CN102082069A - 一种晶圆背面处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种晶圆背面处理方法，应用于半导体晶圆制造过程中，该方法包括：对晶圆进行背面减薄，得到减薄后的晶圆；根据所述减薄后的晶圆的背面表面质量，将所述晶圆放入设定配比的混酸溶液中浸泡，以获取满足背面金属化要求的表面质量；对经浸泡处理后的晶圆进行清洗后，对所述晶圆进行背面金属化处理，在所述晶圆的背面镀上所需的金属层。本发明的上述方法通过混酸浸泡，改善晶圆背面表面质量，使得背面金属化层不会发生翘曲、卷曲和剥落。

Description

一种晶圆背面处理方法

技术领域

本发明涉及半导体制造工艺技术领域，尤指一种用于半导体晶圆制造过程的晶圆背面处理方法。

背景技术

目前，金属-氧化物-半导体(Metal Oxide Semiconductor，MOS)场效应晶体管，简称MOS管以及其他使用超薄芯片的器件在半导体领域中得到了广泛的应用，尤其是在智能卡、射频识别(Radio Frequency Identification，RFID)器件、新型的移动电话、个人数字助理(Personal Digital Assistant，PDA)和其他小型、轻便且功能强大的电子设备中的应用更为广泛。

超薄芯片的制造过程中，对晶圆进行处理的后段工艺一般包括：贴膜-背面减薄-去膜-清洗-背金(背面金属化)等工艺步骤，其中背面减薄和清洗工艺的处理效果会直接影响到后续的背面金属化的质量。现有技术中，一般采用减薄机对晶圆进行背面减薄处理，当晶圆减薄到比较薄的程度的时候，晶圆的后段工艺必须更多地关心诸如晶圆的抗断强度、粗糙度、背金质量和切片质量等各种晶圆质量参数。

当背面减薄、清洗后的晶圆背面的表面质量状况不佳时，会造成后续背面金属化的质量不佳，严重的会出现背面金属层的剥落、以及背面金属层的翘曲或卷曲变形，导致半导体器件不能正常上机测试，影响产品的良率以及半导体器件的可靠性。

发明内容

本发明实施例提供一种晶圆背面处理方法，用以解决现有技术中存在的背面金属化质量差，金属层容易剥落的问题。

一种晶圆背面处理方法，包括：

对晶圆进行背面减薄，得到减薄后的晶圆；

根据所述减薄后的晶圆的背面表面质量，将减薄后的晶圆放入对应的设定配比的混酸溶液中浸泡，得到表面质量满足背面金属化要求的浸泡处理后的晶圆；

对经浸泡处理后的晶圆进行清洗后，对清洗后的晶圆进行背面金属化处理，实现在清洗后的晶圆的背面镀上所需的金属层。

根据本发明的上述方法，所述对晶圆进行背面减薄，具体包括：

通过选定型号的研磨轮对所述晶圆的背面进行减薄处理，得到所述背面表面质量满足设定粗糙度范围的减薄后的晶圆。

根据本发明的上述方法，所述混酸溶液为氢氟酸HF、硝酸HNO₃和醋酸HAC的混合溶液。

根据本发明的上述方法，所述混酸溶液中氢氟酸HF、硝酸HNO₃的体积比介于1∶3至1∶5之间。

本发明的上述方法，将所述晶圆放入设定配比的混酸溶液中浸泡时，在23℃～30℃温度下浸泡。

本发明的上述方法，所述晶圆在混酸溶液中的浸泡时间为20秒～2分钟。

根据本发明的上述方法，所述在清洗后的晶圆的背面镀上所需的金属层，具体包括：

通过蒸发台或溅射台在晶圆背面表面镀上符合晶圆上的半导体器件的接触电阻要求的金属层。

根据本发明的上述方法，所述金属层包括下列金属层中的至少一层：

钛、镍、银、铬和金。

根据本发明的上述方法，所述对晶圆进行背面减薄之前，还包括：

对所述晶圆的正面表面进行贴膜，在晶圆的正面表面贴上一层耐酸蓝膜。

根据本发明的上述方法，将晶圆在混酸药液中浸泡后进行清洗前，还包括：

去除贴在晶圆正面表面的所述耐酸蓝膜的步骤。

一种晶圆背面处理系统，包括：

减薄设备，用于对晶圆进行背面减薄，得到减薄后的晶圆；

浸泡装置，用于根据所述减薄后的晶圆的背面表面质量，将减薄后的晶圆放入对应的设定配比的混酸溶液中浸泡，得到表面质量满足背面金属化要求的浸泡处理后的晶圆；

金属化设备，用于对经浸泡处理后的晶圆进行清洗后，对清洗后的晶圆进行背面金属化处理，实现在清洗后的晶圆的背面镀上所需的金属层。

本发明实施例提供的晶圆背面处理方法，通过对晶圆进行背面减薄，得到减薄后的晶圆；根据所述减薄后的晶圆的背面表面质量，将所述晶圆放入设定配比的混酸溶液中浸泡，以获取满足背面金属化要求的表面质量；对经浸泡处理后的晶圆进行清洗后，对所述晶圆进行背面金属化处理，在所述晶圆的背面镀上所需的金属层。本发明的上述方法在背面减薄时后，根据背面表面质量放入特定配比的混酸溶液中浸泡，以改善晶圆背面表面质量，从而改善背面金属化的质量，使背面金属化层不会发生翘曲、卷曲和剥落，保证晶圆上半导体器件的可靠性。

