CN101090072A

CN101090072A - 晶片背面缺陷的移除方法

Info

Publication number: CN101090072A
Application number: CN 200610027585
Authority: CN
Inventors: 王明珠; 方明海; 吕秋玲; 陈淑美
Original assignee: Semiconductor Manufacturing International Shanghai Corp
Current assignee: Semiconductor Manufacturing International Shanghai Corp; Semiconductor Manufacturing International Beijing Corp
Priority date: 2006-06-12
Filing date: 2006-06-12
Publication date: 2007-12-19
Anticipated expiration: 2026-06-12
Also published as: CN100435291C

Abstract

本发明提供一种晶片背面缺陷的移除方法。首先确定背面有缺陷的晶片背面各膜层厚度与组成；然后与所述晶片背面外露膜层相应的清洗液对其进行湿法刻蚀，去除该膜层；最后检查所述晶片背面缺陷是否存在，若否，进入该晶片下道工序；否则继续对其下层的膜层进行湿法蚀刻并检查缺陷移除状况，直到该缺陷被移除为止。

Description

晶片背面缺陷的移除方法

技术领域

本发明涉及晶片表面处理领域，特别涉及一种晶片背面缺陷的处理方法。

背景技术

半导体器件制作日益缩小，使得在晶片制造过程中的缺陷控制显得更为重要。由于在制造过程中要经过上百道工序，晶片需经上千百次的传送，难免会在工艺的某一道引入缺陷，致命的缺陷会导致晶片上器件电性测试失败，直接影响良率，有些缺陷虽然不会影响器件最终的电性测试，但会对晶片上的半导体器件的寿命、可靠性等产生影响。对于晶片背面的缺陷，例如，附着在晶背的固体颗粒，晶背颜色异常，晶背平整度不好等会影响到产品的下道工艺或良率。固体颗粒会导致晶片在下一道光刻工艺时在光刻机曝光平台上翘起，影响聚焦进而影响晶片正面该处关键尺寸或套准，若该缺陷颗粒又附着在曝光平台上，受影响会是其它成批的产品；对于晶片背面平整度不好，会影响晶片的传送和在其它机台中工艺的进行，由于晶片传送过程中是靠真空吸附晶片背面进行的，晶背缺陷会导致吸附力差或不能吸附，吸附力差易引起掉片，不能吸附就会使该道工艺不能进行，从而该片晶片就不得不报废；而晶背颜色异常通常是晶背附着各种薄膜厚度不均引起的光学上的折射效应，比如在炉管，在晶片表面生长的薄膜时也会相应的在晶背生长，如果晶背上有某些缺陷，该缺陷就会被埋在生长的薄膜中，如图1A和图1B所示所示，晶片100背面生长有薄膜110和薄膜120，缺陷130被埋在薄膜里面，缺陷130的位置可能在薄膜120的内部，如图1A所示；也可能在薄膜110和薄膜120之间，如图1B所示。晶背颜色异常有时也会引起晶背表面不平。背面颜色异常除了会在生产中的影响外，也会对封装带来麻烦，切割封装时会在晶背为每一个芯片用激光打标，背面大面积的缺陷就会影响打标。目前去除晶背缺陷的方法有清洗，机械研磨等；清洗一般使用去离子水冲刷晶片背面，可以用该方法去除表面的附着颗粒，但对埋在膜层内部的缺陷或在表面粘附力较强的颗粒缺陷却无能为力。机械研磨可以磨去背面的膜层来去除缺陷。但是会有其它的问题，专利申请号为03150009.9的中国专利公开了一种晶片背面的研磨制程。该方法利用机械研磨的方法减小晶背的厚度。机械研磨一般会减小晶背1微米或以上的厚度，而对于小于5000埃或甚至小于几百埃的膜层物理研磨无法控制研磨这么小的厚度。过度的对背面研磨可能会影响封装制程，需征得客户同意才可以进行。而且在机械研磨过程中需要对晶片背面进行研磨，因而晶片正面需要贴附于研磨盘上，易对晶片正面造成损伤并且机械研磨终点难以监测。考虑到对正表面的保护，研磨的力度和时间都需要精确的控制。从而用物理研磨来去除背面缺陷的方法也面临同样的问题。

