CN103606517A - 一种硅片减薄方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于半导体集成电路制造工艺，尤其涉及一种硅片减薄方法。步骤1，将保护材料设置在硅片的正面；步骤2，用分阶段研磨的方式对所述硅片进行背面减薄，具体减薄过程分为两个阶段；步骤3，将研磨减薄后的硅片放入腐蚀液中，用磨砂轮以腐蚀速率v3进行湿法腐蚀；步骤4，将保护材料从硅片上去除。本发明减少了硅片在减薄过程中产生的缺陷，既保证了硅片减薄的批量化进行，又能有效地减少因为减薄所带来的背面缺陷和损伤层，并对个减薄和腐蚀过程中的厚度比例以及速率有精细的控制，所以减薄过程中硅片表面不会产生较多的缺陷和损伤，并通过减薄后的离子注入验证了缺陷减少的效果。

Description

一种硅片减薄方法
技术领域
本发明属于半导体集成电路制造工艺，尤其涉及一种硅片减薄方法。 
背景技术
随时技术工艺的不断发展，半导体芯片不断向高密度、高性能、小型化和轻薄化发展。其中，器件的薄片化是近年来功率器件和光伏器件的重点发展方向之一。一方面，薄片可以降低器件的导通电阻和压降，从而大幅度减少器件的导通损耗，并提升器件在散热等方面的性能；另一方面，薄片有利于减少器件封装的空间，从而实现整个封装模块的小型化和轻薄化。因此，硅片的减薄工艺就显得愈加重要。半导体行业中的硅片减薄方式包括研磨、化学机械抛光、干式抛光、湿法腐蚀等。其中，最常用的减薄方式是研磨（grinding），目前绝大多数的半导体芯片制造商都拥有自动化的研磨设备对硅片进行批量化减薄。研磨减薄时，硅片通过真空吸片夹持在工作换台的中心，磨砂轮边缘调整到硅片的中心位置，硅片和磨砂轮各自绕自己的轴线自旋，进行切入减薄。此方法的优点在于研磨力恒定、加工状态稳定，避免硅片出现中凸和塌边的现象。然而，这种方法不可避免地会对硅片减薄的一面造成表面损伤和缺陷，并有可能形成微小的裂隙从表面向硅片内部延伸。尤其是对于减薄之后要进行掺杂的硅片，从硅片表面离子注入的元素，在退火激活的过程中，极有可能沿着缺陷及微小的裂隙向硅片内部扩散，导致载流子浓度的分布偏离工艺条件的预期结果。总之，减薄所产生缺陷将严重影响硅片的质量，引起大的漏电流、低的注入效率以及降低少子寿命等一系列负面影响，严重制约器件的性能提升。因此，如何少硅片减薄过程中产生的缺陷，是在实现薄片化的同时，保证半导体器件性能的关键要素之一。 
现有专利申请号为CN201310068641.6，公开日为2013.7.10，名称为“一种对InP材料进行减薄和抛光的方法”的发明专利，其技术方案为：本发明公开了一种对InP材料进行减薄和抛光的方法，包括：制作对InP材料进行减薄用的硅片研磨衬垫；利用该硅片研磨衬垫对InP材料进行减薄；对InP材料进行化学机械抛光；对完成化学机械抛光的InP材料进行清洗；以及将清洗后的InP材料放入ICP刻蚀机进行等离子抛光。再如专利申请号为CN201110251150.6，公开日为2012.2.15，名称为“一种基于金属纳米粒子催化的硅片减薄方法”的发明专利，其技术方案为：本发明公开了属于微电子技术领域的一种基于金属纳米粒子催化的硅片减薄方法。本发明采用(100)或(111)硅片，利用丙酮、CP4-A溶液和氢氟酸常温预处理得到清洁的硅表面。配制硝酸银、双氧水、氢氟酸均匀混合的减薄液并放入水浴中预热，把硅片浸入减薄液，通过控制反应时间、温度与溶液配比可获得所需厚度的超薄硅片。 
上述专利分别为研磨法和湿法腐蚀单独的专利，并且现有技术中已经有对这两种方法进行结合的技术，但是这些技术都会使硅片在减薄过程中产生的表面缺陷和损伤层，所以都存在较明显的缺陷。 
发明内容
为了克服现有的硅片减薄方法影响硅片的质量、引起大的漏电流、低的注入效率以及降低少子寿命等问题现在提出既能保证了硅片减薄的批量化进行，又能有效地减少因为减薄所带来的背面缺陷的一种硅片减薄方法。 