附图说明

图1为本发明实施例中晶圆背面处理方法；

图2为本发明实施例中混酸处理后的晶圆表面状态示意图；

图3为本发明实施例中背面金属化后的背金效果示意图。

具体实施方式

为了改善现有技术中存在的晶圆的背面金属化层质量不佳，容易发生翘曲和变形的问题，本发明实施例提供的晶圆背面处理方法，主要涉及到对晶圆进行处理的后段加工工艺的减薄、背金等相关工艺流程的改进，其流程如图1所示，执行步骤如下：

步骤S101：对晶圆的正面表面进行贴膜。

对晶圆的正面表面进行贴膜的目的是为了在后续处理中保护晶圆的正面表面的半导体器件不受损害。

一般可以在晶圆的正面表面贴上一层耐酸蓝膜。通过专用的贴膜机对晶圆的正面表面进行贴膜，例如：可以通过NEL-SYSTEM D-304型号的贴膜机执行对晶圆正面表面进行贴膜的操作。

该步骤及后续对应的步骤S104是实现保护晶圆正面表面的较佳实施例的可选步骤。

步骤S102：对晶圆进行背面减薄。

对晶圆进行背面减薄的目的是为了使对晶圆表面的各种器件的切割更容易，以及减少各个器件的接触电阻。

通过选定型号的研磨轮对晶圆的背面进行减薄处理，得到减薄后的晶圆。为了后续背金工艺的需求，使背面金属化时的效果更好，一般选用的研磨轮应该使减薄处理后的晶圆背面表面质量满足设定粗糙度范围。

较佳的，采用325#研磨轮对晶圆背面进行减薄，可以使晶圆背面表面具有对应的一定范围的粗糙度，该粗糙度范围的表面质量可以保证晶圆背面与背面金属化时的金属具有很好的粘合性。

背面减薄后晶圆厚度根据不同的产品，不同的需求和用途会有不同的要求，一般情况下减薄后晶圆的厚度在180～300u之间。

步骤S103：将减薄后的晶圆放入混酸溶液中浸泡处理。

该步骤实质上是通过混酸溶液对晶圆进行蚀刻的步骤。本申请中，根据减薄后的晶圆的背面表面质量，将晶圆放入设定配比的混酸溶液中浸泡，得到表面质量满足背面金属化要求的浸泡处理后的晶圆。其中混酸溶液为氢氟酸HF、硝酸HNO₃和醋酸HAC的混合溶液。

上述混酸溶液中氢氟酸HF、硝酸HNO₃和醋酸HAC的混合溶液，在配制时，其中，氢氟酸HF和硝酸HNO₃的体积比介于1∶3至1∶5之间，醋酸HAC所占的体积没有严格的要求的，可以根据需要加入。其中醋酸的多少对晶圆在混酸溶液中被蚀刻的速度由一定的影响。

一般在23℃-30℃温度下将晶圆放入设定配比的混酸溶液中浸泡，能够得到较佳的浸泡效果。通常也可以直接在室温下进行即可。

晶圆在混酸溶液中浸泡的时间一般在20秒到2分钟之间。

由于采用上述选定型号的研磨轮对晶圆进行背面减薄时，为了保证背面表面质量和晶圆厚度，可能会使得减薄后的晶圆因为内部应力的关系而造成比较严重的翘曲等变形出现。尤其是采用不同的研磨轮所得到的背面表面粗糙度和所造成的变形程度也不尽相同，因此，为了解决晶圆翘曲的问题，释放晶圆内部的应力，需要采用对应的特定配比的混合化学药液(即混酸溶液)进行适当浸泡处理，一般在石英槽Tank中完成对晶圆的浸泡处理。

例如，上述采用325#研磨轮对晶圆背面进行减薄后，可以采用氢氟酸HF、硝酸HNO₃和醋酸HAC的最佳体积比例(HF∶HNO3∶HAC)为1∶5∶5的混合溶液。

采用325#研磨轮对晶圆进行减薄并经混酸溶液浸泡处理后，得到的晶圆背面表面粗糙度效果，可以如图2的扫瞄式电子显微镜(Scanning ElectronMicroscope，SEM)的照片所示。图2具体为5KV电压、3万倍率下的背金表面粗糙度效果图示。

