CN117059476A - 晶圆背面清洗方法及半导体器件 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种晶圆背面清洗方法及半导体器件。所述晶圆背面清洗方法包括如下步骤：提供待清洗的晶圆，所述晶圆包括正面和与所述正面相对的背面，所述晶圆的正面形成有晶体管结构；采用第一预设温度的第一酸性溶液清洗所述晶圆的所述背面，并持续第一预设时间；采用第二预设温度的第二酸性溶液清洗所述晶圆的所述背面，并持续第二预设时间，其中，所述第一酸性溶液的组成与所述第二酸性溶液的组成不同，所述第二预设温度低于所述第一预设温度，且所述第二预设时间大于所述第一预设时间。本发明降低了晶体管结构的导通电阻，并提高了晶圆面内不同区域晶体管结构导通电阻值的均匀性。
Description
技术领域
本发明涉及半导体制造技术领域，尤其涉及一种晶圆背面清洗方法及半导体器件。
背景技术
在半导体制造工艺中，于晶圆的正面完成半导体器件的制造之后，需要通过晶圆背面减薄工艺，将晶圆的厚度减薄，例如将晶圆的厚度从750μm减薄至200μm左右。之后，通过对减薄后的晶圆的背面进行湿法化学清洗处理。在湿法化学清洗处理之后，于晶圆的背面形成金属导电层，以作为包括半导体器件和晶圆的芯片封装时的引出线。但是，在完成晶圆背面减薄、湿法化学清洗和金属导电层形成工艺之后的芯片至少存在如下问题：一方面，半导体器件中的MOS(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，金属-氧化物-半导体场效应晶体管)导通电阻偏大，从而会导致芯片耗能偏大，且芯片的热效应偏大；另一方面，晶圆面内导通电阻值的发散性偏大，收敛性不佳，即晶圆面内不同区域的MOS导通电阻值的均匀性较差，从而严重影响芯片性能的稳定性。
因此，如何降低晶体管的导通电阻，并提高晶圆面内不同区域晶体管导通电阻值的均匀性，从而改善芯片的电性能，提高芯片的制造良率，是当前亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明提供一种晶圆背面清洗方法及半导体器件，用于降低晶体管的导通电阻，并提高晶圆面内不同区域晶体管导通电阻值的均匀性，从而改善芯片的电性能，提高芯片的制造良率。
根据一些实施例，本发明提供了一种晶圆背面清洗方法，包括如下步骤：
提供待清洗的晶圆，所述晶圆包括正面和与所述正面相对的背面，所述晶圆的正面形成有晶体管结构；
采用第一预设温度的第一酸性溶液清洗所述晶圆的所述背面，并持续第一预设时间；
采用第二预设温度的第二酸性溶液清洗所述晶圆的所述背面，并持续第二预设时间，其中，所述第一酸性溶液的组成与所述第二酸性溶液的组成不同，所述第二预设温度低于所述第一预设温度，且所述第二预设时间大于所述第一预设时间。
在一些实施例中，采用第一预设温度的第一酸性溶液清洗所述晶圆的所述背面之前，还包括如下步骤：
形成覆盖所述晶圆的所述正面和所述晶体管结构的保护膜；
采用化学机械研磨工艺对所述晶圆的所述背面进行减薄处理。
在一些实施例中，待清洗的所述晶圆的数量为多片；采用第一预设温度的第一酸性溶液清洗所述晶圆的所述背面，并持续第一预设时间的具体步骤包括：
将多片所述晶圆同时放入清洗槽中；
于所述清洗槽中采用所述第一预设温度的第一酸性溶液同时浸润多片所述晶圆的所述背面，并持续所述第一预设时间。
在一些实施例中，采用第一预设温度的第一酸性溶液清洗所述晶圆的所述背面，并持续第一预设时间的具体步骤包括：
将所述晶圆放入单片式清洗机台中，并在所述单片式清洗机台中采用第一预设温度的第一酸性溶液清洗所述晶圆的所述背面，并持续第一预设时间。
在一些实施例中，所述第一预设温度为23℃～35℃，所述第一预设时间为30秒～45秒。
在一些实施例中，采用第二预设温度的第二酸性溶液清洗所述晶圆的所述背面之前，还包括如下步骤：
采用第一清洗剂清洗所述晶圆的所述背面，去除所述晶圆的所述背面残留的所述第一酸性溶液。
在一些实施例中，所述第二预设温度为18℃～21℃，所述第一预设时间为60秒～70秒。
在一些实施例中，采用第二预设温度的第二酸性溶液清洗所述晶圆的所述背面，并持续第二预设时间之后，还包括如下步骤：
