专利名称：防止芯片背面金属剥落的方法
技术领域：
本发明涉及半导体制造工艺中芯片背面金属化的方法，更具体地说， 涉及一种在半导体制造工艺中防止芯片背面金属剥落的方法。
背景技术：
针对芯片背面金属化的方法有很多，磁控溅射和电子束蒸发是现今最 常用的背面金属化的途径，其工艺都得到了广泛应用。用磁控溅射方法淀积自动化程度高，但是吞吐量相对较低，是0.6iJm以下的理想工艺方法。 与之相比，采用电子束蒸发的方式具有以下优势1) 淀积膜纯度高，钠离子污染少；2) 由于蒸发源的仅在表面中心附近气化，没有坩埚的污染；3) 集成工序简单，成本低。和溅射靶材相比，使用电子束蒸发的方式 可以大大降低成本；4) 由于电子束能量可以调节，蒸发速率可控制，同时采用热隔离衬套 可以大大增加蒸发速率，提高硅片产出率.特别适合厚度大于1pm以上的 硅片背面金属淀积工艺。现有的电子束蒸发设备(比如CHA Mark50)多采用手动装卸片，同 时蒸发工艺的工艺腔体很大，并且每轮工艺完成后，需打开工艺腔体，较 易受到各种玷污及净化室内的水汽吸附，对蒸发膜的质量产生影响。另外， 由于设备故障或保养等引入的有机玷污更是对金属膜的质量(特别是金属 膜的粘附性)产生致命的影响。除了玷污以外，应力对于金属与衬底硅以及金属与金属之间的粘附性 也至关重要。通常来讲，为了提高金属层和衬底硅之间的接触面积，往往 采用增加硅片背面的粗糙度(roughness),粗糙度越大，金属和衬底硅的 接触面积也越大，但同时机械损伤和应力也会大量增加，从而造成碎片率 上升及硅片变形。与此同时，由于磨片后硅片表面存在大量的硅屑及损伤
层，使得淀积后金属膜与衬底之间的粘附力下降产生剥落现象，同时由于应力的存在，有可能随着时间的推移金属膜之间(通常是Ti/Si或Ni/Ag) 之间产生剥落。背面金属层剥落是电子束蒸发淀积背全薄膜最常见也是最 严重的失效形式。于是，就需要一种解决芯片背面金属剥落的方法并且可以防止有机玷污。发明内容本发明的目的是在于提供一种解决芯片背面金属剥落的并且可以防止 有才几玷污的方法。根据本发明，提供一种防止芯片背面金属剥落的方法，包括采用一 预定磨数的磨片进行芯片背面减薄工艺；使用化学腐蚀液去除芯片背面的 硅损伤层；对芯片进行水洗，去除残留的玷污。根据本发明的 一 实施例，所述使用化学腐蚀液去除芯片背面的硅损伤 层包括使用多种腐蚀液与多种腐蚀时间的搭配的腐蚀方法。根据本发明的一实施例，所述多种化学腐蚀液包括应力消除腐蚀液 KK-8,所含的物质及其组分是HN03:CH3COOH:HF为95:4:1;去污腐 蚀液，所含的物质及其组分是NH4F:H202:H20为2:1:5;緩冲氧化层腐 蚀液KK-2，所含的物质及其组分是HF:NH4F为1:10。所述多种腐蚀时 间包括1秒、2秒以及5秒。而所述使用多种腐蚀液与多种腐蚀时间的搭 配包括1秒的应力消除腐蚀液KK-8腐蚀；2秒的应力消除腐蚀液KK-8 腐蚀；5秒的去污腐蚀液腐蚀；1秒的緩冲氧化层腐蚀液KK-2腐蚀；2秒 的緩冲氧化层腐蚀液KK-2腐蚀；其中使用每一种腐蚀液进行一次腐蚀。较佳的，每一次使用化学腐蚀液腐蚀后进行5次水洗。根据本发明的一实施例，在蒸发过程中，采用分段控制工艺温度的方 法减小Ti， Ni， Ag三种不同金属的应力失配。根据本发明的一实施例，所述预定磨数的磨片为2000 (BG1010) 的精磨磨片或者360 (BG0401 )的粗磨磨片。根据本发明的一实施例，该方法还包括测定芯片背面金属粘合力的
