CN102044428B

CN102044428B - 晶圆的减薄方法

Info

Publication number: CN102044428B
Application number: CN2009101970790A
Authority: CN
Inventors: 黄河; 高大为; 蒲贤勇; 陈轶群; 刘伟; 谢红梅; 杨广立; 钟旻
Original assignee: Semiconductor Manufacturing International Shanghai Corp
Current assignee: Semiconductor Manufacturing International Shanghai Corp; China Core Integrated Circuit Ningbo Co Ltd
Priority date: 2009-10-13
Filing date: 2009-10-13
Publication date: 2012-06-06
Anticipated expiration: 2029-10-13
Also published as: CN102044428A

Abstract

本发明提供了一种晶圆的减薄方法，包括下列步骤：提供待减薄的半导体晶圆；对所述晶圆表面进行研磨减薄，直至停止厚度；对所述晶圆表面进行喷雾腐蚀减薄，直至预定减薄厚度。本发明采取分步减薄的方式，先使用机械研磨进行初步减薄至停止厚度；再采用喷雾腐蚀进一步减薄至预定减薄厚度，使得晶圆在减薄过程中，避免因机械研磨所产生的应力损坏晶圆，减少晶圆边缘的断裂现象，并改善晶圆表面平整度。

Description

晶圆的减薄方法

技术领域

本发明涉及半导体封装领域，尤其涉及一种晶圆的减薄方法。

背景技术

众所周知，封装技术其实就是一种将芯片打包的技术，这种打包对于芯片来说是必须的。因为芯片必须与外界隔离，以防止空气中的杂质对芯片电路的腐蚀而造成电气性能下降。另一方面，封装后的芯片也更便于安装和运输。由于封装技术的好坏还直接影响到芯片自身性能的发挥和与之连接的PCB(印制电路板)的设计和制造，因此它是至关重要的。封装包括安装半导体集成电路芯片用的外壳，它不仅起着安放、固定、密封、保护芯片和增强导热性能的作用，而且还是沟通芯片内部世界与外部电路的桥梁。封装还包括将芯片上的接点通过导线连接到封装外壳的引脚上，这些引脚又通过印刷电路板上的导线与其他器件建立连接。因此，封装技术是集成电路产业中非常关键的一环。

目前，经过多年的发展，封装技术经历了从最初的针脚***式实装技术到表面贴装技术再到球栅阵列端子(BGA，Ball Grid Array)型封装技术再到最新的三维封装技术(3D Package)。其中，三维封装技术又可分为封装叠层的三维封装、芯片叠层的三维封装以及晶圆叠层的三维封装三种类型。三维封装的优点在于可以提高互连线的密度，降低器件外形的总体高度。由于有可能将不同类型的芯片层叠在一起，而又具有较高的互连线密度，因此三维封装技术具有很好的应用前景。在芯片叠层的三维封装中，硅通孔(TSV，Through-Silicon-Via)电极的连接路径可以缩短至只有一个芯片的厚度，所以能够实现路径最短和集成度最高的互连。通过硅通孔实现互连的***级集成方案，能够在减少芯片面积的同时缓解互连延迟问题。如果用垂直方向的短互连线来代替二维结构中大量的长互连线，就能够使逻辑电路的性能大大提高。例如，通过将关键路径上的逻辑门放置在多个有源层上，就能够将它们非常紧密地排布起来。也可以将电压和/或性能要求不同的电路放置在不同的层上。

基于TSV制造技术的芯片叠层三维封装工艺中，关键制程包括：高的高宽比(＞5∶1)的TSV钻蚀，TSV绝缘介质及导电材料填充，晶圆的减薄，芯片到芯片、芯片到晶圆或晶圆到晶圆之间的精确对准，低温的粘结性键合方法等。其中晶圆的减薄工艺常采用化学机械研磨的方法，例如，专利号为02140151.9的中国专利提供了一种化学机械研磨的方法，包括，提供基底，该基底上已形成有金属层，且该金属层下方形成有障碍层；提供障碍层研磨浆及化学助剂，用以研磨该金属层；以及仅提供障碍层研磨浆，用以研磨该障碍层；其中该化学助剂是由至少一种氧化剂、至少一种螯合剂和酸碱缓冲液所组成。但是，在三维封装工艺中，晶圆的厚度至少需要减薄到70μm以下，而当晶圆减薄到100μm以下时，常规的研磨工艺在晶圆表面所产生的应力，将会使得晶圆变得极其易碎，研磨过程中就可能使晶圆的边缘发生弯曲甚至断裂，例如图1所示的，在晶圆100的边缘110处就出现了断裂，同时晶圆100的表面会非常的粗糙。

