CN108179012A - 用于硅晶圆片减薄后的低应力背面腐蚀溶液和腐蚀工艺 - Google Patents

用于硅晶圆片减薄后的低应力背面腐蚀溶液和腐蚀工艺 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于硅晶圆片减薄后的低应力背面腐蚀溶液和腐蚀工艺，属于微电子加工技术领域。该技术主要针对超薄硅晶圆片减薄过程中因机械损伤产生残余应力,导致划片过程中硅晶圆片易碎的缺点。通过调配特制背面腐蚀液配比，采用特殊腐蚀方法，均匀去除晶圆片背面的机械损伤层，释放应力。该方法与背面金属化工艺完全兼容，可降低划片过程中的碎片率。

Description

用于硅晶圆片减薄后的低应力背面腐蚀溶液和腐蚀工艺
技术领域
本发明涉及微电子加工技术领域，具体涉及一种用于硅晶圆片减薄后的低应力背面溶液和腐蚀工艺。
背景技术
IC的技术进步日新月异，正在向高速化、高集成化、高密度化和高性能化的方向发展。微电子产品在集成度、速度和可靠性不断提高的同时正向轻薄短小的方向发展，与此相适应，新型的芯片封装技术不断涌现，这些先进的封装技术所需要的芯片厚度越来越薄，对芯片减薄后的平整度要求也越来越高。
减薄后的芯片(硅晶圆片)有很多优点，更有利于散热，可以使芯片机械性能显著提高，能降低元件导通电阻从而实现更高的性能，还可以减少后道加工的成本。高性能电子产品的立体封装甚至需要厚度小于100μm的超薄芯片。而背面减薄后硅晶圆片强度降低，容易产生翘曲变形，导致输送和夹持困难，在划片时产生碎裂。目前广泛采用的背面腐蚀方法主要用于消除磨削引起的损伤层，在酸液配比上，全部使用化学药剂，成本较高，均匀性较差。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于硅晶圆片减薄后的低应力背面腐蚀溶液和腐蚀工艺，通过使用全新配方的背面腐蚀液进行硅晶圆片背面腐蚀，解决了硅晶圆片减薄后残余应力大，划片过程中芯片易碎问题。
为实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：
一种用于硅晶圆片减薄后的低应力背面腐蚀溶液，按体积份数计，该腐蚀溶液包括如下组分：
所述硝酸为浓度69～71vol.％的硝酸；所述氢氟酸为浓度40vol.％的氢氟酸，所述冰乙酸为浓度大于99.8vol％的冰乙酸。
利用所述腐蚀溶液对减薄后的芯片进行背面腐蚀，腐蚀过程中采用低频超声振动，去除晶圆片减薄后的机械损伤层，同时提高背面减薄的均匀性。所述低频超声振动是指在背面腐蚀过程中使用功率密度为0.01W/cm2～0.03W/cm2的超声进行腐蚀。
所述低应力背面腐蚀方法，具体包括如下步骤：
(1)将减薄后带蓝膜的超薄硅片转移至腐蚀片架内；
(2)将载有硅晶圆片的腐蚀片架放入盛有腐蚀溶液的腐蚀槽中，开启低频超声，并将腐蚀槽水浴控温至10℃～16℃；腐蚀时间为120～180s；
(3)腐蚀结束后，将载有硅晶圆片的腐蚀片架移至腐蚀机的冲水槽中，对圆片进行清洗，冲水频次大于3次。
(4)冲水完成后，将片架放到甩干机中甩干，甩干过程中通入大于50℃、纯度为99.99％的纯氮，直至去除硅片表面的水分。
采用上述腐蚀方法可以用于减薄后厚度小于100μm的超薄硅晶圆片。
本发明的设计原理及有益效果如下：
本发明主要解决了硅晶圆片减薄后残余应力大，划片过程中芯片易碎问题。减薄工艺是一种施压、损伤、破裂、移除的物理性损伤工艺，硅晶圆片在减薄过程中通过磨轮与硅晶圆片的表面接触磨削，不可避免地对圆片本身造成损伤，在减薄后硅晶圆片背面形成一定厚度的损伤层。损伤层中的裂纹导致硅片产生形变应力，硅晶圆片在减薄后就呈现弯曲状态。通过研究,可以采用去除损伤层的办法,消除硅片应力。本发明提供了一种应用于超薄片的背面腐蚀液配方及腐蚀方法，可以精确控制硅的腐蚀速度和腐蚀深度。经本发明方法处理后的硅晶圆片，在保证了消除损伤层的基础上，提高了腐蚀均匀性，降低硅片残余应力的同时节约了工艺成本。
附图说明
