一种超薄晶圆减薄方法

一种超薄晶圆减薄方法
【专利摘要】本发明提供了一种超薄晶圆减薄方法，属于超薄晶圆加工领域。包括下列步骤：提供待减薄晶圆；对待减薄晶圆边缘圆角进行修整，以防止磨削过程产生崩边现象；对所述晶圆背面进行磨削减薄直至目标厚度。磨削过程采用分段式，即随着晶圆磨削余量的变化采用不同的磨削参数，此方法可充分去除前道磨削引起的损伤。本发明可以避免晶圆磨削过程中出现崩边现象，并充分去除前道磨削引起的损伤，提高了磨削质量，保证了晶圆的强度。
【专利说明】 —种超薄晶圆减薄方法

【技术领域】
[0001]本发明涉及三维封装领域，特别涉及一种超薄晶圆减薄方法。

【背景技术】
[0002]电子封装技术是一种将芯片打包的技术，封装一般分为气密性封装和非气密性封装。封装的主要目的是:a.保护IC芯片；b.提供IC芯片与其它电子元器件的互连以实现电信号的传输。封装的主要作用:减少或散除器件运行过程中内部产生的热量；抗湿及抗潮，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；防离子污染；防辐射；减小热机械应力；提供机械支撑，封装后的芯片也更便于安装和运输等。总之，封装技术的好坏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)的设计和制造以及封装产品的良率，因此它是至关重要的。
[0003]随着电子工业的发展，封装的型式也在不断变化着，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封装技术再到新型的三维封装技术。目前先进的封装技术是3D封装，3D封装的优点在于它可以提高互连线的密度，降低器件的总体尺寸。而基于TSV技术的3D封装可以提供芯片到芯片的最短互连、最小焊盘尺寸及间距。与其它技术相比TSV的优势包括:(1)更好的电性能；(2)更低的功耗；(3)更宽的数据位宽，相应的可得到更宽的带宽；(4)更高的互连密度；(5)更小的外形尺寸；(6)更轻的重量；(7)有望具有更低的成本。基于TSV技术的三维封装的关键工艺包括:(I)采用深反应离子刻蚀技术(DRIE)或者激光打孔制作TSV孔；(2)采用热氧化工艺(对无源转接板)或者等离子增强化学气相沉积(PECVD)制作介电层；(3)采用物理气相沉积(PVD)制作阻挡层和种子层；(4)采用电镀Cu填充TSV通孔，或者对于尺寸非常小的孔，采用溅射方法(CVD)填充钨；(5)采用化学机械抛光(CMP)去除多余的铜；(6) TSV-Cu外露。
[0004]但在3D封装中，晶圆的厚度需要减薄到100微米以下，对于基于TSV技术的封装产品需要的晶圆厚度更薄，一般为50微米以下。目前，晶圆减薄的主流技术为自旋转磨削技术，该技术是通过砂轮和晶圆的高速旋转以及砂轮的进给去除晶圆表面多余的材料。当晶圆的厚度减小到一定值时，磨削表面损伤导致晶圆产生较大的翘曲。此外，晶圆边缘形成锋利的尖角，会产生崩边以及暗纹碎片现象。翘曲、崩边以及边缘破碎会大大降低晶圆的强度，增加晶圆在传输过程中的碎片率。


【发明内容】

[0005]为解决以上问题，本发明提供了一种超薄晶圆减薄方法，包括晶圆边缘修整和分段磨削。该方法一方面可解决晶圆磨削过程中的崩边问题，另一方面，由于采用分段磨削方式，可充分去除前道磨削带来的损伤，提高晶圆的质量，可实现超薄晶圆的减薄。
[0006]本发明所述的一种磨削晶圆方法，其步骤包括:
[0007]—种超薄晶圆减薄方法，其特征在于，包括下列步骤:
[0008]提供待减薄的半导体裸晶圆；
[0009]对所述晶圆边缘进行修整，利用激光对晶圆边缘进行修整，去除圆角处部分材料形成弧线形倒角，该弧线形倒角底端距圆角弧顶的距离为圆角倒角半径，该弧线形倒角顶端距圆角结束端的距离为圆角倒角半径，该弧线形倒角所在圆圆心低于晶圆中心面；
[0010]对所述边缘修整后的晶圆进行分段磨削，粗磨:(I)砂轮进入磨削阶段，砂轮向下进给速率为Fl，且3.5 μ m/s≤ Fl≤ 4ym/s，砂轮转速为SI，且4000rpm≤ SI ≤ 5000rpm,工作台转速为NI，且250rpm ≤ NI ≤ 300rpm,晶圆每转磨削深度为700_960nm，当晶圆厚度达到Χ+60μπι时，X为目标厚度，该阶段结束；(2)砂轮F2进给磨削阶段，砂轮的进给速率为F2，且1.5ym/s ≤ F2≤ 2ym/s，砂轮转速为SI，工作台的转速为NI，进给速率减小，晶圆每转磨削深度为300-480nm，当晶圆的厚度为Χ+40 μ m时结束；(3)砂轮F3进给磨削阶段，砂轮的进给速率为F3，且0.8 μ m/s≤ F3≤ 1.0 μ m/s,砂轮转速为SI，晶圆转速为N2，且180rpm≤ N2≤ 220rpm,晶圆转速、砂轮进给速率减小，晶圆每转的磨削深度为218_333nm当晶圆的厚度为Χ+25μπι时结束；(4)光磨Is ;
[0011]精磨:(I)砂轮转速为S2，且5000rpm≤ S2≤ 5500rpm,砂轮进给速度为F4，且
0.8 μ m/s ≤ F4 ≤ 1.0 μ m/s,工作台转速为N3,且250rpm ≤ N3 ≤ 260rpm,晶圆每转的磨削深度为185-240nm，当晶圆的厚度为X+15微米时结束；(2)砂轮转速为S2，砂轮进给速度为F5，且0.5ym/s≤ F5≤ 0.7ym/s,工作台的转速为N4，且250rpm≤ N3≤ 280rpm,晶圆每转磨削深度为107-168nm，当晶圆的厚度为X+3微米时结束；(3)砂轮转速为S2，砂轮进给速度为F6，且0.1 μ m/s≤ F6≤ 0.15 μ m/s,工作台转速为N5，且130rpm≤ N5≤ 150rpm,晶圆每转的磨削深度为40-69nm，接近延性域磨削，当晶圆达到目标厚度时结束整个过程；
(4)光磨3秒。
[0012]建议但不局限于所述晶圆直径大于200毫米。
[0013]本发明具有以下优点:(1)预先将晶圆的边缘修整，可避免磨削过程中晶圆边缘出现尖角产生崩边；(2)采用分段磨削方法可充分去除前道磨削过程引起的损伤，提高磨削晶圆的磨削质量和强度，从而可实现10ym以下超薄晶圆的磨削减薄。

