CN109509701B - 一种晶圆片的研磨抛光方法以及相应的晶圆片 - Google Patents

一种晶圆片的研磨抛光方法以及相应的晶圆片 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种晶圆片的研磨抛光方法以及相应的晶圆片，该晶圆片的研磨抛光方法包括根据晶圆片的硬度，配置与所述晶圆片相匹配的研磨液；采用所述研磨液对所述晶圆片进行研磨；采用化学方式对研磨后的晶圆片进行抛光，以释放由于研磨操作产生的应力；对抛光后的晶圆片进行清洁处理，得到研磨抛光后的晶圆片。本发明依据晶圆片的硬度配置合适的研磨液，以保证研磨的去除率，达到晶圆片减薄的效果，同时，采用化学方式对晶圆片进行抛光，释放研磨过程中产生的应力，保证晶圆片的平整度，并有效避免了晶圆片裂片情况的发生。

Description

一种晶圆片的研磨抛光方法以及相应的晶圆片
技术领域
本发明属于芯片制造技术领域，更具体地，涉及一种晶圆片研磨抛光的方法以及相应的晶圆片。
背景技术
在晶圆片制备过程中，传统的研磨工艺是把需要研磨的晶圆片用石蜡直接粘在夹具上，例如，将晶圆片用石蜡直接粘在石英玻璃上，进行背面研磨。在研磨过程中，采用的研磨液为颗粒直径为5μm的三氧化二铝、水基研磨液、去离子水的混合物；在研磨完成之后将晶圆片从夹具上卸下来，然后通过化学药品加热的方法去除晶圆片上面的石蜡和研磨产生的杂质。
前述方法存在以下问题：对于某些材质较硬的晶圆片，在研磨过程中，由直径5μm的三氧化二铝所配置的研磨液对晶圆片进行研磨时，研磨起来相当困难，几乎磨不动，晶圆片无法达到预期的减薄厚度，甚至容易裂片，影响晶圆片的研磨质量。同时，在研磨的过程中产生的应力过大，晶圆片在从夹具中卸下来时严重翘曲甚至崩裂，在化学药品加热去杂质过程中，同样容易导致晶圆片破碎。
鉴于此，克服该现有技术所存在的缺陷是本技术领域亟待解决的问题。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种晶圆片的研磨抛光方法以及相应的晶圆片，其目的在于依据晶圆片的硬度配置合适的研磨液，以保证研磨的去除率，达到晶圆片减薄的效果，同时，采用化学方式对晶圆片进行抛光，释放研磨过程中产生的应力，可以保证晶圆片的平整度，并有效避免了晶圆片裂片情况的发生，由此解决目前对于硬度较硬的晶圆片难于研磨，以及晶圆片在从夹具中卸下来时严重翘曲甚至崩裂的技术问题。
为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种晶圆片的研磨抛光方法，所述晶圆片的研磨抛光方法包括：
根据晶圆片的硬度，配置与所述晶圆片相匹配的研磨液；
采用所述研磨液对所述晶圆片进行研磨；
采用化学方式对研磨后的晶圆片进行抛光，以释放由于研磨操作产生的应力；
对抛光后的晶圆片进行清洁处理，得到研磨抛光后的晶圆片。
优选地，所述根据晶圆片的硬度，配置与所述晶圆片相匹配的研磨液包括：
当所述晶圆片的硬度大于750kg/mm2时，将预设直径范围的氧化铝粉粒、磨料油以及水按照预设的比例混合，配置相应的研磨液；
其中，所述预设直径范围为6μm～8μm。
优选地，所述晶圆片的组成成分包括砷化镓或掺铁磷化铟中的至少一种；
所述氧化铝粉粒为三氧化二铝粉粒。
优选地，所述采用化学方式对研磨后的晶圆片进行抛光，以释放由于研磨操作产生的应力包括：
采用化学抛光液，对研磨后的晶圆片进行预设时间长度的抛光处理，以释放由于研磨操作产生的应力。
优选地，所述采用化学抛光液，对研磨后的晶圆片进行预设时间的抛光处理，以释放由于研磨操作产生的应力包括：
