专利名称：晶圆的减薄方法
技术领域：
本发明涉及半导体封装领域，尤其涉及一种晶圆的减薄方法。
背景技术：
众所周知，封装技术其实就是一种将芯片打包的技术，这种打包对于芯片来说是 必须的。因为芯片必须与外界隔离，以防止空气中的杂质对芯片电路的腐蚀而造成电气性 能下降。另一方面，封装后的芯片也更便于安装和运输。由于封装技术的好坏还直接影响 到芯片自身性能的发挥和与之连接的PCB (印制电路板)的设计和制造，因此它是至关重要 的。封装包括安装半导体集成电路芯片用的外壳，它不仅起着安放、固定、密封、保护芯片和 增强导热性能的作用，而且还是沟通芯片内部世界与外部电路的桥梁。封装还包括将芯片 上的接点通过导线连接到封装外壳的引脚上，这些引脚又通过印刷电路板上的导线与其他 器件建立连接。因此，封装技术是集成电路产业中非常关键的一环。目前，经过多年的发展，封装技术经历了从最初的针脚插入式实装技术到表面贴 装技术再到球栅阵列端子(BGA，Ball Grid Array)型封装技术再到最新的三维封装技术 (3D Package) 0其中，三维封装技术又可分为封装叠层的三维封装、芯片叠层的三维封装 以及晶圆叠层的三维封装三种类型。三维封装的优点在于可以提高互连线的密度，降低器 件外形的总体高度。由于有可能将不同类型的芯片层叠在一起，而又具有较高的互连线 密度，因此三维封装技术具有很好的应用前景。在芯片叠层的三维封装中，硅通孔(TSV， Through-Silicon-Via)电极的连接路径可以缩短至只有一个芯片的厚度，所以能够实现路 径最短和集成度最高的互连。通过硅通孔实现互连的系统级集成方案，能够在减少芯片面 积的同时缓解互连延迟问题。如果用垂直方向的短互连线来代替二维结构中大量的长互连 线，就能够使逻辑电路的性能大大提高。例如，通过将关键路径上的逻辑门放置在多个有源 层上，就能够将它们非常紧密地排布起来。也可以将电压和/或性能要求不同的电路放置 在不同的层上。基于TSV制造技术的芯片叠层三维封装工艺中，关键制程包括高的高宽比(> 5 1)的TSV钻蚀，TSV绝缘介质及导电材料填充，晶圆的减薄，芯片到芯片、芯片到晶圆 或晶圆到晶圆之间的精确对准，低温的粘结性键合方法等。其中晶圆的减薄工艺常采用化 学机械研磨的方法，例如，专利号为02140151. 9的中国专利提供了一种化学机械研磨的方 法，包括，提供基底，该基底上已形成有金属层，且该金属层下方形成有障碍层；提供障碍层 研磨浆及化学助剂，用以研磨该金属层；以及仅提供障碍层研磨浆，用以研磨该障碍层；其 中该化学助剂是由至少一种氧化剂、至少一种螯合剂和酸碱缓冲液所组成。但是，在三维封 装工艺中，晶圆的厚度至少需要减薄到70 μ m以下，而当晶圆减薄到100 μ m以下时，常规的 研磨工艺在晶圆表面所产生的应力，将会使得晶圆变得极其易碎，研磨过程中就可能使晶 圆的边缘发生弯曲甚至断裂，例如图1所示的，在晶圆100的边缘110处就出现了断裂，同 时晶圆100的表面会非常的粗糙。
发明内容
本发明解决的问题是提供一种晶圆的减薄方法，避免在减薄时晶圆边缘发生弯曲 甚至断裂的情况，同时消除晶圆表面在减薄后非常粗糙的问题。为解决上述问题，本发明所提供的晶圆减薄方法，包括提供待减薄的半导体晶圆；对所述晶圆表面进行研磨减薄，直至停止厚度；对所述晶圆表面进行喷雾腐蚀减薄，直至预定减薄厚度。所述晶圆上减薄的表面为未形成半导体图形的背面。所述研磨减薄采用金刚砂轮进行机械研磨；可选的，研磨时辅以使用含炭化硅颗 粒的研磨浆。可选的，所述停止厚度的范围为70μπι 150μπι;优选的，所述研磨减薄的停止厚 度为80μ ο所述喷雾腐蚀具体包括旋转晶圆，向晶圆的表面均勻喷涂腐蚀性雾剂。可选的，所述腐蚀性雾剂为硫酸、磷酸、硝酸、氢氟酸或醋酸等Si腐蚀化学溶剂的 一种或几种的组合。所述预定减薄厚度的范围为ΙΟμπι 70μπι;可选的，所述预定减薄的厚度为 50 μ m0与现有技术相比，本发明具有以下优点采取分步减薄的方式，先使用机械研磨进 行初步减薄至停止厚度；再采用喷雾腐蚀进一步减薄至预定减薄厚度，使得晶圆在减薄过 程中，速度可控，尤其在厚度至ΙΟΟμπι以下时，避免因机械研磨所产生的应力损坏晶圆，减 少晶圆边缘的断裂现象，并改善晶圆表面的平整度。