【专利附图】

【附图说明】
[0014]图1为本发明所述一种晶圆减薄方法的工艺流程图；
[0015]图2为初始晶圆示意图；
[0016]图3为晶圆边缘修整不意图；
[0017]图4为修整后晶圆不意图；
[0018]图5为砂轮空切进入磨削阶段示意图；
[0019]图6为磨削阶段示意图；
[0020]图7为磨削后晶圆示意图；
[0021 ] 图8为该方法减薄到80 μ m的晶圆图
[0022]图中:
[0023]201 一为未磨削晶圆边缘圆角，202一为未磨削晶圆背面，203一为未磨削晶圆正面,204一为未磨削晶圆，205—为晶圆倒角半径，206一晶圆中心面,301 一为晶圆边缘修整去除材料，302一为弧形倒角，303—为弧形底端与圆角弧顶的距尚，304—为弧形顶端与圆角结束端距离，401—为修整后晶圆边缘，501—为砂轮，502—为磨粒载体，503—为磨粒载体间隙，702—为磨削减薄后晶圆边缘【具体实施方式】:
[0024]晶圆磨削减薄过程中，随着厚度减小，晶圆的强度降低，其边缘出现悬空的尖角。法向磨削力极易导致其边缘崩边，边缘破碎的延伸会导致晶圆碎片。为了解决上述问题，本发明预先对晶圆边缘进行修整，然后再采用分段磨削方式减薄晶圆。
[0025]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:
[0026]步骤1，提供待减薄的半导体晶圆；
[0027]其中，所述半导体晶圆的一面为正面，而另一面则为待减薄的背面。
[0028]步骤2，边缘的修整；
[0029]步骤3，分段磨削减薄。
[0030]其中，所述分段磨削为随着磨削余量的变化采用不同的磨削参数。
[0031]下面结合附图对本发明具体实施步骤进行详细说明
[0032]如图2所示，首先提供待减薄的半导体晶圆204，包括待减薄面202，圆形倒角201，晶圆正面203。如图3所示利用激光对晶圆204边缘进行修整，修整过程为去除圆角处部分材料301形成弧线形倒角，弧形底端距圆角弧顶303为圆角倒角半径205，弧形顶端距圆角结束端304为圆角倒角半径205，弧线所在圆圆心低于晶圆中心面206。如图4所示晶圆边缘修整完成形成弧线形倒角302。
[0033]晶圆边缘修整结束，利用去离子水对其进行清洗，然后进入磨削减薄阶段。利用真空吸盘的吸附作用固定晶圆，如图5所示砂轮501在晶圆上方空切进入磨削预定位置，如图
6所示砂轮501底端的磨粒载体502与晶圆背面接触进入正式磨削阶段，磨粒载体502的间隙503可保证磨削时冷却液流动以及减少磨削热。
[0034]磨削分为粗磨和精磨，粗磨和精磨过程均采用分段磨削方式，下面对分段磨削方式进行具体阐述:
[0035]粗磨:(1)砂轮进入磨削阶段，砂轮向下进给速率为Fl (3.5 μ m/s≤Fl≤4μπι/s)，砂轮转速为 SI (4000rpm ^ SI ^ 5000rpm)，工作台转速为 NI (250rpm ^ NI ^ 300rpm)，晶圆每转磨削深度为700-960nm，可以实现材料的大量去除，当晶圆厚度达到X(目标厚度)+60μπι时，该阶段结束。(2)砂轮F2进给磨削阶段，砂轮的进给速率为Ρ2(1.5μπι/s ( F2≤2μ m/s)，砂轮转速为SI，工作台的转速为NI，进给速率减小，晶圆每转磨削深度为300-480nm，可以保证磨削后晶圆表面的质量，当晶圆的厚度为Χ+40μπι时结束。(3)砂轮F3进给磨削阶段，砂轮的进给速率为F3 (0.8 μ m/s ^ F3 ^ 1.0 μ m/s)，砂轮转速为SI，晶圆转速为N2(180rpm ^ N2 ^ 220rpm)，晶圆转速、砂轮进给速率减小，晶圆每转的磨削深度为218-333nm，可充分去除前道磨削带来的损伤，当晶圆的厚度为Χ+25μπι时结束。(4)光磨(无进给磨削)Is。
