CN109712926B

CN109712926B - 一种半导体器件的制造方法

Info

Publication number: CN109712926B
Application number: CN201711010772.3A
Authority: CN
Inventors: 付俊; 施林波; 陈福成
Original assignee: Semiconductor Manufacturing International Shanghai Corp; Semiconductor Manufacturing International Beijing Corp
Current assignee: Semiconductor Manufacturing International Shanghai Corp; Semiconductor Manufacturing International Beijing Corp
Priority date: 2017-10-25
Filing date: 2017-10-25
Publication date: 2021-01-22
Anticipated expiration: 2037-10-25
Also published as: CN109712926A

Abstract

本发明提供一种半导体器件的制造方法，所述方法包括：提供待减薄晶圆和临时键合载体，并将待减薄晶圆的正面和临时键合载体临时键合；在待减薄晶圆的背面形成防粘层；在所述防粘层的表面形成凹槽从而在所述凹槽的外围形成凸起的环状结构，所述凹槽贯穿部分厚度的待减薄晶圆；对所述凹槽的表面进行化学刻蚀，以降低形成所述凹槽时所造成的减薄缺陷和减薄应力问题；将待减薄晶圆和临时键合载体进行解键合。采用本发明的方法，在形成凸起的环状结构之前，形成了防粘层，可有效阻挡化学刻蚀工艺所用的刻蚀液与环状结构表面的物质接触，从而避免刻蚀液造成的环状结构表面的粗糙度的增大，减小在解键合过程中发生破片的风险。

Description

一种半导体器件的制造方法

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，具体而言涉及一种半导体器件的制造方法。

背景技术

随着科技的发展，电子产品的功能不断增强，而尺寸不断减小。在半导体器件的制造领域，半导体器件的尺寸不断减小，电子芯片的尺寸不断减小。为此，在半导体器件制造过程中，在晶圆的功能面上形成众多半导体器件之后，进行晶圆背面研磨工艺(BackGrinding，简称BG)，采用平坦化工艺研磨晶圆与功能面对应的背面去除部分厚度的晶圆，以减小后续形成的芯片厚度。

IGBT(Insu1ated Gate Bipo1ar Transistor，绝缘栅双极型晶体管)是一种常见的功率型器件，理想的IGBT具有高击穿电压、低导通压降、关断时间短、抗短路时间长等优点。在IGBT器件的制造过程中，进行背面工艺时晶圆通常已经减薄到200um以下。针对这种超薄晶圆，通常采用临时键合、解键合工艺以及Taiko研磨工艺来对其进行减薄，其中Taiko研磨工艺是仅研磨晶圆中心部分，而在晶圆边缘留3mm-5mm的区域不做研磨，从而在晶圆边缘形成一个凸起的环状结构，从而薄晶圆可以在后续的传送、制造和搬运中避免发生形变和破裂。按照目前的减薄工艺，减薄后的Taiko环状结构的粗糙度偏大，这会导致卡盘对器件晶圆的吸力不够导致器件晶圆在解键合过程中破片。

本发明的目的在于提供一种半导体器件的制造方法，以解决上述技术问题。

发明内容

在发明内容部分中引入了一系列简化形式的概念，这将在具体实施方式部分中进一步详细说明。本发明的发明内容部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。

本发明提供一种半导体器件的制造方法，所述方法包括：提供待减薄晶圆和临时键合载体，并将所述待减薄晶圆的正面和所述临时键合载体进行临时键合；在所述待减薄晶圆的背面形成防粘层；在所述防粘层的表面形成凹槽从而在所述凹槽的外围形成凸起的环状结构，所述凹槽贯穿部分厚度的待减薄晶圆；对所述凹槽的表面进行化学刻蚀，以降低形成所述凹槽时所造成的减薄缺陷和减薄应力问题；将所述待减薄晶圆和所述临时键合载体进行解键合。

