CN112349579A - 晶圆背面减薄方法及晶圆背面减薄装置 - Google Patents

晶圆背面减薄方法及晶圆背面减薄装置 Download PDF

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Abstract

本申请涉及半导体集成电路制造技术领域，具体涉及一种晶圆背面减薄方法及晶圆背面减薄装置。其中晶圆背面减薄方法包括：提供待进行背面减薄的晶圆；对所述晶圆的背面进行至少一次湿法刻蚀，去除覆盖在所述晶圆背面的膜层，露出硅表面；通过太鼓减薄工艺，对露出硅表面的晶圆进行背面磨削减薄，使得在所述晶圆背面的边缘形成太鼓环。晶圆背面减薄装置用于执行如该晶圆背面减薄方法。本申请提供的晶圆背面减薄方法及晶圆背面减薄装置，可以解决相关技术中由于太鼓环在晶圆边缘形成阻挡，晶圆背面不同膜层的磨削碎屑无法正常排出，从而影响磨削砂轮的问题。

Description

晶圆背面减薄方法及晶圆背面减薄装置
技术领域
本申请涉及半导体集成电路制造技术领域，具体涉及一种晶圆背面减薄方法及晶圆背面减薄装置。
背景技术
为了满足快速发展的半导体集成电路技术，对芯片集成度越来越高的要求，芯片尺寸不断更小更薄，同时考虑到降低单颗芯片的生产成本，晶圆尺寸具有越来越大的趋势。对晶圆更大更薄的要求，随之带来的是晶圆在减薄过程中容易出现翘曲问题。
针对晶圆翘曲，日本Disco公司研发了TAIKO(太鼓)晶圆减薄工艺，即对晶圆进行磨削时，保留晶圆边缘部分(宽度约3毫米)形成太鼓环，仅对太鼓环以内的晶圆部分进行磨削减薄，通过此项工艺可以有效降低晶圆翘曲的问题，降低薄晶圆破片的风险。
但是，由于太鼓环在晶圆边缘形成阻挡，相关技术中的晶圆背面减薄工艺，在实际磨削过程会出现磨削碎屑排出困难的问题。且在晶圆的背面通常会形成较多种类的膜层结构，这些膜层的磨削碎屑若不及时排出会对磨削砂轮的自锐过程产生不利影响，影响磨削砂轮的寿命。
发明内容
本申请提供了一种晶圆背面减薄方法及晶圆背面减薄装置，可以解决相关技术中由于太鼓环在晶圆边缘形成阻挡，晶圆背面不同膜层的磨削碎屑无法正常排出，从而影响磨削砂轮的问题。
作为本申请的第一方面，提供一种晶圆背面减薄方法，所述晶圆背面减薄方法包括：
提供待进行背面减薄的晶圆；
对所述晶圆的背面进行至少一次湿法刻蚀，去除覆盖在所述晶圆背面的膜层，露出硅表面；
通过太鼓减薄工艺，对露出硅表面的晶圆进行背面磨削减薄，使得在所述晶圆背面的边缘形成太鼓环。
可选的，所述对所述晶圆的背面进行至少一次湿法刻蚀，去除覆盖在所述晶圆背面的膜层，露出硅表面的步骤包括：
向所述晶圆背面喷涂第一刻蚀液，刻蚀去除覆盖在所述晶圆背面的氧化薄膜和\或氮化硅薄膜。
可选的，所述第一刻蚀液包括氢氟酸。
可选的，所述氢氟酸的浓度范围为1％至49％。
可选的，所述对所述晶圆的背面进行至少一次湿法刻蚀，去除覆盖在所述晶圆背面的膜层，露出硅表面的步骤包括：
向所述晶圆背面喷涂第二刻蚀液，旋转刻蚀去除覆盖在所述晶圆背面的多晶硅薄膜。
可选的，所述旋转刻蚀液包括：氧化剂和溶解剂。
可选的，所述向所述晶圆背面喷涂第二刻蚀液，旋转刻蚀去除覆盖在所述晶圆背面的多晶硅薄膜的步骤，包括：
在温度为30℃至40℃的条件下，向所述晶圆的背面，移动喷淋第二刻蚀液，喷淋时间为40秒至80秒，所述晶圆的转速为400转/分钟至800转/分钟，使得第二刻蚀液能够均匀地刻蚀覆盖在晶圆背面的多晶硅薄膜，露出硅表面。
作为本申请的第二方面，提供一种晶圆背面减薄装置，所述晶圆背面减薄装置用于执行如本申请第一方面所述的晶圆背面减薄方法。
本申请技术方案，至少包括如下优点：通过在进行正常的太鼓减薄工序之前，对待减薄晶圆的背面进行至少一次湿法刻蚀，去除覆盖在所述晶圆背面的膜层，露出硅表面，使得后续的太鼓减薄工艺的磨削砂轮能够仅对位于晶圆背面的硅表面进行磨削减薄，在保证磨削薄度的同时避免在进行太鼓减薄工艺的磨削过程中，各种膜层产生的碎屑因太鼓环阻挡难以排除而对磨削砂轮的自锐过程产生不利影响。
