平坦化机台及其平坦化方法与流程

本发明实施例涉及平坦化机台及其平坦化方法。

背景技术：

通常通过研磨操作来将一硅晶片的背面薄化到一特定厚度。此研磨操作可使硅晶片的厚度快速变薄，但其会因具有菱形砂粒的磨轮而诱发严重损坏表面。在研磨操作之后，硅晶片具有高泄漏或边缘破裂风险。因此，需要修改一平坦化操作以提高装置性能以及减少制造成本及处理时间。

技术实现要素：

本发明的一实施例涉及一种平坦化机台，其包括：台板，其经配置以支撑晶片；及磨轮，其位于所述台板上且经配置以研磨所述晶片，所述磨轮包括底环及多个磨齿，所述多个磨齿安装于所述底环上，所述多个磨齿包括多个磨粒，其中所述多个磨粒呈球形。

本发明的一实施例涉及一种平坦化机台，其包括：台板，其经配置以支撑晶片；框架，其安置于所述台板上，其中所述框架包围所述晶片以在所述台板上界定用于容纳研浆的贮槽；及磨轮，其位于所述台板上且经配置以研磨所述晶片。

本发明的一实施例涉及一种平坦化方法，其包括：将晶片安置于贮槽中；将研浆供给到所述贮槽中，其中所述研浆包括电解质及多个磨光剂；将电压电位施加于所述电解质与所述晶片之间以电化学蚀刻所述晶片；及使用磨轮来研磨所述晶片。

附图说明

从结合附图来解读的以下详细描述最佳理解本揭露的方面。应强调，根据行业标准惯例，各种装置未按比例绘制。事实上，为使讨论清楚，可任意增大或减小各种装置的尺寸。

图1绘示根据本揭露的一些实施例的平坦化机台的示意剖面图。

图1a是根据本揭露的一些实施例的磨轮的放大剖面图。

图1b是根据本揭露的一些实施例的磨轮的放大俯视图。

图2绘示根据本揭露的一些实施例的平坦化机台的示意剖面图。

图3是绘示根据本揭露的各种方面的用于平坦化晶片的方法的流程图。

图4绘示根据本揭露的一些实施例的平坦化机台的示意剖面图。

图4a绘示根据本揭露的一些实施例的平坦化机台的示意剖面图。

图4b绘示根据本揭露的一些实施例的平坦化机台的示意剖面图。

图5是绘示根据本揭露的各种方面的用于平坦化晶片的方法的流程图。

图6是绘示根据本揭露的各种方面的用于将电压电位施加于电解质与晶片之间的方法的流程图。

图7绘示根据本揭露的一些实施例的平坦化机台40的示意剖面图。

图8绘示根据本揭露的一些实施例的平坦化机台的示意剖面图。

图9绘示根据本揭露的一些实施例的平坦化机台的示意剖面图。

具体实施方式

以下揭露提供用于实施所提供主题的不同特征的诸多不同实施例或实例。下文将描述组件及布置的特定实例以简化本揭露。当然，这些仅为实例且不意在限制。例如，在以下描述中，“使第一装置形成于第二装置上方或第二装置上”可包含其中形成直接接触的所述第一装置及所述第二装置的实施例，且还可包含其中额外装置可形成于所述第一装置与所述第二装置之间使得所述第一装置及所述第二装置可不直接接触的实施例。此外，本揭露可在各种实例中重复元件符号及/或字母。此重复是为了简化及清楚且其本身不指示所讨论的各种实施例及/或配置之间的关系。

如本文所使用，除非内文另有明确指示，否则单数形式“一”及“所述”意图还包含复数形式。应进一步了解，本说明书中所使用的术语“包括”或“包含”或“具有”特指存在所述装置、区域、整体、操作、元件及/或组件，但不排除存在或新增一或多个其它装置、区域、整体、操作、元件、组件及/或其等的群组。

