CN101399195A - 晶圆背面减薄方法 - Google Patents
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Abstract
一种晶圆背面减薄方法，包括，对于晶圆背面进行研磨达到研磨停止厚度；去除两片晶圆粘合时或晶圆置于支撑载体上时的晶圆边缘间隙范围的晶圆圆周边缘；对于晶圆背面进行研磨达到减薄厚度。所述晶圆背面减薄方法由于解决了晶圆背面减薄时容易使晶圆边缘发生弯曲甚至断裂的问题，从而提高了晶圆减薄的质量。
Description
技术领域
本发明涉及三维封装工艺，特别涉及三维封装工艺中的晶圆背面减薄方法。
背景技术
众所周知，封装技术其实就是一种将芯片打包的技术，这种打包对于芯片来说是必须的。因为芯片必须与外界隔离，以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。另一方面，封装后的芯片也更便于安装和运输。由于封装技术的好坏还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，因此它是至关重要的。封装也可以说是安装半导体集成电路芯片用的外壳，它不仅起着安放、固定、密封、保护芯片和增强导热性能的作用，而且还是沟通芯片内部世界与外部电路的桥梁。简单来说，封装就是将芯片上的接点通过导线连接到封装外壳的引脚上，这些引脚又通过印刷电路板上的导线与其他器件建立连接。因此，封装技术是集成电路产业中非常关键的一环。
目前，经过多年的发展，封装技术经历了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端子(BGA，Ball Grid Array)型封装技术再到最新的三维封装技术(4D Package)。其中，三维封装技术又可分为封装叠层的三维封装、芯片叠层的三维封装以及晶圆叠层的三维封装三种类型。三维封装的优点在于可以提高互连线的密度，降低器件外形的总体高度。由于有可能将不同类型的芯片层叠在一起，而又具有较高的互连线密度，因此三维封装技术具有很好的应用前景。在系统级三维封装技术中，硅通孔(TSV，Through-Silicon-Via)电极的连接路径可以缩短至只有一个芯片的厚度，所以能够实现路径最短和集成度最高的互连。通过硅通孔实现互连的系统级集成方案，能够在减少芯片面积的同时缓解互连延迟问题。如果用垂直方向的短互连线来代替二维结构中大量的长互连线，就能够使逻辑电路的性能大大提高。例如，通过将关键路径上的逻辑门放置在多个有源层上，就能够将它们非常紧密地排布起来。也可以将电压和/或性能要求不同的电路放置在不同的层上。
基于TSV制造技术的三维封装的关键工艺包括：高高宽比(>5:1)的TSV钻蚀，TSV绝缘介质及导电材料填充，晶圆的减薄，芯片到芯片、芯片到晶圆或晶圆到晶圆之间的精确对准，低温的粘结性键合方法等。其中晶圆的减薄工艺常采用化学机械研磨的方法，例如，专利号为02140151.9的中国专利提供了一种化学机械研磨的方法，包括，提供基底，该基底上已形成有金属层，且该金属层下方形成有障碍层；提供障碍层研磨浆及化学助剂，用以研磨该金属层；以及仅提供障碍层研磨浆，用以研磨该障碍层；其中该化学助剂是由至少一种氧化剂、至少一种螯合剂和酸碱缓冲液所组成。但是，在三维封装工艺中，晶圆的厚度至少需要减薄到70um以下，而当晶圆减薄到100um以下时，晶圆就会变得极其易碎，在对于晶圆的研磨过程中就可能使得晶圆的边缘发生弯曲甚至断裂，例如图1所示的，在晶圆100的边缘110处就出现了断裂。
发明内容
本发明提供一种晶圆背面减薄方法，解决现有技术在对晶圆背面减薄时容易使晶圆边缘发生弯曲甚至断裂的问题。
为解决上述问题，本发明提供一种晶圆背面减薄方法，包括，去除两片晶圆粘合时或晶圆置于支撑载体上时的晶圆边缘间隙范围的晶圆圆周边缘；对于晶圆背面进行研磨达到减薄厚度。
可选的，所述去除两片晶圆粘合时或晶圆置于支撑载体上时的晶圆边缘间隙范围的晶圆圆周边缘采用蚀刻的方法。
可选的，上述的蚀刻方法为离子反应蚀刻的方法。
可选的，所述离子反应蚀刻时间为0.5至15分钟。
可选的，所述离子反应蚀刻采用SF6气体，所述SF6的气体流量为100至1000sccm。
可选的，所述离子反应蚀刻采用SF6和C4F8混合气体，所述SF6和C4F8的气体流量比为1/2至20。
