CN104576350B - 晶圆减薄方法 - Google Patents

Abstract

一种晶圆减薄方法，包括：提供基板及晶圆，所述晶圆具有第一表面、与第一表面相对的第二表面以及连接第一表面和第二表面的侧面，所述侧面呈弧线状；沿第一表面向第二表面方向切削部分厚度的侧面，使部分厚度侧面呈竖直状；将所述晶圆第一表面与所述基板固定；对所述晶圆的第二表面进行减薄。所述晶圆减薄方法的仅对晶圆的部分弧线状侧面进行切削，切削的部分呈竖直状，竖直状侧面与所述晶圆的第一表面相连，然后将晶圆第一表面与基板固定在一起，之后切削部分的弧线状侧面，减小了每片晶圆的切削厚度，从而提高了切削效率，提高工艺效率，每次切削过程中切削工具损耗减少，增加了切削工具使用次数，提高了切削工艺的使用寿命。

Description

晶圆减薄方法

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，尤其是涉及一种晶圆减薄方法。

背景技术

在集成电路制造过程中，需要在晶圆上进行数百道工艺，因此，必须采用具有一定厚度的晶圆。而在完成集成电路制作之后，需要对集成电路进行封装。在集成电路封装前，需要对晶圆的进行减薄，一方面改善芯片的散热效果，另一方面有利于减小封装尺寸。

现有晶圆减薄方法如图1至图3所示。

首先，请参考图1，将晶圆10固定在基板200上，晶圆100具有第一表面100A、第二表面100B和弧线状侧面100C。

请参考图2，为了防止在对晶圆100的第二表面100B进行减薄时，弧线状侧面100C发生碎裂（crack）或者剥离（peeling）现象，对晶圆100的弧线状侧面100C进行切削（trimming），切削后，得到竖直状侧面100D。

请参考图3，对晶圆100的第二表面100B进行减薄，从而使晶圆100减薄至相应厚度。

现有方法中，需要切削去除晶圆100的整个弧线状侧面100C，切削的厚度为整个晶圆的厚度，因此切削厚度大，在切削过程中物料耗费多，每次切削过程中切削工具磨损量大，导致切削工具使用次数少，每次切削时间长，工艺效率低，工艺成本高。

为此，需要一种新的晶圆减薄方法，以避免切削时间长，工艺效率低和工艺成本高的问题。

发明内容

本发明解决的问题是提供一种晶圆减薄方法，以提高工艺效率，降低工艺成本，同时提高切削工具的使用寿命。

为解决上述问题，本发明提供一种晶圆减薄方法，包括：

提供基板及晶圆，所述晶圆具有第一表面、与第一表面相对的第二表面以及连接第一表面和第二表面的侧面，所述侧面呈弧线状；

沿第一表面向第二表面方向切削部分厚度的侧面，使部分厚度侧面呈竖直状；

将所述晶圆第一表面与所述基板固定；

对所述晶圆的第二表面进行减薄。

可选的，呈竖直状的侧面的高度范围为60μm～400μm。

可选的，减薄前所述晶圆的厚度范围为735μm～765μm，减薄后所述晶圆的厚度范围为7μm～140μm。

可选的，减薄后所述晶圆的厚度范围为8μm～10μm。

可选的，采用金刚石砂轮切削部分厚度的侧面，所述金刚石砂轮中金刚石颗粒的直径范围为100μm～1000μm。

可选的，所述金刚石砂轮的转速范围20000rpm～40000rpm，所述晶圆的进给量为1deg/s～10deg/s。

可选的，采用熔融键合法、表面激活贴合法、真空压合法或者粘结剂贴合法将所述晶圆第一表面与所述基板固定。

可选的，在沿第一表面向第二表面方向切削部分厚度的侧面之后，且在将所述晶圆第一表面与所述基板固定之前，所述晶圆减薄方法还包括：采用臭氧水清洗所述晶圆，所述臭氧水的浓度范围为5ppm～50ppm，臭氧水用量范围为1L～20L，流量范围为1L/min～5L/min，清洗时间范围为1min～4min。