发明内容

因此，本发明的目的在于提供一种去除晶片背面缺陷的方法，以解决现有物理机械研磨除去晶片背面缺陷可能对晶片造成损伤或不能很好的去除晶背缺陷的问题。

为达到上述目的，本发明提供的一种晶片背面缺陷的移除方法，该方法包括：

a，确定所述晶片背面各膜层厚度与组成；

b，选用与所述晶片背面外露膜层相应的清洗液对其进行湿法刻蚀，去除该膜层；

c，检查所述晶片背面缺陷是否被移除，若是，该晶片进入下道工序；否则转到步骤b。

所述步骤a包括：从所述晶片制造历史记录中查找背面各膜层组成及厚度。

所述晶片背面膜层材料包括氮化硅、氧化硅、单晶硅。

所述步骤b包括：

b1，将所述背面有缺陷的晶片置于晶片表面处理装置；

b2，所述晶片表面处理装置向所述晶片背面喷洒第一清洗液；

b3，所述晶片表面处理装置向所述晶片背面喷洒第二清洗液；

b4，用气体吹干晶片背面，从所述晶片表面处理装置中取出晶片。

所述的晶片表面处理装置为单晶片湿法清洗装置。

在所述的晶片表面处理装置用机械手卡住晶片侧面并使晶片背面朝上。

所述步骤b2和b3中晶片处于旋转状态。

所述步骤b2包括：

b21，将第一清洗液喷嘴置于所述晶片背面中心上方位置；

b22，第一清洗液喷嘴向所述晶片背面喷洒第一清洗液；

b23，第一清洗液喷嘴停止向所述晶片背面喷洒第一清洗液；

b24，第一清洗液喷嘴回到原来位置。

所述第一清洗液的喷洒时间由所述外露薄膜的厚度决定。

所述第一清洗液包括氢氟酸、硝酸、磷酸中的一种或其混合。

所述步骤b2包括：所述晶片表面处理装置向所述的晶片正面吹氮气。

所述步骤b3包括：

b31，将第二清洗液喷嘴置于所述晶片背面中心上方位置；

b32，第二清洗液喷嘴向晶片背面喷洒第二清洗溶液；

b33，第二清洗液喷嘴停止向晶片背面喷洒第二清洗溶液；

b34，第二清洗液喷嘴回到原来位置。

所述第二清洗液为去离子水。

所述的气体包括氮气。

所述的检查晶片背面缺陷的方法包括目检。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：本方法采用一层层去除晶背薄膜的方法来达到移除背面缺陷的目的。因而本方法移除晶片背面的缺陷，能够对不同厚度的薄膜移除以达到移除缺陷的目的，可移除的薄膜厚度可以是1000埃或几百埃，对晶片背面影响较小。对背面薄膜采用一层一层去除直到缺陷刚好被移除为止，避免了对晶片背面材料过多的刻蚀从而可能会影响其封装制程。在去除缺陷过程中，对晶片正面有气体保护，不会对正面器件造成损伤，清除过程中也没有物理机械等作用于晶片上下表面，不会对整个晶片造成变形等缺陷。

附图说明

图1A和图1B为缺陷在晶背不同位置掩埋示意图；

图2为本发明晶片背面缺陷的移除方法的流程图；

图3为本发明清洗有缺陷晶片背面流程图；

图4为有缺陷的晶片背面各膜层的剖面图；

图5本发明方法清洗晶片背面缺陷的剖面图

图6为本发明方法移除缺陷后的晶片背面各膜层剖面图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。

图2是本发明晶片背面缺陷的移除方法的流程图。如图2首先确定晶背带有缺陷的晶片背面各膜层的厚度与组成(S200)。确定的方法可以从该晶片在生产过程中的工艺历史纪录中找到，由于某些道工艺例如炉管在晶片正面生长薄膜的同时会在背面生长相同材料和厚度的膜层，藉由对每道工艺的历史纪录可确定哪些膜层在晶圆正面生长时也同时会在背面生长相同的膜层，并可确定背面膜层依次从内道外的材料和厚度。然后，由外露膜层开始，对每一膜层选用能够去除该层膜的清洗液对其湿法刻蚀(S210)。每刻蚀掉一层薄膜，检查晶片背面的缺陷是否也同时移除(S220)。若是，对背面的缺陷的移除完成，该晶片进行其下道的工序(S230)；否则，再选用对背面现外露膜层相应的清洗液对该层进行刻蚀并检查缺陷是否移除，直到所述缺陷被移除为止。

图3是有缺陷晶片背面清洗的流程图。对带有缺陷晶背膜层的清洗是在清洗装置中进行的。首先，通过自动搬运装置置待清洗晶片于单片湿法清洗装置，并使其背面朝上(S300)；然后清洗装置中的喷嘴向晶片背面喷洒第一清洗液对晶背外层薄膜进行湿法刻蚀(S310)和第二清洗液进行冲洗(S320)，最后用惰性气体把晶背吹干并取出该晶片(S330)。

