晶圆背面减薄方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及半导体制造领域，更具体地说，本发明涉及一种晶圆背面减薄方法。
【背景技术】
[0002]IC的技术进步日新月异，正在向高速化、高集成化、高密度化和高性能化的方向发展。微电子产品在集成度、速度和可靠性不断提高的同时正向轻薄短小的方向发展，与此相适应，新型的芯片封装技术不断涌现，这些先进的封装技术所需要的芯片厚度越来越薄。直径150mm和200mm硅片的厚度分别为625um和725um，而直径300mm硅片平均厚度将达到775um。硅片上电路层的有效厚度一般为5-10um，为了保证其功能，有一定的支撑厚度是必要的，因此，硅片的厚度极限为20-30um，这只占总厚度的一小部分，占总厚度90%左右的衬底材料是为了保证硅片在制造、测试和运送过程中有足够的强度。因此，电路层制作完成后，需要对娃片进行背面减薄(backside thinning)，使其达到所需的对娃片进行划片(Dicing)加工，形成一个个减薄的裸芯片。
[0003]减薄后的芯片有如下优点:
[0004](I)提高热扩散效率随着半导体结构越来越复杂、集成度越来越高，晶体管体积不断减小，散热已逐渐成为影响芯片性能和寿命的关键因素，薄的芯片更有利于散热。(2)减小芯片封装体积微电子产品日益向轻薄短小的方向发展，减小芯片封装体积是适应这一发展趋势的必由之路。(3)提高机械性能减薄后的芯片机械性能显著提高，硅片越薄，其柔韧性越好，受外力冲击引起的应力也越小。(4)气性能晶片的厚度越薄元件之间的连线将越短，元件导通电阻将越低，信号延迟时间越短，从而实现更高的性能。(5)减轻划片加工量减薄以后再切割，可以减小划片(Dicing)时的加工量，降低芯片崩边的发生率。未来硅片背面减薄将趋向20-30um的极限厚度。当芯片厚度小于50um时，可以弯曲到一定程度而不断裂，特殊的超薄芯片甚至可以随意弯曲，可用来做成闪存芯片和电子标签等。
[0005]目前，硅片的背面减薄技术主要有磨削、研磨、化学机械抛光(CMP)、干式抛光(drypolishing)、电化学腐蚀(electrochemical etching)、湿法腐蚀(wet etching)、等离子辅助化学腐蚀(PACE)、常压等离子腐蚀(atmospheric downstream plasma etching ,ADPE)等，其中最常用的背面减薄技术有磨削、CMP、湿法腐蚀、ADPE和干式抛光五种。
[0006]实际应用中，首先先用磨削的方式去除绝大部分余量，背面减薄到180mm左右，然后CMP、湿法腐蚀、ADPE和干式抛光中的一种或两种消除磨削引起的损伤层和残余应力，得到无损伤的片表面。因此，一般硅片的背面减薄可以有背面磨削+CMP、背面磨削+湿式化学腐蚀、背面磨削+ADPE、背面磨削+干式抛光四种工艺方案。上述方法都能够实现晶圆背面的减薄，但是也意味着晶圆上90%以上的硅材料都完全被浪费了。
【发明内容】
[0007]本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中存在上述缺陷，提供一种晶圆背面减薄方法，不仅能很好地实现晶圆的厚度减薄，而且能极大提高晶圆利用率，避免硅材料浪费。
[0008]为了实现上述技术目的，根据本发明，提供了一种晶圆背面减薄方法，其包括:
[0009]第一步骤:提供待减薄晶圆；
[0010]第二步骤:去除待减薄晶圆背面的损伤层；
[0011 ]第三步骤:对待减薄晶圆背面进行氢离子注入；
