专利名称：处理半导体晶片的方法
技术领域：
本发明一般地涉及处理半导体晶片的方法而更详细地涉及晶片经受一次或多次磨削加工的处理半导体晶片的方法。
通常用像硅锭之类的单晶锭制备半导体晶片，修整单晶锭并把单晶锭磨削成具有用于晶片在后续工序中正确定位的一个或多个平坦面。然后把晶锭切割成分别经受减小晶片厚度，去除由切割加工引起的损伤和形成高反射表面的许多处理加工的独立晶片。在通常的晶片整形处理中，为减少在进一步处理期间损伤晶片的风险，把每一片晶片的圆周边缘倒圆。然后使用磨料剂(研磨浆料)和一套转动的研磨盘在晶片的正反表面上进行研磨加工。研磨加工减少晶片的厚度以去除由切割引起的表面损伤并使每片晶片的相对的侧表面平坦而且平行。然而，通常的研磨加工比较耗费时间。例如，对于具有从200毫米到300毫米直径范围内的晶片来说，用来减小厚度约80微米的典型的研磨加工到完工将使用40分钟。
研磨加工一完成，晶片就经受腐蚀处理，进一步减小晶片的厚度并去除由先前的处理加工引起的机械损伤。然后用抛光垫、胶状氧化硅浆料(抛光浆料)和化学腐蚀剂抛光各片晶片中的一个侧表面(往往称之为晶片的“正面”)以确保晶片具有高反射、无损伤的表面。一般采用清除裕料的粗抛光继之以减少非镜面反射光(光雾)的精抛光的两步法抛光晶片。对于直径在200毫米-300毫米范围内的晶片来说，典型的抛光工艺过程减小晶片的厚度约10-15微米和到完工大约用5-15分钟。通过包括在整个抛光工艺过程到完成占用30-40分钟的情况中的抛光加工可以获得较平滑的表面。
然后在交付给用户把晶片分割成半导体芯片以前清洗和检验晶片。为了减少在包装和运送期间表面损伤和晶片破裂的风险，晶片必须足够厚。在晶片分割成芯片以前，为显著地减小晶片厚度使晶片经受其中用保护层覆盖晶片的正面并把正面卧放在平台上而用合适的磨削机磨削晶片的背面的常规的背面磨削加工。
以上所述的处理半导体晶片方法虽然是能行的，但是需要相当长的完工时间而且也牵涉到值得注意的处理材料费用。在研磨浆料和抛光浆料中使用的磨料是昂贵的，并且用来控制剂浆料以及研磨和抛光垫的各种各样机械的复杂性增加在使晶片成形工艺过程自动化中的困难。此外，研磨和抛光加工为减小晶片的厚度需要相当长的时间。
为了减少处理时间，大家知道在不需要以磨料为基的剂浆料的情况下使晶片经受具有磨面的转动砂轮直接接触晶片的磨削加工。砂轮高速转动并处于与晶片直接接触状态，磨薄晶片的厚度。砂轮可以横向切入与晶片接触或者晶片可以横向切入与砂轮接触。在磨削加工期间用水来连续冷却砂轮和晶片并且清除硅屑末。
然而，粗磨削加工通常使晶片产生比研磨和抛光加工更深的晶格损伤，结果导致几乎没有什么优质晶片和增加晶片破裂的风险。
在本发明的若干目的之中不妨注意处理从单晶锭切割的半导体晶片的方法中的减少每片晶片成形的处理时间的措施；上述的工艺过程中的增加晶片平面性的措施；上述的工艺过程中的在处理晶片中采用的经济措施；和使上述的工艺过程易于自动化的措施。
一般来说，用于处理从单晶锭切割并具有正表面和背表面及周围边缘的半导体晶片的本发明方法包括为快速减小晶片厚度，粗磨削晶片的正表面和背表面。为进一步减小晶片的厚度和减少由粗磨削引起的损伤，用研磨浆料研磨晶片的正表面和背表面。为进一步减小晶片的厚度，用化学腐蚀剂腐蚀晶片以及为使晶片的厚度减小到预定的晶片厚度，用抛光浆料抛光薄的正表面。