图1是现有减薄工艺在晶圆表面产生缺陷的示意图；图2是本发明所述晶圆的减薄方法的工艺流程图；图3至图5是本发明所述晶圆的减薄方法具体实施例示意图；图6是采用本发明减薄方法后晶圆边缘示意图；图7是采用本发明减薄方法后晶圆表面的扫描电镜图。
具体实施例方式现有的减薄工艺，对晶圆直接使用机械研磨，减薄至所需的厚度，随着厚度的越来 越小，金刚砂轮在晶圆表面所产生的应力越可能造成晶圆碎裂。因此对于晶圆而言，存在一 个较为安全的厚度，在此厚度以上，可以忽略机械研磨对晶圆的不良影响。本发明即采用分 步减薄的方式，预先设置晶圆初次减薄的停止厚度，在此厚度以前采用常规的机械研磨的 方式；当厚度降低至该停止厚度之后，采用较为温和可控的喷雾腐蚀，进一步减薄至所需的 减薄厚度以防止晶圆碎裂的现象发生。如图1所示，为本发明所述晶圆的减薄方法工艺流程图，具体步骤包括步骤Si、提供待减薄的半导体晶圆；其中，所述半导体晶圆的一面为形成半导体图形的部分，而另一面则为待减薄的表面。步骤S2、对所述晶圆表面进行研磨减薄，直至停止厚度；其中，所述研磨减薄可采用常规的机械研磨，初步减薄至停止厚度。所述停止厚度 根据晶圆的材质、自身刚性度等实际情况进行选择，在保证不会因机械研磨而发生碎裂的 前提下，尽可能的薄，从而有利于缩短晶圆减薄的整体所需时间。步骤S3、对所述晶圆表面进行喷雾腐蚀减薄，直至预定减薄厚度。其中，喷雾腐蚀减薄可选用酸性雾剂，均勻喷涂于晶圆的表面，而雾剂的成分以及 浓度，能够决定腐蚀减薄的速度以及减薄后晶圆表面的平整度。应当针对于不同的减薄需 要以及材质，选择雾剂的成分配比。常规的酸性雾剂成分可以包括硝酸、氢氟酸、硫酸等。下面结合说明书附图以及具体实施例对本发明做详细描述，图3至图5为本发明 晶圆减薄方法的一个具体实施例示意图，如图3所示，首先提供待减薄的半导体晶圆100。所述晶圆100具有形成半导体图形的一面，如图中的阴影部分。而相对的另一背 面作为减薄的表面，图示中该表面向上仅以示意。由于晶圆100的背面并没有器件，因此减 薄的只是硅衬底的厚度。一般晶圆的厚度为600 900 μ m,例如本实施例中，初始晶圆采用8英寸晶圆，标 准厚度为750 μ m。如图4所示，对所述晶圆100的背面进行初步的减薄研磨，直至停止厚度。可以采用本领域技术人员公知的机械研磨方法，例如用金刚砂轮加压研磨晶圆背 面并辅以研磨浆使硅衬底减薄，当然，机械研磨的方法并不仅限于用金刚砂轮加压研磨，本 领域技术人员可以根据公知常识应用适合的机械研磨方法。本实施例中，进行初步减薄研磨时，将晶圆100固定在旋转机台上(图中未显示)， 一个旋转研磨垫(图中未显示)被加压在晶圆100表面上，含炭化硅颗粒的研磨浆流过旋 转机台和晶圆100表面，由于炭化硅的硬度较高，因而晶圆表面粗糙的凸起更容易迅速被 研磨掉，因此在初步减薄研磨时速度较快。根据前述内容，由于晶圆的厚度在减薄至100 μ m以下时，会变得容易破碎。此夕卜， 由于机械研磨的成本较低，并且研磨速度较快，因此对晶圆背面进行机械研磨的停止厚度 需要进行选择。在保证晶圆100边缘不发生破碎的情况下，研磨停止的厚度是越薄越好。进 一步的，还可以在研磨过程中，厚度接近至停止厚度时，降低金刚砂轮的转速以及对晶圆的 压力，减缓研磨速度，使得晶圆表面的应力减弱，有助于降低停止厚度的大小。在本实施例中，金刚砂轮加压研磨的速度在40-100 μ m/分钟，当晶圆100的厚度 被减薄至70-150 μ m之间时停止研磨，较为优选的停止厚度为80 μ m。在初步减薄结束后，可以采用去离子水冲洗晶圆表面，去除残留的研磨浆，避免研 磨浆影响后续的腐蚀减薄过程。如图5所示，对经过机械研磨后的晶圆100背面进行喷雾腐蚀，直至预定减薄的厚度。可以采用本领域技术人员公知的喷雾腐蚀方法，例如用腐蚀性雾剂均勻喷涂至晶 圆100的背面，使得晶圆100背面的硅衬底进一步减薄，本领域技术人员可以根据公知常识 应用适合的雾剂成分。5