可选的，所述减薄厚度为30至70um。
本发明还提供一种晶圆背面减薄方法，包括，去除两片晶圆粘合时或晶圆置于支撑载体上时的晶圆边缘间隙范围的晶圆圆周边缘；对于晶圆背面进行蚀刻达到减薄厚度。
可选的，上述的蚀刻方法为离子反应蚀刻的方法。
可选的，所述离子反应蚀刻时间为0.5至15分钟。
可选的，所述离子反应蚀刻采用SF6气体，所述SF6的气体流量为100至1000sccm。
可选的，所述离子反应蚀刻采用SF6和C4F8混合气体，所述SF6和C4F8的气体流量比为1/2至20。
可选的，所述对于晶圆背面进行蚀刻达到减薄厚度采用湿法蚀刻或离子反应蚀刻。
可选的，所述湿法蚀刻的时间为0.5至15分钟。
可选的，所述湿法蚀刻采用KOH，所述KOH的浓度为5％至30％。
可选的，所述湿法蚀刻采用HNO3、HF、H3PO4混合溶液，所述HNO3、HF、H3PO4混合溶液的比例为10-20:3-15:3-15。
可选的，所述离子反应蚀刻的时间为0.5至5分钟。
可选的，所述减薄厚度为30至70um。
与现有技术相比，上述所公开的晶圆背面减薄方法具有以下优点：上述所公开的晶圆背面减薄方法通过去除两片晶圆粘合时或晶圆置于支撑载体上时的晶圆边缘间隙范围的晶圆圆周边缘，然后再对于晶圆背面进行研磨或蚀刻达到减薄厚度，从而使得在对于晶圆背面进行减薄时，晶圆边缘不致发生弯曲或者断裂，提高了晶圆减薄的质量。
附图说明
图1是现有晶圆背面减薄方法后晶圆边缘示意图；
图2是本发明晶圆背面减薄方法的一种实施方式流程图；
图3是本发明晶圆背面减薄方法的另一种实施方式流程图；
图4A至图4K是图2和图3所示的晶圆背面减薄方法示意图。
具体实施方式
本发明晶圆背面减薄方法是通过去除两片晶圆粘合时或晶圆置于支撑载体上时的晶圆边缘间隙范围的晶圆圆周边缘，然后再对于晶圆背面进行研磨或蚀刻达到减薄厚度。
参照图2所示，本发明晶圆背面减薄方法的一种实施方式包括下列步骤，
步骤s1，对于晶圆背面进行研磨达到研磨停止厚度；
步骤s2，去除两片晶圆粘合时或晶圆置于支撑载体上时的晶圆边缘间隙范围的晶圆圆周边缘；
步骤s3，再次对于晶圆背面进行研磨达到减薄厚度。
下面分别对每一步骤作进一步说明。
对于步骤s1，所述研磨停止厚度为100至200um。
对于步骤s2，所述去除两片晶圆粘合时或晶圆置于支撑载体上时的晶圆边缘间隙范围的晶圆圆周边缘采用蚀刻的方法。并且，上述的蚀刻方法为离子反应蚀刻的方法。
所述离子反应蚀刻方法包括下列步骤，
在晶圆背面形成光刻胶层；
对于两片晶圆粘合时的边缘间隙范围的晶圆圆周边缘区域的光刻胶层进行曝光、显影形成光刻胶凹口；
以光刻胶层为掩膜，在光刻胶层凹口处对于晶圆背面进行离子反应蚀刻去除光刻胶凹口内的晶圆圆周边缘；
去除光刻胶层。
其中，所述离子反应蚀刻时间为0.5至15分钟。
所述离子反应蚀刻可以采用SF6气体，所述SF6的气体流量为100至1000sccm。
所述离子反应蚀刻也可以采用SF6和C4F8混合气体，所述SF6和C4F8的气体流量比为1/2至20。
对于步骤s3，所述减薄厚度为30至70um。
下面通过一个三维封装工艺中的晶圆背面减薄实例，来使得上述的晶圆背面减薄方法更清楚。
在三维封装工艺中，可以先将晶圆与晶圆进行粘合，再对于晶圆背面进行减薄；或者也可以先将晶圆置于支撑载体上，对晶圆背面进行减薄，再将晶圆与晶圆粘合。因此，图4A中所示的既可以是晶圆12和晶圆10粘合后的情况，也可以是晶圆12置于支撑载体10上的情况。
下面结合附图对于先将晶圆12与晶圆10进行粘合，再对晶圆12背面进行减薄的过程进行详细描述。
一般晶圆的厚度为600-900um，例如8英寸的晶圆厚度为750um，如果直接去除晶圆圆周边缘，则速度较慢，因此可以先对晶圆背面进行机械研磨以使得晶圆的厚度能够较快地减薄。如前所述，晶圆的厚度在达到100um以下时，会变得容易破碎，因此对晶圆背面进行研磨的研磨停止厚度不能小于100um。
参照图4B所示，对晶圆12背面研磨采用的方法为金刚砂轮加压研磨的方法，通过金刚砂轮加压研磨能够使晶圆12的厚度较快地减薄。并且，当晶圆12的厚度被减薄至100-200um之间时，例如100um、105um、110um、115um、120um、125um、130um、135um、140um、145um、150um、155um、165um、170um、175um、180um、185um、190um、195um、200um，停止研磨。由于机械研磨的成本较低，并且研磨速度较快，例如金刚砂轮加压研磨的速度在40-100um/分钟，因此在保证晶圆12边缘不发生破碎的情况下，研磨停止的厚度是越薄越好。
