CN114131434A - 一种磷化铟的减薄抛光方法 - Google Patents

一种磷化铟的减薄抛光方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种磷化铟的减薄抛光方法，其包括如下步骤：(1)将磷化铟晶圆放在铺满研磨液的研磨机上进行研磨；研磨液以6～100ml/min的流量滴在旋转盘上，转速范围为20～90rpm/min；(2)将磷化铟晶圆放在铺满抛光液的抛光机上进行抛光，抛光液以6～100ml/min的流量滴在抛光垫上；(3)对完成化学机械抛光的磷化铟晶圆进行清洗。本发明方法大大提高了减薄效果、抛光效果，且能减少侵蚀抛光设备，降低成本。

Description

一种磷化铟的减薄抛光方法
技术领域
本发明属于半导体加工技术领域，具体涉及一种磷化铟的减薄抛光方法。
背景技术
磷化铟(InP)是一种重要的III-V族化合物半导体材料，相比其他半导体材料来说，其电场迁移速度、导热性等更好，具有良好的使用性能，在军用雷达、激光器等高频器件中有重要的应用价值。随着半导体技术的发展，为了获得更佳的参数和功能，芯片厚度的超薄化是目前特殊器件的一个趋势，因为薄芯片具有很多优势，能够提高散热效率、保证芯片焊接时背面的良好接触性，减少接触电阻和寄生效应，减小封装体积，减轻重量等。
由于磷化铟材料脆性强、硬度小，其晶圆在减薄加工过程中会出现一些难题。传统工艺的磷化铟晶圆研磨过程中，将晶圆厚度从300～400μm减薄至200微米，单片工艺需要40分钟，同时存在5～10微米的损伤层，但为提高产出，晶圆将承受过大的机械压力来得到较快的研磨速率，该方法会加深磷化铟的损伤层，增大晶圆的内应力，最终导致磷化铟薄片晶圆在后续工艺中产生极高的破片风险。同时在后续晶圆切割工艺中，过厚的晶圆厚度不利于晶圆切割工艺，过大的晶圆内应力也会导致切割碎屑增多，影响切割良率。因此，作为磷化铟单颗芯片的终端应用，需要提供更薄的磷化铟晶圆厚度，更小的晶圆内应力。
目前的减薄抛光工艺一般包括纯机械抛光、半化学半机械抛光。纯机械抛光一般使用碱性抛光液，抛光速度慢，抛光效果差；半化学半机械抛光是在抛光液中加入带腐蚀性的介质剂，一般采用氧化剂介质使晶圆表面形成氧化层后，再在抛光过程中将氧化层剥离。但选用腐蚀性介质剂对抛光效果影响较大，腐蚀性弱的介质虽然抛光质量好，抛光速度却很慢，不利于大批量生产；腐蚀性强的介质抛光速度能够明显提升，但是会减少抛光垫的使用寿命，增加成本。
因此，精确控制的减薄抛光工艺条件对磷化铟晶圆的产品质量至关重要。
发明内容
针对现有磷化铟晶圆的减薄抛光工艺存在产出低，良品率低，对机台腐蚀性大，材料消耗导致生产成本高的技术问题，本发明提供一种磷化铟的减薄抛光方法，通过控制研磨条件、抛光条件得到更薄的磷化铟晶圆厚度，更小的晶圆内应力，最终减少磷化铟晶圆的损伤，提高磷化铟的加工品质。
为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
本发明提供一种磷化铟的减薄抛光方法，包括：
(1)将磷化铟晶圆放在铺满研磨液的研磨机上进行研磨；研磨液以6～100ml/min的流量滴在旋转盘上，转速范围为20～90rpm/min；
(2)将磷化铟晶圆放在铺满抛光液的抛光机上进行抛光，抛光液以6～100ml/min的流量滴在抛光垫上。
由于过厚的晶圆厚度不利于晶圆切割工艺，过大的晶圆内应力会导致切割碎屑增多，影响切割良率，发明人发现，若晶圆厚度超过400μm会加大切割难度，致使划片刀快速磨损，若晶圆厚度小于120μm，容易使晶圆在移动和制备的过程中发生崩角、断裂，因此，本发明将晶圆减薄后的厚度控制在120～160μm，晶圆受力范围0.15～0.8g/cm2可以保证切割效果，降低破片风险。
