晶片加工方法及半导体装置与流程

本发明涉及半导体技术领域，特别地涉及晶片加工方法及半导体装置。

背景技术：

半导体器件、或集成电路通常在半导体基体或基板(例如晶片)上制造。例如，大部分半导体器件是在半导体基体的浅表面层上制造。由于制造工艺本身的复杂，比如可达几百道工艺流程，通常不可采用较薄的晶片，而是只能采用一定厚度的晶片在工艺过程中传递、流片。通常在半导体器件封装前，需要对晶片背面多余的基体材料去除一定的厚度。

为达到减薄的目的，通常对晶片背面进行研磨。研磨会对背面层产生损伤，例如产生裂纹和翘曲等，这对器件性能不利。为此，对于硅基晶片而言，通常会用化学方法蚀刻掉该损伤层。但是对于一些半导体材料，例如碳化硅(sic)基体，由于碳化硅本身的材料特性(例如硬度十分大等)，用化学方法蚀刻需要非常显著的更长时间，并且效果也不理想，这不但影响器件性能，而且也极大地增加了制造周期，进而增加了半导体芯片的制造成本。

技术实现要素：

本发明提供了晶片加工方法及半导体装置，以解决现有技术中存在的上述技术问题中的一个或多个。

根据本发明的一方面，提供了一种晶片加工方法，包括：提供晶片，晶片具有第一侧和与第一侧相对的第二侧，晶片包括单晶态的半导体材料；对第二侧进行薄化处理，以使得在经薄化处理的第二侧产生损伤层；以及对损伤层进行激光处理，以使得损伤层的半导体材料转变成多晶态。

根据本发明的另一方面，提供了一种晶片加工方法，包括：提供包含碳化硅的晶片，晶片具有第一侧和与第一侧相对的第二侧，并且具有第一厚度；在第一侧上设置半导体器件；对第二侧进行研磨，以使得晶片从第一厚度减薄至第二厚度，并且在第二侧产生损伤层；对损伤层进行激光处理，以使得损伤层的碳化硅转变成多晶态的碳化硅；以及去除损伤层，以使得晶片从第二厚度减薄至第三厚度。

根据本发明的又一方面，提供了一种半导体装置，该半导体装置包括根据本发明的实施例的晶片加工方法得到的晶片以及在晶片的第一侧上设置的半导体器件。

与现有技术相比，本发明具有许多优点。例如，根据本发明的实施例的晶片加工方法简单、便捷，可使得晶片薄化过程中产生的损伤层容易、快速、有效去除，不但有利于器件性能，而且加快了芯片制造进程、缩短了芯片制造周期，从而降低了生产成本以及采用了该方法的半导体装置的制造成本。

关于本发明的其他实施例和更多技术效果将在下文详述。

附图说明

现在将参考附图以示例的方式描述本发明的实施例。一个或多个实施例通过与之对应的附图中的图片进行示例性说明，这些示例性说明并不构成对实施例的限定。为方便计，相同或相似的元件在附图中采用相同或相似的附图标记，除非有特别申明，附图中的图不构成比例限制。

图1是根据本发明一实施例的晶片加工方法的流程图；

图2a-2d是根据本发明一实施例的晶片加工方法的示意图；

图3示出根据本发明另一实施例的晶片加工方法的流程图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，以下将结合相关附图描述多个示例性实施例。本领域技术人员要理解的是，本文实施例仅出于例示本发明的目的，而决非对本发明的限制。

虽然本发明实施例使用术语诸如第一、第二等表示各个元件，但是可以理解的是，这些元件不应被上述术语所限制。上述术语仅用于区分一个元件和另一个元件。例如，第一元件可以被命名为第二元件，相似地，第二元件可以被命名为第一元件，上述所作之命名并不用于限制本发明的保护范围。

根据本发明的一方面，图1和图2a-2d示出了晶片加工方法10。在框12，提供晶片100。晶片100包括半导体材料，例如单晶态的半导体材料。在本特定实施例中，半导体材料是碳化硅(例如，4h-sic)。晶片100具有第一侧110和第二侧120。第一侧110与第二侧120相对。

第一侧110例如可作为前侧，用来制造或设置半导体器件、集成电路等。第二侧120例如可作为背侧，用来设置背部金属电极连接。

在框14，对晶片100进行薄化处理。例如可对第二侧120进行薄化处理。薄化处理会使得晶片100减薄(即，晶片厚度减少)，同时会在第二侧120从其表面朝向第一侧110产生一定厚度或深度的损伤层122。