采用浓度为千分之三至千分之五的溴甲醇溶液，对研磨后的晶圆片进行25s～35s的抛光处理。
优选地，所述采用化学方式对研磨后的晶圆片进行抛光，以释放由于研磨操作产生的应力之后还包括：
采用腐蚀液对抛光后的晶圆片进行腐蚀处理，以增大晶圆片的表面粗糙度。
优选地，所述采用腐蚀液对抛光后的晶圆片进行腐蚀处理，以增大晶圆片的表面粗糙度包括：
采用盐酸溶液，按照预设的腐蚀次数，对抛光后的晶圆片进行腐蚀处理，以使晶圆片的表面粗糙度控制在9nm～11nm。
优选地，所述盐酸溶液的浓度为19％～21％，所述预设的腐蚀次数为3～5次。
优选地，所述对抛光后的晶圆片进行清洁处理，得到研磨抛光后的晶圆片包括：
采用由丙酮以及乙醇等溶液配制而成的化学溶液，对抛光后的晶圆片进行清洁处理，得到清洗干净的晶圆片。
按照本发明的另一方面，提供了一种晶圆片，所述晶圆片是依据本发明所述的晶圆片的研磨抛光方法，进行研磨抛光处理而得到的。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有如下有益效果：本发明所提供的晶圆片的研磨抛光方法，首先根据晶圆片的硬度，配置与晶圆片相匹配的研磨液；然后，采用研磨液对晶圆片进行研磨，再采用化学方式对研磨后的晶圆片进行抛光，以释放由于研磨操作产生的应力，最后对抛光后的晶圆片进行清洁处理，得到研磨抛光后的晶圆片。本发明依据晶圆片的硬度配置合适的研磨液，以保证研磨的去除率，达到晶圆片减薄的效果。由于研磨液与晶圆片的硬度相互匹配，不仅可以保证研磨质量，还可以提高研磨的效率。另一方面，采用化学方式对晶圆片进行抛光，可以有效释放研磨过程中产生的应力，消除了卸片时晶圆片严重翘曲的情况，保证了晶圆片的平整度，从而保证后续的解理测试可以顺利进行。而且，晶圆片的残余应力较小，可以有效避免了晶圆片裂片情况的发生。
附图说明
图1是本发明实施例提供的一种晶圆的研磨抛光方法的流程示意图；
图2是本发明实施例提供的一种晶圆的研磨抛光方法的工艺流程示意图；
图3是本发明实施例提供的一种氧化铝粒径对研磨速率和表面粗糙度的影响的对比示意图；
图4是本发明实施例提供的一种化学抛光前后晶圆片的残余应力与表面粗糙度的对比示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
实施例1：
目前，对于某些材质较硬的晶圆片，在研磨过程中，由直径5μm的三氧化二铝所配置的研磨液对晶圆片进行研磨时，研磨起来相当困难，几乎磨不动，而且容易裂片。同时，在研磨的过程中产生的应力过大，晶圆片在从夹具中卸下来时严重翘曲甚至崩裂，在化学药品加热去杂质过程中，同样容易导致晶圆片破碎。
为解决前述问题，本发明实施例提供一种晶圆片的研磨抛光方法，该研磨抛光方法依据晶圆片的硬度配置合适的研磨液，以保证研磨的去除率，达到晶圆片减薄的效果。由于研磨液与晶圆片的硬度相互匹配，不仅可以保证研磨质量，还可以提高研磨的效率。另一方面，采用化学方式对晶圆片进行抛光，可以有效释放研磨过程中产生的应力，消除了晶圆片严重翘曲的情况，保证了晶圆片的平整度，从而保证后续的解理测试可以顺利进行。而且，晶圆片的残余应力较小，可以有效避免了晶圆片裂片情况的发生。
下面结合图1～图4，具体说明本发明实施例的晶圆片的研磨抛光方法。该晶圆片的研磨抛光方法具体包括如下步骤：
步骤10：根据晶圆片的硬度，配置与所述晶圆片相匹配的研磨液。
在实际应用场景中，晶圆片的组成材质不同时，晶圆片的硬度也会存在差异，晶圆片硬度越大，研磨减薄的难度也会相应增大。当研磨液选择不合适时，会影响去除率，去除率低时，无法将晶圆片减薄至目标厚度；去除率高时，容易将晶圆片划破，影响研磨质量。
