CN106298439A - 晶圆的处理方法、制备半导体元件的方法及其应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了晶圆的处理方法、制备半导体元件的方法及其应用。根据本发明的实施例，晶圆的处理方法包括：(1)对晶圆的背面进行打磨；(2)对经过打磨的晶圆背面进行喷砂。由此，采用晶圆的处理方法在消除晶圆背面研磨损伤的同时，可以在晶圆背面形成微观的凸凹缺陷，从而提高晶圆背面上金属层的粘附，进而提高功率器件的性能。根据本发明的实施例，制备半导体元件的方法包括：提供晶圆；在晶圆的背面形成砂层；在晶圆背面的砂层上沉积形成金属层；采用封装材料对形成金属层的晶圆进行封装，其中，在晶圆的背面形成砂层是采用上述晶圆的处理方法进行的。由此，采用制备半导体元件的方法可以制备得到性能稳定的半导体元件。

Description

晶圆的处理方法、制备半导体元件的方法及其应用
技术领域
本发明属于电子技术领域，具体而言，本发明涉及一种晶圆的处理方法、制备半导体元件的方法及其应用。
背景技术
电力电子技术具有高度灵活性和高效率两大特点，是目前最先进的电能变换技术，而电力电子装置是一个采用功率半导体器件作为核心部件的高效的能量变换工具。因此，电力电子技术和功率半导体器件是紧密相连的，可以说，功率半导体器件是电力电子技术的基础和核心，它的生产工艺的优劣对电力电子技术的发展起到至关重要的影响。
对于大多数的现代功率半导体器件，晶圆背面是一个很重要部分。在器件背面工艺技术上的创新将使得器件性能得到很大提高。因此，背面金属工艺就显得至关重要，而背面金属工艺的最重要的基础就是复合膜层淀积前获得一个较好的有利于金属半导体欧姆接触、有利于增强膜层与裸硅粘附性的良好的背面形貌。
目前功率器件半导体器件背面处理工艺普遍采用磨片后背面化学腐蚀的办法，该方法是采用混合酸腐蚀液将背面的硅腐蚀掉一部分，在一定程度上消除磨片后的物理损伤。然而该方法中酸液自身腐蚀速率快，且新酸与使用一段时间的酸腐蚀速率差别也比较大，使得去除量控制难度大，不利于生产控制，同时酸液腐蚀对于背面是无差别腐蚀，在一定程度上消除研磨缺陷的同时，也降低了背面的粗糙度，不利于欧姆接触和增强复合膜层粘附性。
因此，晶面背面的处理技术有待进一步研究。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种晶圆的处理方法、制备半导体元件的方法及其应用，该晶圆的处理方法可以在消除晶圆背面研磨损伤的同时，可以在晶圆背面形成微观的凸凹缺陷，从而提高晶圆背面上金属层的粘附，进而提高功率器件的性能。
在本发明的第一方面，本发明提出了一种晶圆的处理方法。根据本发明的实施例，该方法包括：
(1)对所述晶圆的背面进行打磨；以及
(2)对步骤(1)得到的经过打磨的晶圆背面进行喷砂。
由此，根据本发明实施例的晶圆的处理方法在消除晶圆背面研磨损伤的同时，可以在晶圆背面形成微观的凸凹缺陷，从而提高晶圆背面上金属层的粘附，进而提高功率器件的性能。
在本发明的第二个方面，本发明提出了一种制备半导体元件的方法。根据本发明的实施例，该方法包括：
提供晶圆；
在所述晶圆的背面形成砂层；
在所述晶圆背面的砂层上沉积形成金属层；以及
采用封装材料对形成金属层的晶圆进行封装，以便得到半导体元件，
其中，在所述晶圆的背面形成砂层是采用上述所述的晶圆的处理方法进行的。
由此，根据本发明实施例的制备半导体元件的方法可以制备得到性能稳定的半导体元件。
在本发明的第三方面，本发明提出了一种半导体元件。根据本发明的实施例，该半导体元件是采用上述所述的制备半导体元件的方法制备得到的。由此，根据本发明实施例的制备半导体元件具有较高的稳定性能。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是根据本发明一个实施例的晶圆的处理方法的流程示意图；
图2是根据本发明再一个实施例的晶圆的处理方法的流程示意图；
图3是根据本发明一个实施例的制备半导体元件的方法流程示意图；
图4是根据本发明再一个实施例的制备半导体元件的方法流程示意图；
图5是研磨后的晶圆背面的表面形貌图；
图6是研磨后的晶圆背面的剖面图；
图7是采用本发明实施例的晶圆的处理方法所得晶圆背面的表面形貌图；
图8是采用本发明实施例的晶圆的处理方法所得晶圆背面的剖面图；
图9是采用对比例的方法所得晶圆背面的表面形貌图；