此外，为便于描述，例如“下面”、“下方”、“下”、“上方”、“上”、“在…上”等空间相对术语在本文中可用于描述一元件或装置与另一(些)元件或装置的关系，如图中所绘示。空间相对术语除涵盖图中所描绘的定向之外，还意图涵盖装置在使用或操作中的不同定向。机台可依其它方式定向(旋转90度或依其它定向)且还可因此解译本文所使用的空间相对描述词。

如本文所使用，例如“第一”及“第二”的术语描述各种元件、复合物、区域、层及/或区段，这些元件、组件、区域、层及/或区段不应受限于这些术语。这些术语可仅用于使元件、组件、区域、层或区段彼此区分。除非内文明确指示，否则本文所使用的例如“第一”及“第二”的术语不隐含一序列或顺序。

如本文所使用，术语“大体上”是指一动作、特性、性质、状态、结构、项目或结果的完全或几乎完全范围或程度。例如，“大体上”与另一表面共面的一表面将意味着这两个表面完全位于相同平面中或几乎完全位于相同平面中。在一些情况中，从绝对完全性的准确可允许偏离程度可取决于特定背景。然而，一般来说，接近完成将具有相同于实现绝对及全部完成的总体结果。

在本揭露的一些实施例中，将具有大体上磨圆外围的球形磨粒整合到平坦化机台的磨轮的磨齿中。因此，可减少在研磨操作期间损坏晶片的表面且可达成较薄厚度的性能。可归因于达成较少损坏而跳过边缘修整操作。在本揭露的一些实施例中，将电化学蚀刻贮槽并入到平坦化机台中以在研磨操作期间实施电化学蚀刻。电化学蚀刻可有助于在研磨操作期间加速晶片的去除速率。

图1绘示根据本揭露的一些实施例的平坦化机台10的示意剖面图。如图1中所展示，平坦化机台10包含台板100及安置于台板100上的磨轮210。在一些实施例中，台板100经配置以支撑一或多个晶片102。在一些实施例中，平坦化机台10可包含位于台板100上且经配置以固定(若干)晶片102的一或多个卡盘台101。晶片102及卡盘台101的数目可相同，使得卡盘台101可用于固定对应晶片102。在研磨操作期间，晶片102可放置于卡盘台101上。在一些实施例中，卡盘台101可通过真空、静电电荷(esc)等来固持晶片102。在一些实施例中，在研磨操作期间，台板100可围绕第一轴线104旋转，而磨轮210可围绕第二轴线204旋转。台板100及磨轮210可在相同方向或不同方向上旋转。在一些实施例中，卡盘台101也可(但不限于)围绕第一轴线104旋转。在一些其它实施例中，台板100及卡盘台101可围绕不同轴线旋转。在一些实施例中，台板100可相对于磨轮210垂直移动，使得磨轮210可与用于研磨的晶片102接触。

在一些实施例中，如图1中所展示，晶片102包含例如块状半导体衬底的半导体衬底102a。块状半导体衬底可包含：元素半导体，例如硅；化合物半导体，例如硅锗、碳化硅；或其等的组合。在一些实施例中，晶片102包含安置于晶片102上或晶片102中的若干装置102b，例如电路、晶体管等等。在一些实施例中，形成于晶片102上或晶片102中的电路可为适合于一特定应用的任何电路类型。在一些实施例中，晶片102可包含cmos衬底。在一些实施例中，晶片102可包含堆叠晶片。

在一些实施例中，如图1中所展示，晶片102可由磨轮210从背面102c研磨以减小厚度且平坦化晶片102的背面102c。在一些实施例中，可由马达(图中未展示)驱动磨轮210旋转。在一些实施例中，磨轮210包含底环201及多个磨齿202。底环201可包含具有用于散热及去除碎屑的中空区域的环形结构。在一些实施例中，磨齿202安装于底环201上且面向晶片102。多个磨齿202可包含多个磨粒202b。

