一種硅片減薄方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于半導(dǎo)體集成電路制造工藝，尤其涉及一種硅片減薄方法。步驟1，將保護(hù)材料設(shè)置在硅片的正面；步驟2，用分階段研磨的方式對所述硅片進(jìn)行背面減薄，具體減薄過程分為兩個階段；步驟3，將研磨減薄后的硅片放入腐蝕液中，用磨砂輪以腐蝕速率v3進(jìn)行濕法腐蝕；步驟4，將保護(hù)材料從硅片上去除。本發(fā)明減少了硅片在減薄過程中產(chǎn)生的缺陷，既保證了硅片減薄的批量化進(jìn)行，又能有效地減少因?yàn)闇p薄所帶來的背面缺陷和損傷層，并對個減薄和腐蝕過程中的厚度比例以及速率有精細(xì)的控制，所以減薄過程中硅片表面不會產(chǎn)生較多的缺陷和損傷，并通過減薄后的離子注入驗(yàn)證了缺陷減少的效果。
【專利說明】—種硅片減薄方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于半導(dǎo)體集成電路制造工藝，尤其涉及一種硅片減薄方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨時技術(shù)工藝的不斷發(fā)展，半導(dǎo)體芯片不斷向高密度、高性能、小型化和輕薄化發(fā)展。其中，器件的薄片化是近年來功率器件和光伏器件的重點(diǎn)發(fā)展方向之一。一方面，薄片可以降低器件的導(dǎo)通電阻和壓降，從而大幅度減少器件的導(dǎo)通損耗，并提升器件在散熱等方面的性能；另一方面，薄片有利于減少器件封裝的空間，從而實(shí)現(xiàn)整個封裝模塊的小型化和輕薄化。因此，硅片的減薄工藝就顯得愈加重要。半導(dǎo)體行業(yè)中的硅片減薄方式包括研磨、化學(xué)機(jī)械拋光、干式拋光、濕法腐蝕等。其中，最常用的減薄方式是研磨(grinding)，目前絕大多數(shù)的半導(dǎo)體芯片制造商都擁有自動化的研磨設(shè)備對硅片進(jìn)行批量化減薄。研磨減薄時，硅片通過真空吸片夾持在工作換臺的中心，磨砂輪邊緣調(diào)整到硅片的中心位置，硅片和磨砂輪各自繞自己的軸線自旋，進(jìn)行切入減薄。此方法的優(yōu)點(diǎn)在于研磨力恒定、加工狀態(tài)穩(wěn)定，避免硅片出現(xiàn)中凸和塌邊的現(xiàn)象。然而，這種方法不可避免地會對硅片減薄的一面造成表面損傷和缺陷，并有可能形成微小的裂隙從表面向硅片內(nèi)部延伸。尤其是對于減薄之后要進(jìn)行摻雜的硅片，從硅片表面離子注入的元素，在退火激活的過程中，極有可能沿著缺陷及微小的裂隙向硅片內(nèi)部擴(kuò)散，導(dǎo)致載流子濃度的分布偏離工藝條件的預(yù)期結(jié)果?？傊瑴p薄所產(chǎn)生缺陷將嚴(yán)重影響硅片的質(zhì)量，引起大的漏電流、低的注入效率以及降低少子壽命等一系列負(fù)面影響，嚴(yán)重制約器件的性能提升。因此，如何少硅片減薄過程中產(chǎn)生的缺陷，是在實(shí)現(xiàn)薄片化的同時，保證半導(dǎo)體器件性能的關(guān)鍵要素之一。
[0003]現(xiàn)有專利申請?zhí)枮镃N201310068641.6，
【公開日】為2013.7.10，名稱為“一種對InP材料進(jìn)行減薄和拋光的方法”的發(fā)明專利，其技術(shù)方案為:本發(fā)明公開了一種對InP材料進(jìn)行減薄和拋光的方法，包括:制作對InP材料進(jìn)行減薄用的硅片研磨襯墊；利用該硅片研磨襯墊對InP材料進(jìn)行減??；對InP材料進(jìn)行化學(xué)機(jī)械拋光；對完成化學(xué)機(jī)械拋光的InP材料進(jìn)行清洗；以及將清洗后的InP材料放入ICP刻蝕機(jī)進(jìn)行等離子拋光。再如專利申請?zhí)枮镃N201110251150.6，