步骤，包括，贴膜，在背面金属层上贴膜；划片，将芯片割开；芯片拾取， 从贴膜上取下芯片，检测铁迷上是否有残留的金属存在，如果有金属残留， 说明存在背面金属剥落，如杲没有残留的金属存在，则说明没有背面金属 剥落。本发明所揭示的防止芯片背面金属剥落的方法能准确判断是否存在金 属剥落现象；用腐蚀的方法有效地去除硅损伤层从而减小了机械应力；蒸 发过程采用分段控制工艺温度的方法减小Ti, Ni， Ag三种不同金属的应力 失配，从而实现有效解决芯片背面金属剥落的问题并且不会制造有机玷污。
本发明的特征、性质和优势将通过下面结合附图和实施例的说明而变 得更加明显，在附图中相同的附图标记始终表示相同的特征，其中，图1-图8是根据本发明的防止芯片背面金属剥落的方法，采用不同参 数处理后芯片背面的硅表面状况的示意图；图9是根据本发明的 一 实施例的防止芯片背面金属剥落的方法的流程图。
具体实施方式
本发明的目的是为了提高背面金属和淀积衬底硅之间的粘合力，同时 减小金-半接触电阻，寻找适当的硅片表面粗糙度，尽量减少由磨片引起的 机械应力及损伤，寻找适当的硅腐蚀工艺，优化背金蒸发工艺参数。粘合力提高的根本在于增加金属薄膜与衬底的接触面积，所以理论上 应该尽可能地采用较粗磨数的背面减薄工艺。但实际上，磨数越粗，机械 损伤及引力就会直线上升，造成内嵌(inline)丢片率的上升，同时亦会造 成芯片在后道封装时破裂以及其他负面问题。所以需要选取适当的磨数在磨片之后，需要对硅片进行去应力处理，由于传统的硅片腐蚀液在 反应过程中产生的附产物会附着在硅片表面，难以用简单的清洗，例如水 洗(water rinse)的方式来去除，这些附着物会使金属的粘合力大大下降。 因此，还需要寻找一种适当的硅腐蚀方法，能够有效地去除磨片引起的应 力、损伤及硅屑等缺陷同时不会造成新的玷污。在实际操作中发现，背面金属剥落通常发生在芯片封装时，经过划片后的芯片从固定贴膜(tape)上拾取(pickup)时，芯片背面淀积的金属 薄膜从芯片背面脱落，残留在固定贴膜(tape)上。为了有效地改进整个背金工艺，首先必须对背金粘合力进行有效的观'J 定。通常生产上较多采用胶带测量金属的粘附性，但是该方法敏感性很差， 只能检测出很严重的剥落问题，而对于更常见的局部剥落等临界状态无法 进行检测。本发明的方法提供了贴膜-划片-芯片拾取的检测方法，以检测 是否有金属残留在贴膜(tape)上，从而判断是否有金属剥落的现象，试 验结果表明，这是一个有效的生产监控的方法。对于磨片引起的机械损伤以及机械应力，本发明采用腐蚀掉硅片表面 一定厚度的硅的方法来降低机械应力和去除机械损伤层。另外，在蒸发过程中，不同金属薄膜Ti，Ni，Ag的扬氏模量相差较大， 薄膜间的应力不匹配，易造成硅片翘曲和粘合力下降。因此，本发明采用 分段控制工艺温度的方法来尽可能地减小应力失配。本发明提供一种防止芯片背面金属剥落的方法，参考图9所示，包括 如下的步骤S100.采用一预定磨数的磨片进行芯片背面减薄工艺。其中预定磨数 的磨片为2000 ( BG1010)的精磨磨片或者360 ( BG0401 )的粗磨磨片。S102.使用化学腐蚀液去除芯片背面的硅损伤层。使用化学腐蚀液去 除芯片背面的硅损伤层包括使用多种腐蚀液与多种腐蚀时间的搭配的腐蚀 方法。使用的多种化学腐蚀液包括应力消除腐蚀液KK-8，所含的物质及 其组分是HN03:CH3COOH:HF为95:4:1;去污腐蚀液，所含的物质及其 组分是NH4F:H202:H20为2:1:5;緩冲氧化层腐蚀液KK-2，所含的物质 及其组分是HF:NH4F为1:10。