如前所述，在晶圆10和晶圆12粘合后，两片晶圆的圆周边缘之间存在缝隙，这就是所说的晶圆边缘间隙。而在晶圆12的厚度达到100um以下后，最容易产生弯曲或断裂的部位也就是晶圆边缘间隙范围内的晶圆圆周边缘，因此将该区域内的晶圆圆周边缘去除，就能够使得晶圆12的表面能够完全被下方的晶圆10支撑，从而保证晶圆12不致产生弯曲或断裂。
参照图4C所示，在晶圆12背面形成光刻胶层13。本实施例中形成光刻胶层13的方法就是在晶圆12背面均匀涂上一薄层光刻胶。常规涂胶的方法有刷法、旋涂方法和浸泡法等。其中，较优化的一种涂抹光刻胶的方法是动态喷洒涂胶法，在涂光刻胶之前，晶圆12会以较低的转速，例如500rpm低速旋转，之后，光刻胶通过传输管道不断输出并喷洒在晶圆12表面。低速旋转的作用是帮助光刻胶最初的均匀扩散。在光刻胶扩展开之后，晶圆高速旋转来完成最终的光刻胶扩展，从而得到薄而且均匀的光刻胶膜。
参照图4D所示，在晶圆12背面形成光刻胶层13之后，对于晶圆12与晶圆12粘合时的边缘间隙范围的晶圆12圆周边缘区域的光刻胶层13进行曝光、显影形成光刻胶凹口。一般在工艺实现上都是使得掩膜版与晶圆精确对准，然后对于光刻胶层13进行曝光的。本发明实施例中，是将不透光的掩膜版置于除所述晶圆12圆周边缘区域以外的晶圆12表面区域的上方，然后通过掩膜版对于晶圆12曝光即可。当然，也可以不使用掩膜版而直接对于晶圆10与晶圆12粘合时的边缘间隙范围的晶圆圆周边缘区域的光刻胶层13曝光。如前所述，所述晶圆12圆周边缘区域的大小为两片晶圆粘合时的边缘间隙覆盖的大小，所述边缘区域为从晶圆12边缘向晶圆12中心的0.5至3mm宽的环形区域(如图4D中虚线圆所示)，其中所述环形区域的宽度例如0.5mm、0.6mm、0.7mm、0.8mm、0.9mm、1mm、1.1mm、1.2mm、1.3mm、1.4mm、1.5mm、1.6mm、1.7mm、1.8mm、1.9mm、2mm、2.1mm、2.2mm、2.3mm、2.4mm、2.5mm、2.6mm、2.7mm、2.8mm、2.9mm、3mm，其中较优选的为3mm。由于通常在晶圆制程中，晶圆最边缘的3mm宽的环形区域本就是要作为废边处理掉的，因此本发明实施例中最大去除晶圆12边缘3mm宽的环形区域并不会影响晶圆12质量。而通过曝光使得所述环形区域内的光刻胶受光从不可溶到可溶。目前，较常用的曝光光源有高压汞灯、准分子激光器、X射线或电子束。
继续参照图4D所示，在完成了对于所述的晶圆12圆周边缘区域的光刻胶层13的曝光之后，对于晶圆12圆周边缘区域的光刻胶层13进行显影形成光刻胶凹口。本发明实施例中使用湿法显影或干法显影将可溶的光刻胶去除来形成光刻胶凹口。
参照图4E所示，在完成了曝光、显影形成光刻胶凹口之后，以光刻胶层13为掩膜，在光刻胶凹口处对于晶圆12背面进行蚀刻去除光刻胶凹口内的晶圆12圆周边缘。目前，蚀刻工艺有两大类：湿法蚀刻和干法蚀刻。其中湿法蚀刻有硅湿法蚀刻、二氧化硅湿法蚀刻、铝膜湿法蚀刻、淀积氧化物湿法蚀刻、氮化硅湿法蚀刻、湿法喷射蚀刻以及蒸汽蚀刻等方法。而干法蚀刻有等离子体蚀刻、离子束蚀刻以及反应离子蚀刻等方法。
本实施例中采用的蚀刻方法为离子反应蚀刻的方法，所述离子反应蚀刻的方法采用SF6或SF6和C4F8混合气体，反应温度为-40至100℃，例如-40℃、-30℃、-20℃、-10℃、0℃、10℃、20℃、30℃、40℃、50℃、60℃、70℃、80℃、90℃、100℃。蚀刻的时间0.5至15分钟，例如0.5分钟、1分钟、1.5分钟、2分钟、2.5分钟、3分钟、3.5分钟、4分钟、4.5分钟、5分钟、5.5分钟、6分钟、6.5分钟、7分钟、7.5分钟、8分钟、8.5分钟、9分钟、9.5分钟、10分钟、10.5分钟、11分钟、11.5分钟、12分钟、12.5分钟、13分钟、13.5分钟、14分钟、14.5分钟、15分钟。