进一步，所述防粘层包括单分子材料层。

进一步，所述防粘层的形成方法包括涂覆工艺。

进一步，所述单分子材料层包括自组装单分子层。

进一步，所述单分子材料层包括含氟有机硅烷。

进一步，所述含氟有机硅烷包括全氟癸烷基三氯硅烷。

进一步，所述化学刻蚀的方法包括单晶圆旋转湿法腐蚀法。

进一步，所述单晶圆旋转湿法腐蚀法所使用的刻蚀液包括氢氟酸、硫酸、硝酸和磷酸的组合。

进一步，在所述临时键合的步骤之后，在所述形成防粘层的步骤之前，所述方法还包括对所述待减薄晶圆的背面进行减薄处理的步骤。

综上所述，根据本发明的方法，在形成凸起的环状结构之前，在待减薄晶圆表面形成了防粘层，所述防粘层具有良好的疏水性，可以有效阻挡后续的化学刻蚀工艺中所用的刻蚀液与环状结构表面的物质接触，从而避免所述刻蚀液造成的环状结构表面的粗糙度的增大，从而减小在解键合过程中发生破片的风险。

附图说明

本发明的下列附图在此作为本发明的一部分用于理解本发明。附图中示出了本发明的实施例及其描述，用来解释本发明的原理。

附图中：

图1为按照目前工艺对器件晶圆和临时键合载体进行解键合的示意图；

图2为本发明实施例的半导体器件的制造方法的主要工艺流程示意图；

图3A‐3E为根据本发明实施例的半导体器件的制造方法依次实施的步骤分别获得的半导体器件的示意性剖面图。

具体实施方式

在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。

为了彻底理解本发明，将在下列的描述中提出详细的步骤，以便阐释本发明提出的晶圆减薄方法。显然，本发明的施行并不限定于半导体领域的技术人员所熟习的特殊细节。本发明的较佳实施例详细描述如下，然而除了这些详细描述外，本发明还可以具有其他实施方式。

应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在所述特征、整体、步骤、操作、元件和/或组件，但不排除存在或附加一个或多个其他特征、整体、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组合。

如图1所示为按照目前工艺对器件晶圆和临时键合载体进行解键合的示意图，在解键合时，器件晶圆表面及Taiko环状结构表面被卡盘吸附，这就要求器件晶圆表面和Taiko环状结构表面的粗糙度较低；否则就会导致卡盘对器件晶圆的吸力不够导致器件晶圆在解键合过程中破片。在目前的背面减薄工艺中，影响Taiko环状结构的粗糙度的因素主要有两方面：第一是在Taiko减薄之前的常规减薄，一般情况常规减薄之后的粗糙度约为10nm；第二是Taiko减薄后的化学刻蚀工艺，用于降低减薄缺陷和减薄应力问题，化学刻蚀工艺后，Taiko环状结构表面的粗糙度大于300nm，因此，在化学刻蚀工艺后，Taiko环状结构表面的粗糙度偏大，这会导致卡盘对器件晶圆的吸力不够导致器件晶圆在解键合过程中破片。

鉴于上述问题的存在，本发明提出了一种半导体器件的制造方法，如图2所示，其包括以下主要步骤：

在步骤S201中，提供待减薄晶圆和临时键合载体，并将所述待减薄晶圆的正面和所述临时键合载体进行临时键合；

在步骤S202中，在所述待减薄晶圆的背面形成防粘层；

在步骤S203中，在所述防粘层的表面形成凹槽从而在所述凹槽的外围形成凸起的环状结构，所述凹槽贯穿部分厚度的待减薄晶圆；

在步骤S204中，对所述凹槽的表面进行化学刻蚀，以降低形成所述凹槽时所造成的减薄缺陷和减薄应力问题；

在步骤S205中，将所述待减薄晶圆和所述临时键合载体进行解键合。

根据本发明的方法，在形成凸起的环状结构之前，在待减薄晶圆表面形成了防粘层，所述防粘层具有良好的疏水性，可以有效阻挡后续的化学刻蚀工艺中所用的刻蚀液与环状结构表面的物质接触，从而避免所述刻蚀液造成的环状结构表面的粗糙度的增大，从而减小在解键合过程中发生破片的风险。

参照图3A‐3E，其中示出了根据本发明实施例的半导体器件的制造方法依次实施的步骤分别获得的半导体器件的示意性剖面图。

首先，如图3A所示，提供待减薄晶圆301和临时键合载体302，并通过临时键合材料层303将所述待减薄晶圆301的正面和所述临时键合载体302进行临时键合。

如图3A所示，自下而上依次为临时键合载体302、临时键合材料层303和待减薄晶圆301，所述待减薄晶圆301的正面和所述临时键合载体302接触。

其中，所述待减薄晶圆301的材料包括硅、锗硅等各种材料。所述待减薄晶圆301为本领域常用晶圆，本发明对所述待减薄晶圆301的结构以及材料并不做限定。所述待减薄晶圆301为器件晶圆，所述器件晶圆的正面为形成半导体器件的功能面，在本实施例中，所述功能面用于形成绝缘栅双极型晶体管，所述待减薄晶圆301的背面与所述功能面相对。所述临时键合载体302为玻璃晶圆，所述临时键合材料层303为胶粘层。可选地，所述临时键合的键合温度为100℃‐400℃，时间为3min‐20min，但是并不局限于该示例。