发明内容

本发明解决的问题是提供一种晶圆的减薄方法，避免在减薄时晶圆边缘发生弯曲甚至断裂的情况，同时消除晶圆表面在减薄后非常粗糙的问题。

为解决上述问题，本发明所提供的晶圆减薄方法，包括：

提供待减薄的半导体晶圆；

对所述晶圆表面进行研磨减薄，直至停止厚度；

对所述晶圆表面进行喷雾腐蚀减薄，直至预定减薄厚度。

所述晶圆上减薄的表面为未形成半导体图形的背面。

所述研磨减薄采用金刚砂轮进行机械研磨；可选的，研磨时辅以使用含炭化硅颗粒的研磨浆。

可选的，所述停止厚度的范围为70μm～150μm；优选的，所述研磨减薄的停止厚度为80μm。

所述喷雾腐蚀具体包括：旋转晶圆，向晶圆的表面均匀喷涂腐蚀性雾剂。

可选的，所述腐蚀性雾剂为硫酸、磷酸、硝酸、氢氟酸或醋酸等Si腐蚀化学溶剂的一种或几种的组合。

所述预定减薄厚度的范围为10μm～70μm；可选的，所述预定减薄的厚度为50μm。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：采取分步减薄的方式，先使用机械研磨进行初步减薄至停止厚度；再采用喷雾腐蚀进一步减薄至预定减薄厚度，使得晶圆在减薄过程中，速度可控，尤其在厚度至100μm以下时，避免因机械研磨所产生的应力损坏晶圆，减少晶圆边缘的断裂现象，并改善晶圆表面的平整度。

附图说明

图1是现有减薄工艺在晶圆表面产生缺陷的示意图；

图2是本发明所述晶圆的减薄方法的工艺流程图；

图3至图5是本发明所述晶圆的减薄方法具体实施例示意图；

图6是采用本发明减薄方法后晶圆边缘示意图；

图7是采用本发明减薄方法后晶圆表面的扫描电镜图。

具体实施方式

现有的减薄工艺，对晶圆直接使用机械研磨，减薄至所需的厚度，随着厚度的越来越小，金刚砂轮在晶圆表面所产生的应力越可能造成晶圆碎裂。因此对于晶圆而言，存在一个较为安全的厚度，在此厚度以上，可以忽略机械研磨对晶圆的不良影响。本发明即采用分步减薄的方式，预先设置晶圆初次减薄的停止厚度，在此厚度以前采用常规的机械研磨的方式；当厚度降低至该停止厚度之后，采用较为温和可控的喷雾腐蚀，进一步减薄至所需的减薄厚度以防止晶圆碎裂的现象发生。

如图1所示，为本发明所述晶圆的减薄方法工艺流程图，具体步骤包括：

步骤S1、提供待减薄的半导体晶圆；

其中，所述半导体晶圆的一面为形成半导体图形的部分，而另一面则为待减薄的表面。

步骤S2、对所述晶圆表面进行研磨减薄，直至停止厚度；

其中，所述研磨减薄可采用常规的机械研磨，初步减薄至停止厚度。所述停止厚度根据晶圆的材质、自身刚性度等实际情况进行选择，在保证不会因机械研磨而发生碎裂的前提下，尽可能的薄，从而有利于缩短晶圆减薄的整体所需时间。

步骤S3、对所述晶圆表面进行喷雾腐蚀减薄，直至预定减薄厚度。

其中，喷雾腐蚀减薄可选用酸性雾剂，均匀喷涂于晶圆的表面，而雾剂的成分以及浓度，能够决定腐蚀减薄的速度以及减薄后晶圆表面的平整度。应当针对于不同的减薄需要以及材质，选择雾剂的成分配比。常规的酸性雾剂成分可以包括硝酸、氢氟酸、硫酸等。

下面结合说明书附图以及具体实施例对本发明做详细描述，图3至图5为本发明晶圆减薄方法的一个具体实施例示意图，

如图3所示，首先提供待减薄的半导体晶圆100。

所述晶圆100具有形成半导体图形的一面，如图中的阴影部分。而相对的另一背面作为减薄的表面，图示中该表面向上仅以示意。由于晶圆100的背面并没有器件，因此减薄的只是硅衬底的厚度。

一般晶圆的厚度为600～900μm，例如本实施例中，初始晶圆采用8英寸晶圆，标准厚度为750μm。

如图4所示，对所述晶圆100的背面进行初步的减薄研磨，直至停止厚度。

可以采用本领域技术人员公知的机械研磨方法，例如用金刚砂轮加压研磨晶圆背面并辅以研磨浆使硅衬底减薄，当然，机械研磨的方法并不仅限于用金刚砂轮加压研磨，本领域技术人员可以根据公知常识应用适合的机械研磨方法。

本实施例中，进行初步减薄研磨时，将晶圆100固定在旋转机台上(图中未显示)，一个旋转研磨垫(图中未显示)被加压在晶圆100表面上，含炭化硅颗粒的研磨浆流过旋转机台和晶圆100表面，由于炭化硅的硬度较高，因而晶圆表面粗糙的凸起更容易迅速被研磨掉，因此在初步减薄研磨时速度较快。