如采用的是SF6气体的话，则SF6气体的流量是100至1000sccm，例如100sccm、150sccm、200sccm、250sccm、300sccm、350sccm、400sccm、450sccm、500sccm、550sccm、600sccm、650sccm、700sccm、750sccm、800sccm、850sccm、900sccm、950sccm、1000sccm。如采用SF6和C4F8混合气体的话，则SF6和C4F8的气体流量比100-1000:50-200，即1/2至20，例如100:200、200:200、300:200、400:200、500:200、600:200、700:200、800:200、900:200、1000:200、100:100、200:100、300:100、400∶100、500:100、600:100、700:100、800:100、900:100、1000:100、100:50、200:50、300:50、400:50、500:50、600:50、700:50、800:50、900:50、1000:50。
参照图4F所示，在蚀刻之后，去除光刻胶层13。在经过蚀刻之后，作为蚀刻阻挡层的光刻胶层13不再需要了，因此就需要从晶圆12背面去掉，较常见的方法是用湿法化学工艺将其去除。而本实施例采用的方法是干法结合湿法的化学工艺去除光刻胶。首先在高温下通入氧气与光刻胶发生反应来去除光刻胶，这就是所述的干法工艺，在一般情况下这样已经足以去除光刻胶了，为了保证去除光刻胶的工艺更完善，在干法工艺之后，还采用了湿法化学工艺对于可能残余的光刻胶进行进一步的去除。
参照图4G所示，在去除光刻胶层之后，再次通过金刚砂轮加压研磨的方法对于晶圆12背面进行研磨达到减薄厚度。所述减薄厚度为30-70um，例如32um、34um、36um、38um、40um、42um、44um、46um、48um、50um、52um、54um、56um、58um、60um、62um、64um、66um、68um、70um。由于金刚砂轮加压研磨后的晶面表面非常粗糙，所以需要表面抛光，抛光时晶圆12固定在旋转机台上(图中未显示)，一个旋转研磨垫(图中未显示)被加压在晶圆12表面上，含炭化硅颗粒的研磨浆流过旋转机台和晶圆12表面，由于炭化硅的硬度较高，因而晶圆表面粗糙的凸起更容易被研磨掉，所以研磨后可以得到较光滑的表面，实现晶圆表面抛光。而由于晶圆12的圆周边缘已经被去除，因此研磨浆就不会流入两片晶圆的间隙，避免了边缘间隙内的研磨浆颗粒在研磨压力的作用下导致晶圆边缘断裂的问题。并且，由于晶圆12完全被下方的晶圆10所支撑，避免了研磨过程中边缘弯曲对晶圆造成缺陷的问题。
参照图4H所示，在晶圆12达到减薄厚度后，还会继续在晶圆12上再粘上一片晶圆13，并重复上述步骤，即先对于晶圆13的背面进行研磨达到研磨停止厚度，然后通过蚀刻的方法去除晶圆13的圆周边缘，之后再次对于晶圆13进行研磨达到减薄厚度，完成减薄的晶圆13如图4I所示。依次类推，不断重复所述的晶圆背面减薄方法，直到多片晶圆达到一定厚度后，再将多片晶圆翻转，并对于最下面的那片晶圆进行与上述方法相同的晶圆背面减薄方法，并且，所述厚度最少应能满足在进行研磨抛光时，不致使晶圆产生破裂。如图4J所示，晶圆10、晶圆12、晶圆13、晶圆14叠加的厚度能满足在进行研磨抛光时，不致使晶圆产生破裂，就将晶圆翻转。如图4K所示，在翻转晶圆后，对于晶圆10进行所述的晶圆背面减薄方法使晶圆10也达到减薄厚度。
如前所述，在三维封装工艺中，也可以先将晶圆置于支撑载体上，对晶圆背面减薄，再将晶圆与晶圆粘合。所述的支撑为硬质载体。所述的减薄方法与上述相同，即先对于晶圆的背面进行研磨达到研磨停止厚度，然后通过蚀刻的方法去除晶圆的圆周边缘，之后再次对于晶圆进行研磨达到减薄厚度。由于晶圆的圆周边缘已经被去除，因此研磨浆就不会流入晶圆与支撑载体的边缘间隙，避免了边缘间隙内的研磨浆颗粒在研磨压力的作用下导致晶圆边缘断裂的问题。并且，由于晶圆完全被下方的支撑载体所支撑，避免了研磨过程中边缘弯曲对晶圆造成缺陷的问题。并且，在完成了晶圆背面的减薄之后，就可以按照工艺需要将经减薄的多片晶圆一片一片进行粘合。
参照图3所示，本发明晶圆背面减薄方法的另一种实施方式包括下列步骤，
步骤s10，对于晶圆背面进行研磨达到研磨停止厚度；
步骤s20，去除两片晶圆粘合时或晶圆置于支撑载体上时的晶圆边缘间隙范围的晶圆圆周边缘；
步骤s30，对于晶圆背面进行蚀刻达到减薄厚度。
下面分别对每一步骤进行进一步说明。
对于步骤s10，所述研磨停止厚度为100至200um。