【公開日】為2012.2.15，名稱為“一種基于金屬納米粒子催化的硅片減薄方法”的發(fā)明專利，其技術(shù)方案為:本發(fā)明公開了屬于微電子【技術(shù)領(lǐng)域】的一種基于金屬納米粒子催化的硅片減薄方法。本發(fā)明采用(100)或(111)硅片，利用丙酮、CP4-A溶液和氫氟酸常溫預(yù)處理得到清潔的硅表面。配制硝酸銀、雙氧水、氫氟酸均勻混合的減薄液并放入水浴中預(yù)熱，把硅片浸入減薄液，通過控制反應(yīng)時間、溫度與溶液配比可獲得所需厚度的超薄硅片。
[0004]上述專利分別為研磨法和濕法腐蝕單獨(dú)的專利，并且現(xiàn)有技術(shù)中已經(jīng)有對這兩種方法進(jìn)行結(jié)合的技術(shù)，但是這些技術(shù)都會使硅片在減薄過程中產(chǎn)生的表面缺陷和損傷層，所以都存在較明顯的缺陷。

【發(fā)明內(nèi)容】
[0005]為了克服現(xiàn)有的硅片減薄方法影響硅片的質(zhì)量、引起大的漏電流、低的注入效率以及降低少子壽命等問題現(xiàn)在提出既能保證了硅片減薄的批量化進(jìn)行，又能有效地減少因?yàn)闇p薄所帶來的背面缺陷的一種硅片減薄方法。
[0006]為實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)效果，本發(fā)明的技術(shù)方案如下: 一種硅片減薄方法，其特征在于:步驟1，將保護(hù)材料設(shè)置在硅片的正面；步驟2，用分階段研磨的方式對所述硅片進(jìn)行背面減薄，具體減薄過程分為兩個階段:第一階段先用300-600目的磨砂輪對硅片進(jìn)行減薄，此階段減去的厚度為Cl1，減薄速率為V1，第二階段再用1200-2000目的磨砂輪對硅片進(jìn)行減薄，此階段采取低速率的研磨減薄，減薄速率為v2，所述的第一階段減薄的厚度(I1為總減薄厚度d的70%~92%,第一階段減薄速率V1=I μ m/s至5ym/s，所述的第二階段減薄的厚度d2為總減薄厚度d的20%~5%，第二階段減薄速率V2=0.01 μ m/s至0.5 μ m/s ;步驟3，將研磨減薄后的硅片放入腐蝕液中，用磨砂輪以腐蝕速率V3進(jìn)行濕法腐蝕，所述的腐蝕速率V3=0.005 μ m/s至0.1 μ m/s，濕法腐蝕減薄的厚度為d3，所述的腐蝕減薄的厚度d3為總減薄厚度d的10%~3%，減薄的總厚度d要滿足(1=(^+4+(?,所述減薄的總厚度d為50 μ m至1000 μ m ;步驟4,將保護(hù)材料從娃片上去除。
[0007]所述(I1去取最大值時，d2, d3均取最小值，當(dāng)(I1取最小值，d2, d3均取最大值。
所述的腐蝕液為酸性溶液的混合液。
[0008]所述酸性溶液的混合液為氫氟酸、硝酸和冰乙酸的混合溶液或氫氟酸、硫酸和硝酸的混合溶液。
[0009]所述保護(hù)材料為抗酸性溶液腐蝕的有機(jī)膜，所述有機(jī)膜為聚酯類或聚乙烯有機(jī)膜，將所述有機(jī)膜貼在硅片的正面。
[0010]所述保護(hù)材料為致密材料，如光刻膠，所述光刻膠均勻涂抹在硅片正面。
[0011]所述的磨砂輪為碳化硅磨砂輪或金剛石磨砂輪。
[0012]所述步驟4具體為將有機(jī)膜揭去。
[0013]所述步驟4具體為用干法或濕法去掉光刻膠。
[0014]本發(fā)明的有益效果是:
1、本發(fā)明減少了硅片在減薄過程中產(chǎn)生的缺陷，既保證了硅片減薄的批量化進(jìn)行，又能有效地減少因?yàn)闇p薄所帶來的背面缺陷和損傷層(damage layer),并對個減薄和腐蝕過程中的厚度比例以及速率有精細(xì)的控制，所以減薄過程中硅片表面不會產(chǎn)生較多的缺陷和損傷，并通過減薄后的離子注入驗(yàn)證了缺陷減少的效果。