为了在研磨质量与去除率之间找到平衡点，以期达到较佳的研磨效果。在本实施例中，首先根据晶圆片的硬度，配置与所述晶圆片相匹配的研磨液。研磨液中的研磨颗粒，对研磨的去除率起决定性作用，在配置研磨液时，需要先选择合适的研磨颗粒。一般而言，经常采用氧化铝粉粒配置研磨液，例如，三氧化二铝粉粒。在实际实验中，发明人发现，三氧化二铝直径的大小对硬质材料制作而成的晶圆片的研磨速率有很大影响，颗粒直径越大研磨去除速率越快，氧化铝粒径与研磨速率的关系见图3。但是，颗粒直径越大也越容易将晶圆片划破，而颗粒直径过小时，又很难对晶圆片进行去除。
经过大量的实验验证，当所述晶圆片的硬度大于750kg/mm2时，将预设直径范围的氧化铝粉粒、磨料油以及水按照预设的比例混合，配置相应的研磨液；其中，所述预设直径范围为6μm～8μm，预设的比例可以依据实际情况而设定，一般为1：1：4。由此配置而成的研磨液，对于硬度大于750kg/mm2的晶圆片，具有较好的研磨效果。在实际应用场景中，晶圆片的硬度位于750kg/mm2～900kg/mm2的区间范围内，均可适用于采用直径6μm～8μm的氧化铝粉粒配置而成的研磨液，进行研磨处理，不仅可以保证去除率，还可以保证研磨质量。
在具体应用场景中，所述晶圆片的组成成分包括砷化镓或掺铁磷化铟中的至少一种，所述氧化铝粉粒为三氧化二铝粉粒。将直径范围为6μm～8μm的三氧化二铝粉粒、磨料油以及水按照1：1：4进行混合配置研磨液。
步骤11：采用所述研磨液对所述晶圆片进行研磨。
在本实施例中，将晶圆片固定在夹具上，例如，可以通过石蜡将晶圆片固定在夹具上，其中，夹具可以为石英玻璃。晶圆片固定完成之后，采用按照步骤10配置而成的研磨液对晶圆片进行研磨。在实际研磨过程中，可以根据减薄的厚度以及研磨的速率确定研磨的时间，以保证晶圆片的厚度满足实际需求。
步骤12：采用化学抛光的方式对研磨后的晶圆片进行抛光，以释放由于研磨操作产生的应力。
在对晶圆片进行研磨之后，晶圆片的表面粗糙度较大，不利于后续工艺制作，而且，在研磨过程中，晶圆片会产生较大的应力，该应力会导致卸片时晶圆片翘曲崩裂(实验阶段几乎是80％的晶圆片在从夹具中卸下来后，都有不同程度的破损)。
为了保证晶圆片的平整度，以及避免晶圆片由于应力而崩裂的情况的发生，需要释放晶圆片的应力之后，再将晶圆片从夹具上卸下来。在本实施例中，采用CP3000化学抛光对晶圆片进行抛光处理，不仅可以降低晶圆片的表面粗糙度，而且还可以有效释放晶圆片的应力，避免晶圆片在卸片过程中翘曲崩裂情况的发生。
具体而言，采用化学抛光液，对研磨后的晶圆片进行预设时间长度的抛光，以释放由于研磨操作产生的应力。其中，化学抛光液可以为溴甲醇溶液，预设时间长度可以依据抛光液的种类以及需要释放的应力大小而定。由于晶圆片后续的工艺，对晶圆片的表面粗糙度有一定的要求，例如，在晶圆片上贴附电极工艺，当晶圆片太过光滑时，电极不容易被贴附到晶圆片上。因此，在抛光工艺中，晶圆片不能被过度抛光，然而轻微的抛光又不能够有效释放晶圆片的应力。
经过反复的实践，针对砷化镓或掺铁磷化铟等较硬的材质制成的晶圆片，采用浓度为千分之三至千分之四的溴甲醇溶液，按照0.2ml/s～0.3ml/s的滴速对晶圆片进行25s～35s的抛光处理。在抛光过程中，晶圆片的背面粗糙度降低，背面粗糙度由研磨后的5μm降低至约为5～6nm，在此过程中，晶圆片抛光会去除部分晶圆片，不过去除量较小约2μm(厚度)，对晶圆面的最终厚度影响较小。按照前述方式进行抛光后，晶圆片的残余应力大幅度降低，可以较好的释放应力；通过控制滴速以及抛光时间避免晶圆片被过度抛光。晶圆片的残余应力减小后，在卸片时可以避免晶圆片翘曲情况的发生，保证了晶圆片表面的平整度，为后续解理测试提供了可靠保障，同时避免了晶圆片崩裂情况的发生。