可选的，在将所述晶圆第一表面与所述基板固定之后，且在对所述晶圆的第二表面进行减薄之前，所述晶圆减薄方法还包括：

对所述晶圆与所述基板进行第一次超声波检测；

对所述晶圆与所述基板进行退火；

对所述晶圆与所述基板进行第二次超声波检测。

可选的，所述基板的材料为玻璃、陶瓷或者硅片。

与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下优点：

本发明的技术方案仅对晶圆的部分弧线状侧面进行切削，切削的部分呈竖直状，竖直状侧面与所述晶圆的第一表面相连，然后将晶圆第一表面与基板固定在一起，由于仅切削部分的弧线状侧面，减小了每片晶圆的切削厚度，从而提高了切削效率，提高工艺效率，每次切削过程中切削工具损耗减少，增加了切削工具使用次数，提高了切削工艺的使用寿命。

进一步，在将晶圆的第一表面和基板固定在一起之前，采用臭氧水对晶圆的第一表面进行清洗，臭氧水能够将切削过程中产生的硅颗粒物氧化成氧化物颗粒物，氧化物颗粒物易出被冲洗去除，因此采用臭氧水能够将切削过程中产生的颗粒物去除干净，防止晶圆的第一表面和基板之间存在孔洞，保证晶圆的第一表面和基板紧密固定。

附图说明

图1至图3为现有晶圆减薄方法示意图；

图4至图8为本发明实施例晶圆减薄方法示意图。

具体实施方式

现在晶圆减薄方法中，需要对整个晶圆的弧线状侧面进行切削去除处理，因此切削量大，同一切削设备每小时大约只能处理7片晶圆，而后续的减薄设备每小时大约能够处理16片晶圆，因此，需要两台切削设备与一台减薄设备配合才能够基本不浪费减薄设备的产能。但是，这样又增加了一台切削设备，增加了工艺成本，另外，由于每片晶圆都需要进行大量的切削，因此切削设备中的金刚石砂轮通常只能用于切削250片晶圆。

为此，本发明提供一种新的晶圆减薄方法，所述方法仅切削晶圆的部分弧线状侧面，因此，每片晶圆需要进行切削的部分减小，一台切削设备每小时能够处理的晶圆片数增加，提高了工艺效率和设备利用率，并且每台切削设备中，金刚石砂轮可用于切削更多的晶圆，提高了金刚石砂轮的使用次数，亦即提高了金刚石砂轮的寿命。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。

本发明实施例提供一种晶圆减薄方法，请结合参考图4至图8。

请参考图4，提供晶圆300。

本实施例中，晶圆300具有第一表面300A、与第一表面300A相对的第二表面300B，以及连接第一表面300A和第二表面300B的弧线状侧面300C。

本实施例中，晶圆300的厚度可以为600μm～900μm，例如采用8英寸晶圆300，标准厚度为750μm，其厚度偏差通常在±15μm之间，即弧线状侧面300C的高度（亦即晶圆300的厚度，未标注）范围可以在735μm～765μm之间。

本实施例中，晶圆300中制作有多个背照式图像传感器单元，每个背照式图像传感器单元后续用于封装形成背照式图像传感器芯片。

需要说明的是，在本发明的其它实施例中，晶圆300中也可以是制作有其它半导体器件。

请参考图5，沿第一表面300A向第二表面300B方向切削部分厚度的弧线状侧面300C，使部分厚度侧面呈竖直状，形成竖直状侧面300D。

从图5中可以看到，切削形成的竖直状侧面300D与晶圆300的第一表面300A相连，本实施例中，第一表面300A可以与竖直状侧面300D垂直相连。

需要说明的是，竖直状侧面300D中，竖直是指竖直状侧面300D垂直晶圆300第一表面300A，但竖直状侧面300D在与晶圆300第一表面300A所在平面上的投影仍然为一个圆形，如图6所示。

本实施例中，采用金刚石砂轮（未示出）切削去除至少部分弧线状侧面300C形成竖直状侧面300D，并且，特别地，采用具有较小直径金刚石颗粒的金刚石砂轮，具体的，所述金刚石砂轮的金刚石颗粒直径范围为100μm～1000μm。

采用具有上述直径范围金刚石颗粒的金刚石砂轮切削晶圆300具有多个优点：首先，由于金刚石颗粒直径较小，因此，切削得到的平面较光滑；其次，由于金刚石颗粒直径较小，在切削过程中，晶圆300不容易发生崩裂和剥离等现象；再次，由于金刚石颗粒直径较小，切削产生的颗粒物粒径较小，后续容易清除干净。而如果金刚石颗粒直径小于，则可能导致切削效率低，并且使用寿命短。