图1a是根据本揭露的一些实施例的磨轮210的放大剖面图，且图1b是根据本揭露的一些实施例的磨轮210的放大俯视图。如图1a及图1b中所展示，磨轮210包含底环201及连接到底环201的多个磨齿202。在一些实施例中，磨齿202可包含基材202a及施配于基材202a中的多个磨粒202b。在一些实施例中，基材202a可包含聚合材料、复合材料等。基材202a可配置为用于固定磨粒202b的成型层。举例来说，磨粒202b可依流体形式混合于基材202a中。在固化之后，多个磨粒202b可安装于基材202a内。磨粒202b可随机或均匀分布于基材202a中。

在一些实施例中，多个磨粒202b呈球形。磨粒202b可具有大体上磨圆外围。举例来说，多个磨粒202b可大体上具有球体形状、扁球体形状、长球体形状、椭球体形状、扁椭球体形状、长椭球体形状等。在一些实施例中，多个磨粒202b具有平滑表面以可减轻晶片102在研磨操作期间的损坏。在一些实施例中，多个磨粒202b具有大体上等于或大于9的莫氏(mohs)硬度以增强研磨效应。球形磨粒202b的莫氏硬度可基于待研磨的晶片102的材料来修改。在一些实施例中，多个磨粒202b由金属陶瓷复合物制成。在一些实施例中，多个磨粒202b由以下各者制成：刚石、碳化钨、碳化硅(金刚砂)、碳化钛、硼、氮化硼、二硼化铼、超石英、二硼化钛、金刚石、黑金刚石等。

在研磨操作期间，磨轮210可朝向晶片102垂直向下移动，使得磨轮210可与晶片102的背面102c接触。可在研磨操作期间旋转磨轮210及晶片102两者。在一些实施例中，磨轮210可围绕第二轴线204旋转，而晶片102可与台板100一起沿第一轴线104旋转。在一些实施例中，第二轴线204及第一轴线104大体上彼此平行。第二轴线204及第一轴线104可对准或不对准。在一些实施例中，磨轮210围绕第二轴线204的旋转及晶片102围绕第一轴线104的旋转可独立操作。在一些实施例中，磨轮210及晶片102可在相同方向或不同方向上旋转。在一些实施例中，晶片102依(但不限于)约200rpm到约4000rpm之间的速度围绕第一轴线104旋转。在一些实施例中，磨轮210依(但不限于)约200rpm到约4000rpm之间的速度围绕第二轴线204旋转。

在一些其它实施例中，晶片102安置于卡盘台101(如果存在)上，且晶片102可与卡盘台101一起围绕例如第三轴线(图中未展示)的另一轴线旋转。在一些实施例中，卡盘台101的旋转及台板100的旋转可独立操作。在一些实施例中，卡盘台101依(但不限于)约200rpm到约4000rpm之间的速度围绕第三轴线旋转。

在一些实施例中，磨料202b的例如直径或长度的尺寸大体上在约25μm到约75μm的范围内，例如50μm。球形磨粒202b具有比菱形砂粒大的尺寸及不如菱形砂粒尖锐的表面，且磨轮210、台板100及卡盘台101因此可依较高速度旋转以减少研磨时间。另外，由于磨粒202b具有较大尺寸及平滑表面，所以可减小研磨操作期间的应力且可达成晶片102的较薄厚度的性能。

图2绘示根据本揭露的一些实施例的平坦化机台20的示意剖面图。如图2中所展示，平坦化机台20包含经配置以支撑多个晶片102的台板100及位于台板100上且经配置以研磨晶片102的多个磨轮210。在一些实施例中，多个卡盘台101安置于台板100上。在一些实施例中，卡盘台101中的每一个经配置以固持各自晶片102。在一些实施例中，卡盘台101的数目不相同于多个磨轮210的数目。在一些实施例中，卡盘台101的数目少于多个磨轮210的数目。例如，平坦化机台20可具有两个卡盘台101及三个磨轮210或四个卡盘台101及五个磨轮210。在一些实施例中，卡盘台101中的每一个相对于台板100的旋转中心不对称布置。在研磨操作期间，台板100可围绕第一轴线104旋转，卡盘台101中的每一个可围绕第三轴线103旋转，而磨轮210中的每一个可围绕第二轴线204旋转。台板100的旋转允许固定于各自卡盘台101上的晶片102中的每一个由多个磨轮210依次研磨。当台板100旋转时，卡盘台101中的每一个及磨轮210中的每一个也旋转。当晶片102中的一个与磨轮210中的一个接触时，可研磨晶片102。