进一步地，磷化铟晶圆研磨前还包括如下步骤：用酸漂洗磷化铟晶圆和载片，干燥后在载片上涂粘合剂，固化后将磷化铟晶圆与载片进行键合。
进一步地，所述酸为5～20％盐酸，进一步为10％的盐酸。
本发明采用5～20％的盐酸(HCl)中漂洗磷化铟晶圆可以去除表面金属离子及颗粒，确保后续的减薄、抛光效果，若浓度不在上述范围内，金属离子清洗不干净，会溶于清洗剂中，沉积在晶圆上，影响晶圆质量。
进一步地，所述粘合剂为石蜡粘合剂；涂粘合剂的厚度为3～10μm。
所述石蜡粘合剂根据产品需求进行选择，例如具备耐温、耐酸碱等性能的石蜡粘合剂。
进一步地，固化的温度为90～120℃，进一步为100℃。
进一步地，键合的温度为90～120℃，键合时间为3～8min，键合压力0.25～0.50Mpa；进一步地，键合的温度为100℃，键合时间为5min，键合压力0.35Mpa。
进一步地，磷化铟晶圆减薄后的厚度为120～160μm。
进一步地，(1)中晶圆受力范围0.15～0.8g/cm2，研磨速率为5～20μm/min；
(2)中抛光机转速范围为20～90rpm/min，晶圆受力范围0.15～0.8kg/cm2。
进一步地，(1)中的研磨液质量浓度为15～25％，研磨液的组分配比为氧化铝：水：助磨剂＝150～250g：900～1100ml：25～35ml，进一步为200g：1000ml：30ml；
进一步地，所述助磨剂为羧酸盐。
本发明在减薄加工过程采用氧化铝、水、助磨剂作为减薄研磨液，能够减少磷化铟晶圆研磨面的损伤，且其他杂质，无污染、无腐蚀。
进一步地，(2)中研磨液为含次氯酸钠的氧化铝溶液，pH＝11.5～12.5；溶液中，所述氧化铝粒径0.2～0.5μm，含量为11～15％。
进一步地，对完成化学机械抛光的磷化铟晶圆进行清洗；使用NMP、IPA清洗浸泡，将表面的石蜡粘合剂清除。
本发明具有以下有益效果：
本发明方法能够有效的提高磷化铟晶圆抛光后的良品率，InP衬底磷化铟晶圆的最终厚度为120～160μm，抛光效果良好，无划痕；本发明方法生产成本低。
附图说明
图1为本发明采用物理研磨进行减薄的示意图；
图2为本发明采用化学机械研磨进行抛光的示意图。
具体实施方式
下面对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例中的最终厚度及晶圆片内厚度为5次实验的平均值。
实施例1
S1、
a)将完成正面工艺的磷化铟晶圆和载片放在浓度为10％的盐酸(HCl)中漂洗30秒钟，去除表面金属离子及颗粒，使用甩干机干燥，保证表面清洁干燥；
b)在载片上旋涂特殊石蜡粘合剂，蜡层厚度要求6μm，100℃烘烤固化，确保蜡层均匀；
c)将磷化铟晶圆与载片放入键合机进行键合，键合温度为100℃，键合时间为5min，键合压力0.35Mpa，键合后去除边缘多余的蜡层；
d)将键合完成的载片安装在工件上，工件的厚度控制设定为125μm。
S2、物理研磨：在基盘上用热压胶固定初始厚度为400μm，4英寸的磷化铟晶圆，将晶圆向下放置在物理研磨机的限位装置中，晶圆背面与铺满研磨液的旋转铸铁盘接触，研磨液浓度20％，配比为：1500#氧化铝：水：羧酸盐＝200g：1000ml：30ml；
在旋转盘开始转动过程中，流液系统控制研磨液以30ml/min的流量滴在研磨盘上，旋转铸铁盘转速范围为30rpm/min，通过基盘重量来控制晶圆受力范围，受力范围为0.15～0.8g/cm2，研磨速率为5～20μm/min，加工时间17分钟，精确控制研磨厚度，研磨面均匀，且晶圆片内厚度较小，TTV＜3μm。