[0015]2.本發(fā)明在研磨減薄的過程中采用分階段、分磨砂輪、分速率的減薄方式，在完成減薄的同時，有效地減少了減薄過程中磨砂輪與硅片表面快速摩擦產(chǎn)生的熱量和應(yīng)力，從而減少由此帶來的晶體缺陷和表面損傷及裂紋。提出了和現(xiàn)有技術(shù)中完全不同的工藝方法。
[0016]3.本發(fā)明在研磨減薄之后，通過濕法腐蝕去除缺陷層，對硅片表面進(jìn)行修復(fù)，進(jìn)一步減少表面的缺陷。
[0017]4.本發(fā)明選用不與濕法腐蝕溶液反應(yīng)的材料作為硅片正面的保護(hù)層，保證研磨后的硅片能夠長時間地在溶液中進(jìn)行濕法腐蝕，以去除表面的缺陷。
【具體實(shí)施方式】[0018]本發(fā)明一種減少硅片在減薄過程中產(chǎn)生缺陷的方法，在本實(shí)例中包括如下關(guān)鍵步驟:
實(shí)施例1
一種硅片減薄方法，步驟1，將保護(hù)材料設(shè)置在硅片的正面；步驟2，用分階段研磨的方式對所述硅片進(jìn)行背面減薄，具體減薄過程分為兩個階段:第一階段先用300-600目的磨砂輪對硅片進(jìn)行減薄，此階段減去的厚度為Cl1，減薄速率為V1，第二階段再用1200-2000目的磨砂輪對硅片進(jìn)行減薄，此階段采取低速率的研磨減薄，減薄速率為V2，所述的第一階段減薄的厚度(I1為總減薄厚度d的70%~92%,第一階段減薄速率V1=I μ m/s至5 μ m/s,所述的第二階段減薄的厚度d2為總減薄厚度d的20%~5%，第二階段減薄速率V2=0.01 μ m/s至
0.5 μ m/s ;步驟3，將研磨減薄后的硅片放入腐蝕液中，用磨砂輪以腐蝕速率V3進(jìn)行濕法腐蝕，所述的腐蝕速率V3=0.005 μ m/s至0.1 μ m/s，濕法腐蝕減薄的厚度為d3，所述的腐蝕減薄的厚度d3為總減薄厚度d的10%~3%，減薄的總厚度d要滿足Cl=C^dJd3,所述減薄的總厚度d為50 μ m至1000 μ m ;步驟4，將保護(hù)材料從硅片上去除。
[0019]實(shí)施例2
一種硅片減薄方法，步驟1，將保護(hù)材料設(shè)置在硅片的正面；步驟2，用分階段研磨的方式對所述硅片進(jìn)行背面減薄，具體減薄過程分為兩個階段:第一階段先用300目的磨砂輪對硅片進(jìn)行減薄，此階段減去的厚度為Cl1，減薄速率為V1，第二階段再用1200目的磨砂輪對硅片進(jìn)行減薄，此階段采取低速率的研磨減薄，減薄速率為V2，所述的第一階段減薄的厚度Cl1為總減薄厚度d的70%%，第一階段減薄速率V1=I μ m/s，所述的第二階段減薄的厚度d2為總減薄厚度d的20%，第二階段減薄速率V2=0.01 μ ;步驟3，將研磨減薄后的硅片放入腐蝕液中，用磨砂輪以腐蝕速率V3進(jìn)行濕法腐蝕，所述的腐蝕速率V3=0.005 μ m/s，濕法腐蝕減薄的厚度為d3，所述的腐蝕減薄的厚度d3為總減薄厚度d的10%，減薄的總厚度d要滿足,所述減薄的總厚度d為50 μ m ;步驟4,將保護(hù)材料從娃片上去除。
[0020]實(shí)施例3
一種硅片減薄方法，步驟1，將保護(hù)材料設(shè)置在硅片的正面；步驟2，用分階段研磨的方式對所述硅片進(jìn)行背面減薄，具體減薄過程分為兩個階段:第一階段先用600目的磨砂輪對硅片進(jìn)行減薄，此階段減去的厚度為Cl1，減薄速率為V1，第二階段再用2000目的磨砂輪對硅片進(jìn)行減薄，此階段采取低速率的研磨減薄，減薄速率為V2，所述的第一階段減薄的厚度Cl1為總減薄厚度d的92%，第一階段減薄速率V1= 5 μ m/s，所述的第二階段減薄的厚度d2為總減薄厚度d的5%,第 二階段減薄速率V2= 0.5 μ m/s ;步驟3,將研磨減薄后的娃片放入腐蝕液中，用磨砂輪以腐蝕速率V3進(jìn)行濕法腐蝕，所述的腐蝕速率V3= 0.1 μ m/s，濕法腐蝕減薄的厚度為d3，所述的腐蝕減薄的厚度d3為總減薄厚度d的3%，減薄的總厚度d要滿足,所述減薄的總厚度d為1000 μ m ;步驟4,將保護(hù)材料從娃片上去除。所述(I1去取最大值時，d2, d3均取最小值，當(dāng)(I1取最小值，d2, d3均取最大值。