薄化处理可采用适当的方法，例如机械方法、化学方法、或其结合。薄化处理例如可采用磨削法、研磨法、化学机械抛光、干式抛光等实现。薄化处理是有利的，例如可改善半导体器件、芯片、或装置的散热效果，以及降低电阻、有利于后期封装工艺等。

损伤层122可存在诸如裂纹、裂缝、错位等结构缺陷，产生不期望的应力，引起晶片翘曲，从而影响器件性能、并且也可影响后续制造操作等，因此需要消除或去除该损伤层。

在框16，对损伤层122进行激光处理，从而使得损伤层122的单晶碳化硅转变成多晶态的碳化硅。对于碳化硅晶片，由于单晶态的碳化硅本身的特性(例如硬度高、化学稳定性强等)，常规的物理、化学蚀刻方法在去除损伤层方面通常是没有效率或达不到期望效果的。本发明人首次想到利用激光处理将单晶态碳化硅转变成多晶态的碳化硅，从而使得损伤层容易通过适当后续处理方法快速、有效去除。

激光处理例如可用波长范围在248纳米(nm)至532nm之间激光光束对损伤层122进行照射。照射可以是单次照射，也可以是多次照射。激光光束的能量范围可在2.0焦耳/平方厘米(j/cm²)至5.0j/cm²之间。激光光束可由激光产生装置产生。在本特定实施例中，利用30纳秒(ms)脉冲的氟化氪(krf)和氟化氩(arf)准分子激光器产生波长为248nm、能量为4.0j/cm²的激光光束，对损伤层122进行照射。在一实施例中，利用氯化氙(xenonchloride)准分子激光器产生波长为308nm的激光。在另一实施例中，激光光束的波长为351-353nm。在又一实施例中，激光光束的波长为532nm。激光光束的能量根据实际需要，可以是2.0j/cm²、3.0j/cm²、4.0j/cm²、5.0j/cm²等。

以示例的方式，激光光束130可通过固定尺寸的孔径，照射在损伤层122的表面区域上，然后通过晶片100与激光光束130的相对移动(例如晶片100旋转、平移、或二者结合)，使得激光光束照射相邻表面区域，不断重复该步骤，直至激光光束的照射遍历损伤层122的整个表面。备选地，激光光束130可以步进扫描的方式遍历损伤层122的整个表面。

以示例的方式，可通过设置适当的光学器件(例如光纤、反射镜、透镜等)将激光光束引导至损伤层。光学器件例如可安装在x-y平面内可移动的平台上。激光光束通过透镜被聚焦至损伤层，在损伤层上的聚焦点的光强可具有高斯分布，聚焦点的直径例如可为几百个微米量级。激光光束以一定的速率(例如5cm/s)在y方向移动。每次激光照射的时间为10^-3s量级(例如4x10^-3s)激光光束在x方向以一定的步长(例如100um)步进式或阶梯式地移动，直至整个损伤层被激光光束所遍历。

激光能量使得可透入至整个损伤层122。损伤层122的厚度例如可在0.2微米(um)至2um的范围之内。在一个实施例中，损伤层的厚度约为0.6um，激光光束可深入损伤层约1um，从而激光光束的照射能充分覆盖损伤层，使得损伤层的碳化硅转变成多晶态。在一些实施例中，激光光束可多次照射损伤层，从而达到预期的深度。损伤层122的碳化硅由于激光处理转变成多晶态之后，容易通过化学方法去除。例如，可利用酸溶液对损伤层122进行化学湿法蚀刻去除，从而留下最终薄化后的晶片100(参见图2d)。

根据本发明的另一方面，图3示出了根据另一实施例的晶片加工方法30。在框31，提供包括碳化硅的晶片，晶片具有第一厚度，并且具有第一侧和与第一侧相对的第二侧。

在框32，在第一侧制造或设置半导体器件。半导体器件包括但不限于肖特基二极管、双极性晶体管(bjt)、绝缘栅双极晶体管(igbt)、金属氧化物场效应晶体管(mosfet)、结型场效应晶体管(jfet)、半导体存储器件、半导体光伏器件、以及结合了这些器件中的一种或多种的集成电路。半导体器件可通过适当的半导体工艺制成，这些工艺例如包括但不限于外延成长、离子注入、光刻、蚀刻、金属沉积、互连、钝化等的一种或多种。