对于步骤s20，所述去除两片晶圆粘合时或晶圆置于支撑载体上时的晶圆边缘间隙范围的晶圆圆周边缘采用蚀刻的方法。并且，上述的蚀刻方法为离子反应蚀刻的方法。
所述离子反应蚀刻方法包括下列步骤，
在晶圆背面形成光刻胶层；
对于两片晶圆粘合时的边缘间隙范围的晶圆圆周边缘区域的光刻胶层进行曝光、显影形成光刻胶凹口；
以光刻胶层为掩膜，在光刻胶层凹口处对于晶圆背面进行离子反应蚀刻去除光刻胶凹口内的晶圆圆周边缘；
去除光刻胶层。
其中，所述离子反应蚀刻时间为0.5至15分钟。
所述离子反应蚀刻可以采用SF6气体，所述SF6的气体流量为100至1000sccm。
所述离子反应蚀刻也可以采用SF6和C4F8混合气体，所述SF6和C4F8的气体流量比为1/2至20。
对于步骤s3，所述对于晶圆背面进行蚀刻达到减薄厚度采用湿法蚀刻或离子反应蚀刻。
其中，所述湿法蚀刻的时间为0.5至15分钟。
所述湿法蚀刻可以采用KOH，所述KOH的浓度为5％至30％。
所述湿法蚀刻也可以采用HNO3、HF、H3PO4混合溶液，所述HNO3、HF、H3PO4混合溶液的比例为10-20:3-15:3-15。
而所述离子反应蚀刻的时间为0.5至5分钟。
所述离子反应蚀刻可以采用SF6气体，所述SF6的气体流量为100至1000sccm。
所述离子反应蚀刻也可以采用SF6和C4F8混合气体，所述SF6和C4F8的气体流量比为1/2至20。
所述减薄厚度为30至70um。
下面通过一个三维封装工艺中的晶圆背面减薄实例，来使得上述的晶圆背面减薄方法更清楚。
在三维封装工艺中，可以先将晶圆与晶圆进行粘合，再对于晶圆背面进行减薄；或者也可以先将晶圆置于支撑载体上，对晶圆背面进行减薄，再将晶圆与晶圆粘合。因此，图4A中所示的既可以是晶圆12和晶圆10粘合后的情况，也可以是晶圆12置于支撑载体10上的情况。
下面结合附图对于先将晶圆12与晶圆10进行粘合，再对晶圆12背面进行减薄的过程进行详细描述。
一般晶圆的厚度为600-900um，例如8英寸的晶圆厚度为750um，如果直接去除晶圆圆周边缘，则速度较慢，因此可以先对晶圆背面进行机械研磨以使得晶圆的厚度能够较快地减薄。如前所述，晶圆的厚度在达到100um以下时，会变得容易破碎，因此对晶圆背面进行研磨的研磨停止厚度不能小于100um。
参照图4B所示，对晶圆12背面研磨采用的方法为金刚砂轮加压研磨的方法，通过金刚砂轮加压研磨能够使晶圆12的厚度较快地减薄。并且，当晶圆12的厚度被减薄至100-200um之间时，例如100um、105um、110um、115um、120um、125um、130um、135um、140um、145um、150um、155um、165um、170um、175um、180um、185um、190um、195um、200um，停止研磨。由于机械研磨的成本较低，并且研磨速度较快，例如金刚砂轮加压研磨的速度在40-100um/分钟，因此在保证晶圆12边缘不发生破碎的情况下，研磨停止的厚度是越薄越好。
如前所述，在晶圆10和晶圆12粘合后，两片晶圆的圆周边缘之间存在缝隙，这就是所说的晶圆边缘间隙。而在晶圆12的厚度达到100um以下后，最容易产生弯曲或断裂的部位也就是晶圆边缘间隙范围内的晶圆圆周边缘，因此将该区域内的晶圆圆周边缘去除，就能够使得晶圆12的表面能够完全被下方的晶圆10支撑，从而保证晶圆12不致产生弯曲或断裂。
参照图4C所示，在晶圆12背面形成光刻胶层13。本实施例中形成光刻胶层13的方法就是在晶圆12背面均匀涂上一薄层光刻胶。常规涂胶的方法有刷法、旋涂方法和浸泡法等。其中，较优化的一种涂抹光刻胶的方法是动态喷洒涂胶法，在涂光刻胶之前，晶圆12会以较低的转速，例如500rpm低速旋转，之后，光刻胶通过传输管道不断输出并喷洒在晶圆12表面。低速旋转的作用是帮助光刻胶最初的均匀扩散。在光刻胶扩展开之后，晶圆高速旋转来完成最终的光刻胶扩展，从而得到薄而且均匀的光刻胶膜。