下面对该方法进行详细描述。如图4所示，晶片400是已经完成了正面器件的制造和互连，检查晶片背面时发现背面有大片的颜色异常缺陷425，该缺陷掩埋在晶片背面膜层内部，无法用现有的方法去除。追踪该产品制造过程中的历史纪录，在生产过程中前段有三道炉管生长薄膜会在背面也生长相同厚度和材料的薄膜，根据生长的前后顺序，确定由内道外分别是厚度约为厚度约为2000埃的单晶硅405，厚度约为150埃的氧化硅层410，厚度约为300埃的氮化硅层420，厚度约为1000埃的氧化硅层430。依据本发明除去缺陷所采用的方法，即用适当适量的清洗液刻蚀外层的氧化硅层430，然后检查缺陷225是否被除去，若没有，再选择能够刻蚀氮化硅层420的清洗液对该层氮化硅层420进行刻蚀，再检查背面缺陷425是否还存在，直到缺陷425被除去为止。

确定了晶片背面的各膜层组成及厚度，还需要确定刻蚀相应膜层的清洗液。如本实施例中，最外层的是一厚度约为1000埃的氧化硅层430，应选用能够对氧化硅层430具有较强刻蚀能力和较快刻蚀速率的清洗液，又要考虑该清洗液不会对其下层的氮化硅层420过多的刻蚀。一般的，选用的清洗液对两层的刻蚀速率相差较大，且对下层刻蚀的速度是越小越好。清洗液包括氢氟酸(HF)、硝酸(HNO₃)、磷酸(H₃PO₄)中的一种或其混合。对与氧化物来说，选用温度约为45度、浓度为49％的氢氟酸具有很好的效果。此时其对氧化硅层430的刻蚀速率为600埃/秒，而对氮化硅层420的刻蚀速率为11埃/秒；从刻蚀速率上看，不到2秒，就会把最外层的氧化硅层430全部刻蚀掉。一般的选用反应时间为2秒，一方面为该步清洗留出余量使其能够充分彻底移除该氧化硅层430，另一方面由于氢氟酸对下层氮化硅层420的刻蚀速率较慢，也不会对下层氮化硅层420造成过多的刻蚀。

在单晶片湿法清洗设备设定好相应的程式，将需要去除背面缺陷的晶片放到所述机台上，机械手自动抽取选定的晶片运送到刻蚀反应室，反应室中的机械手卡住晶片侧面，以使晶片留出上下表面，晶片背面朝上。然后，根据程式的设定，晶片以某一速度比如50转/秒旋转，同时，有氮气喷头朝上放置于晶片正面中心的下方并向晶片正面方向吹氮气，氮气的气流吹到晶片正面中心受阻后沿着晶片正面的表面由中心向边缘移动直至晶片边缘外面，该过程贯穿整个清洗过程直到清洗完成晶片被取出该清洗装置前为止。开始向晶片正面吹氮气后，如图5所示，喷洒氢氟酸的喷嘴440移到晶片背面的中央，向晶片喷撒所述的氢氟酸，喷洒时间约为2秒，喷洒过程中，晶片以设定的速度转动。所述的氢氟酸在晶片背面形成薄膜450，均匀的对整个晶片背面的氧化硅层刻蚀。大约2秒，刻蚀完成。晶片旋转甩掉刻蚀过程中反应残留物，同时喷洒去离子水喷头移至晶片背面上方并喷洒去离子水对晶背进行冲洗大约5～10秒。完成冲洗后，晶片继续旋转甩掉留在晶片背面的所述的去离子水残留，然后对该晶圆背面背面吹氮气吹干所述晶片背面。此时，氮化硅薄膜420曝露在最外面。在整个清洗过程中向晶片正面吹氮气是保护晶片正面，防止喷洒在晶片背面的氢氟酸从晶片边缘倒流回晶片正面而腐蚀晶片正表面的半导体器件。完成氧化膜430的去除后，把该晶片从晶片清洗装置中取出，目检或在显微镜下检查晶片背面的缺陷是否去除或去除干净。如果已完全去除，对该晶片进行下道工序；如果没有去除或没有完全去除，选用能够去除氮化硅层420的清洗液如磷酸(H₃PO₄)并选用合适的温度和浓度对其重复以上步骤，直至背面缺陷被完全移除为止。本实施例中对存在于两层膜之间的缺陷去除进行了说明，该方法对与缺陷存在于某一层内部也同样适用。