在框33，对晶片的第二侧进行研磨，以使得晶片从第一厚度减薄至第二厚度，并且第二侧产生损伤层。该研磨的步骤例如可通过以上结合图1的框14所叙述的方法实现。

在框34，对损伤层进行激光处理，以使得损伤层的碳化硅转变成多晶态的碳化硅。这例如可通过以上结合图1的框16所叙述的方法实现。

在框35，去除损伤层，以使得晶片从第二厚度减薄至第三厚度。这可通过适当的化学方法实现，例如可用一定配比的氢氟酸(hf)与硝酸(hno3)溶液在合适温度下对损伤层进行化学处理。在本特定实施例中，用hf与hno3体积比为1:1的溶液在室温至65摄氏度的温度范围之间对损伤层进行化学处理。晶片的第一侧可用保护胶覆盖或包裹以避免接触hf与hno3酸溶液，然后用hf与hno3酸溶液对晶片进行湿法蚀刻。备选地，将hf与hno3酸溶液以化学喷雾的形式喷射到晶片第二侧的损伤层上，从而将损伤层去除。

损伤层经激光处理后，多晶态的碳化硅化学稳定性减弱，容易与其他化学溶液进行反应。hf与hno3酸溶液接触到经激光光束处理的损伤层时，hf与hno3酸溶液将与多晶态的碳化硅中的硅发生如下反应(在hno3中，总是存在少量的hno2)：

hno2+hno3->2no2+h2o；

2no2+si->si²⁺+2no2^-；

si²⁺+2(oh)^-->sio2+h2；

sio2+6hf->h2sif6+2h2o。

可通过检测晶片翘曲的程度，来确定损伤层是否已经完全去除。例如，当检测到晶片翘曲的半径大于某一预定值时，可认为损伤层已经基本去除。该预定值可以根据实际需要而设定。备选地，可用曲率来衡量晶片的翘曲程度。当检测到晶片的曲率小于某一预定值时，可认为损伤层已经基本去除。

经薄化的晶片可以进行进一步处理。例如，可以在去除损伤层之后的第二侧沉积(例如溅射)金属层(例如钛或镍)作为背电极。对背电极金属层进行退火处理，例如用波长范围在308nm至355nm之间、能量范围在2.8j/cm²至4.8j/cm²之间的激光对背金属层进行激光退火。

根据本发明的又一方面，还提供了半导体装置。该半导体装置包括利用参照图1和2a-2d的方法加工的晶片，以及在晶片的第一侧上设置的半导体器件。半导体可以根据实际需要选择，包括但不限于肖特基二极管、双极性晶体管(bjt)、金属氧化物场效应晶体管(mosfet)、结型场效应晶体管(jfet)、半导体存储器件、半导体光伏器件、以及结合了这些器件中的一种或多种的集成电路。

在以上实施例中，为了便于描述，以碳化硅为示例。本领域技术人员要理解的是，本文公开的晶片加工方法并不限于碳化硅材料的晶片，而是可适用于其他合适材料的半导体晶片，例如硅(si)、锗(ge)、硅锗(sige)、氮化镓(gan)、砷化镓(gaas)等材料的半导体晶片。

在以上实施例中，为了便于描述，以准分子激光器作为示例。本领域技术人员要理解的是，在一些其他实施例中，可使用其他合适的激光产生装置，例如固体激光器、气态激光器等。激光光束的照射方式也是可以根据实际需要而实施。

尽管上述实施例叙述了在激光处理损伤层之后，用体积比为1:1的氢氟酸与硝酸溶液来去除损伤层，但在一些其他实施例中，可采用体积比为其他比例的氢氟酸与硝酸溶液来去除损伤层。备选地，还可用其他的处理方式，例如用其他的合适溶液(例如naoh/na2o2溶液)在一定温度下(例如，500摄氏度)来去除损伤层，或用干法蚀刻来去除损伤层。

此外，本领域技术人员要理解的是，以上实施例试图从不同方面例示本发明，它们并非是孤立的；而是，本领域技术人员可根据上述示例，将不同实施例进行适当的组合，以得到其他的技术方案示例。

除非另外限定，本文所使用的技术和科学术语具有作为本发明所属领域的普通技术人员通常所理解的相同的含义。在非限定性实施例中例示了本发明的实施方式。在上述公开的实施例的基础上，本领域技术人员能想到的各种变型，都落入本发明的范围。