CN107731675A - 一种半导体晶片机械开槽工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公布了一种半导体晶片机械开槽工艺,属于半导体器件生产技术领域,其特征在于,流程如下:a、匀胶:在晶片正面及反面涂布一层负性光刻胶,b、机械切割:采用载片吸盘吸住匀胶后的晶片,用切割刀片对晶片表面进行机械开槽,开槽深度在145~155um,c、湿法蚀刻:将机械切割后的芯片放入湿法蚀刻液中进行腐蚀处理;本发明以机械切割的方式替代传统光刻工艺,大大减少了化学试剂的用量,而且降低了厂房净化成本,缩短了生产周期,提高效率,同时提升了产品的浪涌电流冲击能力。
Description
技术领域
本发明涉及半导体器件生产技术领域,具体涉及一种半导体晶片机械开槽工艺。
背景技术
目前,芯片制造普遍是通过光刻工艺来实现沟槽线条的获取,再通过化学试剂进行湿法蚀刻来开沟槽。其工艺流程如图1所示:首先匀胶,即在芯片表面进行一次均匀的上胶处理;然后对胶层透过光罩进行照UV光,则经UV光照射的胶层发生交联反应,而光罩下未经受UV光照射的胶层则不发生交联反应;随后将UV光照后的芯片置于显影液中,胶层中未照UV光未反应的部分被显影液破坏,暴露出硅片;最后湿法蚀刻,即采用混酸对硅片进行酸腐蚀吃出沟形,完成芯片的台面开槽。
在此光刻过程中,需要显影液定影液以及大量的酸试剂进行酸腐蚀硅片,来达到一定要求的沟槽深度,化学试剂用量大,对环境造成污染;为了避免光阻在曝光前、曝光后受到曝光机以外的光线照射而曝光,所以整个作业必须在黄光室下进行,同时为了减少粉尘颗粒污染,需要在一定级别的净化车间内生产,这就需要一定的进行净化的动力成本,作业环境比较苛刻,且生产周期较长;另外,光刻工艺每花篮晶片腐蚀时间大概15~20min,每槽酸最多作业500片晶片,生产效率低。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足,提供一种半导体晶片机械开槽工艺,大大减少了化学试剂的用量,而且降低了厂房净化成本,缩短了生产周期,提高效率,同时提升了产品的浪涌电流冲击能力。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下:一种半导体晶片机械开槽工艺,其特征在于,流程如下:
a、匀胶:在晶片正面及反面涂布一层负性光刻胶,保护晶片在混酸腐蚀过程中台面不被侵蚀;
b、机械切割:采用载片吸盘吸住匀胶后的晶片,用切割刀片对晶片表面进行机械开槽,开槽深度在145~155um,形成初步的深度,大概与PN结深度一致,形成芯片初步图形;
c、湿法蚀刻:将机械切割后的晶片放入湿法蚀刻液中进行腐蚀处理,制得具有预设沟槽深度的晶片,形成最终深度,为玻璃钝化做准备。
进一步的,匀胶所用光刻胶粘度为25℃下425~475mPa·s,涂布转速2000~3000RPM,涂布后的光刻胶厚度5~7um,此厚度下既可以有效保护芯片台面,又可以保证光刻线条齐整。
进一步的,匀胶操作环境湿度小于65%,环境温度15~25℃,湿度过大容易导致晶片表面受潮,光刻胶结合不紧密,温度控制目的在于控制光刻胶的粘度。
进一步的,匀胶前先对晶片进行预烘烤,烘烤温度150℃,烘烤时间20min,以避免晶片受潮影响光刻胶的粘附效果,旨在充分排除晶片表面的水汽,利于光刻胶结合。
进一步的,匀胶后对晶片进行二次烘烤,烘烤温度110~120℃,烘烤时间30min,使得光刻胶里面的溶剂充分挥发,提升光刻胶的保护效果。
进一步的,机械切割采用单主轴机械切割机,主轴转速30000RPM,切割速度90~110mm/s,切割刀片采用金刚石砂轮刀片,刀片颗粒大小4.5~6.5um,刀片集中度100~110,刀刃露出量1.0~1.5mm,切割水温15~25℃。