[0012]第四步骤:使得待减薄晶圆在于大于300°C的温度下进行退火，由此使得注入到待减薄晶圆背面的氢离子在晶圆中形成气泡，进而导致待减薄晶圆在气泡处发生分离，以使得硅薄层从待减薄晶圆分离下来；
[0013]第五步骤:取走分离下来的硅薄层；
[0014]第六步骤:判断待减薄晶圆的厚度是否大于第一预定厚度，而且如果待减薄晶圆的厚度大于第一预定厚度，则对剩余的待减薄晶圆重复第三步骤至第五步骤。
[0015]优选地，如果待减薄晶圆的厚度不大于第一预定厚度则可以结束处理，则对待减薄晶圆背面进行精密抛光，直至待减薄晶圆达到第二预定厚度。
[0016]优选地，第二预定厚度<50um。
[0017]优选地，使用化学机械研磨、湿法腐蚀、常压等离子腐蚀ADPE和干式抛光中的一种去除待减薄晶圆背面的损伤层。
[0018]优选地，去除的损伤层的厚度为IO-1OOum。
[0019]优选地，氢离子注入的注入深度介于1-1OOum之间。
[0020]优选地，氢离子注入的注入剂量为116Cnf2或者大于116Cnf20[0021 ]优选地，氢离子注入的注入温度为常温。
[0022]优选地，第四步骤的退火温度为400°C。
[0023 ]优选地，待减薄晶圆的直径为300mm，待减薄晶圆的厚度为775um。
[0024]由此，本发明提供了一种晶圆背面减薄方法，不仅能很好地实现晶圆的厚度减薄，而且能极大提高晶圆利用率，避免硅材料浪费。
【附图说明】
[0025]结合附图，并通过参考下面的详细描述，将会更容易地对本发明有更完整的理解并且更容易地理解其伴随的优点和特征，其中:
[0026]图1示意性地示出了根据本发明优选实施例的晶圆背面减薄方法的流程图。
[0027]需要说明的是，附图用于说明本发明，而非限制本发明。注意，表示结构的附图可能并非按比例绘制。并且，附图中，相同或者类似的元件标有相同或者类似的标号。
【具体实施方式】
[0028]为了使本发明的内容更加清楚和易懂，下面结合具体实施例和附图对本发明的内容进行详细描述。
[0029]本发明提出一种晶圆背面减薄方法，在去除晶圆背面的损伤层之后，利用氢离子注入及高温退火的工艺，使晶圆背面的硅一层一层被剥离下来，从而实现晶圆的减薄，同时，被剥离下来的硅薄层还可以进一步加以利用，例如制作太阳能电池等。
[0030]图1示意性地示出了根据本发明优选实施例的晶圆背面减薄方法的流程图。[0031 ]如图1所示，根据本发明优选实施例的晶圆背面减薄方法包括:
[0032]第一步骤S1:提供待减薄晶圆；对于目前主流的300mm直径的晶圆，厚度一般是775um，一般需要减薄至50um以下。
[0033]第二步骤S2:去除待减薄晶圆背面的损伤层;而且，可以使用化学机械研磨、湿法腐蚀、常压等离子腐蚀ADPE和干式抛光等方式去除待减薄晶圆背面的损伤层;优选地，去除的损伤层的厚度一般为1-1OOum0
[0034]第三步骤S3:对待减薄晶圆背面进行氢离子注入;注入的深度可以根据需要调整，注入能量越大，深度越深。优选地，氢离子注入的注入深度介于1-1OOum之间。优选地，氢离子注入的注入剂量为大约为116Cnf2或者大于1016cm—2。优选地，氢离子注入的注入温度一般为常温。
[0035]第四步骤S4:使得待减薄晶圆在于大于300°C的温度下进行退火(一般为400°C)，由此使得注入到待减薄晶圆背面的氢离子在晶圆中形成气泡，进而导致待减薄晶圆在气泡处发生分离，以使得硅薄层从待减薄晶圆分离下来；
[0036]第五步骤S5:取走分离下来的硅薄层;所得到的纯硅薄层可以用来制作太阳能电池(半导体级硅材料的纯度为99.9999999 %，而太阳能级硅材料的纯度为6个9，即99.9999%)；