参照图4D所示，在晶圆12背面形成光刻胶层13之后，对于晶圆12与晶圆12粘合时的边缘间隙范围的晶圆12圆周边缘区域的光刻胶层13进行曝光、显影形成光刻胶凹口。一般在工艺实现上都是使得掩膜版与晶圆精确对准，然后对于光刻胶层13进行曝光的。本发明实施例中，是将不透光的掩膜版置于除所述晶圆12圆周边缘区域以外的晶圆12表面区域的上方，然后通过掩膜版对于晶圆12曝光即可。当然，也可以不使用掩膜版而直接对于晶圆10与晶圆12粘合时的边缘间隙范围的晶圆圆周边缘区域的光刻胶层13曝光。如前所述，所述晶圆12圆周边缘区域的大小为两片晶圆粘合时的边缘间隙覆盖的大小，所述边缘区域为从晶圆12边缘向晶圆12中心的0.5至3mm宽的环形区域(如图4D中虚线圆所示)，其中所述环形区域的宽度例如0.5mm、0.6mm、0.7mm、0.8mm、0.9mm、1mm、1.1mm、1.2mm、1.3mm、1.4mm、1.5mm、1.6mm、1.7mm、1.8mm、1.9mm、2mm、2.1mm、2.2mm、2.3mm、2.4mm、2.5mm、2.6mm、2.7mm、2.8mm、2.9mm、3mm，其中较优选的为3mm。由于通常在晶圆制程中，晶圆最边缘的3mm宽的环形区域本就是要作为废边处理掉的，因此本发明实施例中最大去除晶圆12边缘3mm宽的环形区域并不会影响晶圆12质量。而通过曝光使得所述环形区域内的光刻胶受光从不可溶到可溶。目前，较常用的曝光光源有高压汞灯、准分子激光器、X射线或电子束。
继续参照图4D所示，在完成了对于所述的晶圆12圆周边缘区域的光刻胶层13的曝光之后，对于晶圆12圆周边缘区域的光刻胶层13进行显影形成光刻胶凹口。本发明实施例中使用湿法显影或干法显影将可溶的光刻胶去除来形成光刻胶凹口。
参照图4E所示，在完成了曝光、显影形成光刻胶凹口之后，以光刻胶层13为掩膜，在光刻胶凹口处对于晶圆12背面进行蚀刻去除光刻胶凹口内的晶圆12圆周边缘。目前，蚀刻工艺有两大类：湿法蚀刻和干法蚀刻。其中湿法蚀刻有硅湿法蚀刻、二氧化硅湿法蚀刻、铝膜湿法蚀刻、淀积氧化物湿法蚀刻、氮化硅湿法蚀刻、湿法喷射蚀刻以及蒸汽蚀刻等方法。而干法蚀刻有等离子体蚀刻、离子束蚀刻以及反应离子蚀刻等方法。
本实施例中采用的蚀刻方法为离子反应蚀刻的方法，所述离子反应蚀刻的方法采用SF6或SF6和C4F8混合气体，反应温度为-40至100℃，例如-40℃、-30℃、-20℃、-10℃、0℃、10℃、20℃、30℃、40℃、50℃、60℃、70℃、80℃、90℃、100℃。蚀刻的时间0.5至15分钟，例如0.5分钟、1分钟、1.5分钟、2分钟、2.5分钟、3分钟、3.5分钟、4分钟、4.5分钟、5分钟、5.5分钟、6分钟、6.5分钟、7分钟、7.5分钟、8分钟、8.5分钟、9分钟、9.5分钟、10分钟、10.5分钟、11分钟、11.5分钟、12分钟、12.5分钟、13分钟、13.5分钟、14分钟、14.5分钟、15分钟。
如采用的是SF6气体的话，则SF6气体的流量是100至1000sccm，例如100sccm、150sccm、200sccm、250sccm、300sccm、350sccm、400sccm、450sccm、500sccm、550sccm、600sccm、650sccm、700sccm、750sccm、800sccm、850sccm、900sccm、950sccm、1000sccm。如采用SF6和C4F8混合气体的话，则SF6和C4F8的气体流量比100-1000:50-200，即1/2至20，例如100:200、200:200、300:200、400:200、500:200、600:200、700:200、800:200、900:200、1000:200、100:100、200:100、300:100、400:100、500:100、600:100、700:100、800:100、900:100、1000:100、100:50、200:50、300:50、400:50、500:50、600:50、700:50、800:50、900:50、1000:50。
参照图4F所示，在蚀刻之后，去除光刻胶层13。在经过蚀刻之后，作为蚀刻阻挡层的光刻胶层13不再需要了，因此就需要从晶圆12背面去掉，较常见的方法是用湿法化学工艺将其去除。而本实施例采用的方法是干法结合湿法的化学工艺去除光刻胶。首先在高温下通入氧气与光刻胶发生反应来去除光刻胶，这就是所述的干法工艺，在一般情况下这样已经足以去除光刻胶了，为了保证去除光刻胶的工艺更完善，在干法工艺之后，还采用了湿法化学工艺对于可能残余的光刻胶进行进一步的去除。