步骤S104：去除晶圆正面表面的贴膜。

在混酸溶液中浸泡完成之后，需要去除贴在晶圆正面表面的耐酸蓝膜，以便进行后续的制造工艺。

一般通过专用的去膜机去除晶圆正面表面的贴膜，即耐酸蓝膜，例如：可以通过NEL-SYSTEM H-304N型号的去膜机来执行去除晶圆正面表面的贴膜的操作。

步骤S105：对浸泡处理后的晶圆进行清洗。

对晶圆的清洗一般采用一定配比的化学药液进行溢流冲洗，以便去除晶圆表面可能存在的残留物和晶圆背面很薄的氧化层，使得后续背面金属化的效果更好。

清洗晶圆的化学药液在现有的晶圆清洗过程中经常用到，此处不再详细说明。

步骤S106：对清洗后的晶圆进行背面金属化处理。

对经浸泡处理后的晶圆进行清洗后，对晶圆进行背面金属化处理，在晶圆的背面镀上所需的金属层。

一般通过蒸发台或溅射台在晶圆背面表面镀上工艺所需的、符合晶圆上的半导体器件的接触电阻要求的金属层，以减小器件的接触电阻。

晶圆背面金属化的金属层一般可以包括下列金属层中的至少一层：钛、镍、银、铬和金等。

完成背面金属化的晶圆的金属化层效果，可以如图3的SEM照片所示。图3具体为5KV电压、4万倍率下的金属化层效果图示。图中指示了晶圆的背面金属化层。

本发明实施例提供的晶圆背面处理方法，可以通过下述晶圆背面处理系统实现，该系统包括：

减薄设备，用于对晶圆进行背面减薄，得到减薄后的晶圆。

浸泡装置，用于根据所述减薄后的晶圆的背面表面质量，将减薄后的晶圆放入对应的设定配比的混酸溶液中浸泡，得到表面质量满足背面金属化要求的浸泡处理后的晶圆。

金属化设备，用于对经浸泡处理后的晶圆进行清洗后，对清洗后的晶圆进行背面金属化处理，实现在清洗后的晶圆的背面镀上所需的金属层。

本发明实施例提供的晶圆背面处理方法，采用特别选定的研磨轮对晶圆进行背面减薄，得到具有特定背面表面质量的减薄晶圆，并经特定配比的混酸溶液中浸泡，来改善晶圆背面表面质量，从而使得晶圆的背面表面与背金工艺中的金属具有更好的粘合性，改善了背面金属化的效果，使背面金属化层不会发生翘曲、卷曲和剥落，保证晶圆上半导体器件的可靠性。

可以对背面金属化后的晶圆进行拉力实验，实验结果证明，经本发明实施例提供的上述晶圆背面处理方法处理后，得到的背面金属化之后的晶圆，其背面金属化层不会出现卷曲、翘曲等变形，也不会出现背面金属层的剥落影响晶圆上的半导体器件可靠性的现象。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化、替换或应用到其他类似的装置，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (11)

1.一种晶圆背面处理方法，其特征在于，包括：

对晶圆进行背面减薄，得到减薄后的晶圆；

根据所述减薄后的晶圆的背面表面质量，将减薄后的晶圆放入对应的设定配比的混酸溶液中浸泡，得到表面质量满足背面金属化要求的浸泡处理后的晶圆；

对经浸泡处理后的晶圆进行清洗后，对清洗后的晶圆进行背面金属化处理，实现在清洗后的晶圆的背面镀上所需的金属层。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对晶圆进行背面减薄，具体包括：

通过选定型号的研磨轮对所述晶圆的背面进行减薄处理，得到所述背面表面质量满足设定粗糙度范围的减薄后的晶圆。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述混酸溶液为氢氟酸HF、硝酸HNO₃和醋酸HAC的混合溶液。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述混酸溶液中氢氟酸HF、硝酸HNO₃的体积比介于1∶3至1∶5之间。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，将所述晶圆放入设定配比的混酸溶液中浸泡时，在23℃～30℃温度下浸泡。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述晶圆在混酸溶液中的浸泡时间为20秒～2分钟。

7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述在清洗后的晶圆的背面镀上所需的金属层，具体包括：

通过蒸发台或溅射台在晶圆背面表面镀上符合晶圆上的半导体器件的接触电阻要求的金属层。

8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述金属层包括下列金属层中的至少一层：

钛、镍、银、铬和金。

9.如权利要求1-8任一所述的方法，其特征在于，所述对晶圆进行背面减薄之前，还包括：

对所述晶圆的正面表面进行贴膜，在晶圆的正面表面贴上一层耐酸蓝膜。

10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，将晶圆在混酸药液中浸泡后进行清洗前，还包括：

去除贴在晶圆正面表面的所述耐酸蓝膜的步骤。

11.一种晶圆背面处理系统，其特征在于，包括：

减薄设备，用于对晶圆进行背面减薄，得到减薄后的晶圆；

浸泡装置，用于根据所述减薄后的晶圆的背面表面质量，将减薄后的晶圆放入对应的设定配比的混酸溶液中浸泡，得到表面质量满足背面金属化要求的浸泡处理后的晶圆；

金属化设备，用于对经浸泡处理后的晶圆进行清洗后，对清洗后的晶圆进行背面金属化处理，实现在清洗后的晶圆的背面镀上所需的金属层。

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