为实现上述技术效果，本发明的技术方案如下： 
一种硅片减薄方法，其特征在于：步骤1，将保护材料设置在硅片的正面；步骤2，用分阶段研磨的方式对所述硅片进行背面减薄，具体减薄过程分为两个阶段：第一阶段先用300-600目的磨砂轮对硅片进行减薄，此阶段减去的厚度为d1，减薄速率为v1，第二阶段再用1200-2000目的磨砂轮对硅片进行减薄，此阶段采取低速率的研磨减薄，减薄速率为v2，所述的第一阶段减薄的厚度d1为总减薄厚度d的70%~92%，第一阶段减薄速率v1=1μm/s至5μm/s，所述的第二阶段减薄的厚度d2为总减薄厚度d的20%~5%，第二阶段减薄速率v2=0.01μm/s至0.5μm/s；步骤3，将研磨减薄后的硅片放入腐蚀液中，用磨砂轮以腐蚀速率v3进行湿法腐蚀，所述的腐蚀速率v3=0.005μm/s至0.1μm/s，湿法腐蚀减薄的厚度为d3，所述的腐蚀减薄的厚度d3为总减薄厚度d的10%~3%，减薄的总厚度d要满足d=d1+d2+d3，所述减薄的总厚度d为50μm至1000μm；步骤4，将保护材料从硅片上去除。
所述d1去取最大值时，d2,d3均取最小值，当d1取最小值，d2，d3均取最大值。              
所述的腐蚀液为酸性溶液的混合液。
所述酸性溶液的混合液为氢氟酸、硝酸和冰乙酸的混合溶液或氢氟酸、硫酸和硝酸的混合溶液。 
所述保护材料为抗酸性溶液腐蚀的有机膜，所述有机膜为聚酯类或聚乙烯有机膜，将所述有机膜贴在硅片的正面。 
所述保护材料为致密材料，如光刻胶，所述光刻胶均匀涂抹在硅片正面。 
所述的磨砂轮为碳化硅磨砂轮或金刚石磨砂轮。 
所述步骤4具体为将有机膜揭去。 
所述步骤4具体为用干法或湿法去掉光刻胶。 
本发明的有益效果是： 
1、本发明减少了硅片在减薄过程中产生的缺陷，既保证了硅片减薄的批量化进行，又能有效地减少因为减薄所带来的背面缺陷和损伤层（damage layer），并对个减薄和腐蚀过程中的厚度比例以及速率有精细的控制，所以减薄过程中硅片表面不会产生较多的缺陷和损伤，并通过减薄后的离子注入验证了缺陷减少的效果。
2. 本发明在研磨减薄的过程中采用分阶段、分磨砂轮、分速率的减薄方式，在完成减薄的同时，有效地减少了减薄过程中磨砂轮与硅片表面快速摩擦产生的热量和应力，从而减少由此带来的晶体缺陷和表面损伤及裂纹。提出了和现有技术中完全不同的工艺方法。 
3. 本发明在研磨减薄之后，通过湿法腐蚀去除缺陷层，对硅片表面进行修复，进一步减少表面的缺陷。 
4. 本发明选用不与湿法腐蚀溶液反应的材料作为硅片正面的保护层，保证研磨后的硅片能够长时间地在溶液中进行湿法腐蚀，以去除表面的缺陷。 
具体实施方式
本发明一种减少硅片在减薄过程中产生缺陷的方法，在本实例中包括如下关键步骤： 
实施例1
一种硅片减薄方法，步骤1，将保护材料设置在硅片的正面；步骤2，用分阶段研磨的方式对所述硅片进行背面减薄，具体减薄过程分为两个阶段：第一阶段先用300-600目的磨砂轮对硅片进行减薄，此阶段减去的厚度为d1，减薄速率为v1，第二阶段再用1200-2000目的磨砂轮对硅片进行减薄，此阶段采取低速率的研磨减薄，减薄速率为v2，所述的第一阶段减薄的厚度d1为总减薄厚度d的70%~92%，第一阶段减薄速率v1=1μm/s至5μm/s，所述的第二阶段减薄的厚度d2为总减薄厚度d的20%~5%，第二阶段减薄速率v2=0.01μm/s至0.5μm/s；步骤3，将研磨减薄后的硅片放入腐蚀液中，用磨砂轮以腐蚀速率v3进行湿法腐蚀，所述的腐蚀速率v3=0.005μm/s至0.1μm/s，湿法腐蚀减薄的厚度为d3，所述的腐蚀减薄的厚度d3为总减薄厚度d的10%~3%，减薄的总厚度d要满足d=d1+d2+d3，所述减薄的总厚度d为50μm至1000μm；步骤4，将保护材料从硅片上去除。
实施例2 