根据前述内容，由于晶圆的厚度在减薄至100μm以下时，会变得容易破碎。此外，由于机械研磨的成本较低，并且研磨速度较快，因此对晶圆背面进行机械研磨的停止厚度需要进行选择。在保证晶圆100边缘不发生破碎的情况下，研磨停止的厚度是越薄越好。进一步的，还可以在研磨过程中，厚度接近至停止厚度时，降低金刚砂轮的转速以及对晶圆的压力，减缓研磨速度，使得晶圆表面的应力减弱，有助于降低停止厚度的大小。

在本实施例中，金刚砂轮加压研磨的速度在40-100μm/分钟，当晶圆100的厚度被减薄至70-150μm之间时停止研磨，较为优选的停止厚度为80μm。

在初步减薄结束后，可以采用去离子水冲洗晶圆表面，去除残留的研磨浆，避免研磨浆影响后续的腐蚀减薄过程。

如图5所示，对经过机械研磨后的晶圆100背面进行喷雾腐蚀，直至预定减薄的厚度。

可以采用本领域技术人员公知的喷雾腐蚀方法，例如用腐蚀性雾剂均匀喷涂至晶圆100的背面，使得晶圆100背面的硅衬底进一步减薄，本领域技术人员可以根据公知常识应用适合的雾剂成分。

本实施例中，进行喷雾腐蚀时，将晶圆100固定至旋转机台上(图中未示出)，一个喷雾嘴(图中未示出)对旋转的晶圆100进行旋涂。使得腐蚀性雾剂均匀喷涂至晶圆100的背面。与上述机械研磨不同，喷雾腐蚀是化学刻蚀的过程，因此减薄的速度较慢，但更为稳定，不会在晶圆的表面产生应力，因此也不存在损坏晶圆，边缘发生碎裂的问题。

其中，所述腐蚀性雾剂可以是酸性雾剂，成分可以为硝酸、氢氟酸、硫酸中的一种或其组合。在利用上述雾剂进行喷雾腐蚀的时候，减薄速度以及晶圆表面的平整度取决于酸性雾剂的成分、浓度比等因素，因此可根据需要对酸性雾剂进行配比。

在本实施例中，以采用HNO₃、HF、H₃PO₄混合溶液作为腐蚀性雾剂为例，所述HNO₃、HF、H₃PO₄的比例为10-20∶3-15∶3-15，所述HNO₃、HF、H₃PO₄混合溶液的浓度为30-60％。当晶圆100减薄至10μm～70μm之间时停止，较为优选的预定减薄厚度为50μm。

由于经过喷雾腐蚀减薄后，晶圆的表面已经可以具有较高的平整度，所以无需再另行抛光。

在完成上述的腐蚀减薄后，还需使用去离子水冲洗晶圆表面，去除晶圆表面可能残留的腐蚀性雾剂等，防止残留的腐蚀性雾剂腐蚀晶圆表面，避免产生坑洞等缺陷降低晶圆表面的平整度。

图6为采用本发明减薄方法后晶圆边缘示意图，而图7为上述实施例中采用本发明减薄方法后，晶圆表面的扫描电镜图。从图6以及图7可见，晶圆的表面平整光滑，且边缘处并无存在碎裂的现象，因此本发明所述减薄方法具有良好的效果，提高了晶圆减薄的质量。

虽然本发明已以较佳实施例披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

Claims

1.一种晶圆的减薄方法，其特征在于，包括下列步骤：

提供待减薄的半导体晶圆；

对所述晶圆表面进行研磨减薄，直至停止厚度；

对所述晶圆表面进行喷雾腐蚀减薄，直至预定减薄厚度，所述预定减薄厚度的范围为10μm～70μm。

2.如权利要求1所述的晶圆的减薄方法，其特征在于，所述晶圆上减薄的表面为未形成半导体图形的背面。

3.如权利要求1所述的晶圆的减薄方法，其特征在于，所述研磨减薄采用金刚砂轮进行机械研磨。

4.如权利要求3所述的晶圆的减薄方法，其特征在于，所述对晶圆进行研磨时，使用含碳化硅颗粒的研磨浆。

5.如权利要求1所述的晶圆的减薄方法，其特征在于，所述停止厚度的范围为70μm～150μm。

6.如权利要求5所述的晶圆的减薄方法，其特征在于，所述研磨减薄的停止厚度为80μm。

7.如权利要求1所述的晶圆的减薄方法，其特征在于，所述喷雾腐蚀具体包括：旋转晶圆，向晶圆的表面均匀喷涂腐蚀性雾剂。

8.如权利要求7所述的晶圆的减薄方法，其特征在于，所述腐蚀性雾剂为硫酸、磷酸、硝酸、氢氟酸的一种或其混合。

9.如权利要求1所述的晶圆的减薄方法，其特征在于，所述预定减薄厚度为50μm。