附图说明
为了更清楚地说明本申请具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本申请的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1示出了本申请一实施例提供的晶圆背面减薄方法流程图；
图2示出了本申请另一实施例提供的晶圆背面减薄方法流程图；
图3a和图3b示意出了本申请一实施例提供晶圆背面减薄装置在工作时的剖面结构示意图。
具体实施方式
下面将结合附图，对本申请中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在不做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本申请保护的范围。
在本申请的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电气连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通，可以是无线连接，也可以是有线连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
此外，下面所描述的本申请不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
图1示出了本申请一实施例提供的晶圆背面减薄方法流程图，参照图1，该晶圆背面减薄方法包括以下步骤：
步骤S11：提供待进行背面减薄的晶圆。通常，在晶圆正面工艺结束后，在晶圆的背面会形成至少一种的膜层，如氧化硅膜、氮化硅膜等膜层结构。如背景技术中所述，在实施晶圆背面减薄工艺时，磨削这些膜层结构产生的碎屑若不及时排出，会对磨削砂轮的自锐过程产生不利影响。为此，需要在实施晶圆背面减薄工艺之前，去除覆盖在晶圆背面的各种膜层结构。
步骤S12:对所述晶圆的背面进行至少一次湿法刻蚀，去除覆盖在所述晶圆背面的膜层，露出硅表面。
本实施例中，对所述晶圆的背面进行至少一次湿法刻蚀包括以下步骤：
先向所述晶圆背面喷涂第一刻蚀液，刻蚀去除覆盖在所述晶圆背面的氧化膜层和/或氮化膜层。可选的，该第一刻蚀液可采用浓度范围为1％至49％的氢氟酸，利用氢氟酸的强还原性，与氧化膜层和/或氮化膜层发生还原反应，以使得材质为氧化膜和/或氮化膜的膜层被去除。
再向所述晶圆背面喷涂第二刻蚀液，旋转刻蚀去除覆盖在所述晶圆背面的多晶硅薄膜。其中采用旋转刻蚀能够提高刻蚀的均匀性。
可选的该第二刻蚀液包括：氧化剂和溶解剂，该氧化剂用于氧化待刻蚀材料，该溶解剂用于将被氧化的待刻蚀材料溶解。其中，氧化剂可采用硝酸，用于多晶硅薄膜起到氧化作用；溶解剂可采用氢氟酸，用于溶解被氧化的多晶硅薄膜。在其他实施例中，该第二刻蚀液还可以包括形貌控制剂和刻蚀速率控制剂，该形貌控制剂用于不同浓度控制刻蚀停止面的粗糙度等形貌，该刻蚀速率控制剂用于控制刻蚀速率。其中，该形貌控制剂可采用硫酸，刻蚀速率控制剂可采用磷酸。
示例性的：在温度为30℃至40℃的条件下，向目标表面即待减薄晶圆的背面，移动喷淋第二刻蚀液，喷淋时间为40秒至80秒，待减薄晶圆的转速为400转/分钟至800转/分钟，使得第二刻蚀液能够均匀地刻蚀覆盖在晶圆背面的多晶硅薄膜，露出硅表面。
在其他实施例中，可以根据覆盖在晶圆背面膜层结构的层数和种类，选择性地先多次向所述晶圆背面喷涂第一刻蚀液进行刻蚀，再多次先向所述晶圆背面喷涂第二刻蚀液进行刻蚀，以去除膜层结构。
步骤S13：进行正常的太鼓减薄工序，通过太鼓减薄工艺，对露出硅表面的晶圆进行背面磨削减薄，使得在所述晶圆背面的边缘形成太鼓环。
图1所示实施例，通过在进行正常的太鼓减薄工序之前，对待减薄晶圆的背面进行至少一次湿法刻蚀，去除覆盖在所述晶圆背面的膜层，露出硅表面，使得后续的太鼓减薄工艺的磨削砂轮能够仅对位于晶圆背面的硅表面进行磨削减薄，在保证磨削薄度的同时避免在进行太鼓减薄工艺的磨削过程中，各种膜层产生的碎屑因太鼓环阻挡难以排除而对磨削砂轮的自锐过程产生不利影响。