在本发明的另一实施例中，处理半导体晶片的方法包括为快速减小晶片的厚度，粗磨削晶片的正表面和背表面。为进一步减小晶片的厚度和减少由粗磨削引起的晶片损伤使晶片的正表面经受精细磨削。用抛光浆料抛光晶片的正表面。
在又一个实施例中，处理半导体晶片的方法包括为快速减小晶片的厚度，粗磨削晶片的正表面和背表面。为进一步减小晶片的厚度和减少由粗磨削引起的晶片损伤，晶片的正表面经受精细磨削。用抛光浆料抛光晶片的正表面。
根据下文的详细描述，本发明的其他目的和优点将是显而易见的。附图的简略描述
图1是用于处理半导体晶片的本发明方法的第一实施例的流程图；图2是用于处理半导体晶片的本发明方法的第二实施例的流程图；图3是用于处理半导体晶片的本发明方法的第一实施例的流程图；和图4是用于处理半导体晶片的本发明方法的第二实施例的流程图。
申请人公开了使晶片经受组合的磨削、研磨和抛光加工能够达到本发明的若干目的。尽管在本文中参照用硅构成的半导体晶片说明和描述本发明的方法，但是该方法在没有脱离本发明的范围的情况下是能够应用于处理由其他材料构成的晶片、圆片或诸如此类片子，这是不言而喻的。图1说明其中用双面粗磨削加工部分地取代常规的研磨加工的处理半导体晶片的最佳方法。例如用常规的圆周锯或常规的线锯从单晶锭切割具有预定的初始厚度的半导体晶片。切下的晶片一般是成圆片状并具有周围边缘和相对的正表面及背表面。每片晶片的初始厚度显然大于所希望的最终厚度，以使后续处理加工在不存在使晶片损伤或破裂的风险的情况下减小晶片的厚度。作为例子，初始厚度可在800-1200微米范围内。
在切割以后，晶片经受超声波清洗，去除由于切割加工而沉积在晶片上的细粒物质。用常规的边缘磨削机(未表示出)仿形磨削晶片的周围边缘(例如倒圆)，减少在进一步加工期间损伤晶片的风险。然后把晶片放入粗磨削正表面和背表面的磨削设备，快速减小晶片厚度。用于粗磨削加工的磨削设备最好是采用圆周磨削技术类型的。标以商号NANOGRIDER/4-300的最好的磨削设备由GenauigkeitsMaschinenbau Nurnberg GmbH制造。这种设备包括安装在转动砂轮的电机驱动主轴并且能在垂直轴上上下下移动的一对砂轮。在晶片的一个表面卧靠吸盘而相对的表面面朝其中一个砂轮成相对的关系时，晶片被真空吸向底座台中的吸盘。
在电动驱动主轴转动砂轮时，主轴沿其垂直轴降低到与晶片接触，磨削晶片的表面。主轴的垂直轴偏离晶片的中心因此只是砂轮的周边部分接触晶片。在砂轮与晶片接触时，晶片绕其中心转动，确保均匀地磨削晶片的正表面。在粗磨削正表面以后，设备使晶片翻转过来并且把晶片移动到与第二主轴和用于粗磨削晶片背表面的砂轮相对的位置上。在没有脱离本发明的范围的情形下可以使用仅具有单一的主轴和砂轮的磨削设备，这是不言而喻的。
在磨削设备中使用的砂轮由于包括充满尺寸和材料合适的磨粒(对于磨削硅来说，例如金刚石碎屑)的树脂基体所以是精通技术的人熟知的树脂粘合类型砂轮。对于粗磨削加工来说，磨粒的平均尺寸最好是在5到35微米范围内。主轴以每分钟2500和3500转之间的高速(换种方式说，称之为主轴速度)转动砂轮。主轴向晶片横向切入的磨削掉晶片厚度的速度(换种方式说，称之为磨削速度)是在每分钟50到250微米范围内。这样的速度显然比通常小于每分钟10微米更一般是每分钟约2到2.5微米的常规的磨削加工快。因此，粗磨削加工与研磨加工相比，大大地减少减小晶片厚度需要的总的时间。