图10是采用对比例的方法所得晶圆背面的剖面图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本发明的一个方面，本发明提出了一种晶圆的处理方法。根据本发明的实施例，该方法包括：(1)对晶圆的背面进行打磨；(2)对步骤(1)得到的经过打磨的晶圆背面进行喷砂。发明人发现，通过对打磨的晶圆背面进行喷砂，在晶圆背面上形成砂层，较传统采用化学腐蚀的工艺相比，本发明可以在消除晶圆背面研磨损伤的同时提高晶圆背面的微观粗糙度，从而可以显著提高晶圆背面与金属层之间的粘附力，进而提高功率器件的性能，同时较化学腐蚀工艺相比，本发明的处理方法中原料易得，且成本较低。
下面参考图1-2对本发明实施例的晶圆的处理方法进行详细描述。根据本发明的实施例，晶圆的处理方法包括：
S100：对晶圆的背面进行打磨
根据本发明的实施例，可以采用研磨的方式对晶圆的背面进行处理，并且将晶圆的厚度控制在150～200μm。根据本发明的具体实施例，本发明所采用的晶圆可以为单晶硅晶圆片，其尺寸为3～6英寸，厚度为300～800μm，掺杂剂为S、P、Sb或B，拉晶方式为区熔或直拉，晶向为<100>或<111>，电阻率为1～104Ω.cm。
S200：对经过打磨的晶圆背面进行喷砂
根据本发明的实施例，对S100得到的经过打磨的晶圆背面进行喷砂，可以在晶圆背面形成具有微观粗糙度的砂层。根据本发明的具体实施例，参考图2，S200可以采用下列步骤进行：
S210：提供砂浆溶液
根据本发明的实施例，砂浆溶液的浓度并不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，根据本发明的具体实施例，砂浆溶液的浓度可以为22～30wt％。发明人发现，若砂浆溶液浓度过低，导致在晶圆背面形成砂层厚度不均匀，而若砂浆溶液浓度过高，使得砂层的厚度不容易控制，并且可能会对晶圆背面造成更大损伤，另外所得砂层的粗糙度不高。由此，选择砂浆溶液的浓度为22～30wt％，不仅可以在晶圆背面上形成厚度均匀的砂层，而且可以在有效消除晶圆背面研磨损伤的同时提高砂层的粗糙度，从而有利于后续金属层的粘附。
S220：将经过打磨的的晶圆固定在载片器上
根据本发明的实施例，“载片器”为现有技术中可以起到固定作用的任何固定件。
S230：采用喷砂枪向经过打磨的晶圆背面喷射砂浆溶液
根据本发明的实施例，采用喷砂枪向经过打磨的晶圆的背面喷射砂浆溶液，从而可以在晶圆背面形成砂层。根据本发明的一个实施例，砂层的厚度并不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，根据本发明的具体实施例，砂层的厚度可以为1～5μm。发明人发现，若砂层厚度过低，不能有效消除晶圆背面的研磨损伤，而砂层厚度过高，导致砂层在晶圆背面的附着力降低，从而使得后续的金属层容易脱落。由此，选择砂层的厚度为1～5μm可以在消除晶圆背面研磨损伤的同时，提高金属层在晶圆背面上的粘附。
根据本发明的实施例，喷砂枪的喷射参数并不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，根据本发明的具体实施例，喷砂枪的喷砂压力可以为0.55～0.70Mpa，喷砂枪的喷射速度可以为700～850mm/s。发明人发现，该喷射参数下可以显著优于其他条件显著提高晶圆背面上砂层厚度的均匀性，并且所形成砂层粗糙度较高，从而在有效消除晶圆背面研磨损伤的同时提高晶圆背面与金属层的粘附，进而提高功率器件的性能。
S240：对晶圆背面的砂层进行清洗
根据本发明的实施例，可以采用超声水对晶圆背面进行清洗，从而可以有效去除砂层上残留的砂浆颗粒。由此，可以进一步提高晶圆背面与金属层的粘附，进而提高功率器件的性能。
由此，根据本发明实施例的晶圆的处理方法在消除晶圆背面研磨损伤的同时，可以在晶圆背面形成微观的凸凹缺陷，从而提高晶圆背面上金属层的粘附，进而提高功率器件的性能。
在本发明的第二个方面，本发明提出了一种制备半导体元件的方法。根据本发明的实施例，该方法包括：提供晶圆；在晶圆的背面形成砂层；在晶圆背面的砂层上沉积形成金属层；以及采用封装材料对形成金属层的晶圆进行封装，以便得到半导体元件，其中，在晶圆的背面形成砂层是采用上述的晶圆的处理方法进行的。发明人发现，通过采用上述喷砂方式来提高晶圆背面的粗糙度，可以显著提高金属层与晶圆背面的粘附，从而使得所得半导体元件具有良好的稳定性。需要说明的是，前文针对晶圆的处理方法所描述的特征和优点同样适用于制备半导体的方法，此处不再一一赘述。