进一步的,所述载片吸盘采用陶瓷吸盘,直径200~250mm,可用于生产3寸、 4寸、5寸、 6寸晶片兼容。
进一步的,切割水入水口阻值大于1兆欧,切割水量0.5~1.4L/min,保证晶片不受金属离子污染。
进一步的,湿法蚀刻在腐蚀槽中进行,所述湿法蚀刻液采用体积比为5:3:3的硝酸、氢氟酸、冰乙酸组成的混酸液,所述硝酸、氢氟酸、冰乙酸均为电子级,混酸液温度-8~-4℃,腐蚀时间250~350s,混酸比例决定了沟槽造型,酸温及时间决定了沟槽的最终参数,温度过高不容易控制,温度过低则反应太慢。
进一步的,腐蚀槽中混酸液的初始量为36L,且每作业500pcs晶片,向腐蚀槽中补注入500~800mL氢氟酸,作业至1500pcs时更换腐蚀槽中混酸,若超过累计片数继续作业的话,由于混酸比例发生了较大变化,影响对产品沟槽造型的控制。
与现有技术相比,本发明的有益效果是:
1.简化了厂房及净化要求, 降低了成本;
2.节省了显影剂、定影剂、漂洗液等化学试剂的使用,降低了混酸化学试剂的使用;
3.提高了生产效率,缩短了生产周期,利于降低在制品积压,提升库存周转率;
4.提升了产品的浪涌电流冲击能力。
附图说明
图1是现有技术光刻开槽工艺的流程示意图;
图2是本发明开槽工艺的流程示意图;
图3是本发明匀胶后的晶片结构示意图;
图4是本发明机械切割后的晶片结构示意图;
图5是本发明湿法蚀刻后的晶片结构示意图。
具体实施方式
实施例1
一种半导体晶片机械开槽工艺流程如下:
a、匀胶:如图3所示,在晶片正面及反面涂布一层负性光刻胶,光刻胶粘度为25℃下425mPa·s,涂布转速2000RPM,涂布后的光刻胶厚度5um;
匀胶操作环境湿度小于65%,环境温度15℃。
b、机械切割:采用载片吸盘吸住匀胶后的晶片,用切割刀片对晶片表面进行机械开槽,开槽深度在145um,切割后的晶片如图4所示;
机械切割采用日本disco公司生产的DFD6240单主轴机械切割机,主轴转速30000RPM,切割速度90mm/s,切割刀片采用金刚石砂轮刀片,刀片颗粒大小 4.5um,刀片集中度100,刀刃露出量1.0mm,切割水温15℃;
c、湿法蚀刻:将机械切割后的晶片放入湿法蚀刻液中进行腐蚀处理,制得沟槽深度为190um的晶片,如图5所示。
本实施例匀胶前先对晶片进行预烘烤,烘烤温度150℃,烘烤时间20min,其目的是为了避免晶片受潮影响光刻胶的粘附效果。
本实施例匀胶操作后对晶片进行二次烘烤,烘烤温度110℃,烘烤时间30min。
本实施例的载片吸盘采用直径为200mm陶瓷吸盘。
本实施例的切割水入水口阻值大于1兆欧,切割水量0.5L/min。
本实施例湿法蚀刻在腐蚀槽中进行,所述湿法蚀刻液采用体积比为5:3:3的硝酸、氢氟酸、冰乙酸组成的混酸液,所述硝酸、氢氟酸、冰乙酸均为电子级,混酸液温度-8℃,腐蚀时间250s。
本实施例腐蚀槽中混酸液的初始量为36L,且每作业500pcs晶片,向腐蚀槽中补注入500mL氢氟酸,作业至1500pcs时更换腐蚀槽中混酸。
实施例2
一种半导体晶片机械开槽工艺流程如下:
a、匀胶:在晶片正面及反面涂布一层负性光刻胶,光刻胶粘度为25℃下450mPa·s,涂布转速2500RPM,涂布后的光刻胶厚度6um;
匀胶操作环境湿度小于65%,环境温度20℃。
b、机械切割:采用载片吸盘吸住匀胶后的晶片,用切割刀片对晶片表面进行机械开槽,开槽深度在150um;
机械切割采用日本disco公司生产的DFD6240单主轴机械切割机,主轴转速30000RPM,切割速度100mm/s,切割刀片采用金刚石砂轮刀片,刀片颗粒大小5.5um,刀片集中度105,刀刃露出量1.2mm,切割水温20℃;
c、湿法蚀刻:将机械切割后的晶片放入湿法蚀刻液中进行腐蚀处理,制得沟槽深度为200um的晶片。
