CN1169197C - 一种晶片边缘的蚀刻机及其蚀刻方法 - Google Patents

Abstract

本发明是有关于一种晶片边缘的蚀刻机台，适用于对晶片边缘进行蚀刻。由于在气体喷出凹槽外周增加一蚀刻液回渗凹槽，使晶片和工作台面间的气体压力得以降低，所以蚀刻液更易回渗至晶片正面，并且可控制蚀刻液的回渗处。

Description

一种晶片边缘的蚀刻机及其蚀刻方法

技术领域

本发明是涉及一种晶片边缘的蚀刻机台，特别是能有效地蚀刻去除晶片边缘剑山的一种蚀刻机。

背景技术

在动态随机存取存储单元(dynamic random access memory，DRAM)的制造过程中，为了提高产率，便采用晶片全面曝光的方法，使单一晶片上可以获得更多的芯片(chip)。如此一来，虽然产率得以提高，但同时也制造一些工艺处理问题。特别在对硅晶片蚀刻深凹槽(deeptrench)工艺方面。

请参照图1，深凹槽的制作方法如下所述，提供一硅晶片10为基底，然后在该硅晶片10上依序地形成二氧化硅层12、氮化硅层14、以及硼玻璃层，其中氮化硅层14、二氧化硅层12、及硼玻璃层称为硬掩膜。之后在硼玻璃层上形成一图案光致抗蚀剂，并以该光致抗蚀剂为掩膜，施行非等向性蚀刻法蚀刻硼玻璃层、氮化硅层14、二氧化硅层12、及硅基底10至一既定深度，形成一深凹槽15。光致抗蚀剂及硼玻璃层去除后，留下由氮化硅层14、二氧化硅层12和部分硅基底10构成的剑山16。

由于采用全面曝光的方式，所以硅晶片正面上均全面地布满剑山16，当以晶片夹持臂移送上述晶片时，夹持臂常因夹持晶片边缘，而触及剑山，使之断裂。结果便如图2所示，断裂的剑山会掉落在晶片的其它部分，使芯片受损的机会大增，成品合格率降低。

因此，为避免上述情形发生，现有的解决方法大多由去除硅晶片正面边缘上的剑山着手，使硅晶片正面能呈现如图3的结构。如此一来，当夹持臂夹持晶片边缘时，所接触到的晶片正面边缘便是平坦状，不会发生夹断晶片正面边缘上的剑山的问题。

以下将说明目前去除晶片正面边缘剑山的方式，请参照图4，在接续图1所示的晶片10正面上形成一覆盖晶片中心部分的光致抗蚀剂层，并以该光致抗蚀剂层为掩膜，施行干蚀刻法去除晶片边缘上的硬掩膜，留下晶片正面边缘上的硅针(Si-needle)。之后再硅晶片10放在一单晶片蚀刻机台(single wafer machine)上，以背面蚀刻方式(backsideetching)去除晶片正面边缘上的硅针。

传统单晶片蚀刻机台示意图是显示于图5至图7。图5是传统单晶片蚀刻机台的俯视图，图6是图5延着I-I′线所得的剖面图，而图7是图5延着J-J′线所得的剖面图。上述机台共有下列组件：一具有一工作台面的旋转夹盘20，且上述工作台面设有一夹持臂(未显示)、一气体喷出凹槽22及多个夹持销24，以及一蚀刻液导入装置26。

夹持臂用以夹持晶片10至工作台面和蚀刻液导入装置26之间，并使晶片正面朝向工作台面，晶片背面朝向蚀刻液导入装置26。

气体喷出凹槽22用以喷出气体，而使晶片正面与工作台面维持一既定距离。

夹持销24用以脱放松、夹持上述晶片10的边缘，而使晶片正面朝向工作台面，并带动晶片10转动。

蚀刻液导入装置26是朝向上述工作台面而设置，用以导入蚀刻液至晶片背面。

然而上述方法会有下列缺点(1)需要多使用一层光致抗蚀剂(2)采用此单晶片蚀刻机台进行蚀刻时，由于晶片与工作台面间的空间小，气体喷出凹槽喷出的气体对蚀刻液会形成阻力，造成蚀刻液回渗太少，去除晶片边缘上的硅针效果不佳。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明的目的是为了解决上述问题而提供一种晶片边缘的蚀刻机台及其蚀刻方法，晶片边缘的蚀刻机台，适用于对具有正面及背面的晶片的边缘进行蚀刻。