参照图4G所示，在去除光刻胶层之后，对于晶圆12背面进行湿法蚀刻或离子反应蚀刻达到减薄厚度。所述减薄厚度为30-70um，例如32um、34um、36um、38um、40um、42um、44um、46um、48um、50um、52um、54um、56um、58um、60um、62um、64um、66um、68um、70um。
其中，所述湿法蚀刻采用的蚀刻剂为硅蚀刻剂，例如KOH或及HNO3、HF、H3PO4混合溶液等。在利用KOH或及HNO3、HF、H3PO4混合溶液进行湿法蚀刻的时候，将晶圆12浸于KOH或及HNO3、HF、H3PO4混合溶液中。所述的蚀刻时间为0.5至15分钟，例如0.5分钟、1分钟、1.5分钟、2分钟、2.5分钟、3分钟、3.5分钟、4分钟、4.5分钟、5分钟、5.5分钟、6分钟、6.5分钟、7分钟、7.5分钟、8分钟、8.5分钟、9分钟、9.5分钟、10分钟、10.5分钟、11分钟、11.5分钟、12分钟、12.5分钟、13分钟、13.5分钟、14分钟、14.5分钟、15分钟。
以采用KOH为例，所述KOH的浓度为5-30％，例如5％、6％、7％、8％、9％、10％、11％、12％、13％、14％、15％、16％、17％、18％、19％、20％、21％、22％、23％、24％、25％、26％、27％、28％、29％、30％。
以采用HNO3、HF、H3PO4混合溶液为例，所述HNO3、HF、H3PO4的比例为10-20:3-15:3-15，例如10:3:3、10:4:5、10:5:6、10:7:8、10:9:10、10:10:11、10:11:12、10:12:13、10:13:14、10:14:15、11:14:15、12:14:15、15:14:15，所述HNO3、HF、H3PO4混合溶液的浓度为30-60％，例如30％、31％、32％、33％、32％、35％、36％、37％、38％、39％、40％、41％、42％、43％、44％、45％、46％、47％、48％、49％、50％、51％、52％、53％、54％、55％、56％、57％、58％、59％、60％。
而所述离子反应蚀刻的方法采用SF6或SF6和C4F8混合气体，反应温度为-40至100℃，例如-40℃、-30℃、-20℃、-10℃、0℃、10℃、20℃、30℃、40℃、50℃、60℃、70℃、80℃、90℃、100℃。所述蚀刻时间为0.5-5分钟，例如0.5分钟、1分钟、1.5分钟、2分钟、2.5分钟、3分钟、3.5分钟、4分钟、4.5分钟、5分钟。
如采用的是SF6气体的话，则SF6气体的流量是100至1000sccm，例如100sccm、150sccm、200sccm、250sccm、300sccm、350sccm、400sccm、450sccm、500sccm、550sccm、600sccm、650sccm、700sccm、750sccm、800sccm、850sccm、900sccm、950sccm、1000sccm。
如采用SF6和C4F8混合气体的话，则SF6和C4F8的气体流量比100-1000:50-200，即1/2至20，例如100:200、200:200、300:200、400:200、500:200、600:200、700:200、800:200、900:200、1000:200、100:100、200:100、300:100、400:100、500:100、600:100、700:100、800:100、900:100、1000:100、100:50、200:50、300:50、400;50、500:50、600:50、700:50、800:50、900:50、1000:50。
参照图4H所示，在晶圆12达到减薄厚度后，还会继续在晶圆12上再粘上一片晶圆13，并重复上述步骤，即先对于晶圆13的背面进行研磨达到研磨停止厚度，然后通过蚀刻的方法去除晶圆13的圆周边缘，之后再次对于晶圆13进行蚀刻达到减薄厚度，完成减薄的晶圆13如图4I所示。依次类推，不断重复所述的晶圆背面减薄方法，直到晶圆片数达到封装所需的片数后，再将多片晶圆翻转，并对于最下面的晶圆10进行与上述方法相同的晶圆背面减薄方法，并使晶圆10也达到减薄厚度。