经过抛光之后的晶圆片的表面粗糙度较低，晶圆片的表面太过光滑，粘附力较小，不利于后续贴附电极等工艺，在优选的实施例中，还需要采用腐蚀的方式，适当增加晶圆片的表面粗糙度，一般而言，晶圆片的表面粗糙度控制在9nm～11nm时，可以使电极与晶圆片之间具有较好的粘附力，保证电极不容易从晶圆片上脱落。在实际应用场景中，可以采用腐蚀液对抛光后的晶圆片进行腐蚀处理，以增大晶圆片的表面粗糙度，例如，采用浓度为19％～21％的盐酸腐蚀晶圆片背面3～5次，每次9～11秒，最终晶圆片背面粗糙度由抛光后的5～6nm变为10nm左右，可以保证晶圆片的表面粗糙度控制在9nm～11nm，使电极与晶圆片之间具有较好的粘附力。
在腐蚀完成之后，用去离子水冲洗晶圆片，再用氮气吹干晶圆片，最后采用无尘纸将夹具擦拭干净。
步骤13：对抛光后的晶圆片进行清洁处理，得到研磨抛光后的晶圆片。
在本实施例中，在对晶圆片进行研磨抛光后，首先在加热台上将晶圆片与夹具分离，然后将晶圆片放置在化学溶液中，该化学溶液主要由去蜡液、丙酮以及乙醇等溶液配制而成，从而去除残留在晶圆片上的杂质，对抛光后的晶圆片进行清洁处理。
实施例2：
针对目前现有的应用场景，发明人经过批量的实现验证，基于实施例1的晶圆片的研磨抛光方法，提供了一组较优的参数组合，对溶液的类型溶液的浓度、抛光的时间以及腐蚀的时间等相关联的约束条件，进行了进一步的限定，以适用于工业生产，提高产品的良率。具体如下：
在本实施例中，晶圆片的组成成分包括砷化镓或掺铁磷化铟中的至少一种，晶圆片研磨完成之后的最终尺寸为150μm左右，研磨液由三氧化二铝、研磨油以及水按照一定的比例混合配置而成。
由于研磨液中的三氧化二铝直径的大小对硬质材料的研磨速率有很大影响，颗粒越大研磨去除速率越快，氧化铝粒径与研磨速率的关系见图3。三氧化二铝直径过大在研磨时，虽然去除率很高，但是很容易把晶圆片划破，直径过小又很难去除。经过反复实验论证，采用直径为7μm的三氧化二铝配置而成的研磨液，可以同时保证研磨质量和去除率。因此，将直径为7μm的三氧化二铝、磨料油以及水按照1：1：4的比例混合，配置研磨液。
研磨液配置完成之后，开始对晶圆片进行研磨抛光处理，具体的工艺步骤如图2所示。
第一步：贴片，将晶圆片固定在夹具上；
第二步：研磨，采用前述配置的研磨液对晶圆片的背面进行研磨处理，将晶圆片减薄至目标厚度；
第三步：抛光(释放应力)，采用浓度为千分之四的溴甲醇溶液，按照0.2ml/s～0.3ml/s的滴速对晶圆片进行抛光，抛光时间为30秒。在抛光过程中，晶圆片的背面粗糙度降低，背面粗糙度由研磨后的5μm降低至约为5～6nm，在此过程中，晶圆片抛光会去除部分晶圆片，不过去除量较小约2μm(厚度)，对晶圆面的最终厚度影响较小。采用化学抛光液对晶圆片进行抛光后，晶圆片的残余应力由抛光前的8.4MPa减小至抛光后的1.2MPa(如图4所示)，可以较好的释放应力，保证了晶圆片表面的平整度，避免晶圆片崩裂情况的发生。
第四步：腐蚀(增加粗糙度)，采用浓度为20％的盐酸对晶圆片进行腐蚀，增加粗糙度。腐蚀晶圆片的背面四次，每次十秒，最终晶圆片背面粗糙度由抛光后的5～6nm变为10nm左右，可以保证晶圆片的表面粗糙度控制在9nm～11nm，使电极与晶圆片之间具有较好的粘附力。