S3、化学机械抛光：将带基盘的晶圆放置在限位装置中，研磨面与抛光机抛光垫接触，流液系统控制抛光液以15ml/min的流量滴在抛光垫上，抛光液为含次氯酸钠的氧化铝溶液，pH＝12，抛光液氧化铝含量13％，粒径0.3μm，旋转盘转速范围为40rpm/min，wafer受力范围0.15-0.8kg/cm2，通过基盘重量来控制。抛光速率为0.2-1μm/min，加工时间10分钟，抛光后的InP基底光亮无划痕，TTV小于3μm，最终晶圆厚度为120μm。
S4、使用热平移将磷化铟晶圆从载片上分离，使用NMP、IPA清洗浸泡，将表面的石蜡粘合计清除，完成整个减薄抛光工艺。
对比例1
S2、物理研磨：在基盘上用热压胶固定厚度为400μm，4英寸的磷化铟晶圆，将晶圆向下放置在物理研磨机的限位装置中，晶圆背面与铺满研磨液的旋转铸铁盘接触，研磨液浓度20％，配比为：1500#氧化铝：水：羧酸盐＝200g：1000ml：30ml；
在旋转盘开始转动过程中，流液系统控制研磨液以40ml/min的流量滴在研磨盘上，旋转铸铁盘转速范围为50rpm/min，通过基盘重量来控制晶圆受力范围，受力范围为0.2g/cm2，研磨速率为10μm/min，最终厚度166微米，加工时间26分钟，晶圆片内厚度较大，TTV为15μm，表面划痕严重，不满足产品标准，
S3、化学机械抛光：将带基盘的晶圆放置在限位装置中，研磨面与抛光机抛光垫接触，流液系统控制抛光液以30ml/min的流量滴在抛光垫上，抛光液为含次氯酸钠的氧化铝溶液，pH＝12，抛光液氧化铝含量13％，粒径0.3μm，旋转盘转速范围为40rpm/min，wafer受力范围0.3kg/cm2，通过基盘重量来控制。抛光速率为0.5μm/min，加工时间20分钟，抛光后效果不好，表面仍然有划痕，晶圆片内厚度还是较大，TTV为10μm。
其他步骤、条件参数同实施例1。
表1对比例1中5次减薄抛光的晶圆最终厚度及晶圆片内厚度(厚度单位：均为μm)
流程 1 2 3 4 5 均值 TTV
研磨 170 172 165 157 166 166 15
抛光 157 151 160 151 161 156 10
对比例2
S2、物理研磨：在基盘上用热压胶固定厚度为390μm，4英寸的磷化铟晶圆，将晶圆向下放置在物理研磨机的限位装置中，晶圆背面与铺满研磨液的旋转铸铁盘接触，研磨液浓度20％，配比为：1500#氧化铝：水：羧酸盐＝200g：1000ml：30ml；
在旋转盘开始转动过程中，流液系统控制研磨液以60ml/min的流量滴在研磨盘上，旋转铸铁盘转速范围为80rpm/min，通过基盘重量来控制晶圆受力范围，受力范围为0.1g/cm2，研磨速率为15μm/min，最终厚度167微米，加工时间16分钟，晶圆片内厚度较大，TTV为10μm，表面划痕多，不满足产品标准，
S3、化学机械抛光：将带基盘的晶圆放置在限位装置中，研磨面与抛光机抛光垫接触，流液系统控制抛光液以50ml/min的流量滴在抛光垫上，抛光液为含次氯酸钠的氧化铝溶液，pH＝12，抛光液氧化铝含量13％，粒径0.3μm，旋转盘转速范围为60rpm/min，wafer受力范围0.25kg/cm2，通过基盘重量来控制。抛光速率为0.6μm/min，加工时间10分钟，抛光后效果不好，表面仍然有划痕，晶圆片内厚度还是较大。
其他步骤、条件参数同实施例1。
表2对比例2中5次减薄抛光的晶圆最终厚度及晶圆片内厚度(厚度单位：均为μm)
流程 1 2 3 4 5 均值 TTV
研磨 165 169 172 162 167 167 10
抛光 158 158 158 159 160 160 8
对比例3
S2、物理研磨：在基盘上用热压胶固定厚度为395μm，4英寸的磷化铟晶圆，将晶圆向下放置在物理研磨机的限位装置中，晶圆背面与铺满研磨液的旋转铸铁盘接触，研磨液浓度20％，配比为：1500#氧化铝：水：羧酸盐＝200g：1000ml：30ml；