所述的腐蝕液為酸性溶液的混合液。酸性溶液的混合液為氫氟酸、硝酸和冰乙酸的混合溶液或氫氟酸、硫酸和硝酸的混合溶液。
[0021]保護(hù)材料為抗酸性溶液腐蝕的有機(jī)膜，所述有機(jī)膜為聚酯類或聚乙烯有機(jī)膜，將所述有機(jī)膜貼在硅片的正面。所述步驟4具體為將有機(jī)膜揭去。
[0022]實(shí)施例4一種硅片減薄方法，步驟1，將保護(hù)材料設(shè)置在硅片的正面；步驟2，用分階段研磨的方式對所述硅片進(jìn)行背面減薄，具體減薄過程分為兩個階段:第一階段先用320目的磨砂輪對硅片進(jìn)行減薄，此階段減去的厚度為Cl1，減薄速率為V1，第二階段再用1800目的磨砂輪對硅片進(jìn)行減薄，此階段采取低速率的研磨減薄，減薄速率為V2，所述的第一階段減薄的厚度Cl1為總減薄厚度d的82%，第一階段減薄速率Vl=3 μ m/s,所述的第二階段減薄的厚度d2為總減薄厚度d的14%,第二階段減薄速率V2=0.2 μ m/s ;步驟3,將研磨減薄后的娃片放入腐蝕液中，用磨砂輪以腐蝕速率V3進(jìn)行濕法腐蝕，所述的腐蝕速率v3=0.01 μ m/s，濕法腐蝕減薄的厚度為d3，所述的腐蝕減薄的厚度d3為總減薄厚度d的4%，減薄的總厚度d要滿足(1=(^+4+(?,所述減薄的總厚度d為500 μ m ;步驟4,將保護(hù)材料從娃片上去除。
[0023]所述(I1去取最大值時，d2, d3均取最小值，當(dāng)(I1取最小值，d2, d3均取最大值。
所述的腐蝕液為酸性溶液的混合液。酸性溶液的混合液為氫氟酸、硝酸和冰乙酸的混合溶液或氫氟酸、硫酸和硝酸的混合溶液。
[0024]所述保護(hù)材料為致密材料，如光刻膠，所述光刻膠均勻涂抹在硅片正面。
[0025]所述的磨砂輪為碳化硅磨砂輪或金剛石磨砂輪。
[0026]所述步驟4具體為用干法或濕法去掉光刻膠。
[0027]實(shí)施例5
步驟1:選用合適的材料將待減薄的硅片進(jìn)行正面保護(hù)，防止在減薄過程中硅片正面受到損傷和污染。所述的正面保護(hù)材料為不與硅片發(fā)生反應(yīng)且不與濕法腐蝕溶液反應(yīng)的致密材料，如聚酯類和聚乙烯等有機(jī)膜、光刻膠等。如采用貼膜保護(hù)，由于本實(shí)例濕法腐蝕時間較長，所以需要貼一層以上的膜保護(hù)正面；如采用光刻膠保護(hù)，需要對硅片的正面進(jìn)行涂膠、勻膠、固膠。`
[0028]步驟2:采用用分階段、分磨砂輪、分速率的方式對硅片背面進(jìn)行研磨減薄，盡量減少在研磨過程中硅片表面所產(chǎn)生的熱量、缺陷及損傷。第一階段:先用目數(shù)較小的磨砂輪對硅片進(jìn)行常規(guī)減薄，此階段減去的厚度為Cl1，減薄速率為V1 ;第二階段:再用目數(shù)較大的磨砂輪對硅片進(jìn)行精細(xì)減薄，減去的厚度為d2，此階段采取低速率的研磨減薄，減薄速率為v2。所述的磨砂輪為碳化硅或金剛石材料的磨砂輪，所述的第一階段目數(shù)較小的磨砂輪為300目，320目或600目的磨砂輪，所述的第二階段目數(shù)較大的磨砂輪為1200目，1800目或2000目的磨砂輪，所述的第一階段減薄的厚度Cl1為總減薄厚度d的70%~92%，第一階段減薄速率V1=I μ m/s至5 μ m/s,所述的第二階段減薄的厚度d2為總減薄厚度d的20%~5%,第二階段減薄速率V2=0.01 μ m/s至0.5 μ m/s。
[0029]步驟3:將研磨減薄后的硅片放入腐蝕液中，以較低的腐蝕速率V3進(jìn)行濕法腐蝕，以減少研磨過程中在硅片表面產(chǎn)生的缺陷和損傷，濕法腐蝕減薄的厚度為d3，則減薄的總厚度Cl=C^dfd3。所述的腐蝕液為氫氟酸、硝酸、醋酸等酸性溶液的混合液，所述的腐蝕速率V3=0.005 μ m/s至0.1 μ m/s,所述的腐蝕減薄的厚度d3為總減薄厚度d的10%~3%,所述減薄的總厚度d為50 μ m至1000 μ m。