在本揭露的一些实施例中，还揭露一种平坦化方法。在一些实施例中，通过方法300来研磨晶片。方法300包含若干操作且描述及绘示不被视为操作序列的限制。

图3是绘示根据本揭露的各种方面的用于平坦化晶片的方法的流程图。方法300开始于操作310，其中将晶片安置于贮槽中。方法300继续操作320，其中将研浆供给到贮槽中，其中研浆包括多个磨光剂及一电解质。方法300继续操作330，其中使用磨轮来研磨晶片。

图4绘示根据本揭露的一些实施例的平坦化机台30的示意剖面图。在一些实施例中，平坦化机台30包含经配置以支撑晶片102的台板100及位于台板100上且经配置以研磨晶片102的磨轮210。平坦化机台30具有类似于上文图1的平坦化机台10中所描述或绘示的配置的配置。

如图4中所展示，平坦化机台30包含安置于台板100上的框架105。框架105在台板100上界定用于容纳研浆107的贮槽106。在一些实施例中，研浆107可由研浆引入装置120供给到贮槽106中。

在一些实施例中，研浆107包含多个磨光剂107a。在一些实施例中，多个磨光剂107a是球形。在一些实施例中，多个磨光剂107a可大体上具有球体形状、扁球体形状、长球体形状、椭球体形状、扁椭球体形状、长椭球体形状等。在一些实施例中，多个磨光剂107a具有平滑表面以可减少晶片102的损坏表面。在一些实施例中，多个磨光剂107a具有大体上等于或大于9的莫氏硬度。在一些实施例中，多个磨光剂107a由金属陶瓷复合物制成。在一些实施例中，多个磨光剂由以下各者制成：刚石、碳化钨、碳化硅(金刚砂)、碳化钛、硼、氮化硼、二硼化铼、超石英、二硼化钛、金刚石、黑金刚石等。

在一些实施例中，研浆107进一步包含碱性溶液。例如，碱性溶液可包含氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化铈、氢氧化铷、氢氧化铵等。在一些实施例中，研浆107具有等于或大于13的ph值。在一些实施例中，研浆具有从约13到约14的范围内的ph值。在一些实施例中，研浆107包含可加速硅蚀刻的氢氧根(oh-)。在一些实施例中，可通过以下反应来蚀刻硅：(1)由氢氧根氧化硅以形成硅酸盐：si+2oh^-+4h⁺→si(oh)2⁺⁺；(2)还原水：4h2o→4oh^-+2h2+4h⁺；及(3)硅酸盐进一步与氢氧根反应以形成水溶性络合物：si(oh)2⁺⁺+4oh^-→sio2(oh)2^2-+2h2o。在一些实施例中，研浆107的较高ph值导致较高氢氧根浓度以获得较高硅蚀刻速率。在一些实施例中，晶片102由磨轮210研磨，同时由研浆107电化学蚀刻。

在研磨操作期间，将晶片102浸没于研浆107中。使磨轮210相对于晶片102向下移动，使得球形磨粒202b可与晶片102接触。在一些实施例中，球形磨光剂107a也可与晶片102接触以有助于研磨晶片102。研浆107的碱性溶液还可在研磨晶片102时化学蚀刻晶片。