下面参考图3对本发明实施例的制备半导体元件的方法进行详细描述。根据本发明的实施例，该方法包括：
S100A：提供晶圆
根据本发明的实施例，晶圆可以为上述描述的掺杂S、P、Sb或B的单晶硅晶圆片，并且该晶圆的一个面上具有通过刻蚀形成的集成电路，即这一面称为正面。
S200A：在晶圆的背面形成砂层
根据本发明的实施例，晶圆的背面为与晶圆正面相对一面，即晶圆上没有集成电路的一面。根据本发明的具体实施例，该步骤可以采用上述描述的晶圆的处理方法。需要说明的是，前文针对晶圆的处理方法所描述的特征和优点同样适用于该步骤，此处不再赘述。
S300A：在晶圆背面的砂层上沉积形成金属层
根据本发明的实施例，可以采用真空镀、离子镀或磁控溅射工艺在晶圆背面的砂层上沉积形成金属层，优选采用离子镀工艺进行沉积。根据本发明一个实施例，离子镀沉积的条件并不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，根据本发明的具体实施例，离子镀的功率可以为4000～6000w。发明人发现，该条件下金属层沉积效率较高，并且所得金属层的质量最好。根据本发明的另一个实施例，沿着远离晶圆背面的方向，金属层可以依次包括金属钛层、金属镍层和金属银层。根据本发明的实施例，金属钛层、金属镍层和金属银层的厚度并不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，根据本发明的具体实施例，金属钛层的厚度可以为0.05～0.15μm，金属镍层的厚度可以为0.15～0.25μm，金属银层的厚度可以为5～15μm。发明人发现，若各金属层太薄，无法有效起到连接和保护的作用，而若各金属层太厚，使得附件电阻增大，降低芯片性能。由此，选择该厚度范围的金属层既可以有效起到连接和保护的作用，又可以显著提高所得芯片性能。
S400A：采用封装材料对形成金属层的晶圆进行封装
根据本发明的实施例，采用封装材料对形成金属层的晶圆进行封装，从而可以得到半导体元件。由此，可以对半导体元件上的集成电路起到保护作用，从而提高半导体元件的稳定性能。根据本发明的一个实施例，封装材料的具体类型并不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，根据本发明的具体实施例，封装材料可以为陶瓷材料或橡胶。由此，可以进一步提高所得半导体元件的稳定性。
由此，通过采用上述喷砂方式来提高晶圆背面的粗糙度，可以显著提高金属层与晶圆背面的粘附，从而使得所得半导体元件具有良好的稳定性。
参考图4，根据本发明的实施例，制备半导体元件的方法进一步包括：
S500A：每次在晶圆背面砂层上沉积形成金属层以后，对晶圆进行退火处理
根据本发明的实施例，每次在晶圆背面砂层上沉积形成金属层以后，对晶圆进行退火处理，从而可以有效避免对晶圆的损伤。根据本发明的一个实施例，对晶圆进行退火处理的方式并不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，根据本发明的具体实施例，可以通过通入氩气对晶圆进行退火处理，并且氩气的流量可以为500～700sccm。发明人发现，采用氩气对晶圆进行退火处理，不仅可以提高晶圆的退火效率，而且不会污染金属层。
在本发明的第三方面，本发明提出了一种半导体元件。根据本发明的实施例，该半导体元件是采用上述所述的制备半导体元件的方法制备得到的。由此，根据本发明实施例的制备半导体元件具有较高的稳定性能。需要说明的是，上述针对制备半导体元件的方法所描述的特征和优点同样适用于该半导体元件，在此不再赘述。
下面参考具体实施例，对本发明进行描述，需要说明的是，这些实施例仅仅是描述性的，而不以任何方式限制本发明。
实施例
晶圆规格：掺杂S、P、Sb或B的单晶硅晶圆片，尺寸为3～6英寸，厚度500μm；
处理方法：对晶圆的背面进行研磨，将晶圆的厚度控制在200μm，研磨后的晶圆背面的表面形貌如图5和6所示，晶圆背面研磨后磨纹粗、沟壑深且物理损伤大，然后将经过打磨的晶圆固定在载片器上，然后采用喷砂枪向经过打磨的晶圆背面喷射砂浆溶液，从而在晶圆背面上形成砂层，其中，砂浆溶液的浓度为25wt％，喷砂枪的喷砂压力为0.6Mpa，喷砂枪的喷射速度为750mm/s，最后采用超声水对晶圆背面的砂层进行清洗并甩干。其表面形貌如图7和8所示，可见，采用该方法可以在有效消除晶圆背面研磨损伤的同时，提高晶圆背面的粗糙度。
