CN112233967B - 一种改善背面金属与衬底Si脱落异常的加工方法 - Google Patents
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Abstract
一种改善背面金属与衬底Si脱落异常的加工方法。涉及一种芯片背面减薄后的去应力清洗工艺，尤其涉及一种改善背面金属与衬底Si脱落异常的加工方法。提供了一种提高背面金属与Si之间的结合力的一种改善背面金属与衬底Si脱落异常的加工方法。本发明主要改进了硅腐蚀液的配方，常温下，硅单质在纯HF中的腐蚀速率很小，可忽略为不反应，但是如果加入HNO3,腐蚀速率会大大增加，其中HNO3作为氧化剂氧化了单质Si。利用硝酸的强氧化性，先将Si氧化为SiO2，再由HF将二氧化硅去除。缓冲剂提供H+来源，使腐蚀速率能够保持稳定。本发明具有加工简便，提升背面结合力等特点。
Description
技术领域
本发明涉及一种芯片背面减薄后的去应力清洗工艺，尤其涉及一种改善背面金属与衬底Si脱落异常的加工方法。
背景技术
在功率器件芯片制造中，芯片完成正面工艺流程后，将通过背面减薄的方式，来降低芯片厚度，以使芯片能够装入封装体中。晶圆在减薄后需淀积背面金属来作为电极，从而在封装的时候，可以从背面金属上接出引线。晶圆减薄后存在内部应力和Si表面损伤层，需通过去应力清洗工艺来达到去除芯片内应力，减少翘曲度和去除Si表面损伤层的目的。
目前晶圆背面工艺流程为正面贴膜—背面减薄—背面去应力腐蚀—背面金属蒸发前清洗—正面揭膜—背面金属淀积。现有的去应力腐蚀工艺中，使用硅腐蚀液（药剂配比HNO3:HF:CH3COOH:H2O 6:1:2:1）处理后晶圆背面表面光亮，SEM（电子显微镜）下观察表面较为平坦，背面金属和Si之间的结合力较差，在客户端经常出现背面金属和衬底Si之间脱落现象，客户投诉较多。
发明内容
本发明针对以上问题，提供了一种提高背面金属与Si之间的结合力的一种改善背面金属与衬底Si脱落异常的加工方法。
本发明的技术方案是：包括以下步骤：
1）、将硅片的正面贴膜；
2）、背面研磨至设定尺寸；
3）、清洗；
3.1）硅腐蚀液配比；
将浓度为70%的HNO3、浓度为49%的HF和浓度为96%的H2SO4混合制备而成硅腐蚀液；
3.2）将经过步骤2）的硅片依次放入特氟龙片架上；
3.3）将承载硅片的特氟龙片架放入硅腐蚀液中；
3.4）冲水、甩干。
步骤3.3）硅片放入硅腐蚀液中时间为2min。
步骤3.3）硅片放入硅腐蚀液中时，每隔1min-2min抖动特氟龙片架。
HNO3:HF：H2SO4 的体积比为1:2:（10~20）。
HNO3:HF：H2SO4 的体积比为1:2:15。
步骤3.1）所述硅腐蚀液温度保持在24摄氏度。
Si单质本身不和HF发生反应，HNO3作为氧化剂，业界内一般利用CH3COOH作为缓冲剂控制腐蚀速率，不同的化学品配比和不同工艺温度控制均会对腐蚀形貌产生影响。
本发明主要改进了硅腐蚀液的配方，常温下，硅单质在纯HF中的腐蚀速率很小，可忽略为不反应，但是如果加入HNO3,腐蚀速率会大大增加，其中HNO3作为氧化剂氧化了单质Si。利用硝酸的强氧化性，先将Si氧化为SiO2，再由HF将二氧化硅去除。缓冲剂提供 H+ 来源，使腐蚀速率能够保持稳定。本发明具有加工简便，提升背面结合力等特点。
附图说明
图1是采用第一种配比硅腐蚀液在光学显微镜下观察腐蚀后背面Si表面情况的照片，
图2是采用第二种配比硅腐蚀液在光学显微镜下观察腐蚀后背面Si表面情况的照片，
图3是采用第三种配比硅腐蚀液在光学显微镜下观察腐蚀后背面Si表面情况的照片，
图4是采用第四种配比硅腐蚀液在光学显微镜下观察腐蚀后背面Si表面情况的照片，
图5是采用第五种配比硅腐蚀液在光学显微镜下观察腐蚀后背面Si表面情况的照片，
图6是采用第六种配比硅腐蚀液在光学显微镜下观察腐蚀后背面Si表面情况的照片，
图7是电子显微镜下腐蚀后背面Si表面照片一，
图8是电子显微镜下腐蚀后背面Si表面照片二，
图9是电子显微镜下腐蚀后背面Si表面照片三，
图10是电子显微镜下腐蚀后背面Si表面照片四。
具体实施方式