本发明的目的可以通过以下措施来达到：

一种晶片边缘的蚀刻机台，适用于对具有正面及背面的晶片的边缘进行蚀刻，而上述蚀刻机台包括：

一旋转夹盘，具有一工作台面，且工作台面设有一气体喷出凹槽及多个夹持销，上述气体喷出凹槽用以喷出气体，而使所述的晶片正面与上述工作台面维持一既定距离，且上述夹持销带动上述晶片转动；

一蚀刻液导入装置，朝向上述工作台面而设置，用以导入上述蚀刻液至上述晶片背面；以及

一夹持臂，用以夹持晶片至上述工作台面和上述蚀刻液导入装置之间，并使上述晶片正面朝向工作台面，上述晶片背面朝向蚀刻液导入装置；

而上述工作台面还设有一蚀刻液回渗凹槽，蚀刻液回渗凹槽设置于上述气体喷出凹槽的外周，且朝向位于上述晶片的边缘的正面，用以使蚀刻液回渗至上述晶片的边缘的正面。

本发明还涉及一种对晶片边缘蚀刻的蚀刻方法，适用于上述蚀刻机台来对具有正面和背面的晶片的边缘进行蚀刻，所述的蚀刻方法包括下列步骤：

自上述气体喷出凹槽喷出气体；

使用上述夹持臂将上述晶片置于工作台面上方，且使其正面朝向工作台面和使背面朝向所述的蚀刻液体导入装置，上述晶片因上述气体喷向正面而与机台本体维持一既定距离；

使夹持销夹持晶片边缘，而带动晶片转动；

自所述的蚀刻导入装置导入蚀刻液至上述背面，使蚀刻液经由晶片边缘而回渗至朝向蚀刻液回渗凹槽的正面的部分，同时所述气体仍持续自气体喷出凹槽喷出，以防止上述蚀刻液回渗至上述正面的中央部分。

换言之，本发明的蚀刻机台包括：一旋转夹盘，一蚀刻液导入装置和至少一夹持臂。

旋转夹盘的转速约为150-300rpm，并具有一工作台面。在工作台面上有一气体喷出凹槽、多个夹持销和一蚀刻液回渗凹槽。气体喷出凹槽用来喷出气体使晶片正面与工作台面维持一既定距离，常用的气体通常为氮气。夹持销用以脱放松、夹持上述晶片边缘，以带动晶片转动，通常夹持销为圆柱体并共有六个，平均地设置在工作台面上。

本发明的蚀刻机台的蚀刻液回渗凹槽设计，利用在气体喷出凹槽的外周设置蚀刻液回渗凹槽，且使其朝向晶片正面边缘，可使蚀刻液更易回渗至晶片正面边缘。

蚀刻液导入装置是朝向上述工作台面而设置，可将蚀刻液导入至晶片背面。

夹持臂可将晶片夹持至旋转夹盘的工作台面和蚀刻液导入装置之间，并使晶片正面朝向工作台面，晶片背面朝向蚀刻液导入装置。

再者，本发明利用上述蚀刻机台来对具有正面和背面的晶片的边缘进行蚀刻。首先自气体喷出凹槽喷出气体，然后使用夹持臂将晶片置于工作台面上方，且使晶片正面朝向工作台面和使晶片背面朝向蚀刻液体导入装置，晶片因有气体持续地喷向其正面而与旋转夹盘维持一既定距离。接着使夹持销夹持晶片边缘，而带动晶片转动，并自蚀刻导入装置导入蚀刻液至晶片背面，使蚀刻液经由晶片边缘而回渗至朝向蚀刻液回渗凹槽的晶片正面的部分，同时气体仍持续自气体喷出凹槽喷出，以防止蚀刻液回渗至晶片正面的中央部分。