第五步：卸片，将晶圆片从夹具上取下来，进行清洁处理，清洗晶圆片上残留的杂质。
实施例3：
与上述实施例1以及实施例2相对应的，本发明实施例还提供一种晶圆片，该晶圆片是按照上述实施例1或实施例2的研磨抛光方法制作而成的。
关于晶圆片的研磨抛光方法的具体过程，请参阅图1～图4及相关的文字描述，在此，不再赘述。
在本发明实施例中，由于研磨液与晶圆片的硬度相互匹配，不仅可以保证研磨质量，还可以提高研磨的效率。另一方面，采用化学抛光液对晶圆片进行抛光，可以有效释放研磨过程中产生的应力，消除了晶圆片严重翘曲的情况，保证了晶圆片的平整度，从而保证后续的解理测试可以顺利进行。再者，晶圆片的残余应力较小，可以有效避免了晶圆片裂片情况的发生，提高了产品的良率。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种晶圆片的研磨抛光方法，其特征在于，所述晶圆片的研磨抛光方法包括：
根据晶圆片的硬度，配置与所述晶圆片相匹配的研磨液，所述研磨液包括氧化铝粉粒；
采用所述研磨液对所述晶圆片进行研磨；
采用化学抛光液对研磨后的晶圆片进行抛光，以释放由于研磨操作产生的应力，其中，所述化学抛光液包括溴甲醇溶液；其中，溴甲醇溶液的浓度为千分之三至千分之五；
采用盐酸溶液，按照预设的腐蚀次数，对抛光后的晶圆片进行腐蚀处理，以增大晶圆片的表面粗糙度；对抛光后的晶圆片进行清洁处理，得到研磨抛光后的晶圆片。
2.根据权利要求1所述的晶圆片的研磨抛光方法，其特征在于，所述根据晶圆片的硬度，配置与所述晶圆片相匹配的研磨液包括：
当所述晶圆片的硬度大于750kg/mm2时，将预设直径范围的氧化铝粉粒、磨料油以及水按照预设的比例混合，配置相应的研磨液；
其中，所述预设直径范围为6μm～8μm。
3.根据权利要求2所述的晶圆片的研磨抛光方法，其特征在于，所述晶圆片的组成成分包括砷化镓或掺铁磷化铟中的至少一种；
所述氧化铝粉粒为三氧化二铝粉粒。
4.根据权利要求1所述的晶圆片的研磨抛光方法，其特征在于，所述采用化学抛光液对研磨后的晶圆片进行抛光，以释放由于研磨操作产生的应力包括：
采用化学抛光液，对研磨后的晶圆片进行预设时间长度的抛光处理，以释放由于研磨操作产生的应力。
5.根据权利要求4所述的晶圆片的研磨抛光方法，其特征在于，所述采用化学抛光液，对研磨后的晶圆片进行预设时间的抛光处理，以释放由于研磨操作产生的应力包括：
采用浓度为千分之三至千分之五的溴甲醇溶液，对研磨后的晶圆片进行25s～35s的抛光处理。
6.根据权利要求1所述的晶圆片的研磨抛光方法，其特征在于晶圆片的表面粗糙度控制在9nm～11nm。
7.根据权利要求1所述的晶圆片的研磨抛光方法，其特征在于，所述盐酸溶液的浓度为19％～21％，所述预设的腐蚀次数为3～5次。
8.根据权利要求1～7任一项所述的晶圆片的研磨抛光方法，其特征在于，所述对抛光后的晶圆片进行清洁处理，得到研磨抛光后的晶圆片包括：
采用由丙酮以及乙醇溶液配制而成的化学溶液，对抛光后的晶圆片进行清洁处理，得到清洗干净的晶圆片。
9.一种晶圆片，其特征在于，所述晶圆片是依据如权利要求1～8任一项所述的晶圆片的研磨抛光方法，进行研磨抛光处理而得到的。
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CN101236905A (zh) * 2008-03-05 2008-08-06 浙江大学 一种在CdZnTe衬底上制备Ⅳ-Ⅵ族半导体单晶薄膜的方法

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