图2示出了本申请另一实施例提供的晶圆背面减薄方法流程图，本实施例中的晶圆背面减薄方法是在图1所示实施例的基础上，对于步骤S12对所述晶圆的背面进行至少一次湿法刻蚀包括：
S121：先向所述晶圆背面喷涂第二刻蚀液，旋转刻蚀去除覆盖在所述晶圆背面的多晶硅薄膜。该第二刻蚀液包括：氧化剂和溶解剂，该氧化剂用于氧化待刻蚀材料，该溶解剂用于将被氧化的待刻蚀材料溶解。其中，氧化剂可采用硝酸，用于多晶硅薄膜起到氧化作用；溶解剂可采用氢氟酸，用于溶解被氧化的多晶硅薄膜。
S122：在向所述晶圆背面喷涂第一刻蚀液，刻蚀去除覆盖在所述晶圆背面的氧化膜层和/或氮化膜层。可选的，该第一刻蚀液可采用浓度范围为1％至49％的氢氟酸，利用氢氟酸的强还原性，与氧化膜层和/或氮化膜层发生还原反应，以使得材质为氧化膜和/或氮化膜的膜层被去除。
在其他实施例中，可以根据覆盖在晶圆背面膜层结构的层数和种类，选择性地先多次向所述晶圆背面喷涂第二刻蚀液进行刻蚀，再多次向所述晶圆背面喷涂第一刻蚀液进行刻蚀，以去除该膜层结构。
图2所示实施例，通过在进行正常的太鼓减薄工序之前，对待减薄晶圆的背面进行至少一次湿法刻蚀，去除覆盖在所述晶圆背面的膜层，露出硅表面，使得后续的太鼓减薄工艺的磨削砂轮能够仅对位于晶圆背面的硅表面进行磨削减薄，在保证磨削薄度的同时避免在进行太鼓减薄工艺的磨削过程中，各种膜层产生的碎屑因太鼓环阻挡难以排除而对磨削砂轮的自锐过程产生不利影响。
图3a和图3b示意出了本申请一实施例提供晶圆背面减薄装置在工作时的剖面结构示意图，该晶圆背面减薄装置用于执行图1或图2所示的晶圆背面减薄方法，参照图3a和图3b，该晶圆背面减薄装置包括：上片装置310、湿法刻蚀装置320、太鼓减薄装置330和控制装置。
所述上片装置310用于提供待进行背面减薄的晶圆300，且能够带动位于其上的晶圆300在湿法刻蚀是旋转。
所述湿法刻蚀装置320用于对所述晶圆300的背面301进行至少一次湿法刻蚀，去除覆盖在所述晶圆300背面301的膜层，露出硅表面。示例性地，该湿法刻蚀装置320包括喷淋头321、第一喷淋管322和第二喷淋管323，该第一喷淋管322和第二喷淋管323分别连接所述喷淋头321。该第一喷淋管322能够传输第一刻蚀液给喷淋头321，该第二喷淋管323能够传输第二刻蚀液给喷淋头321。参照图3a，其示出了在进行湿法刻蚀时的湿法刻蚀装置和上片装置的剖面结构示意图。可选的，该第一刻蚀液可采用浓度范围为1％至49％的氢氟酸，利用氢氟酸的强还原性，与氧化膜层和/或氮化膜层发生还原反应，以使得材质为氧化膜和/或氮化膜的膜层被去除。该第二刻蚀液包括：氧化剂和溶解剂，该氧化剂用于氧化待刻蚀材料，该溶解剂用于将被氧化的待刻蚀材料溶解。其中，氧化剂可采用硝酸，用于多晶硅薄膜起到氧化作用；溶解剂可采用氢氟酸，用于溶解被氧化的多晶硅薄膜。
所述太鼓减薄装置330用于进行太鼓减薄工艺，对露出硅表面的晶圆300进行背面磨削减薄，使得在所述晶圆300背面的边缘形成太鼓环302。参照图3b，其示出了在进行太鼓减薄时的太鼓减薄装置和上片装置的剖面结构示意图。
所述控制装置用于根据控制程序调配所述上片装置、湿法刻蚀装置和太鼓减薄装置配合工作。
需要解释的是图3a和图3b仅是给出晶圆背面减薄装置的示例性实施结构，以解释晶圆背面减薄装置的工作原理，其中对于湿法刻蚀装置和太鼓减薄装置可以为相互独立的两个装置，通过根据控制装置的控制移动至待进行背面减薄的晶圆上方实施相应操作。湿法刻蚀装置和太鼓减薄装置也可以为一个整体的不同部件，通过控制装置的控制，切换不同部件至待进行背面减薄的晶圆上方实施相应操作，该切换操作可采用转动式切换，也可采用移动式切换。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本申请创造的保护范围之中。