本发明如图1-10所示，本发明一种改善背面金属与衬底Si脱落异常的加工方法，包括以下步骤：
1）、将硅片的正面贴膜；贴膜的目的是保护已加工完成的正面；
2）、背面研磨至设定尺寸；研磨工艺与现有技术相同；
3）、清洗；
3.1）硅腐蚀液配比；
将浓度为70%的HNO3、浓度为49%的HF和浓度为96%的H2SO4混合制备而成硅腐蚀液；
化学反应原理：
常温下，硅单质在纯HF中的腐蚀速率很小，可忽略为不反应，但是如果加入HNO3,腐蚀速率会大大增加，其中HNO3作为氧化剂氧化了单质Si。利用硝酸的强氧化性，先将Si氧化为SiO2，再由HF将二氧化硅去除。缓冲剂提供 H+ 来源，使腐蚀速率能够保持稳定。
Si+4HNO3→ SiO2+2H2O+4NO2
SiO2+6HF → H2SiF6+2H2O
H2SO4作为缓冲剂提供H+，使反应能持续进行下去，维持稳定的腐蚀速率。
3.2）将经过步骤2）的硅片依次放入特氟龙片架上；
3.3）将承载硅片的特氟龙片架放入硅腐蚀液中；
3.4）冲水、甩干。甩干后，揭开硅片正面的膜，硅片背面进入后续的蒸发、制作电极等加工工艺。
步骤3.3）硅片放入硅腐蚀液中时间为2min，硅背面呈磨砂状。
步骤3.3）硅片放入硅腐蚀液中时，每隔1min-2min抖动特氟龙片架。抖动特氟龙片架防止贴片架的部分腐蚀速率差异，形成色差和酸印。
HNO3:HF：H2SO4 的体积比为1:2:（10~20）。
HNO3:HF：H2SO4 的体积比为1:2:15。
步骤3.1）所述硅腐蚀液温度保持在24摄氏度，上下分别可有2摄氏度的温差。
下面对HNO3:HF：H2SO4的药液比例进行调整进行试验。
试验方法：使用单晶裸硅片进行正面贴膜，背面减薄，模拟晶圆背面工艺条件，通过调整HF和H2SO4的比例，测试硅片腐蚀速率，并在光学显微镜下观察腐蚀后背面Si表面情况。
第一种HNO3:HF：H2SO4 = 1:1:5 ，如图1所示；
第二种HNO3:HF：H2SO4 =1:1:10 ，如图2所示；
第三种HNO3:HF：H2SO4 =1:1:15，如图3所示；
第四种HNO3:HF：H2SO4 =1:2:15，如图4所示；
第五种HNO3:HF：H2SO4 =1:2:20，如图5所示；
第六种HNO3:HF：H2SO4 = 1:3:15，如图6所示；
选取具有典型的具有碗状蜂窝式分布结构的条件，电子显微镜下（SEM）确认外观：
第一种HNO3:HF：H2SO4 = 1:1:5 ，如图7所示；
第二种HNO3:HF：H2SO4 =1:1:15，如图8所示；
第三种HNO3:HF：H2SO4 =1:2:15，如图9所示；
第四种HNO3:HF：H2SO4 =1:2:20，如图10所示；
结论：从腐蚀量测试结果来看，随着缓冲剂（H2SO4）在混合液中的配比增加，Si腐蚀速率呈先上升后下降的趋势。从光学和电子显微镜结果来看，HNO3:HF：H2SO4 1:2:15比例混合达到最优效果（表面腐蚀坑呈均匀的蜂窝状分布），表面呈均匀的碗状腐蚀坑。
Claims (4)
1.一种改善背面金属与衬底Si脱落异常的加工方法，其特征在于，包括以下步骤：
1）、将硅片的正面贴膜；
2）、背面研磨至设定尺寸；
3）、清洗；
3.1）硅腐蚀液配比；
将浓度为70%的HNO3、浓度为49%的HF和浓度为96%的H2SO4混合制备而成硅腐蚀液；
3.2）将经过步骤2）的硅片依次放入特氟龙片架上；
3.3）将承载硅片的特氟龙片架放入硅腐蚀液中；使表面腐蚀坑呈均匀的蜂窝状分布；
3.4）冲水、甩干；
HNO3:HF：H2SO4 的体积比为1:2:15。
2.根据权利要求1所述的一种改善背面金属与衬底Si脱落异常的加工方法，其特征在于，步骤3.3）硅片放入硅腐蚀液中时间为2min。
3.根据权利要求1所述的一种改善背面金属与衬底Si脱落异常的加工方法，其特征在于， 步骤3.3）硅片放入硅腐蚀液中时，每隔1min-2min抖动特氟龙片架。
4.根据权利要求1所述的一种改善背面金属与衬底Si脱落异常的加工方法，其特征在于，步骤3.1）所述硅腐蚀液温度保持在24摄氏度。
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