作为一个例子，对于从晶锭切取具有约900-910微米的初始厚度的直径300毫米晶片而言，双面粗磨削加工旨在减小晶片厚度约47-75微米。用于粗磨削步骤需要的总的时间约为30-60秒。相比之下，采用常规的研磨加工为减小厚度约55微米将要用约25-30分钟。用本发明的双面粗磨削加工使具有在860-880微米范围内的初始晶片厚度的200毫米晶片在厚度上也减小约45-75微米。并且预期在没有脱离本发明的范围的情况下用双面粗磨削可以处理除200毫米和300毫米以外尺寸的晶片。
在完成粗磨削加工以后，晶片经受常规的研磨加工，进一步减小晶片的厚度以及使晶片的相对的侧表面平化和平行。经由研磨加工减小的厚度同时还去除由切割晶片和粗磨削加工晶片引起的损伤。在研磨设备中最多可以放20-25片经粗磨削加工后的晶片。然后通过研磨加工从每片晶片去除约25微米的厚度。上述的推荐的厚度减少量可以用于200毫米和300毫米二种晶片。研磨加工到完工占用大约10分钟。所以，在完成研磨加工时仅在不包括装卸时间的11分钟时间内从晶片去除总共约80微米的厚度。相比之下，进行研磨加工以减少约80微米厚度的以前的处理到完工占用约40分钟。
在研磨加工以后，清洗晶片和晶片经受化学腐蚀处理，从晶片去除去另外的厚度(例如，大约15-25微米)。最后，抛光晶片边缘并且经受至少在正表面上的常规的抛光加工，形成高反射的、无损伤的晶片表面。如本文中所述，本发明的方法处理晶片一直到抛光加工并且包括抛光加工，此时清洗晶片，包装晶片然后就把晶片交付用户。为了减少在包装和运送期间的损伤风险和晶片破裂，晶片还是足够厚的。例如，200毫米晶片被减薄到大约720-730微米的厚度而300毫米晶片被减薄到大约778-780微米的厚度。晶片背表面接着将经受常规的背面磨削加工(即在背表面经受磨削时在制成的晶片表面上敷置保护层并使正表面面朝下卧放在平台上)，使晶片厚度减小到足以容许晶片被分割成小的半导体芯片。
图2说明在抛光加工之前在腐蚀处理以后进行粗细磨削加工的本发明的方法的第二实施例。从单晶锭切割晶片并按照包括快速减小晶片厚度的双面粗磨削加工直到腐蚀处理的第一实施例的方法处理晶片。精通技术的人考虑到腐蚀处理会负面地影响晶片的平面性。因此，在腐蚀处理完成时，把晶片放入使晶片的一侧表面(重新称之为正面)经受精细磨削加工的精细磨削设备，在没有引起更显著的晶片损伤的情况下进一步减少厚度和改进平面性。
精细磨削设备最好是采用与用于粗磨削加工的砂轮类似的树脂粘合类型砂轮的常规的圆周磨削设备。由Disco Corporation制造标以商号DFG840的最好的精细磨削设备。对精细磨削加工来说，掺入到砂轮的树脂基体中的磨粒具有在2到10微米范围内的平均尺寸(即显著地小于粗磨削的磨粒)，最好的是在2到6微米的范围内。砂轮的主轴速度在每分钟2500和5000转之间而主轴的横向切入速度(例如磨削速度)约每分钟15-20微米。精细磨削加工快速地从晶片去除少量厚度，例如5-10微米，使晶片在抛光加工前进一步平化和平行。精细磨削加工到完工占用约2分钟。不言而喻，在没有脱离本发明的范围的情况下在晶片的背表面上同样可以进行精细磨削加工。