[0037]第六步骤S6:判断待减薄晶圆的厚度是否大于第一预定厚度;如果待减薄晶圆的厚度大于第一预定厚度，则对剩余的待减薄晶圆重复第三步骤S3至第五步骤S5;如果待减薄晶圆的厚度不大于第一预定厚度则可以结束处理，或者替换地，优选地执行第七步骤S7;
[0038]第七步骤S7:待减薄晶圆减薄到第一预定厚度之后，可以根据需要再对待减薄晶圆背面进行精密抛光，直至待减薄晶圆达到第二预定厚度(优选地，第二预定厚度<50um)。
[0039]由此，本发明提供了一种晶圆背面减薄方法，不仅能很好地实现晶圆的厚度减薄，而且能极大提高晶圆利用率，避免硅材料浪费。
[0040]可以理解的是，虽然本发明已以较佳实施例披露如上，然而上述实施例并非用以限定本发明。对于任何熟悉本领域的技术人员而言，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案作出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。
【主权项】
1.一种晶圆背面减薄方法，其特征在于包括: 第一步骤:提供待减薄晶圆； 第二步骤:去除待减薄晶圆背面的损伤层； 第三步骤:对待减薄晶圆背面进行氢离子注入； 第四步骤:使得待减薄晶圆在于大于300°c的温度下进行退火，由此使得注入到待减薄晶圆背面的氢离子在晶圆中形成气泡，进而导致待减薄晶圆在气泡处发生分离，以使得硅薄层从待减薄晶圆分离下来； 第五步骤:取走分离下来的硅薄层； 第六步骤:判断待减薄晶圆的厚度是否大于第一预定厚度，而且如果待减薄晶圆的厚度大于第一预定厚度，则对剩余的待减薄晶圆重复第三步骤至第五步骤。2.根据权利要求1所述的晶圆背面减薄方法，其特征在于，如果待减薄晶圆的厚度不大于第一预定厚度则可以结束处理，则对待减薄晶圆背面进行精密抛光，直至待减薄晶圆达到第二预定厚度。3.根据权利要求2所述的晶圆背面减薄方法，其特征在于，第二预定厚度<50um。4.根据权利要求1或2所述的晶圆背面减薄方法，其特征在于，使用化学机械研磨、湿法腐蚀、常压等离子腐蚀ADPE和干式抛光中的一种去除待减薄晶圆背面的损伤层。5.根据权利要求1或2所述的晶圆背面减薄方法，其特征在于，去除的损伤层的厚度为1-1OOum06.根据权利要求1或2所述的晶圆背面减薄方法，其特征在于，氢离子注入的注入深度介于10-1 OOum之间。7.根据权利要求1或2所述的晶圆背面减薄方法，其特征在于，氢离子注入的注入剂量为 1016cm—2 或者大于 116Cnf2。8.根据权利要求1或2所述的晶圆背面减薄方法，其特征在于，氢离子注入的注入温度为常温。9.根据权利要求1或2所述的晶圆背面减薄方法，其特征在于，第四步骤的退火温度为400。。。10.根据权利要求1或2所述的晶圆背面减薄方法，其特征在于，待减薄晶圆的直径为300mm，待减薄晶圆的厚度为775um。
【专利摘要】本发明提供了一种晶圆背面减薄方法，包括：第一步骤：提供待减薄晶圆；第二步骤：去除待减薄晶圆背面的损伤层；第三步骤：对待减薄晶圆背面进行氢离子注入；第四步骤：使得待减薄晶圆在于大于300℃的温度下进行退火，由此使得注入到待减薄晶圆背面的氢离子在晶圆中形成气泡，进而导致待减薄晶圆在气泡处发生分离，以使得硅薄层从待减薄晶圆分离下来；第五步骤：取走分离下来的硅薄层；第六步骤：判断待减薄晶圆的厚度是否大于第一预定厚度，而且如果待减薄晶圆的厚度大于第一预定厚度，则对剩余的待减薄晶圆重复第三步骤至第五步骤。
【IPC分类】H01L21/02, H01L21/265, H01L21/324
【公开号】CN105551943
【申请号】CN201610107954
【发明人】雷通
【申请人】上海华力微电子有限公司
【公开日】2016年5月4日
【申请日】2016年2月26日