本实施例中，进行喷雾腐蚀时，将晶圆100固定至旋转机台上(图中未示出)，一个 喷雾嘴(图中未示出)对旋转的晶圆100进行旋涂。使得腐蚀性雾剂均勻喷涂至晶圆100 的背面。与上述机械研磨不同，喷雾腐蚀是化学刻蚀的过程，因此减薄的速度较慢，但更为 稳定，不会在晶圆的表面产生应力，因此也不存在损坏晶圆，边缘发生碎裂的问题。其中，所述腐蚀性雾剂可以是酸性雾剂，成分可以为硝酸、氢氟酸、硫酸中的一种 或其组合。在利用上述雾剂进行喷雾腐蚀的时候，减薄速度以及晶圆表面的平整度取决于 酸性雾剂的成分、浓度比等因素，因此可根据需要对酸性雾剂进行配比。在本实施例中，以采用HNO3、HF、H3PO4混合溶液作为腐蚀性雾剂为例，所述HNO3、 HF、H3P04 的比例为 10-20 3-15 3-15，所述 HN03、HF、H3P04 混合溶液的浓度为 30-60%。 当晶圆100减薄至10 μ m 70 μ m之间时停止，较为优选的预定减薄厚度为50 μ m。由于经过喷雾腐蚀减薄后，晶圆的表面已经可以具有较高的平整度，所以无需再 另行抛光。在完成上述的腐蚀减薄后，还需使用去离子水冲洗晶圆表面，去除晶圆表面可能 残留的腐蚀性雾剂等，防止残留的腐蚀性雾剂腐蚀晶圆表面，避免产生坑洞等缺陷降低晶 圆表面的平整度。图6为采用本发明减薄方法后晶圆边缘示意图，而图7为上述实施例中采用本发 明减薄方法后，晶圆表面的扫描电镜图。从图6以及图7可见，晶圆的表面平整光滑，且边 缘处并无存在碎裂的现象，因此本发明所述减薄方法具有良好的效果，提高了晶圆减薄的质量。虽然本发明已以较佳实施例披露如上，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。
权利要求
1.一种晶圆的减薄方法，其特征在于，包括下列步骤提供待减薄的半导体晶圆；对所述晶圆表面进行研磨减薄，直至停止厚度；对所述晶圆表面进行喷雾腐蚀减薄，直至预定减薄厚度。
2.如权利要求1所述的晶圆的减薄方法，其特征在于，所述晶圆上减薄的表面为未形 成半导体图形的背面。
3.如权利要求1所述的晶圆的减薄方法，其特征在于，所述研磨减薄采用金刚砂轮进 行机械研磨。
4.如权利要求3所述的晶圆的减薄方法，其特征在于，所述对晶圆进行研磨时，使用含 炭化硅颗粒的研磨浆。
5.如权利要求1所述的晶圆的减薄方法，其特征在于，所述停止厚度的范围为70μ m 150 μ m0
6.如权利要求5所述的晶圆的减薄方法，其特征在于，所述研磨减薄的停止厚度为 80 μ m0
7.如权利要求1所述的晶圆的减薄方法，其特征在于，所述喷雾腐蚀具体包括旋转晶 圆，向晶圆的表面均勻喷涂腐蚀性雾剂。
8.如权利要求7所述的晶圆的减薄方法，其特征在于，所述腐蚀性雾剂为硫酸、磷酸、 硝酸、氢氟酸的一种或其混合。
9.如权利要求1所述的晶圆的减薄方法，其特征在于，所述预定减薄厚度的范围为 10 μ m 70 μ m0
10.如权利要求9所述的晶圆的减薄方法，其特征在于，所述预定减薄厚度为50μπι。
全文摘要
本发明提供了一种晶圆的减薄方法，包括下列步骤提供待减薄的半导体晶圆；对所述晶圆表面进行研磨减薄，直至停止厚度；对所述晶圆表面进行喷雾腐蚀减薄，直至预定减薄厚度。本发明采取分步减薄的方式，先使用机械研磨进行初步减薄至停止厚度；再采用喷雾腐蚀进一步减薄至预定减薄厚度，使得晶圆在减薄过程中，避免因机械研磨所产生的应力损坏晶圆，减少晶圆边缘的断裂现象，并改善晶圆表面平整度。
文档编号H01L21/306GK102044428SQ200910197079
公开日2011年5月4日 申请日期2009年10月13日 优先权日2009年10月13日
发明者刘伟, 杨广立, 蒲贤勇, 谢红梅, 钟旻, 陈轶群, 高大为, 黄河 申请人:中芯国际集成电路制造(上海)有限公司