在完成精细磨削加工时，晶片的正表面就经受常规的抛光加工，去除另外的少量厚度，例如5-15微米，并且去除由以前处理加工引起的一些剩留损伤。相比之下，常规的晶片处理用抛光加工去除10-15微米的厚度。因此，通过使晶片经受精细磨削加工使抛光晶片所需要的时间减少最多到以前所需要的时间的一半，不包括装卸时间。在抛光加工以后，晶片的厚度减小到大体上与以前按照第一实施例的方法所描述的厚度一样的厚度，然后就随时可以包装和向用户运送。
图3说明在双面粗磨削加工以后和腐蚀处理以前在晶片的正表面上进行精细磨削加工的本发明第三实施例。
图4说明粗磨削和精细磨削加工取代化学腐蚀处理的本发明第四实施例。在从单晶锭切割晶片以后，按照一直到双面粗磨削加工并包括双面粗磨削加工的第一实施例的方法处理晶片。在粗磨削加工以后，晶片的正表面和背表面经受精细磨削加工。双面精细磨削加工去除由粗磨削加工引起的晶片中的大量机械损伤，因此不需要腐蚀处理。在双面精细磨削加工完成后，清洗晶片、抛光边缘和使晶片的两侧表面经受抛光加工。如图4中的虚线所说明的那样，预期可以省去双面粗磨削加工因此晶片只经受双面精细磨削加工并且仍然是在本发明的范围内。
例I根据图1所说明和以上所述的方法处理各具有200毫米直径的15片硅半导体晶片。进行双面粗磨削加工，从晶片去除大约55微米(在正表面和背表面的每一表面上22.5微米)的材料，到完工占用总共大约40秒。在完成磨削加工时，测量总厚度偏差(在下文称之为TTV，TTV是在晶片中随机测到的最大值和最小值之间的差)。测试的晶片平均TTV小于2微米。然后晶片经受研磨加工，从晶片去除另外25微米厚度，到完工占用大约10分钟。在研磨加工以后，测量晶片的平均TTV值，为小于1微米。然后晶片经受常规的腐蚀、边缘抛光和侧表面抛光加工，完成晶片的处理。
为了作比较起见，只用研磨加工减少常规的80微米的厚度，到完工占用大约40分钟并且得到在1.5-2.0微米范围内的TTV值。
例II根据图2所说明和以上所述的方法处理各具有200毫米直径的15片硅半导体晶片。在腐蚀处理后测量晶片的平均TTV值，为小于1.5微米。每片晶片的正表面经受精细磨削加工，在大约2分钟的时间间隔期间减小晶片厚度大约5-15微米。在完成精细磨削加工时测量晶片的平均TTV值，为小于1微米。然后晶片经受抛光加工，在大约5分钟的时间间隔期间从晶片的正表面去除5微米的材料，此后测量晶片的平均TTV值，为小于0.7微米。
为了作比较起见，按照包括研磨加工和抛光加工的常规工艺过程处理的晶片的平均TTV值大约为1.5-2.0微米。
例III根据图4所说明和以上所述的方法处理各具有300毫米直径的15片硅半导体晶片。每片晶片既经受双面粗磨削加工又经受双面精细磨削而省去腐蚀处理。在清洗以后，晶片就经受双面抛光加工并且测量每片晶片的TTV值。被测的15片晶片的平均TTV值为小于2.5微米。正如在第二实施例中的情况那样，通过在抛光加工之前添加精细磨削加工来减少用于抛光加工所需要的时间。