一种硅片减薄方法，步骤1，将保护材料设置在硅片的正面；步骤2，用分阶段研磨的方式对所述硅片进行背面减薄，具体减薄过程分为两个阶段：第一阶段先用300目的磨砂轮对硅片进行减薄，此阶段减去的厚度为d1，减薄速率为v1，第二阶段再用1200目的磨砂轮对硅片进行减薄，此阶段采取低速率的研磨减薄，减薄速率为v2，所述的第一阶段减薄的厚度d1为总减薄厚度d的70%%，第一阶段减薄速率v1=1μm/s，所述的第二阶段减薄的厚度d2为总减薄厚度d的20%，第二阶段减薄速率v2=0.01μ；步骤3，将研磨减薄后的硅片放入腐蚀液中，用磨砂轮以腐蚀速率v3进行湿法腐蚀，所述的腐蚀速率v3=0.005μm/s，湿法腐蚀减薄的厚度为d3，所述的腐蚀减薄的厚度d3为总减薄厚度d的10%，减薄的总厚度d要满足d=d1+d2+d3，所述减薄的总厚度d为50μm；步骤4，将保护材料从硅片上去除。
实施例3 
一种硅片减薄方法，步骤1，将保护材料设置在硅片的正面；步骤2，用分阶段研磨的方式对所述硅片进行背面减薄，具体减薄过程分为两个阶段：第一阶段先用600目的磨砂轮对硅片进行减薄，此阶段减去的厚度为d1，减薄速率为v1，第二阶段再用2000目的磨砂轮对硅片进行减薄，此阶段采取低速率的研磨减薄，减薄速率为v2，所述的第一阶段减薄的厚度d1为总减薄厚度d的92%，第一阶段减薄速率v1= 5μm/s，所述的第二阶段减薄的厚度d2为总减薄厚度d的5%，第二阶段减薄速率v2= 0.5μm/s；步骤3，将研磨减薄后的硅片放入腐蚀液中，用磨砂轮以腐蚀速率v3进行湿法腐蚀，所述的腐蚀速率v3= 0.1μm/s，湿法腐蚀减薄的厚度为d3，所述的腐蚀减薄的厚度d3为总减薄厚度d的3%，减薄的总厚度d要满足d=d1+d2+d3，所述减薄的总厚度d为1000μm；步骤4，将保护材料从硅片上去除。所述d1去取最大值时，d2,d3均取最小值，当d1取最小值，d2，d3均取最大值。              
所述的腐蚀液为酸性溶液的混合液。酸性溶液的混合液为氢氟酸、硝酸和冰乙酸的混合溶液或氢氟酸、硫酸和硝酸的混合溶液。
保护材料为抗酸性溶液腐蚀的有机膜，所述有机膜为聚酯类或聚乙烯有机膜，将所述有机膜贴在硅片的正面。所述步骤4具体为将有机膜揭去。 
实施例4 
一种硅片减薄方法，步骤1，将保护材料设置在硅片的正面；步骤2，用分阶段研磨的方式对所述硅片进行背面减薄，具体减薄过程分为两个阶段：第一阶段先用320目的磨砂轮对硅片进行减薄，此阶段减去的厚度为d1，减薄速率为v1，第二阶段再用1800目的磨砂轮对硅片进行减薄，此阶段采取低速率的研磨减薄，减薄速率为v2，所述的第一阶段减薄的厚度d1为总减薄厚度d的82%，第一阶段减薄速率v1=3μm/s，所述的第二阶段减薄的厚度d2为总减薄厚度d的14%，第二阶段减薄速率v2=0.2μm/s；步骤3，将研磨减薄后的硅片放入腐蚀液中，用磨砂轮以腐蚀速率v3进行湿法腐蚀，所述的腐蚀速率v3=0.01μm/s，湿法腐蚀减薄的厚度为d3，所述的腐蚀减薄的厚度d3为总减薄厚度d的4%，减薄的总厚度d要满足d=d1+d2+d3，所述减薄的总厚度d为500μm；步骤4，将保护材料从硅片上去除。
所述d1去取最大值时，d2,d3均取最小值，当d1取最小值，d2，d3均取最大值。              
所述的腐蚀液为酸性溶液的混合液。酸性溶液的混合液为氢氟酸、硝酸和冰乙酸的混合溶液或氢氟酸、硫酸和硝酸的混合溶液。
所述保护材料为致密材料，如光刻胶，所述光刻胶均匀涂抹在硅片正面。 
所述的磨砂轮为碳化硅磨砂轮或金刚石磨砂轮。 
所述步骤4具体为用干法或湿法去掉光刻胶。 
实施例5 
步骤1：选用合适的材料将待减薄的硅片进行正面保护，防止在减薄过程中硅片正面受到损伤和污染。所述的正面保护材料为不与硅片发生反应且不与湿法腐蚀溶液反应的致密材料，如聚酯类和聚乙烯等有机膜、光刻胶等。如采用贴膜保护，由于本实例湿法腐蚀时间较长，所以需要贴一层以上的膜保护正面；如采用光刻胶保护，需要对硅片的正面进行涂胶、匀胶、固胶。