在一些实施例中，平坦化机台30可进一步包含邻近于框架105的底部的排泄阀105a。排泄阀105a经配置以在研磨操作之后排放研浆107。

在一些实施例中，如图4中所展示，平坦化机台30可进一步包含经配置以控制研浆107的温度的加热器108。在一些实施例中，研浆107的较高温度导致较高硅蚀刻速率。在一些实施例中，可将研浆107的温度控制在研浆107的沸点以下。在一些实施例中，可将研浆107的温度控制在(但不限于)从约30℃到约102℃的范围内。在一些实施例中，加热器108可安置在台板100或卡盘台101中以均匀加热研浆107。

在本揭露的一些实施例中，还揭露一种平坦化方法。在一些实施例中，通过方法400来研磨晶片。方法400包含若干操作且描述及绘示不被视为操作序列的限制。

图4a绘示根据本揭露的一些实施例的平坦化机台30a的示意剖面图。在一些实施例中，平坦化机台30a的加热器108可安置于框架105中。举例来说，加热器108可包围研浆107以均匀加热研浆107。

图4b绘示根据本揭露的一些实施例的平坦化机台30b的示意剖面图。在一些实施例中，框架105可相对于台板100向上或向下移动以在研磨操作之后排泄研浆107。

在本揭露的一些实施例中，图5是绘示根据本揭露的各种方面的用于平坦化晶片的方法400的流程图。方法400开始于操作410，其中将晶片安置于贮槽中。方法400继续操作420，其中将研浆供给到贮槽中，其中研浆包括多个磨光剂及一电解质。方法400继续操作430，其中将一电压电位施加于电解质与晶片之间以电化学蚀刻晶片。方法400继续操作440，其中使用磨轮来研磨晶片。

图6是绘示根据本揭露的各种方面的用于将一电压电位施加于电解质与晶片之间的方法的流程图。如图6中所展示，图5的操作430可开始于子操作510，其中透过第一电极提供第一电压。操作430继续子操作520，其中透过第二电极提供第二电压。操作430继续子操作530，其中在电解质中将电阻调整组件加入于第一电极与第二电极之间。

图7绘示根据本揭露的一些实施例的平坦化机台40的示意剖面图。如图7中所展示，平坦化机台40进一步包含经配置以提供电解质与晶片102之间的电位的第一电极109及第二电极110。第一电极109可与晶片102接触，而第二电极110可与电解质接触。在一些实施例中，第一电极109安置于台板100或卡盘台101中及晶片102下方。在一些实施例中，第一电极109是阳极。在一些实施例中，第二电极110安置于晶片102旁边。第二电极110可包围晶片102，使得电位可跨贮槽106均匀形成。在一些实施例中，第二电极110是阴极。在一些实施例中，第一电极109的电极电位由eanode表示且eanode在25℃、1atm及ph14的条件下是(但不限于)0.449v。在一些实施例中，第二电极110的电极电位由ecathode表示且ecathode在25℃、1atm及ph14的条件下是(但不限于)-0.907v。

图8绘示根据本揭露的一些实施例的平坦化机台50的示意剖面图。如图8中所展示，平坦化机台50进一步包含安置于第一电极109与第二电极110之间的电阻调整组件112。举例来说，电阻调整组件112可包围晶片102。在一些实施例中，电阻调整组件112的电阻率高于晶片102的电阻率。在一些实施例中，电阻调整组件112的电阻率高于研浆107中的电阻率。电阻调整组件112的电阻率可远高于晶片102及研浆107的电阻率，使得晶片102及研浆107的电阻率可忽略。因此，可更均匀分布跨晶片102的电位，且可更均匀实施晶片102的电化学蚀刻。在一些实施例中，电阻调整组件112的电阻率与研浆107的电阻率的比率大于(但不限于)10²¹。在一些实施例中，电阻调整组件112具有从约10²¹ω.m到约10²³ω.m的范围内的电阻率。在一些实施例中，研浆107具有小于0.2ω.m的电阻率。在一些实施例中，电阻调整组件112是用于使第一电极109与第二电极110分离的离子可穿透分离器。在一些实施例中，电阻调整组件112允许离子穿过以实施电化学蚀刻。在一些实施例中，电阻调整组件112是提供第一电极109与第二电极110之间的实体势垒的多孔膜。多孔膜是例如塑料网格的通透结构且提供第一电极109与第二电极110之间的实体势垒。多孔膜可具有从约0.5mm到约12mm的范围内的孔径。在一些实施例中，电阻调整组件112是允许输送离子的微孔膜。微孔膜具有(但不限于)从约0.1μm到约50μm的范围内的相对较小孔径。微孔膜可由多孔陶瓷及多孔聚合物制成。在一些实施例中，电阻调整组件112是允许选择性迁移离子的离子交换膜。离子交换膜可包含氟碳化物及碳氢化合物材料。