[0036]精磨:(I)砂轮转速为S2 ( 5000rpm ^ S2 ^ 5500rpm )，砂轮进给速度为F4 (0.8 μ m/s ^ F4 ^ 1.0 μ m/s)，工作台转速为 N3 (250rpm ^ N3 ^ 260rpm)，晶圆每转的磨削深度为185-240nm，当晶圆的厚度为X+15微米时结束。(2)砂轮转速为S2，砂轮进给速度为F5 (0.5 μ m/s≤F5≤0.7 μ m/s)，工作台的转速为N4 (250rpm≤N3≤280rpm)，晶圆每转磨削深度为107-168nm，当晶圆的厚度为X+3微米时结束。(3)砂轮转速为S2，砂轮进给速度为F6(0.1 μ m/s≤F6≤0.15 μ m/s)，工作台转速为N5 (130rpm≤N5≤150rpm)，晶圆每转的磨削深度为40-69nm，接近延性域磨削，当晶圆达到目标厚度时结束整个过程。(4)光磨3秒。
[0037]如图7所示为磨削结束晶圆形状，磨削面701，磨削后晶圆边缘的形状702。
【权利要求】
1.一种超薄晶圆减薄方法，其特征在于，包括下列步骤: 提供待减薄的半导体裸晶圆； 对所述晶圆边缘进行修整，利用激光对晶圆边缘进行修整，去除圆角处部分材料形成弧线形倒角，该弧线形倒角底端距圆角弧顶的距离为圆角倒角半径，该弧线形倒角顶端距圆角结束端的距离为圆角倒角半径，该弧线形倒角所在圆圆心低于晶圆中心面； 对所述边缘修整后的晶圆进行分段磨削，粗磨:(1)砂轮进入磨削阶段，砂轮向下进给速率为Fl，且3.5 μ m/s≤Fl≤4 μ m/s，砂轮转速为SI，且4000rpm ^ SI ^ 5000rpm,工作台转速为NI，且250rpm ^ NI ^ 300rpm,晶圆每转磨削深度为700_960nm，当晶圆厚度达到Χ+60 μ m时，X为目标厚度，该阶段结束；(2)砂轮F2进给磨削阶段，砂轮的进给速率为F2，且1.5ym/s ( F2≤2ym/s，砂轮转速为SI，工作台的转速为NI，进给速率减小，晶圆每转磨削深度为300-480nm，当晶圆的厚度为Χ+40 μ m时结束；(3)砂轮F3进给磨削阶段，砂轮的进给速率为F3，且0.8 μ m/s≤F3≤1.0 μ m/s,砂轮转速为SI，晶圆转速为N2，且180rpm≤N2≤220rpm,晶圆转速、砂轮进给速率减小，晶圆每转的磨削深度为218_333nm当晶圆的厚度为Χ+25μπι时结束；(4)光磨Is ;
精磨:(I)砂轮转速为S2，且5000rpm≤S2≤5500rpm,砂轮进给速度为F4，且0.8 μ m/s<F4< 1.0 μ m/s,工作台转速为N3,且250rpm ^ N3 ^ 260rpm,晶圆每转的磨削深度为185-240nm，当晶圆的厚度为X+15微米时结束；(2)砂轮转速为S2，砂轮进给速度为F5，且0.5 μ m/s ^ F5 ^ 0.7 μ m/s,工作台的转速为N4,且250rpm ^ N3 ^ 280rpm,晶圆每转磨削深度为107-168nm，当晶圆的厚度为X+3微米时结束；(3)砂轮转速为S2，砂轮进给速度为F6,且 0.1 μ m/s ^ F6 ^ 0.15 μ m/s,工作台转速为 N5,且 130rpm ^ N5 ^ 150rpm,晶圆每转的磨削深度为40-69nm，接近延性域磨削，当晶圆达到目标厚度时结束整个过程；(4)光磨3秒。
2.如权利要求1所述的一种超薄晶圆减薄方法，其特征在于，所述晶圆直径大于200毫米。
【文档编号】H01L21/304GK104078345SQ201410265367
【公开日】2014年10月1日 申请日期:2014年6月13日 优先权日:2014年6月13日
【发明者】秦飞, 孙敬龙, 安彤, 王仲康, 唐亮 申请人:北京工业大学