本实施例中，金刚石砂轮的转速范围为20000rpm～40000rpm，在所述中转速范围内，金刚石砂轮能够迅速对晶圆300进行切削，并且切削时温度不至于过高。

本实施例中，沿第一表面300A向第二表面300B方向切削部分厚度的弧线状侧面300C是指：沿着垂直晶圆300第一表面300A并指向晶圆300第二表面300B的方向切削弧线状侧面300C。

在具体的过程中，首先将金刚石砂轮从晶圆300第一表面300A指向晶圆300第二表面300B的方向切割入晶圆300的弧线状侧面300C，然后晶圆300沿其中心自转一圈，形成竖直状侧面300D，此时原来的图4所示弧线状侧面300C仅剩余部分，如图5中弧线状侧面300C’所示。

本实施例中，晶圆300自转的速度范围为1deg/s～10deg/s，此晶圆300的自转速度亦为晶圆300的进给量，因为晶圆300的自转速度正比于晶圆300边缘的线速度，而晶圆300边缘的线速度即为晶圆300的实际进给量，因此可以直接用晶圆300的自转速度作为进给量。

本实施例中，金刚石砂轮切入晶圆300边缘的宽度W为1mm～3mm，亦即竖直状侧面300D与晶圆300最外边缘的距离范围为1mm～3mm。通常，金刚石砂轮的厚度为3mm，因此，当整个金刚石砂轮都切到晶圆300第一表面300A边缘内时，形成的竖直状侧面300D与晶圆300最外边缘的距离为3mm，但是，切除形成更小的宽度W有助于保留更大的晶圆300第一表面300A面积，因此，可适当地将金刚石砂轮沿晶圆300的中心向外移，将宽度W控制在1mm左右。

本实施例中，竖直状侧面300D的高度范围为60μm～400μm，亦即竖直状侧面300D的厚度T范围为60μm～400μm，如图5所示。

将厚度T控制在60μm以上的原因如下：后续对晶圆300的第二表面300B进行减薄的过程可以分为粗磨、细磨、化学机械平坦化和抛光四个步骤，其中，如果在细磨过程中，晶圆300的弧线状侧面300C’被全部去除，进入到竖直状侧面300D，则机台会以为是发生剥离现象而报警，因此，需要将晶圆300的弧线状侧面300C’在粗磨阶段就完全去除；而为了保证细磨效果，细磨过程需要研磨掉去除大于或者等于50μm的厚度，并且细磨后，剩余的厚度需要在10μm以上；因此，竖直状侧面300D的厚度需要大于或者等于60μm。

虽然60μm以上的厚度都是可以实现和操作，但是，而如果竖直状侧面300D的高度大于400μm，则工艺效率提高不明显，切削机台不能与后续的减薄机台进行有效配合，为此，需要将竖直状侧面300D的高度控制在400μm以下。

进一步的，经过多次实验和测试，当竖直状侧面300D的厚度大于或者等于150μm时，设备的负荷和效率达到最理想的平衡，因此，进一步选择竖直状侧面300D的厚度为150μm。

结合参考图4和图5可知，与现有整个地对弧线状侧面300C进行切削相比，本发明仅需要切削掉晶圆300中60μm～400μm高度的弧线状侧面300C，因此，可以减小切削时间，减小金刚石砂轮损耗，并同时提高每个金刚石砂轮切削晶圆300的数量。例如，当切削掉晶圆300中150μm的弧线状侧面300C时，每片晶圆300的切削量仅为现有方法切削量（现有方法切削量约为750μm）的五分之一，因此，原本每台设备一小时能够完成7个晶圆300的减薄工艺，采用本实施例的方案后可以提高到完成15个晶圆300的减薄工艺。

请继续参考图5，采用臭氧水清洗晶圆300。

如果不清洗晶圆300，则上述切削过程产生的颗粒物大量存在于晶圆300的第一表面300A上，在后续将晶圆300的第一表面300A与基板贴合时，这些颗粒物会导致晶圆300的第一表面300A与基板之间存在孔洞（void），从而阻止晶圆300的第一表面300A与基板紧密贴合，一旦晶圆300的第一表面300A与基板未紧密贴合，后续工艺过程中两者可能分离，导致封装失败。

本实施例中，使用臭氧水清洗晶圆300，首先臭氧水的取得方式简便经济，不用额外的化学品供应，只需要一台臭氧发生器即可将普通的去离子水转化为臭氧水，既节省成本又降低使用化学品带来的安全风险。其次，由于主要需要清洗的成分是切削后产生的硅屑颗粒物，臭氧水能够将所述颗粒物进行氧化，使颗粒物形成容易与晶圆300的第一表面300A脱离的氧化物颗粒物，然后在臭氧水的洗刷作用下，氧化物颗粒物能够被去除干净，从而使得晶圆300的第一表面300A清洁，进而使得后续将晶圆300的第一表面300A与基板紧密贴合。