图9绘示根据本揭露的一些实施例的平坦化机台60的示意剖面图。如图9中所展示，平坦化机台60可包含多个卡盘台101、多个磨轮210及台板100上的多个框架105。框架105中的每一个安置于台板100上，且界定用于容纳一组研浆107、卡盘台101、晶片102、第一电极109、第二电极110及电阻调整组件112的贮槽106。

在本揭露的一些实施例中，平坦化机台包含具有在研磨操作期间减轻晶片的表面损坏的球形磨粒的磨轮。在本揭露的一些实施例中，平坦化机台进一步包含用于在研磨操作期间电化学蚀刻晶片的电化学蚀刻贮槽。电化学蚀刻可有助于在研磨操作期间加速晶片的去除速率。在本揭露的一些实施例中，球形磨光剂可加入到贮槽中的研浆中以减轻晶片在研磨操作期间的表面损坏。

在本揭露的一些实施例中，提供一种平坦化机台。所述平坦化机台包含台板及磨轮。所述台板经配置以支撑晶片。所述磨轮位于所述台板上且经配置以研磨所述晶片。所述磨轮包含底环及安装于所述底环上的多个磨齿。所述多个磨齿包含多个磨粒，且所述多个磨粒呈球形。

在本揭露的一些实施例中，提供一种平坦化机台。所述平坦化机台包含台板、框架及磨轮。所述台板经配置以支撑晶片。所述框架安置于所述台板上。所述框架包围所述晶片，且在所述台板上界定用于容纳研浆的贮槽。所述磨轮位于所述台板上且经配置以研磨所述晶片。

在本揭露的一些实施例中，提供一种平坦化方法。所述平坦化方法包含：将晶片安置于贮槽中；将研浆供给到所述贮槽中，其中所述研浆包括一电解质及多个磨光剂；将一电压电位施加于所述电解质与所述晶片之间以电化学蚀刻所述晶片；及使用磨轮来研磨所述晶片。

上文已概述若干实施例的特征，使得所属领域的技术人员可优选理解本揭露的方面。所属领域的技术人员应了解，其可容易地使用本揭露作为设计或修改用于实施相同目的及/或达成本文所引入的实施例的相同优点的其它工艺及结构的基础。所属领域的技术人员还应认识到，这些等效构造不应背离本揭露的精神及范围，且其可在不背离本揭露的精神及范围的情况下对本文作出各种改变、取代及更改。

符号说明

10平坦化机台

20平坦化机台

30平坦化机台

30a平坦化机台

30b平坦化机台

40平坦化机台

50平坦化机台

60平坦化机台

100台板

101卡盘台

102晶片

102a半导体衬底

102b装置

102c背面

103第三轴线

104第一轴线

105框架

105a排泄阀

106贮槽

107研浆

107a磨光剂

108加热器

109第一电极

110第二电极

112电阻调整组件

120研浆引入装置

201底环

202磨齿

202a基材

202b磨粒

204第二轴线

210磨轮

300方法

310操作

320操作

330操作

400方法

410操作

420操作

430操作

440操作

510子操作

520子操作

530子操作