本实施例匀胶前先对晶片进行预烘烤,烘烤温度150℃,烘烤时间20min,其目的是为了避免晶片受潮影响光刻胶的粘附效果。
本实施例匀胶操作后对晶片进行二次烘烤,烘烤温度115℃,烘烤时间30min。
本实施例的载片吸盘采用直径为220mm陶瓷吸盘。
本实施例的切割水入水口阻值大于1兆欧,切割水量1L/min。
本实施例湿法蚀刻在腐蚀槽中进行,所述湿法蚀刻液采用体积比为5:3:3的硝酸、氢氟酸、冰乙酸组成的混酸液,所述硝酸、氢氟酸、冰乙酸均为电子级,混酸液温度-6℃,腐蚀时间300s。
本实施例腐蚀槽中混酸液的初始量为36L,且每作业500pcs晶片,向腐蚀槽中补注入650mL氢氟酸,作业至1500pcs时更换腐蚀槽中混酸。
实施例3
一种半导体晶片机械开槽工艺流程如下:
a、匀胶:在晶片正面及反面涂布一层负性光刻胶,光刻胶粘度为25℃下475mPa·s,涂布转速3000RPM,涂布后的光刻胶厚度7um;
匀胶操作环境湿度小于65%,环境温度25℃。
b、机械切割:采用载片吸盘吸住匀胶后的晶片,用切割刀片对晶片表面进行机械开槽,开槽深度在155um;
机械切割采用日本disco公司生产的DFD6240单主轴机械切割机,主轴转速30000RPM,切割速度110mm/s,切割刀片采用金刚石砂轮刀片,刀片颗粒大小6.5um,刀片集中度110,刀刃露出量1.5mm,切割水温25℃;
c、湿法蚀刻:将机械切割后的晶片放入湿法蚀刻液中进行腐蚀处理,制得沟槽深度为210um的晶片。
本实施例匀胶前先对晶片进行预烘烤,烘烤温度150℃,烘烤时间20min,其目的是为了避免晶片受潮影响光刻胶的粘附效果。
本实施例匀胶操作后对晶片进行二次烘烤,烘烤温度120℃,烘烤时间30min。
本实施例的载片吸盘采用直径为250mm陶瓷吸盘。
本实施例的切割水入水口阻值大于1兆欧,切割水量1.4L/min。
本实施例湿法蚀刻在腐蚀槽中进行,所述湿法蚀刻液采用体积比为5:3:3的硝酸、氢氟酸、冰乙酸组成的混酸液,所述硝酸、氢氟酸、冰乙酸均为电子级,混酸液温度-4℃,腐蚀时间350s。
本实施例腐蚀槽中混酸液的初始量为36L,且每作业500pcs晶片,向腐蚀槽中补注入800mL氢氟酸,作业至1500pcs时更换腐蚀槽中混酸。
本发明采用机械切割的方式来替代现有技术中的光刻工艺,可以实现在非净化的车间内生产,而且可以在强光灯下作业,无需专门的黄光室,简化了厂房及净化要求,降低了成本;同时不需要显影剂定影剂漂洗液等化学品,而且机械切割去除了部分硅片结构,相对于现有技术的光刻法从硅片表面开始处理而言,待酸腐蚀的部分减少,因此混酸用量也大大减少;每花篮晶片腐蚀时间5min左右,每槽酸可作业晶片1000~1500片,大大提高了生产效率及产能,相对于现有技术的光刻工艺生产周期短,可以降低产品的在制品积压,提升库存周转率;另外,传统光刻结合混酸腐蚀工艺一般槽宽:槽深在2.5左右,而本发明开槽工艺由于先进行纵向切割,可以控制槽宽:槽深在1.8左右,同样深度情况下,晶片去除少,芯片PN结面积更大,有效的提升了产品抗浪涌电流冲击能力。
现有技术光刻工艺与本发明机械开槽工艺生产50mil芯片正向抗浪涌电流冲击能力测试数据见下表。
编号 | 光刻工艺抗浪涌电流/A | 机械开槽工艺抗浪涌电流/A |
1 | 45 | 58 |
2 | 47 | 60 |
3 | 44 | 60 |
4 | 45 | 60 |
5 | 46 | 61 |
6 | 45 | 60 |
7 | 44 | 60 |
8 | 45 | 59 |
9 | 45 | 60 |
10 | 45 | 60 |
11 | 48 | 63 |
12 | 43 | 61 |
13 | 45 | 60 |
14 | 45 | 60 |
15 | 46 | 60 |
16 | 44 | 58 |
17 | 45 | 60 |
18 | 45 | 59 |