[0030]步驟4:濕法腐蝕之后，移除硅片正面的保護(hù)膜，并對減薄后的硅片進(jìn)行清洗即完成整個減薄過程。對應(yīng)步驟I中所述的保護(hù)材料，如采用貼膜保護(hù)，腐蝕之后需要揭膜去除保護(hù)；如采用光刻膠保護(hù)，需要視情況用干法或濕法去膠。
[0031]本發(fā)明減薄方法各階段的具體條件和工藝參數(shù)如下表所示:
【權(quán)利要求】
1.一種硅片減薄方法，其特征在于:步驟1，將保護(hù)材料設(shè)置在硅片的正面；步驟2，用分階段研磨的方式對所述硅片進(jìn)行背面減薄，具體減薄過程分為兩個階段:第一階段先用300-600目的磨砂輪對硅片進(jìn)行減薄，此階段減去的厚度為Cl1，減薄速率為V1，第二階段再用1200-2000目的磨砂輪對硅片進(jìn)行減薄，此階段采取低速率的研磨減薄，減薄速率為v2，所述的第一階段減薄的厚度(I1為總減薄厚度d的70%~92%,第一階段減薄速率V1=I μ m/s至5ym/s，所述的第二階段減薄的厚度d2為總減薄厚度d的20%~5%，第二階段減薄速率V2=0.01 μ m/s至0.5 μ m/s ;步驟3，將研磨減薄后的硅片放入腐蝕液中，用磨砂輪以腐蝕速率V3進(jìn)行濕法腐蝕，所述的腐蝕速率V3=0.005 μ m/s至0.1 μ m/s，濕法腐蝕減薄的厚度為d3，所述的腐蝕減薄的厚度d3為總減薄厚度d的10%~3%，減薄的總厚度d要滿足(1=(^+4+(?,所述減薄的總厚度d為50 μ m至1000 μ m ;步驟4,將保護(hù)材料從娃片上去除。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種硅片減薄方法，其特征在于:所述屯去取最大值時，d2，d3均取最小值，當(dāng)(I1取最小值，d2, d3均取最大值。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種硅片減薄方法，其特征在于:所述的腐蝕液為酸性溶液的混合液。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種硅片減薄方法，其特征在于:所述酸性溶液的混合液為氫氟酸、硝酸和冰乙酸的混合溶液或氫氟酸、硫酸和硝酸的混合溶液。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種硅片減薄方法，其特征在于:所述保護(hù)材料為抗酸性溶液腐蝕的有機(jī)膜，所述有機(jī)膜為聚酯類或聚乙烯有機(jī)膜，將所述有機(jī)膜貼在硅片的正面。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種硅片減薄方法，其特征在于:所述保護(hù)材料為致密材料，如光刻膠，所述光刻膠均勻涂抹在硅片正面。
7.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的一種硅片減薄方法，其特征在于:所述的磨砂輪為碳化硅磨砂輪或金剛石磨砂輪。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種硅片減薄方法，其特征在于:所述步驟4具體為將有機(jī)膜揭去。
9.根據(jù) 權(quán)利要求6所述的一種硅片減薄方法，其特征在于:所述步驟4具體為用干法或濕法去掉光刻膠。
【文檔編號】H01L21/306GK103606517SQ201310425797
【公開日】2014年2月26日 申請日期:2013年9月18日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月18日
【發(fā)明者】王思亮, 胡強(qiáng), 張世勇, 櫻井建彌 申請人:中國東方電氣集團(tuán)有限公司