步骤2：采用用分阶段、分磨砂轮、分速率的方式对硅片背面进行研磨减薄，尽量减少在研磨过程中硅片表面所产生的热量、缺陷及损伤。第一阶段：先用目数较小的磨砂轮对硅片进行常规减薄，此阶段减去的厚度为d1，减薄速率为v1；第二阶段：再用目数较大的磨砂轮对硅片进行精细减薄，减去的厚度为d2，此阶段采取低速率的研磨减薄，减薄速率为v2。所述的磨砂轮为碳化硅或金刚石材料的磨砂轮，所述的第一阶段目数较小的磨砂轮为300目，320目或600目的磨砂轮，所述的第二阶段目数较大的磨砂轮为1200目，1800目或2000目的磨砂轮，所述的第一阶段减薄的厚度d1为总减薄厚度d的70%~92%，第一阶段减薄速率v1=1μm/s至5μm/s，所述的第二阶段减薄的厚度d2为总减薄厚度d的20%~5%，第二阶段减薄速率v2=0.01μm/s至0.5μm/s。 
步骤3：将研磨减薄后的硅片放入腐蚀液中，以较低的腐蚀速率v3进行湿法腐蚀，以减少研磨过程中在硅片表面产生的缺陷和损伤，湿法腐蚀减薄的厚度为d3，则减薄的总厚度d=d1+d2+d3。所述的腐蚀液为氢氟酸、硝酸、醋酸等酸性溶液的混合液，所述的腐蚀速率v3=0.005μm/s至0.1μm/s，所述的腐蚀减薄的厚度d3为总减薄厚度d的10%~3%，所述减薄的总厚度d为50μm至1000μm。 
步骤4：湿法腐蚀之后，移除硅片正面的保护膜，并对减薄后的硅片进行清洗即完成整个减薄过程。对应步骤1中所述的保护材料，如采用贴膜保护，腐蚀之后需要揭膜去除保护；如采用光刻胶保护，需要视情况用干法或湿法去胶。 
本发明减薄方法各阶段的具体条件和工艺参数如下表所示： 
Figure RE-DEST_PATH_IMAGE001

Claims (9)

1.一种硅片减薄方法，其特征在于：步骤1，将保护材料设置在硅片的正面；步骤2，用分阶段研磨的方式对所述硅片进行背面减薄，具体减薄过程分为两个阶段：第一阶段先用300-600目的磨砂轮对硅片进行减薄，此阶段减去的厚度为d1，减薄速率为v1，第二阶段再用1200-2000目的磨砂轮对硅片进行减薄，此阶段采取低速率的研磨减薄，减薄速率为v2，所述的第一阶段减薄的厚度d1为总减薄厚度d的70%~92%，第一阶段减薄速率v1=1μm/s至5μm/s，所述的第二阶段减薄的厚度d2为总减薄厚度d的20%~5%，第二阶段减薄速率v2=0.01μm/s至0.5μm/s；步骤3，将研磨减薄后的硅片放入腐蚀液中，用磨砂轮以腐蚀速率v3进行湿法腐蚀，所述的腐蚀速率v3=0.005μm/s至0.1μm/s，湿法腐蚀减薄的厚度为d3，所述的腐蚀减薄的厚度d3为总减薄厚度d的10%~3%，减薄的总厚度d要满足d=d1+d2+d3，所述减薄的总厚度d为50μm至1000μm；步骤4，将保护材料从硅片上去除。
2.根据权利要求1所述的一种硅片减薄方法，其特征在于：所述d1去取最大值时，d2,d3均取最小值，当d1取最小值，d2，d3均取最大值。
3.根据权利要求1或2所述的一种硅片减薄方法，其特征在于：所述的腐蚀液为酸性溶液的混合液。
4.根据权利要求3所述的一种硅片减薄方法，其特征在于：所述酸性溶液的混合液为氢氟酸、硝酸和冰乙酸的混合溶液或氢氟酸、硫酸和硝酸的混合溶液。
5.根据权利要求4所述的一种硅片减薄方法，其特征在于：所述保护材料为抗酸性溶液腐蚀的有机膜，所述有机膜为聚酯类或聚乙烯有机膜，将所述有机膜贴在硅片的正面。
6.根据权利要求4所述的一种硅片减薄方法，其特征在于：所述保护材料为致密材料，如光刻胶，所述光刻胶均匀涂抹在硅片正面。
7.根据权利要求5或6所述的一种硅片减薄方法，其特征在于：所述的磨砂轮为碳化硅磨砂轮或金刚石磨砂轮。
8.根据权利要求5所述的一种硅片减薄方法，其特征在于：所述步骤4具体为将有机膜揭去。
9.根据权利要求6所述的一种硅片减薄方法，其特征在于：所述步骤4具体为用干法或湿法去掉光刻胶。
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