使用的多种腐蚀时间包括1秒、2秒以 及5秒。通常而言，形成的多种腐蚀液与多种腐蚀时间的搭配包括1秒 的应力消除腐蚀液KK-8腐蚀；2秒的应力消除腐蚀液KK-8腐蚀；5秒的 去污腐蚀液腐蚀；1秒的緩冲氧化层腐蚀液KK-2腐蚀；2秒的緩沖氧化层 腐蚀液KK-2腐蚀；其中使用每一种腐蚀液进行一次腐蚀。 S104.对芯片进行水洗，去除残留的玷污。比较好的方式是，每一次使用化学腐蚀液腐蚀后进行5次水洗。之后，在蒸发过程中，采用分段控制工艺温度的方法减小Ti， Ni, Ag 三种不同金属的应力失配。本发明的方法还提供测定芯片背面金属粘合力的步骤，包括，贴膜，在背面金属层上贴膜；划片，将芯片割开；芯片拾取，从贴膜上取下芯片，检测铁迷上是否有残留的金属存在， 如果有金属残留，说明存在背面金属剥落，如果没有残留的金属存在，则 说明没有背面金属剥落。该测定的步骤可以作为整个流程之后的检测步骤，也可以单独使用作 为测定的方法使用。下面iJL明一组实例。表1磨片磨数2000(BG1010)360(BG040"Wafer No.12345678Stress relief (1m)000Stress relief (2m)000Stain Removal (5m)000000Buffered oxide etch (1m)0000Buffered oxide etch (2m)00表1列出了一组晶片(Wafer)，分别是1号至8号晶片(Wafer No. 1-8),它们将经过不同参数的处理，之后观察晶片背面硅层的状况，由于 芯片是从晶片切割所得，因此晶片的背面的硅层状况等同于芯片背面的硅 层状况。上述的表格中Stress relief (1m)代表使用应力消除腐蚀液KK-8 (所含的物质及其组 分是HN03:CH3COOH:HF为95:4:1 )进行1秒的化学腐蚀。Stress relief (2m)代表使用应力消除腐蚀液KK-8 (所含的物质及其组 分是HN03:CH3COOH:HF为95:4:1 )进行2秒的化学腐蚀。Stain Removal (5m)代表使用去污腐蚀液(所含的物质及其组分是 NH4F:H202:H20为2:1:5)进行5秒的化学腐蚀。Buffered oxide etch (1m)代表使用緩冲氧化层腐蚀液KK-2(所含的物 质及其组分是HF:NH4F为1:10)进行1秒的化学腐蚀。Buffered oxide etch (2m)代表使用緩冲氧化层腐蚀液KK-2(所含的物 质及其组分是HF:NH4F为1:10)进行2秒的化学腐蚀。如前面所说的，根据本发明，每一种化学腐蚀液都会被使用，只是每 一种化学腐蚀液所经历的腐蚀时间有所不同。如表1中所示的，每一个晶 片都经历3种化学腐蚀液的腐蚀，其中"O"表示所选取的腐蚀方式。此外，晶片1-4号选用磨数为2000(BG1010)的磨片进行背面减薄的 研磨，而晶片5-8号选用磨数为360(BG0401)的磨片进行背面减薄的研磨。1号晶片经过的处理包括2000(BG1010)的磨片研磨；应力消除腐蚀液KK-8(所含的物质及其组分是HN03:CH3COOH:HF 为95:4:1 )进行1秒的化学腐蚀；去污腐蚀液(所含的物质及其组分是NH4F:H202:H20为2:1:5)进 行5秒的化学腐蚀；緩冲氧化层腐蚀液KK-2(所含的物质及其组分是HF:NH4F为1:10) 进行1秒的化学腐蚀；其中每次化学腐蚀步骤之后进行5次的水洗。经过上述的处理之后，1号晶片背面的硅层的状况参考图1所示。2号晶片经过的处理包括2000(BG1010)的磨片研磨；应力消除腐蚀液KK-8(所含的物质及其组分是HN03:CH3COOH:HF 为95:4:1 )进行2秒的化学腐蚀；去污腐蚀液(所含的物质及其组分是NH4F:H202:H20为2:1:5)进 行5秒的化学腐蚀；緩冲氧化层腐蚀液KK-2(所含的物质及其组分是HF:NH4F为1:10)