Claims (8)

1.一种晶圆背面减薄方法，其特征在于，所述晶圆背面减薄方法包括：
提供待进行背面减薄的晶圆；
对所述晶圆的背面进行至少一次湿法刻蚀，去除覆盖在所述晶圆背面的膜层，露出硅表面；
通过太鼓减薄工艺，对露出硅表面的晶圆进行背面磨削减薄，使得在所述晶圆背面的边缘形成太鼓环。
2.如权利要求1所述的晶圆背面减薄方法，其特征在于，所述对所述晶圆的背面进行至少一次湿法刻蚀，去除覆盖在所述晶圆背面的膜层，露出硅表面的步骤包括：
向所述晶圆背面喷涂第一刻蚀液，刻蚀去除覆盖在所述晶圆背面的氧化薄膜和\或氮化硅薄膜。
3.如权利要求2所述的晶圆背面减薄方法，其特征在于，所述第一刻蚀液包括氢氟酸。
4.如权利要求3所述的晶圆背面减薄方法，其特征在于，所述氢氟酸的浓度范围为1％至49％。
5.如权利要求1所述的晶圆背面减薄方法，其特征在于，所述对所述晶圆的背面进行至少一次湿法刻蚀，去除覆盖在所述晶圆背面的膜层，露出硅表面的步骤包括：
向所述晶圆背面喷涂第二刻蚀液，旋转刻蚀去除覆盖在所述晶圆背面的多晶硅薄膜。
6.如权利要求5所述的旋转刻蚀液，其特征在于，所述旋转刻蚀液包括：氧化剂和溶解剂。
7.如权利要求5所述的旋转刻蚀液，其特征在于，所述向所述晶圆背面喷涂第二刻蚀液，旋转刻蚀去除覆盖在所述晶圆背面的多晶硅薄膜的步骤，包括：
在温度为30℃至40℃的条件下，向所述晶圆的背面，移动喷淋第二刻蚀液，喷淋时间为40秒至80秒，所述晶圆的转速为400转/分钟至800转/分钟，使得第二刻蚀液能够均匀地刻蚀覆盖在晶圆背面的多晶硅薄膜，露出硅表面。
8.一种晶圆背面减薄装置，其特征在于，所述晶圆背面减薄装置用于执行如权利要求1至7中任一项所述的晶圆背面减薄方法。
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