在旋转盘开始转动过程中，流液系统控制研磨液以90ml/min的流量滴在研磨盘上，旋转铸铁盘转速范围为80rpm/min，通过基盘重量来控制晶圆受力范围，受力范围为0.1g/cm2，研磨速率为25μm/min，最终厚度150微米，加工时间10分钟，晶圆片内厚度较大，TTV为11μm，表面划痕多，不满足产品标准，
S3、化学机械抛光：将带基盘的晶圆放置在限位装置中，研磨面与抛光机抛光垫接触，流液系统控制抛光液以80ml/min的流量滴在抛光垫上，抛光液为含次氯酸钠的氧化铝溶液，pH＝12，抛光液氧化铝含量13％，粒径0.3μm，旋转盘转速范围为60rpm/min，wafer受力范围0.25kg/cm2，通过基盘重量来控制。抛光速率为0.8μm/min，加工时间20分钟，抛光后效果不好，表面光滑，但有发灰印痕，晶圆片内厚度差异，测量大于3微米，同时发现抛光垫磨损严重，无法继续使用，需要更换。
其他步骤、条件参数同实施例1。
表3对比例3中5次减薄抛光的晶圆最终厚度及晶圆片内厚度(厚度单位：均为μm)
流程 1 2 3 4 5 均值 TTV
研磨 145 148 154 156 151 151.0 11
抛光 133 131 137 139 135 135.4 4
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (9)

1.一种磷化铟的减薄抛光方法，其特征在于，包括：
(1)将磷化铟晶圆放在铺满研磨液的研磨机上进行研磨；研磨液以6～100ml/min的流量滴在旋转盘上，转速范围为20～90rpm/min；
(2)将磷化铟晶圆放在铺满抛光液的抛光机上进行抛光，抛光液以6～100ml/min的流量滴在抛光垫上。
2.根据权利要求1所述的减薄抛光方法，其特征在于，磷化铟晶圆研磨前还包括如下步骤：用酸漂洗磷化铟晶圆和载片，干燥后在载片上涂粘合剂，固化后将磷化铟晶圆与载片进行键合。
3.根据权利要求2所述的减薄抛光方法，其特征在于，所述酸为5～20％盐酸，进一步为10％的盐酸；
所述粘合剂为石蜡粘合剂；涂粘合剂的厚度为3～10μm；
固化的温度为90～120℃，进一步为100℃。
4.根据权利要求2所述的减薄抛光方法，其特征在于，键合的温度为90～120℃，键合时间为3～8min，键合压力0.25～0.50Mpa；进一步地，键合的温度为100℃，键合时间为5min，键合压力0.35Mpa。
5.根据权利要求1所述的减薄抛光方法，其特征在于，磷化铟晶圆减薄后的厚度为120～160μm。
6.根据权利要求1所述的减薄抛光方法，其特征在于，(1)中晶圆受力范围0.15～0.8g/cm2，研磨速率为5～20μm/min；
(2)中抛光机转速范围为20～90rpm/min，晶圆受力范围0.15～0.8kg/cm2。
7.根据权利要求1所述的减薄抛光方法，其特征在于，(1)中的研磨液质量浓度为15～25％，研磨液的组分配比为氧化铝：水：助磨剂＝150～250g：900～1100ml：25～35ml，进一步为200g：1000ml：30ml；
进一步地，所述助磨剂为羧酸盐。
8.根据权利要求1所述的减薄抛光方法，其特征在于，(2)中抛光液为含次氯酸钠的氧化铝溶液，pH＝11.5～12.5；溶液中，所述氧化铝粒径0.2～0.5μm，含量为11～15％。
9.根据权利要求1所述的减薄抛光方法，其特征在于，对完成化学机械抛光的磷化铟晶圆进行清洗；使用NMP、IPA清洗浸泡。
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