对比例
晶圆规格：同实施例；
处理方法：对晶圆的背面进行研磨，将晶圆的厚度控制在200μm，研磨后的晶圆背面的表面形貌如图5和6所示，然后采用混合酸液对经过打磨的晶圆背面进行腐蚀，其中，混合酸液中HNO3、HF、CH3COOH的体积比为5：1：2，所得晶圆背面表面形貌如图9和10所示，由图可知，采用该方法所得晶圆背面磨纹变浅，物理损伤小的同时晶圆背面趋于光滑，从而不利于后续晶圆背面上金属层的粘附。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (18)

1.一种晶圆的处理方法，其特征在于，包括：
(1)对所述晶圆的背面进行打磨；以及
(2)对步骤(1)得到的经过打磨的晶圆背面进行喷砂。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(2)是采用下列步骤进行的：
(2-1)提供砂浆溶液；
(2-2)将经过打磨的晶圆固定在载片器上；
(2-3)采用喷砂枪向所述经过打磨的晶圆的背面喷射所述砂浆溶液，以便在所述晶圆背面形成砂层；以及
(2-4)采用超声水对所述晶圆背面的砂层进行清洗。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在步骤(2-1)中，所述砂浆溶液的浓度为22～30wt％。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在步骤(2-3)中，所述喷砂枪的喷砂压力为0.55～0.70Mpa。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，在步骤(2-3)中，所述喷砂枪的喷射速度为700～850mm/s。
6.根据权利要去5所述的方法，其特征在于，在步骤(2-3)中，所述砂层的厚度为1～5μm。
7.一种制备半导体元件的方法，其特征在于，包括：
提供晶圆；
在所述晶圆的背面形成砂层；
在所述晶圆背面的砂层上沉积形成金属层；以及
采用封装材料对形成金属层的晶圆进行封装，以便得到半导体元件，
其中，在所述晶圆的背面形成砂层是采用权利要求1～6任一项所述的晶圆的处理方法进行的。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，在所述晶圆背面的砂层上沉积形成金属层是采用真空镀、离子镀或磁控溅射工艺的进行的。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述离子镀的功率为4000～6000w。
10.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，沿着远离所述晶圆背面的方向，所述金属层依次包括金属钛层、金属镍层和金属银层。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述金属钛层的厚度为0.05～0.15μm。
12.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述金属镍层的厚度为0.15～0.25μm。
13.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述金属银层的厚度为5～15μm。
14.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述封装材料为陶瓷或塑胶。
15.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，进一步包括：
每次在所述晶圆背面的砂层上沉积形成金属层以后，对所述晶圆进行退火处理。
16.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，所述退火处理是采用氩气进行的。
17.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，所述氩气流量为500～700sccm。
18.一种半导体元件，其特征在于，所述半导体元件是采用权利要求7～17任一项所述的制备半导体元件的方法制备得到的。
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