接下来，如图3B所示，对所述待减薄晶圆301进行减薄处理，以使所述待减薄晶圆301达到第一目标厚度。

示例性地，所述减薄处理为研磨工艺，所述研磨工艺包括但不限于机械研磨工艺。减薄处理之后，所述待减薄晶圆301的粗糙度约为10nm。机械研磨的基本原理是通过磨轮研切需要减薄的晶圆表面，此过程属于物理机械作用，会使晶圆的表面晶格发生移动而造成晶格缺陷，形成表面缺陷层，并带来应力问题。

接着，如图3C所示，在所述待减薄晶圆301的背面形成防粘层304。所述防粘层具有良好的疏水性，可以有效阻挡后续的化学刻蚀工艺中所用的化学物质与晶圆表面的物质如硅接触。

示例性地，形成所述防粘层304的方法为涂覆工艺，所述防粘层304为单分子材料层，所述单分子材料层为含氟有机硅烷，如FDTS(CF₃(CF₂)₇(CH₂)₂SiCl₃,1H,1H,2H,2HPerfluorodecy-ltrichlorosilane,1H,1H,2H,2H全氟癸烷基三氯硅烷)、FOTS(CF₃(CF₂)₅(CH₂)₂SiCl₃,三氯(1H,1H,2H,2H-全氟辛基)硅烷)、FOTES(CF₃(CF₂)₅(CH₂)₂Si(OC₂H5)₃)和FOMDS(CF₃(CF₂)₅(CH₂)₂Si(CH₃)Cl₂)等。进一步，涂覆后，通过一定的工艺处理如液气相沉积(Liquid-phase processes)，可以使得所述单分子材料层中的分子与硅或硅的氧化物通过分子键连接，在所述待减薄晶圆301的表面形成自组装单分子层(self-assembledmonolayers，SAMs)。

作为另一种实施方式，形成所述防粘层304的方法为沉积工艺，在所述待减薄晶圆301的表面沉积防粘层的薄膜，其中，后续的单晶圆旋转湿法腐蚀法(SEZ工艺)中所用的化学物质对所述防粘层的刻蚀速率较低或不对其进行刻蚀，使得防粘层能够被保留。所述沉积工艺包括但不限于物理气相沉积(PVD)和化学气相沉积工艺(CVD)等工艺。

接着，如图3D所示，在所述防粘层304的表面形成凹槽从而在所述凹槽的外围形成凸起的环状结构305(虚线以上的部分)，所述凹槽贯穿部分厚度的待减薄晶圆301，其中所述环状结构包括但不限于圆环形的环状结构。

其中，形成所述凸起的环状结构305的方法包括，对所述待减薄晶圆301和所述防粘层304进行研磨处理如机械研磨，具体地，仅对所述待减薄晶圆301的中心区域进行研磨，不对所述待减薄晶圆301的边缘区域进行研磨，进而在所述待减薄晶圆301的边缘区域形成凸起的环状结构305，以使所述待减薄晶圆301的中心区域达到第二目标厚度，即预定厚度。与之前的减薄处理类似，在形成凸起的环状结构305的过程中，也会使晶圆的表面晶格发生移动而造成晶格缺陷，形成表面缺陷层，并带来应力问题。

采用这种减薄方法，针对待减薄晶圆301的中心区域进行减薄，可以有效避免减薄晶圆边缘时引发的边缘碎裂，所述中心区域拥有完整芯片版图，为有效区域。例如，可以用Taiko研磨工艺进行减薄。Taiko研磨工艺之前先要对所述待减薄晶圆301进行预研磨，之后再进行Taiko研磨。采用Taiko研磨工艺后，在所述待减薄晶圆301的边缘部分形成一个厚度大于所述待减薄晶圆301中心区域的支撑环。通过Taiko研磨，可以使所述待减薄晶圆301的中心区域减薄到预定厚度，同时在形成的所述环状结构305表面的所述防粘层304可以被保留。