本实施例中，臭氧水的浓度范围为5ppm～50ppm，清洗时间范围为1min～4min，臭氧水的流量范围为1L/min～5L/min，清洗温度可以为常温。

本实施例中，在使用臭氧水清洗晶圆300之后，可以用清水清洗晶圆300，并进行干燥。

请参考图7，提供基板400，并将晶圆300第一表面300A与基板400固定。

本实施例中，基板400需要具有一定厚度，以使得其具备一定的机械强度，从而保证晶圆300的第一表面300A与基板400贴合后，能够进行后续相应的封装步骤。

本实施例中，基板400的材料以硅片为例，在本发明的其它实施例中，基板400的材料还可以是玻璃或者陶瓷等。

本实施例方法中，采用熔融键合法使晶圆300第一表面300A与基板400固定在一起。熔融键合法不需要使用粘胶剂等媒介，而是使用等离子体射频的方式，将晶圆300表面的氧化层激活，并利用分子间作用力，使晶圆300的第一表面300A与基板400完全贴合。

具体的，所述熔融键合法采用的气体为H₂和N₂的混合气体，其中H2所占的体积比约为4%，气体流量范围为0sccm～4000sccm，射频功率范围为50W～400W，压强范围为10^-4mbar～500mbar。

需要说明的是，在本发明的其它实施例中，还可以采用其它多种方法将晶圆300第一表面300A与基板400固定，例如表面激活贴合法、真空压合法或者粘结剂贴合法等，其中，当基板400的材料为玻璃时，可以采用粘结剂贴合法将晶圆300和基板400粘接固定在一起。

请继续参考图7，对固定在一起的晶圆300与基板400进行第一次超声波检测。

本实施例中，超声波检测的具体过程可以为：将用于超声波检测的水或者溶液漫过晶圆300，然后发在水或者溶液中发射超声波。但晶圆300与基板400之间存在孔洞时，超声波就会产生相应的变化信号，变化信号被相应的检测装置接受，从而得到相应的检测结果。通过第一次超声波检测可以及时将固定不合格的晶圆检出，从而防止浪费后续的工艺步骤，并且还可以根据所检出的不合格的晶圆分析不合格的原因，及时调整工艺，防止两次出现不合格晶圆。

请继续参考图7，对固定在一起的晶圆300与基板400进行退火。

本实施例中，可以采用高温烘烤方式对固定在一起的晶圆300与基板400进行退火。具体的，烘烤温度范围为200℃～400℃，烘烤时间范围为1h～3h。经过退火处理后，达到增加晶圆300与基板400之间贴合力的效果。

请继续参考图7，对固定在一起的晶圆300与基板400进行第二次超声波检测。

通过第二次超声波检测同样可以及时将固定不合格的晶圆检出，从而防止浪费后续的工艺步骤，并且还可以根据所检出的不合格的晶圆分析不合格的原因，及时调整工艺，防止两次出现不合格晶圆。

请参考图，对晶圆300的第二表面300B进行减薄。

本实施例中，采用机械方法对晶圆300的第二表面300B进行减薄，具体的，采用抛光工艺对晶圆300的第二表面300B进行抛光。在本发明的其它实施例中，还可以采用化学方法或者激光切削等方法对晶圆300的第二表面300B进行减薄。

本实施例中，减薄前晶圆300的厚度范围为710μm～740μm，减薄后晶圆300的厚度范围为7μm～140μm。

具体的，本实施例减薄过程可以包括以下步骤：

粗磨，采用砂轮对位于载台上的晶圆300的第二表面300B进行粗磨，可分为三个阶段进行，第一个阶段的研磨速度为6μm/min，第二阶段的研磨速度为4μm/min，第三阶段的研磨速度为2μm/min，逐渐减小研磨速度有助于逐渐减小砂轮对晶圆300第二表面300B的表面损伤，粗磨阶段将总厚度约为725μm的晶圆300减薄到约60μm，在此过程中，晶圆300的弧线状侧面300C’被全部消除，仅剩余竖直状侧面300D；