蚀刻一段时间后，使夹持销瞬间放松晶片，再夹持晶片，便可使原本与夹持销接触的晶片边缘转换，使蚀刻液可以回渗至全部的晶片正面边缘。

由此可见本发明的优点是：本发明所提出的蚀刻机台在气体喷出凹槽***增加一蚀刻液回渗凹槽，使晶片和工作台面间的气体压力得以降低，所以蚀刻液更易回渗至晶片正面，并且可控制蚀刻液回渗至晶片正面朝向蚀刻液回渗凹槽的部分，因此可以不需要使用光致抗蚀剂。

为了让本发明的上述目的和特点更明显易懂，下文特举若干较佳实施例，并配合附图，做详细说明如下：

附图说明

图1是说明深凹槽及剑山结构的剖面图。

图2是说明边缘剑山因被夹持臂夹断的情形。

图3是说明去除边缘剑山的结果。

图4是说明去除边缘剑山的现有方法。

图5是传统蚀刻机台的俯视图。

图6是传统蚀刻机台的剖面图，是从图5延着I-I′线所得的剖面图。

图7是传统的蚀刻机台的剖面图，是从图5延着J-J′线所得的剖面图。

图8是本发明蚀刻机台的俯视图。

图9是本发明蚀刻机台的剖面图，是从图8延着K-K′线所得的剖面图。

图10是本发明蚀刻机台的剖面图，是从图8延着L-L′线所得的剖面图。

符号说明

10～硅晶片；12～二氧化硅层；14～氮化硅层；15～深凹槽；16～剑山；20和30～旋转夹盘；22和32～气体喷出凹槽；24和34～夹持销；26和36～蚀刻液导入装置；33～蚀刻液回渗凹槽。

具体实施方式

请参照图8至图10。图8是为本发明的蚀刻机台的俯视图。图9是图8延着K-K′线所得的剖面图。图10是图8延着L-L′线所得的剖面图。本发明的蚀刻机台共有下列组件：一具有一工作台面的旋转夹盘30，而工作台面设有一气体喷出凹槽32、一蚀刻液回渗凹槽33和复数个夹持销34；一夹持臂(未显示)以及一蚀刻液导入装置36。

首先气体喷出凹槽32以130L/min的速度喷出氮气。然后以夹持臂将其正面布满剑山的硅晶片10放在旋转夹盘30的工作台面上方，并使晶片正面朝向工作台面，晶片背面朝向蚀刻液导入装置36。硅晶片10的剖面结构如图1所示，具有深凹槽15和由氮化硅层14、二氧化硅层12和部分硅基底10所构成的剑山16。由于氮气持续地喷向晶片正面，所以晶片10会与工作台面维持一既定距离，并未直接接触。之后使夹持销34与晶片10紧密接触，以夹持固定晶片10，同时令旋转夹盘30以180rpm的速度转动，以带动晶片转动。夹持销34共有六个，为圆柱体，平均地设置在晶片10周围。接着蚀刻液导入装置36以1700ml/min速度导入蚀刻液至晶片背面，使蚀刻液逐渐往晶片背面边缘扩散而回渗至晶片正面边缘的剑山，同时气体喷出凹槽32仍持续地喷出氮气，以防止蚀刻液回渗至晶片正面的中央部分。蚀刻液中含硝酸60wt％、氢氟7wt％及水33wt％。整个蚀刻温度控制在约25℃。在此条件下，蚀刻液会回渗至朝向蚀刻液回渗凹槽33的晶片正面的部分，并进行去除晶片正面边缘剑山的过程。由于蚀刻液无法回渗通过与夹持销34接触的晶片边缘，所以当蚀刻一段时间后，便将夹持销瞬间放松并再夹持上述晶片，以转换夹持销夹持晶片的位置，并使蚀刻液可以全面地回渗到晶片正面的边缘。整个蚀刻进行时间约10秒。