最后，如图3E所示，对所述凹槽的表面进行化学刻蚀，以降低形成所述凹槽时所造成的减薄缺陷和减薄应力问题；然后将所述待减薄晶圆301和所述临时键合载体302进行解键合，使所述待减薄晶圆301和所述临时键合载体302分离。

所述化学刻蚀可以腐蚀掉所述待减薄晶圆301的中心区域的一层损伤层，以降低之前的减薄处理和形成所述凹槽时所造成的研磨缺陷和减薄应力问题。进一步，所述化学刻蚀的方法是单晶圆旋转湿法腐蚀工艺(SEZ工艺)，示例性地，所述SEZ工艺所使用的刻蚀液包括氢氟酸、硫酸、硝酸和磷酸的组合。

在解键合时，待减薄晶圆表面及Taiko环状结构表面被卡盘吸附，如图1所示，由于在形成凸起的环状结构之前形成了防粘层304，并且在形成凸起的环状结构后，位于环状结构305表面的所述防粘层304被保留，所述防粘层304具有良好的疏水性，可以有效阻挡SEZ工艺中所用的刻蚀液与所述环状结构305表面的物质接触，从而避免所述刻蚀液造成的环状结构表面的粗糙度的增大，可以使所述环状结构表面的粗糙度保持在10nm左右，防止在解键合过程中，卡盘对所述待减薄晶圆301的吸力不够导致待减薄晶圆301在解键合过程中破片，从而减小在解键合过程中发生破片的风险。另外，在形成凸起的环状结构的过程中，仅对待减薄晶圆301的中心区域进行减薄，未对边缘区域进行减薄，因此在形成凸起的环状结构后，待减薄晶圆301的中心区域的防粘层被去除，而仅有所述待减薄晶圆301的边缘区域及斜角区域的防粘层被保留，而且所述防粘层为单分子材料层构成的含氟有机硅烷，不会使待减薄晶圆产生缺陷。

具体地，选用化学解键合的方法进行解键合，可选地，将所述临时键合载体302与所述待减薄晶圆301浸入化学溶剂中，将所述临时键合材料层303溶解，以使所述临时键合载体302与所述待减薄晶圆301分离。

本发明已经通过上述实施例进行了说明，但应当理解的是，上述实施例只是用于举例和说明的目的，而非意在将本发明限制于所描述的实施例范围内。此外本领域技术人员可以理解的是，本发明并不局限于上述实施例，根据本发明的教导还可以做出更多种的变型和修改，这些变型和修改均落在本发明所要求保护的范围以内。本发明的保护范围由附属的权利要求书及其等效范围所界定。

Claims

1.一种半导体器件的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：

提供待减薄晶圆和临时键合载体，并将所述待减薄晶圆的正面和所述临时键合载体进行临时键合；

在所述待减薄晶圆的背面形成防粘层；

对所述待减薄晶圆的背面和所述防粘层进行第一减薄处理，其中所述第一减薄处理仅对所述待减薄晶圆的中心区域进行减薄，不对所述待减薄晶圆的边缘区域进行减薄，进而在所述待减薄晶圆的边缘区域形成凸起的环状结构，在所述待减薄晶圆的中心区域形成凹槽，其中所述第一减薄处理为研磨工艺；

对所述待减薄晶圆的中心区域形成的凹槽的表面进行化学刻蚀，以降低所述第一减薄处理形成所述凹槽时所造成的减薄缺陷和减薄应力问题；

将所述待减薄晶圆和所述临时键合载体进行解键合。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述防粘层包括单分子层材料。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述防粘层的形成方法包括涂覆工艺。

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述单分子层材料包括自组装单分子层。

5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述单分子材料层包括含氟有机硅烷。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述含氟有机硅烷包括全氟癸烷基三氯硅烷。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述化学刻蚀的方法包括单晶圆旋转湿法腐蚀法。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述单晶圆旋转湿法腐蚀法所使用的刻蚀液包括氢氟酸、硫酸、硝酸和磷酸的组合。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述临时键合的步骤之后，在所述形成防粘层的步骤之前，所述方法还包括对所述待减薄晶圆的背面进行第二减薄处理的步骤。