19 | 47 | 60 |
20 | 45 | 60 |
21 | 45 | 60 |
22 | 44 | 61 |
Min | 43 | 58 |
Max | 48 | 63 |
平均 | 45 | 60 |
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 (10)
1.一种半导体晶片机械开槽工艺,其特征在于,流程如下:
a、匀胶:在晶片正面及反面涂布一层负性光刻胶;
b、机械切割:采用载片吸盘吸住匀胶后的晶片,用切割刀片对晶片表面进行机械开槽,开槽深度在145~155um;
c、湿法蚀刻:将机械切割后的晶片放入湿法蚀刻液中进行腐蚀处理,制得具有预设沟槽深度的晶片。
2.根据权利要求1所述的半导体晶片机械开槽工艺,其特征在于,匀胶所用光刻胶粘度为25℃下425~475mPa·s,涂布转速2000~3000RPM,涂布后的光刻胶厚度5~7um。
3.根据权利要求1或2所述的半导体晶片机械开槽工艺,其特征在于,匀胶操作环境湿度小于65%,环境温度15~25℃。
4.根据权利要求1所述的半导体晶片机械开槽工艺,其特征在于,匀胶前先对晶片进行预烘烤,烘烤温度150℃,烘烤时间20min。
5.根据权利要求1或4所述的半导体晶片机械开槽工艺,其特征在于,匀胶后对晶片进行二次烘烤,烘烤温度110~120℃,烘烤时间30min。
6.根据权利要求1所述的半导体晶片机械开槽工艺,其特征在于,机械切割采用单主轴机械切割机,主轴转速30000RPM,切割速度90~110mm/s,切割刀片采用金刚石砂轮刀片,刀片颗粒大小4.5~6.5um,刀片集中度100~110,刀刃露出量1.0~1.5mm,切割水温15~25℃。
7.根据权利要求1所述的半导体晶片机械开槽工艺,其特征在于,所述载片吸盘采用陶瓷吸盘,直径200~250mm。
8.根据权利要求1所述的半导体晶片机械开槽工艺,其特征在于,切割水入水口阻值大于1兆欧,切割水量0.5~1.4L/min。
9.根据权利要求1所述的半导体晶片机械开槽工艺,其特征在于,湿法蚀刻在腐蚀槽中进行,所述湿法蚀刻液采用体积比为5:3:3的硝酸、氢氟酸、冰乙酸组成的混酸液,所述硝酸、氢氟酸、冰乙酸均为电子级,混酸液温度-8~-4℃,腐蚀时间250~350s。
10.根据权利要求9所述的半导体晶片机械开槽工艺,其特征在于,腐蚀槽中混酸液的初始量为36L,且每作业500pcs晶片,向腐蚀槽中补注入500~800mL氢氟酸,作业至1500pcs时更换腐蚀槽中混酸。
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CN109727861A (zh) * | 2019-01-03 | 2019-05-07 | 山东理工大学 | 沟槽刻蚀加工工艺及二极管的生产方法 |
CN114093926A (zh) * | 2021-11-10 | 2022-02-25 | 长江存储科技有限责任公司 | 晶圆、晶圆制备方法及晶圆切割方法 |
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WO2014083647A1 (ja) * | 2012-11-28 | 2014-06-05 | 新電元工業株式会社 | 樹脂封止型半導体装置の製造方法及び樹脂封止型半導体装置 |
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- 2017-09-18 CN CN201710842491.8A patent/CN107731675A/zh not_active Withdrawn
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