CN105448669A - 一种用于适应背面减薄的晶圆金属镀层结构以及工装 - Google Patents

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Abstract

本发明提出了一种用于适应背面减薄的晶圆金属镀层结构及其工装(光刻板、晶圆夹具)。该晶圆金属镀层结构，晶圆金属镀层中部设置有若干个用于实现芯片功能且相互隔离的金属区，整体记为芯片有效区，有别于现有技术的是：在所述芯片有效区的外围设置有与其相隔离的金属环带，该金属环带的厚度与所述金属区的厚度相同。晶圆在作业背面减薄工艺时，由于晶圆边缘均存在金属，消除了边缘缝隙，故晶圆边缘受力不均匀的问题得到解决，消除了破裂和弯曲的风险。同时，由边缘缝隙的消除，晶圆边缘的支撑载体和正面完全贴合，也消除了减薄颗粒会进入到晶圆正面的可能，解决了晶圆表面沾污的问题。

Description

一种用于适应背面减薄的晶圆金属镀层结构以及工装
技术领域
本发明涉及一种晶圆金属镀层结构以及相应的工装(光刻板、晶圆夹具)。
背景技术
使用晶圆制备芯片时，为了后续划片封装及散热需求，需要对晶圆进行减薄处理。通常的做法是，在作业完晶圆的正面工艺后，使用支撑载体粘贴晶圆正面，然后在减薄机上使用比晶圆硬度大的研磨颗粒进行研磨减薄。将晶圆减薄至要求厚度后，去除正面的支撑载体，清洗晶圆背面的研磨颗粒，从而达到减小晶圆厚度的目的。
晶圆在作业背面减薄工艺时，晶圆正面的金属区具有一定的厚度，晶圆粘在支撑载体上时，如图3所示，晶圆边缘和支撑载体会有一定的缝隙(金属区3um厚)，晶圆边缘与支撑载体无法完全贴合，导致在作业背面减薄工艺时，晶圆边缘存在受力不均衡的现象，因晶圆减薄后厚度仅有100um左右，这种不均衡的受力极易产生裂痕，使晶圆破裂。同时，由于存在缝隙，导致减薄用的减薄颗粒会进入该区域，进而污染晶圆表面。
现有技术中多通过边缘填入填充物(如Si胶)的方法减少晶圆在研磨过程中的弯曲和破裂，此方法需要进行点胶和烘烤固化，工艺过程复杂，且很难保证填充物固化后的高度与有效区金属的高度一致，无法完全避免研磨减薄过程中的受力不均衡的现象。
发明内容
为了解决晶圆背面减薄工艺过程中晶圆容易破损且带来表面污染的问题，本发明提出了一种晶圆金属镀层结构。
本发明的解决方案如下：
一种晶圆金属镀层结构，晶圆金属镀层中部设置有若干个用于实现芯片功能且相互隔离的金属区，整体记为芯片有效区，有别于现有技术的是：在所述芯片有效区的外围设置有与其相隔离的金属环带，该金属环带的厚度与所述金属区的厚度相同。
在以上方案的基础上，本发明还进一步作了如下优化：
金属环带的外周与晶圆边缘平齐。
金属环带的宽度为3～8mm。
金属环带通过光刻版版图的设计在所述金属区制备过程中同时形成。
本发明还相应地提出一种光刻板，该光刻板的掩膜图案与上述晶圆金属镀层结构中的金属整体区域相一致。
本发明还相应地提出一种在蒸发工艺中实现上述晶圆金属镀层结构所采用的晶圆夹具，包括环形基座和端盖，环形基座的内圈向内延展的区域用于承托晶圆，端盖与环形基座适配扣合；环形基座的内圈向内延展的区域为向环形基座中心延展的若干个齿，齿的内圈到基座中心的距离小于晶圆的半径，齿的外圈到基座中心的距离大于或等于晶圆的半径(即晶圆仅与这些齿接触得到承托)。
在未装配晶圆时所述端盖的边缘压接在所述齿的外圈上。也可以适当增大端盖的尺寸，采用端盖与环形基座的上端面接触的形式适配扣合。
齿的上表面最好低于所述环形基座的上表面(支撑载体指向晶圆的方向定义为由上而下)。
可以共设置有三个齿，位于内圈三等分处。这样以最少的齿与晶圆接触并保证承托的稳定性。
齿在垂直晶圆方向的厚度最好小于环形基座内圈主体的厚度。例如，可以将若干个齿设置于基座内圈主体垂直方向上的中部区域。
齿的上表面最好保持在同一平面。
每个齿沿基座中心方向的长度最好不超过3mm。
与晶圆装配后，每个齿在晶圆上投影的形状可以是正方形、长方形、三角形、梯形、弧形、半环形或者以上形状的任意组合等。
本发明利用以上光刻板和晶圆夹具，提供一种用于适应晶圆背面减薄工艺的晶圆处理方法，包括以下步骤：
(1)采用上述的光刻板进行光刻工艺；
(2)采用上述的晶圆夹具安装固定经过了光刻工艺的晶圆，进行金属蒸发工艺，在晶圆正面的芯片有效区和外边缘环带同时形成金属层，最终得到上述的晶圆金属镀层结构；
(3)将晶圆的正面与支撑载体粘合，然后进行背面减薄工艺。
在步骤(2)金属蒸发工艺形成的金属层的基础上，再进行电沉积工艺，使芯片有效区以及晶圆外边缘环带的金属层厚度满足芯片要求。从而更加节约金属材料。
本发明的技术效果如下：
晶圆在作业背面减薄工艺时，由于晶圆边缘均存在金属，消除了边缘缝隙，故晶圆边缘受力不均匀的问题得到解决，消除了破裂和弯曲的风险。同时，由边缘缝隙的消除，晶圆边缘的支撑载体和正面完全贴合，也消除了减薄颗粒会进入到晶圆正面的可能，解决了晶圆表面沾污的问题。
本发明简单地通过优化光刻版的版图，使晶圆在进行金属制备工艺时同时完成了芯片有效区金属的制备和晶圆边缘金属环带的制备，确保了二者的厚度完全相同，完全杜绝了晶圆在研磨过程中因受力不均衡产生破裂的现象。且本发明在晶圆的加工工艺过程中在不新增工艺和设备的状态下，有效解决了减薄后晶圆表面破损和沾污的问题，提升了成品率。
本发明广泛适用于电镀法、蒸镀法、磁控溅射法等各种金属制备过程。
附图说明
图1为通常晶圆上金属区的分布示意图。
图2为本发明基于图1改进后的示意图(俯视方向)。
图3为传统结构的示意图。
图4为本发明的结构示意图。
图5为晶圆夹具与晶圆安装配合的示意图。
图6为本发明的环形基座的示意图。
图7为图6的细部示意图。
附图标号说明：
1-晶圆；2-支撑载体；3-金属区；4-隔离区；5-边缘空隙6-金属环带。
7-环形基座；8-端盖；
702-小齿；703-环形基座的内圈主体。
具体实施方式
如图1所示，金属一般设计在晶圆的中心位置，用于满足器件的性能要求。如图2所示，本发明在正面专门设计制备了一个金属环带，包围晶圆边缘，消除了边缘缝隙，提高了晶圆正面和支撑载体的贴合效果，同时也解决了减薄研磨时研磨颗粒进入的问题。
具体如图4所示，从晶圆边缘往里设计一个5mm的环，晶圆在作业金属工艺时，在该区域同时制备一层金属。相同的制备工艺保证了金属环带与金属区的厚度相同，使得晶圆与支撑载体贴合后边缘不存在缝隙，从而确保了减薄研磨过程中晶圆不会产生边缘弯曲或裂片。
为了适应晶圆背面减薄工艺，本发明按照以下步骤对晶圆进行处理：
(1)进行光刻工艺时，使晶圆正面外边缘环带与芯片有效区在曝光时处于掩膜板的相同区域(同处在曝光区或同处在遮挡区)；
(2)采用上述晶圆夹具安装固定经过了光刻工艺的晶圆，进行金属蒸发工艺，在晶圆正面的芯片有效区和外边缘环带同时形成金属薄层，再进行电沉积工艺，使芯片有效区以及晶圆外边缘环带的金属层厚度满足芯片要求，最终得到上述的晶圆金属镀层结构；
(3)将晶圆的正面与支撑载体粘合，然后进行背面减薄工艺。