图1为本发明对减薄后的硅片进行背面腐蚀流程图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例详述本发明。
本发明为用于硅晶圆片减薄后的低应力背面腐蚀溶液和腐蚀方法，腐蚀溶液是将硝酸、氢氟酸、冰乙酸和去离子水按照(4～8):1:(6～12):(6～12)体积比例混合，配置背面腐蚀液,在背面腐蚀过程中使用功率密度0.02W/cm2的超声进行腐蚀。使用该腐蚀液及腐蚀方法进行背面腐蚀后，硅晶圆片残余应力低，降低碎片率。
实施例1：
本实施例用于芯片减薄后的低应力背面腐蚀溶液的配制过程为：将硝酸、氢氟酸、冰乙酸和去离子水按照4:1:6:6体积比例混合，即获得所述背面腐蚀溶液；配制原料中，硝酸浓度69～71vol.％；氢氟酸浓度40vol.％，冰乙酸浓度大于99.8vol％。
采用上述腐蚀溶液对减薄至100um的硅晶圆片进行腐蚀，流程如图1所示，腐蚀过程如下：
(1)将减薄后带蓝膜的超薄硅晶圆片转移至腐蚀片架内；
(2)将载有硅晶圆片的腐蚀片架放入盛有腐蚀液的酸槽中，开启低频超声，超声功率密度控制在0.02W/cm2，腐蚀槽水浴控温至12℃。根据减薄机选用的磨轮型号，在120″～180″时间区间内选择腐蚀时间。
(3)腐蚀结束后，将载有硅晶圆片的腐蚀片架移至腐蚀机的冲水槽中，对圆片进行清洗，冲水频次为6次。
(4)冲水完成后，将片架放到甩干机中甩干，甩干过程中通50℃、纯度为99.99％的纯氮，直至去除硅片表面的水分。
经精磨减薄后的硅晶圆片表面存在约2.5μm～5μm的损伤层，平均翘曲度为392/μm，划片碎片率大于2％。通过背面湿法腐蚀处理，可将损伤层去除，进而降低圆片应力。本发明的背面腐蚀液对硅晶圆片的腐蚀速率约为2μm/min。采用应力测试仪分别对减薄前及腐蚀后的硅晶圆片进行翘曲度测试，测试结果如下：
腐蚀时间 腐蚀前(均值) 腐蚀后(均值) 碎片率
90″ 397 187 1.08％
120″ 392 87 1.33‰
150″ 385 92 1.29‰
180″ 393 89 1.35‰
经试划片，硅晶圆片背面腐蚀后划片碎片率由背面腐蚀前的2％下降至1.5‰以下。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种用于硅晶圆片减薄后的低应力背面腐蚀溶液，其特征在于：按体积份数计，该腐蚀溶液包括如下组分：
2.根据权利要求1所述的用于硅晶圆片减薄后的低应力背面腐蚀溶液，其特征在于：所述硝酸为浓度69～71vol.％的硝酸；所述氢氟酸为浓度40vol.％的氢氟酸，所述冰乙酸为浓度大于99.8vol％的冰乙酸。
3.利用权利要求1所述腐蚀溶液进行的用于硅晶圆片减薄后的低应力背面腐蚀方法，其特征在于：该方法采用所述腐蚀溶液对芯片减薄后的背面进行腐蚀，腐蚀过程中采用低频超声振动，去除硅晶圆片减薄后的机械损伤层，同时提高背面减薄的均匀性。
4.根据权利要求3所述的用于硅晶圆片减薄后的低应力背面腐蚀方法，其特征在于：所述低频超声振动是指在背面腐蚀过程中使用功率密度0.01W/cm2～0.03W/cm2的超声进行腐蚀。
5.根据权利要求3或4所述的用于硅晶圆片减薄后的低应力背面腐蚀方法，其特征在于：该方法具体包括如下步骤：
(1)将减薄后带蓝膜的超薄硅晶圆片转移至腐蚀片架内；
(2)将载有硅晶圆片片的腐蚀片架放入盛有腐蚀溶液的腐蚀槽中，开启低频超声，并将腐蚀槽水浴控温至10℃～16℃；
(3)腐蚀结束后，将载有硅晶圆片的腐蚀片架移至腐蚀机的冲水槽中，对圆片进行清洗，冲水频次大于3次。
(4)冲水完成后，将片架放到甩干机中甩干，甩干过程中通入大于50℃、纯度为99.99％的纯氮，直至去除硅晶圆片表面的水分。
6.根据权利要求5所述的用于硅晶圆片减薄后的低应力背面腐蚀方法，其特征在于：步骤(2)中，腐蚀时间为120～180s。
7.根据权利要求3所述的用于硅晶圆片减薄后的低应力背面腐蚀方法，其特征在于：该方法能够用于减薄后厚度小于100μm的超薄芯片。
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