如此一来晶片正面距边缘约2mm的剑山便会被完全蚀刻移除，使晶片正面边缘变得平坦，当之后制程以夹持臂夹持晶片边缘时，便不会弄断晶片正面上的剑山。

同时，熟知本领域技术者应可了解，本发明可用的物质材料并不限于实施例中所引述者，其能由各种恰当特性的物质和形成方法所替换，并且本发明的结构空间亦不限于实施例所引用的尺寸大小。

虽然本发明已以较佳实施例批露如上，然其并非用以限定本发明，任何熟知本领域技术者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视后附权利要求的保护范围结合说明书和附图所界定者为准。

Claims (13)

1.一种晶片边缘的蚀刻机，适用于对具有正面及背面的晶片的边缘进行蚀刻，而上述蚀刻机包括：

一旋转夹盘，具有一工作台面，且上述工作台面设有一气体喷出凹槽及多个夹持销，且上述夹持销带动上述晶片转动；以及

一蚀刻液导入装置，朝向上述工作台面而设置，用以导入蚀刻液至晶片背面；以及

一夹持臂，夹持晶片至工作台面和蚀刻液导入装置之间，使晶片正面朝向工作台面，晶片背面朝向蚀刻液导入装置；

其特征是：

上述工作台面还设有一蚀刻液回渗凹槽，而上述蚀刻液回渗凹槽设置于气体喷出凹槽的外周，且朝向位于所述晶片的边缘的正面，蚀刻液回渗至上述晶片的边缘的正面。

2.如权利要求1所述的晶片边缘的蚀刻机，其特征是：其中具有多个夹持臂。

3.如权利要求2所述的晶片边缘的蚀刻机，其特征是：其中上述夹持销为圆柱体。

4.如权利要求3所述的晶片边缘的蚀刻机，其特征是：其中上述六夹持销。

5.如权利要求4所述的晶片边缘的蚀刻机，其特征是：其中具有旋转夹盘的转速为150-300rpm。

6.如权利要求5所述的晶片边缘的蚀刻机，其特征是：其中上述气体为氮气。

7.一种晶片边缘的蚀刻方法，其特征是：对具有正面和背面的晶片的边缘进行蚀刻，且上述蚀刻方法包括下列步骤：

自一气体喷出凹槽喷出一气体；

使用一夹持臂将上述晶片置于一工作台面上方，且使上述晶片正面朝向上述工作台面和使上述晶片背面朝向一蚀刻液体导入装置，上述晶片因上述气体喷向上述晶片正面而与上述工作台面维持一既定距离，其中上述工作台面设置有一蚀刻液回渗凹槽，其设置于上述气体喷出凹槽的外周，且朝向位于上述晶片正面的边缘；

使多个夹持销夹持上述晶片边缘，而带动上述晶片转动；

自上述蚀刻液体导入装置导入一蚀刻液至上述晶片背面，使上述蚀刻液经由上述晶片边缘而回渗至朝向上述蚀刻液回渗凹槽的上述晶片正面的部分，同时仍持续自上述气体喷出凹槽喷出，以防止上述蚀刻液回渗至上述晶片正面的中央部分。

8.如权利要求7所述的晶片边缘的蚀刻方法，其特征是：其中上述夹持销夹持上述晶片一第一既定时间后，放松上述晶片，并于一第二既定时间后再夹持上述晶片。

9.如权利要求8所述的晶片边缘的蚀刻方法，其特征是：其中具有多个夹持臂。

10.如权利要求9所述的晶片边缘的蚀刻方法，其特征是：其中上述夹持销为圆柱体。

11.如权利要求10所述的晶片边缘的蚀刻方法，其特征是：具有六夹持销。

12.如权利要求11所述的晶片边缘的蚀刻方法，其特征是：旋转夹盘的转速为150-300rpm。

13.如权利要求12所述的晶片边缘的蚀刻方法，其特征是：所述的气体为氮气。

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