Claims (11)

1.一种晶圆金属镀层结构，晶圆正面中部设置有若干个用于实现芯片功能且相互隔离的金属区，整体记为芯片有效区，其特征在于：在所述芯片有效区的外围设置有与其相隔离的金属环带，该金属环带的厚度与所述金属区的厚度相同。
2.根据权利要求1所述的晶圆金属镀层结构，其特征在于：金属环带的外周与晶圆边缘平齐。
3.根据权利要求2所述的晶圆金属镀层结构，其特征在于：金属环带的宽度为3～8mm。
4.根据权利要求1所述的晶圆金属镀层结构，其特征在于：金属环带通过光刻版版图的设计在所述金属区制备过程中同时形成。
5.一种光刻板，其特征在于：光刻板的掩膜图案与权利要求1至3任一所述晶圆金属镀层结构中的金属整体区域相一致。
6.一种在蒸发工艺中实现权利要求1所述晶圆金属镀层结构所采用的晶圆夹具，包括环形基座和端盖，环形基座的内圈向内延展的区域用于承托晶圆，端盖与环形基座适配扣合；其特征在于：所述环形基座的内圈向内延展的区域为向环形基座中心延展的若干个齿，齿的内圈到基座中心的距离小于晶圆的半径，齿的外圈到基座中心的距离大于或等于晶圆的半径。
7.根据权利要求1所述的晶圆夹具，其特征在于：在未装配晶圆时所述端盖的边缘压接在所述齿的外圈上。
8.根据权利要求1所述的晶圆夹具，其特征在于：所述齿的上表面低于所述环形基座的上表面。
9.根据权利要求1所述的晶圆夹具，其特征在于：共设置有三个齿，位于内圈三等分处。
10.一种用于适应晶圆背面减薄工艺的晶圆处理方法，包括以下步骤：
(1)采用权利要求5所述的光刻板进行光刻工艺；
(2)采用权利要求6所述的晶圆夹具安装固定经过了光刻工艺的晶圆，进行金属蒸发工艺，在晶圆正面的芯片有效区和外边缘环带同时形成金属层，最终得到权利要求1所述的晶圆金属镀层结构；
(3)将晶圆的正面与支撑载体粘合，然后进行背面减薄工艺。
11.根据权利要求10所述的晶圆处理方法，其特征在于：在步骤(2)金属蒸发工艺形成的金属层的基础上，再进行电沉积工艺，使芯片有效区以及晶圆外边缘环带的金属层厚度满足芯片要求。
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