鉴于以上所述，将可以看出达到本发明的一些目的和获得其他的有益的成果。通过粗磨削加工和研磨加工的组合部分替换以前的研磨加工，一方面显著地减少晶片的处理时间一方面改进平面性。相对于以前的单独的磨削加工也显著地减少晶片损伤。此外，用于粗磨削和精细磨削的砂轮显然没有以磨粒为基的研磨浆料和抛光浆料昂贵。比起以前的研磨和抛光单独加工来，减少在晶片上进行的研磨和抛光的所占比例而产生显著的经济效果。
尽管发明容许有各种各样的变化和替换方式，但是举例说明了本发明的具体实施例并且在本文中详细地描述了发明的具体实施例。然而，特定的公开形式不是用来限制发明，正相反，旨在为了覆盖归于由附加的权利要求书确定的精神和范围内的所有变更、等效物和替换物，这应该是不言而喻的。
权利要求
1.处理从单晶锭切割并具有正表面和背表面以及周围边缘的半导体晶片的方法包括步骤，依次为(a)粗磨削晶片的正表面和背表面，快速地减小晶片的厚度；(b)用研磨浆料研磨晶片的正表面和背表面，进一步减少晶片的厚度和减少由粗磨削引起的损伤；(c)用化学腐蚀剂腐蚀上述的晶片，进一步减少晶片的厚度；和(d)用抛光浆料抛光晶片的正表面，使晶片的厚度减小到预定的晶片厚度。
2.权利要求1中所述的方法进一步包括研磨后和腐蚀处理前从晶片除去由研磨加工引起的细粒材料的清洗晶片的步骤以及腐蚀处理后和抛光晶片的正表面前抛光晶片的周围边缘的步骤。
3.权利要求1中所述的方法，其中把晶片置于磨削设备进行粗磨削步骤，该设备包括具有在5-25微米范围内尺寸的磨粒的树脂粘结型砂轮。
4.权利要求1中所述的方法，其中为了粗磨削晶片磨削设备采用圆周磨削。
5.权利要求1中所述的方法，其中在小于或等于约60秒的时间间隔内进行粗磨削步骤和在小于或等于约10分钟的时间间隔内进行研磨步骤。
6.权利要求1中所述的方法进一步包括在抛光晶片以前精细磨削晶片的正表面的步骤。
7.处理从单晶锭切割并具有正表面和背表面以及周围边缘的半导体晶片的方法，方法包括步骤，依次为(a)粗磨削晶片的正表面和背表面，快速地减小晶片的厚度；(b)精细磨削晶片的正表面，进一步减少晶片的厚度并且减少由粗磨削引起的损伤；和(c)用抛光浆料抛光晶片的正表面。
8.权利要求7中所述的方法进一步包括在抛光晶片的第一侧面的表面以前用化学腐蚀剂腐蚀晶片的步骤。
9.权利要求8中所述的方法，其中精细磨削步骤进一步包括精细磨削晶片的第二侧面的表面和抛光步骤进一步包括用抛光浆料抛光晶片的第二侧面的表面。
10.处理从单晶锭切割并具有正表面和背表面以及周围边缘的半导体晶片的方法，方法包括步骤，依次为(a)精细磨削晶片的正表面和背表面，快速地减小晶片的厚度；和(b)用抛光浆料抛光晶片的正表面。
全文摘要
处理半导体晶片的方法包括粗磨削晶片的正表面和背表面,快速地减小晶片的厚度。然后用研磨浆料正表面和背表面,进一步减小晶片的厚度以及用抛光浆料抛光晶片的正表面以使晶片的厚度减小到预定的最终的晶片厚度。可以添加精细磨削来删除研磨和/或减少抛光时间。
文档编号H01L21/02GK1272222SQ98809324
公开日2000年11月1日 申请日期1998年8月13日 优先权日1997年8月21日
发明者罗兰·范丹姆, 志坚·裴, 云－彪·辛 申请人:Memc电子材料有限公司