如图6所示，通过49％氢氟酸对所述晶片背面外露氧化硅层430刻蚀清洗后，厚度为1000埃的氧化硅层430完全去除，氮化硅层420被刻蚀掉约3～4埃，掩埋在氧化硅层内部的晶片背面的缺陷425已经被移除。

本发明中移除晶片背面缺陷的方法也可用在晶片生产过程中。例如，该晶片还在前段制造过程中，某一道炉管中薄膜生长把背面的缺陷掩埋在里面，而在完成该薄膜生长后就检查到了该缺陷，就可以采用本发明的方法移除晶片背面的生长的薄膜以达到去除所述缺陷的目的，而不必等到该晶片完成整个制程在对晶片背面进行处理。因为生产过程中能够确定缺陷是埋在该层薄膜底下，因而在生产过程中对晶片背面进行处理也简化了操作步骤。

本方法采用一层层去除晶背薄膜的方法来达到移除背面缺陷的目的。因而本方法移除晶片背面的缺陷，能够对不同厚度的薄膜移除以达到移除缺陷的目的，可移除的薄膜厚度可以是1000埃或几百埃，对晶片背面影响较小。对背面薄膜采用一层一层去除直到缺陷刚好被移除为止，避免了对晶片背面材料过多的刻蚀从而可能会影响其封装制程。在去除缺陷过程中，对晶片正面有气体保护，不会对正面器件造成损伤，清除过程中也没有物理机械等作用于晶片上下表面，不会对整个晶片造成变形等缺陷。

本发明虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改，因此本发明的保护范围应当以本发明权利要求所界定的范围为准。

Claims

1、一种晶片背面缺陷的移除方法，其特征在于，该方法包括：

a，确定所述晶片背面各膜层厚度与组成；

2、如权利要求1所述的晶片背面缺陷的移除方法，其特征在于，步骤a包括：从所述晶片制造历史记录中查找背面各膜层组成及厚度。

3、如权利要求1所述的晶片背面缺陷的移除方法，其特征在于：所述晶片背面膜层材料包括氮化硅、氧化硅、单晶硅。

4、如权利要求1所述的晶片背面缺陷的移除方法，其特征在于，步骤b包括：

b1，将所述背面有缺陷的晶片置于晶片表面处理装置；

5、如权利要求4所述的晶片背面缺陷的移除方法，其特征在于：所述的晶片表面处理装置为单晶片湿法清洗装置。

6、如权利要求4所述的晶片背面缺陷的移除方法，其特征在于：在所述的晶片表面处理装置用机械手卡住晶片侧面并使晶片背面朝上。

7、如权利要求4所述的晶片背面缺陷的移除方法，其特征在于：步骤b2和b 3中晶片处于旋转状态。

8、如权利要求4所述的晶片背面缺陷的移除方法，其特征在于，步骤b2包括：

b21，将第一清洗液喷嘴置于所述晶片背面中心上方位置；

b22，第一清洗液喷嘴向所述晶片背面喷洒第一清洗液；

b23，第一清洗液喷嘴停止向所述晶片背面喷洒第一清洗液；

b24，第一清洗液喷嘴回到原来位置。

9、如权利要求4所述的晶片背面缺陷的移除方法，其特征在于：所述第一清洗液的喷洒时间由所述外露薄膜的厚度决定。

10、如权利要求4或8或9所述的晶片背面缺陷的移除方法，其特征在于：所述第一清洗液包括氢氟酸、硝酸、磷酸中的一种或其混合。

11、如权利要求4所述的晶片背面缺陷的移除方法，其特征在于，步骤b2包括：所述晶片表面处理装置向所述的晶片正面吹氮气。

12、如权利要求4所述的晶片背面缺陷的移除方法，其特征在于，步骤b3包括：

b31，将第二清洗液喷嘴置于所述晶片背面中心上方位置；

b32，第二清洗液喷嘴向晶片背面喷洒第二清洗溶液；

b33，第二清洗液喷嘴停止向晶片背面喷洒第二清洗溶液；

b34，第二清洗液喷嘴回到原来位置。

13、如权利要求12所述的晶片背面缺陷的移除方法，其特征在于：所述第二清洗液为去离子水。

14、如权利要求4所述的晶片背面缺陷的移除方法，其特征在于：所述的气体包括氮气。

15、如权利要求1所述的晶片背面缺陷的移除方法，其特征在于：所述的检查晶片背面缺陷的方法包括目检。