细磨，采用砂轮对位于载台上的晶圆300第二表面300B进行细磨，细磨时砂轮的转向与粗磨时砂轮的转向相反，以消除粗磨过程对晶圆300第二表面300B造成的应力，细磨可以分为两个阶段，第一个阶段的研磨速度为0.5μm/min，第二阶段的研磨速度为0.2μm/min，同样的，逐渐减小研磨速度有助于逐渐减小砂轮对晶圆300第二表面300B的表面损伤，细磨阶段将厚度约为60μm的晶圆300减薄到约10μm；

化学机械平坦化，采用抛光垫和研磨液对位于载台上的晶圆300第二表面300B进行化学机械平坦化，化学机械平坦化将晶圆300的厚度从约10μm减小到约7μm；

抛光，采用抛光垫对位于载台上的晶圆300第二表面300B进行抛光，抛光对晶圆300的厚度基本没有影响（仅约为0.1μm的厚度变化），但可以进一步提高晶圆300第二表面300B的平坦度。

需要说明的是，在本发明的其它实施例中，根据工艺要求不同，最终得到的晶圆厚度可以为7μm～140μm，而在本实施例中，由于晶圆300上制作有背照式图像传感器芯片，因此，可将晶圆300减薄至7μm～10μm，以有助于背照式图像传感器芯片的封装，并保证光线通过晶圆300的第二表面300B（此时可知第二表面300B为背面）到达相应的感光元件（例如光电二极管）。

本实施例所提供的晶圆减薄方法，通过先对晶圆300的弧线状侧面300C进行部分切削，形成竖直状侧面300D，从而减小切削过程中的切削量，然后再将晶圆300的第一表面300A固定在基板400上，之后对晶圆300进行第二表面300B的减薄工艺，最终得到的晶圆300厚度满足封装需求，同时最终得到的晶圆300表面平整光滑，边缘处并无存在碎裂或者剥离的现象，整个方法提高了工艺效率，提高了切削工具的使用寿命，降低了成本。

虽然本发明披露如上，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 (10)

1.一种晶圆减薄方法，其特征在于，包括：

提供基板及晶圆，所述晶圆具有第一表面、与第一表面相对的第二表面以及连接第一表面和第二表面的侧面，所述侧面呈弧线状；

沿第一表面向第二表面方向切削部分厚度的侧面，使部分厚度侧面呈竖直状；

将所述晶圆第一表面与所述基板固定；

对所述晶圆的第二表面进行减薄；

在沿第一表面向第二表面方向切削部分厚度的侧面之后，且在将所述晶圆第一表面与所述基板固定之前，所述晶圆减薄方法还包括：采用臭氧水清洗所述晶圆；

切削过程中产生硅颗粒物；所述臭氧水将切削过程中产生的所述硅颗粒物氧化成氧化物颗粒物。

2.如权利要求1所述的晶圆减薄方法，其特征在于，呈竖直状的侧面的高度范围为60μm～400μm。

3.如权利要求1所述的晶圆减薄方法，其特征在于，减薄前所述晶圆的厚度范围为735μm～765μm，减薄后所述晶圆的厚度范围为7μm～140μm。

4.如权利要求3所述的晶圆减薄方法，其特征在于，减薄后所述晶圆的厚度范围为7μm～10μm。

5.如权利要求1所述的晶圆减薄方法，其特征在于，采用金刚石砂轮切削部分厚度的侧面，所述金刚石砂轮中金刚石颗粒的直径范围为100μm～1000μm。

6.如权利要求5所述的晶圆减薄方法，其特征在于，所述金刚石砂轮的转速范围20000rpm～40000rpm，所述晶圆的进给量为1deg/s～10deg/s。

7.如权利要求1所述的晶圆减薄方法，其特征在于，采用熔融键合法、表面激活贴合法、真空压合法或者粘结剂贴合法将所述晶圆第一表面与所述基板固定。

8.如权利要求1所述的晶圆减薄方法，其特征在于，所述臭氧水的浓度范围为5ppm～50ppm，臭氧水用量范围为1L～20L，流量范围为1L/min～5L/min，清洗时间范围为1min～4min。

9.如权利要求1所述的晶圆减薄方法，其特征在于，在将所述晶圆第一表面与所述基板固定之后，且在对所述晶圆的第二表面进行减薄之前，所述晶圆减薄方法还包括：

对所述晶圆与所述基板进行第一次超声波检测；

对所述晶圆与所述基板进行退火；

对所述晶圆与所述基板进行第二次超声波检测。

10.如权利要求1所述的晶圆减薄方法，其特征在于，所述基板的材料为玻璃、陶瓷或者硅片。