圓；對所述晶圓表面進行研磨減薄，直至停止厚度；對所述晶圓表面進行噴霧腐蝕減薄，直至預定減薄厚度。
2.如權利要求1所述的晶圓的減薄方法，其特徵在於，所述晶圓上減薄的表面為未形 成半導體圖形的背面。
3.如權利要求1所述的晶圓的減薄方法，其特徵在於，所述研磨減薄採用金剛砂輪進 行機械研磨。
4.如權利要求3所述的晶圓的減薄方法，其特徵在於，所述對晶圓進行研磨時，使用含 炭化矽顆粒的研磨漿。
5.如權利要求1所述的晶圓的減薄方法，其特徵在於，所述停止厚度的範圍為70μ m 150 μ m0
6.如權利要求5所述的晶圓的減薄方法，其特徵在於，所述研磨減薄的停止厚度為 80 μ m0
7.如權利要求1所述的晶圓的減薄方法，其特徵在於，所述噴霧腐蝕具體包括旋轉晶 圓，向晶圓的表面均勻噴塗腐蝕性霧劑。
8.如權利要求7所述的晶圓的減薄方法，其特徵在於，所述腐蝕性霧劑為硫酸、磷酸、 硝酸、氫氟酸的一種或其混合。
9.如權利要求1所述的晶圓的減薄方法，其特徵在於，所述預定減薄厚度的範圍為 10 μ m 70 μ m0
10.如權利要求9所述的晶圓的減薄方法，其特徵在於，所述預定減薄厚度為50μπι。
全文摘要
本發明提供了一種晶圓的減薄方法，包括下列步驟提供待減薄的半導體晶圓；對所述晶圓表面進行研磨減薄，直至停止厚度；對所述晶圓表面進行噴霧腐蝕減薄，直至預定減薄厚度。本發明採取分步減薄的方式，先使用機械研磨進行初步減薄至停止厚度；再採用噴霧腐蝕進一步減薄至預定減薄厚度，使得晶圓在減薄過程中，避免因機械研磨所產生的應力損壞晶圓，減少晶圓邊緣的斷裂現象，並改善晶圓表面平整度。
文檔編號H01L21/306GK102044428SQ200910197079
公開日2011年5月4日 申請日期2009年10月13日 優先權日2009年10月13日
發明者劉偉, 楊廣立, 蒲賢勇, 謝紅梅, 鍾旻, 陳軼群, 高大為, 黃河 申請人:中芯國際集成電路製造(上海)有限公司