如前所述，在三维封装工艺中，也可以先将晶圆置于支撑载体上，对晶圆背面减薄，再将晶圆与晶圆粘合。所述的支撑为硬质载体。所述的减薄方法与上述相同，即先对于晶圆的背面进行研磨达到研磨停止厚度，然后通过蚀刻的方法去除晶圆的圆周边缘，之后再对于晶圆进行蚀刻达到减薄厚度。由于晶圆的圆周边缘已经被去除，因此研磨浆就不会流入晶圆与支撑载体的边缘间隙，避免了边缘间隙内的研磨浆颗粒在研磨压力的作用下导致晶圆边缘断裂的问题。并且，由于晶圆完全被下方的支撑载体所支撑，避免了研磨过程中边缘弯曲对晶圆造成缺陷的问题。并且，在完成了晶圆背面的减薄之后，就可以按照工艺需要将经减薄的多片晶圆一片一片进行粘合。
综上所述，上述所公开的晶圆背面减薄方法是是通过去除两片晶圆粘合时或晶圆置于支撑载体上时的晶圆边缘间隙范围的晶圆圆周边缘，然后再对于晶圆背面进行研磨或蚀刻达到减薄厚度，从而避免晶圆边缘弯曲或断裂。
虽然本发明已以较佳实施例披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。
Claims (25)
1.一种晶圆背面减薄方法，其特征在于，包括下列步骤，
去除两片晶圆粘合时或晶圆置于支撑载体上时的晶圆边缘间隙范围的晶圆圆周边缘；
对于晶圆背面进行研磨达到减薄厚度。
2.如权利要求1所述的晶圆背面减薄方法，其特征在于，所述去除两片晶圆粘合时或晶圆置于支撑载体上时的晶圆边缘间隙范围的晶圆圆周边缘采用蚀刻的方法。
3.如权利要求2所述的晶圆背面减薄方法，其特征在于，所述蚀刻采用离子反应蚀刻。
4.如权利要求3所述的晶圆背面减薄方法，其特征在于，所述蚀刻时间为0.5至15分钟。
5.如权利要求4所述的晶圆背面减薄方法，其特征在于，所述离子反应蚀刻采用SF6气体。
6.如权利要求5所述的晶圆背面减薄方法，其特征在于，所述SF6的气体流量为100至1000sccm。
7.如权利要求4所述的晶圆背面减薄方法，其特征在于，所述离子反应蚀刻采用SF6和C4F8混合气体。
8.如权利要求7所述的晶圆背面减薄方法，其特征在于，所述SF6和C4F8的气体流量比为1/2至20。
9.如权利要求1所述的晶圆背面减薄方法，其特征在于，所述减薄厚度为30至70um。
10.一种晶圆背面减薄方法，其特征在于，包括下列步骤，
去除两片晶圆粘合时或晶圆置于支撑载体上时的晶圆边缘间隙范围的晶圆圆周边缘；
对于晶圆背面进行蚀刻达到减薄厚度。
11.如权利要求10所述的晶圆背面减薄方法，其特征在于，所述去除两片晶圆粘合时或晶圆置于支撑载体上时的晶圆边缘间隙范围的晶圆圆周边缘采用蚀刻的方法。
12.如权利要求11所述的晶圆背面减薄方法，其特征在于，所述蚀刻采用离子反应蚀刻。
13.如权利要求12所述的晶圆背面减薄方法，其特征在于，所述蚀刻时间为0.5至15分钟。
14.如权利要求13所述的晶圆背面减薄方法，其特征在于，所述离子反应蚀刻采用SF6气体。
15.如权利要求14所述的晶圆背面减薄方法，其特征在于，所述SF6的气体流量为100至1000sccm。
16.如权利要求13所述的晶圆背面减薄方法，其特征在于，所述离子反应蚀刻采用SF6和C4F8混合气体。
17.如权利要求16所述的晶圆背面减薄方法，其特征在于，所述SF6和C4F8的气体流量比为1/2至20。
18.如权利要求10所述的晶圆背面减薄方法，其特征在于，所述对于晶圆背面进行蚀刻达到减薄厚度采用湿法蚀刻或离子反应蚀刻。
19.如权利要求18所述的晶圆背面减薄方法，其特征在于，所述湿法蚀刻的时间为0.5至15分钟。
20.如权利要求19所述的晶圆背面减薄方法，其特征在于，所述湿法蚀刻采用KOH。
21.如权利要求20所述的晶圆背面减薄方法，其特征在于，所述KOH的浓度为5％至30％。
22.如权利要求19所述的晶圆背面减薄方法，其特征在于，所述湿法蚀刻采用HNO3、HF、H3PO4混合溶液。
23.如权利要求22所述的晶圆背面减薄方法，其特征在于，所述HNO3、HF、H3PO4混合溶液的比例为10-20:3-15:3-15。
24.如权利要求18所述的晶圆背面减薄方法，其特征在于，所述离子反应蚀刻的时间为0.5至5分钟。
25.如权利要求10所述的晶圆背面减薄方法，其特征在于，所述减薄厚度为30至70um。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C12 | Rejection of a patent application after its publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Open date: 20090401 |