进行2秒的化学腐蚀；其中每次化学腐蚀步骤之后进行5次的水洗。 经过上述的处理之后，2号晶片背面的硅层的状况参考图2所示。 3号晶片经过的处理包括 2000(BG1010)的磨片研磨；应力消除腐蚀液KK-8(所含的物质及其组分是HN03:CH3COOH:HF 为95:4:1 )进行2秒的化学腐蚀；去污腐蚀液(所含的物质及其组分是NH4F:H202:H20为2:1:5)进 行5秒的化学腐蚀；緩沖氧化层腐蚀液KK-2(所含的物质及其组分是HF:NH4F为1:10) 进行1秒的化学腐蚀；其中每次化学腐蚀步骤之后进行5次的水洗。经过上述的处理之后，3号晶片背面的硅层的状况参考图3所示。4号晶片经过的处理包括2000(BG1010)的磨片研磨；进行5次的水洗。经过上述的处理之后，4号晶片背面的硅层的状况参考图4所示。5号晶片经过的处理包括360(BG0401)的磨片研磨；应力消除腐蚀液KK-8(所含的物质及其组分是HN03:CH3COOH:HF 为95:4:1 )进行1秒的化学腐蚀；去污腐蚀液(所含的物质及其组分是NH4F:H202:H20为2:1:5)进 行5秒的化学腐蚀；緩沖氧化层腐蚀液KK-2(所含的物质及其组分是HF:NH4F为1:10) 进行1秒的化学腐蚀；其中每次化学腐蚀步骤之后进行5次的水洗。经过上述的处理之后，5号晶片背面的硅层的状况参考图5所示。6号晶片经过的处理包括360(BG0401)的磨片研磨；
应力消除腐蚀液KK-8(所含的物质及其组分是HN03:CH3COOH:HF 为95:4:1 )进行1秒的化学腐蚀；去污腐蚀液(所含的物质及其组分是NH4F:H202:H20为2:1:5)进 行5秒的化学腐蚀；緩沖氧化层腐蚀液KK-2(所含的物质及其组分是HF:NH4F为1:10) 进行2秒的化学腐蚀；其中每次化学腐蚀步骤之后进行5次的水洗。经过上述的处理之后，6号晶片背面的硅层的状况参考图6所示。7号晶片经过的处理包括360(BG0401)的磨片研磨；应力消除腐蚀液KK-8(所含的物质及其组分是HN03:CH3COOH:HF 为95:4:1 )进行2秒的化学腐蚀；去污腐蚀液(所含的物质及其组分是NH4F:H202:H20为2:1:5)进 行5秒的化学腐蚀；緩冲氧化层腐蚀液KK-2(所含的物质及其组分是HF:NH4F为1:10) 进行1秒的化学腐蚀；其中每次化学腐蚀步骤之后进行5次的水洗。经过上述的处理之后，7号晶片背面的硅层的状况参考图7所示。8号晶片经过的处理包括360(BG1010)的磨片研磨；进行5次的水洗。经过上述的处理之后，8号晶片背面的硅层的状况参考图8所示。 通过上述的实例可见背面减薄工艺产生了大量的损伤，微裂紋和应 力，可能引起粘合力的下降。高磨数可减小背面损伤，但过于光滑的表面 增加的金属和硅粘节的难度。并且造成接触电阻的上升。化学腐蚀液(应 力消除腐蚀液KK-8、去污腐蚀液和緩沖氧化层腐蚀液KK-2)能有效地去 除将近2000A的硅损伤层，从而减小了机械应力。由此，本发明揭示的方法能防止芯片背面金属剥落，能准确判断是否 存在金属剥落现象；用腐蚀的方法有效地去除硅损伤层从而减小了机械应
力；蒸发过程采用分段控制工艺温度的方法减小TJ， Ni, Ag三种不同金属的 应力失配，从而实现有效解决芯片背面金属剥落的问题并且不会制造有机 玷污。虽然本发明的技术方案已经结合较佳的实施例说明于上，但是本领域 的技术人员应该理解，对于上述的实施例的各种修改或改变是可以预见的， 这不应当被视为超出了本发明的保护范围，因此，本发明的保护范围不限 于上述具体描述的实施例，而应该是符合此处所揭示的创新性特征的最宽 泛的范围。
权利要求
1. 一种防止芯片背面金属剥落的方法，其特征在于，包括采用一预定磨数的磨片进行芯片背面减薄工艺；使用化学腐蚀液去除芯片背面的硅损伤层；对芯片进行水洗，去除残留的玷污。
2. 如权利要求1所述的防止芯片背面金属剥落的方法，其特征在于， 所述使用化学腐蚀液去除芯片背面的硅损伤层包括使用多种腐蚀液与多种腐蚀时间的4荅配的腐蚀方法。
3. 如权利要求2所述的防止芯片背面金属剥落的方法，其特征在于， 所述多种化学腐蚀液包括应力消除腐蚀液KK-8，所含的物质及其组分是HN03:CH3COOH:HF 为95:4:1;去污腐蚀液，所含的物质及其组分是NH4F:H202:H20为2:1:5; 緩沖氧化层腐蚀液KK-2，所含的物质及其组分是HF:NH4F为1:10。
4. 如权利要求3所述的防止芯片背面金属剥落的方法，其特征在于， 所述多种腐蚀时间包括1秒、2秒以及5秒。
5. 如权利要求3所述的防止芯片背面金属剥落的方法，其特征在于， 所述使用多种腐蚀液与多种腐蚀时间的搭配包括1秒的应力消除腐蚀液KK-8腐蚀；2秒的应力消除腐蚀液KK-8腐蚀；5秒的去污腐蚀液腐蚀；1秒的緩沖氧化层腐蚀液KK-2腐蚀；2秒的緩冲氧化层腐蚀液KK-2腐蚀；其中使用每一种腐蚀液进行一次腐蚀。
6. 如权利要求5所述的防止芯片背面金属剥落的方法，其特征在于， 每一次使用化学腐蚀液腐蚀后进行5次水洗。
7. 如权利要求6所述的防止芯片背面金属剥落的方法，其特征在于， 在蒸发过程中，采用分段控制工艺温度的方法减小Ti， Ni, Ag三种不同金属的应力失配。
8. 如权利要求7所述的防止芯片背面金属剥落的方法，其特征在于， 所述预定磨数的磨片为2000( BG1010)的精磨磨片或者360 ( BG0401 )的粗磨磨片。
9. 如权利要求1至8中任一项所述的防止芯片背面金属剥落的方法， 其特征在于，还包括测定芯片背面金属粘合力的步骤，包括，贴膜，在背面金属层上贴膜； 划片，将芯片割开；芯片拾取，从贴膜上取下芯片，检测铁迷上是否有残留的金属存在， 如果有金属残留，说明存在背面金属剥落，如果没有残留的金属存在，则 说明没有背面金属剥落。
全文摘要
本发明揭示了一种防止芯片背面金属剥落的方法，包括采用一预定磨数的磨片进行芯片背面减薄工艺；使用化学腐蚀液去除芯片背面的硅损伤层；对芯片进行水洗，去除残留的玷污。本发明揭示的方法能防止芯片背面金属剥落，能准确判断是否存在金属剥落现象；用腐蚀的方法有效地去除硅损伤层从而减小了机械应力；蒸发过程采用分段控制工艺温度的方法减小Ti，Ni，Ag三种不同金属的应力失配，从而实现有效解决芯片背面金属剥落的问题并且不会制造有机玷污。
文档编号H01L21/30GK101211773SQ20061014873
公开日2008年7月2日 申请日期2006年12月30日 优先权日2006年12月30日
发明者金剑华 申请人:上海先进半导体制造股份有限公司