采用第二清洗剂清洗所述晶圆的所述背面；
采用异丙醇干燥所述晶圆的所述背面。
在一些实施例中，采用第二预设温度的第二酸性溶液清洗所述晶圆的所述背面，并持续第二预设时间之后，还包括如下步骤：
采用第二清洗剂清洗所述晶圆的所述背面；
旋转所述晶圆，去除所述晶圆的所述背面上的液体。
在一些实施例中，还包括如下步骤：
去除所述保护膜；
沉积导电材料于所述晶圆的所述背面，形成用于与所述晶体管结构电连接的引出线。
根据另一些实施例，本发明还提供了一种半导体器件，包括：
晶圆，所述晶圆包括正面和与所述正面相对的背面，所述晶圆的所述背面采用如上所述的晶圆背面清洗方法清洗；
引出线，位于所述晶圆的所述背面；
晶体管结构，位于所述晶圆的所述正面，所述晶体管结构与所述引出线电连接。
在一些实施例中，所述晶圆的所述正面包括沿平行于所述正面的方向间隔分布的多个所述晶体管结构，且多个所述晶体管结构的导通电阻均相等。
本发明提供的晶圆背面清洗方法及半导体器件，通过采用第一预设温度的第一酸性溶液清洗所述晶圆的所述背面、并持续第一预设时间，之后再采用第二预设温度的第二酸性溶液清洗所述晶圆的所述背面，并持续第二预设时间，其中，所述第一酸性溶液的组成与所述第二酸性溶液的组成不同，所述第二预设温度低于所述第一预设温度，且所述第二预设时间大于所述第一预设时间，从而能够提高清洗之后所述晶圆的背面的平整度和厚度，使得所述晶圆内的应力释放的更加完全，从而降低所述晶圆正面的所述晶体管结构的导通电阻，并提高所述晶圆面内不同区域晶体管结构导通电阻值的均匀性，从而改善芯片的电性能，提高芯片的制造良率。
附图说明
附图1是本发明具体实施方式中晶圆背面清洗方法的流程图；
附图2是本发明具体实施方式清洗后的晶圆与现有技术清洗后的晶圆的性能对比图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明提供的晶圆背面清洗方法及半导体器件的具体实施方式做详细说明。
本具体实施方式提供了一种晶圆背面清洗方法，附图1是本发明具体实施方式中晶圆背面清洗方法的流程图。如图1所示，所述晶圆背面清洗方法，包括如下步骤：
步骤S11，提供待清洗的晶圆，所述晶圆包括正面和与所述正面相对的背面，所述晶圆的正面形成有晶体管结构；
步骤S12，采用第一预设温度的第一酸性溶液清洗所述晶圆的所述背面，并持续第一预设时间；
步骤S13，采用第二预设温度的第二酸性溶液清洗所述晶圆的所述背面，并持续第二预设时间，其中，所述第一酸性溶液的组成与所述第二酸性溶液的组成不同，所述第二预设温度低于所述第一预设温度，且所述第二预设时间大于所述第一预设时间。
在一些实施例中，采用第一预设温度的第一酸性溶液清洗所述晶圆的所述背面之前，还包括如下步骤：
形成覆盖所述晶圆的所述正面和所述晶体管结构的保护膜；
采用化学机械研磨工艺对所述晶圆的所述背面进行减薄处理。
举例来说，所述晶圆包括相对分布的所述正面和所述背面。在所述晶圆的所述正面形成MOS管等晶体管结构之后，可以在贴膜机台中将所述保护膜贴附在所述晶圆的所述正面，使得所述保护膜覆盖所述晶圆的正面并包裹所述晶体管结构。所述保护膜用于保护所述晶圆的所述正面和所述晶体管结构，避免后续清洗所述晶圆的所述背面的化学试剂(例如所述第一酸性溶液和所述第二酸性溶液)对所述晶圆的所述正面和所述晶体管结构造成损伤。接着，可以将覆盖有所述保护膜的所述晶圆传输至化学机械研磨(CMP)机台。在所述化学机械研磨机台中，可以对所述晶圆的所述背面进行化学机械研磨处理，以减薄所述晶圆，使得减薄后的所述晶圆能够达到预设厚度，例如将所述晶圆的厚度从750μm减薄至200μm。
在一些实施例中，待清洗的所述晶圆的数量为多片；采用第一预设温度的第一酸性溶液清洗所述晶圆的所述背面，并持续第一预设时间的具体步骤包括：
将多片所述晶圆同时放入清洗槽中；
于所述清洗槽中采用所述第一预设温度的第一酸性溶液同时浸润多片所述晶圆的所述背面，并持续所述第一预设时间。
举例来说，可以将多片待清洗的所述晶圆放入晶圆匣等晶圆承载容器中，在将承载有多片所述晶圆的晶圆匣等晶圆承载容器传输至槽式清洗机台的所述清洗槽中，并于所述清洗槽中采用所述第一预设温度的第一酸性溶液同时浸润多片所述晶圆的所述背面，并持续所述第一预设时间。采用所述槽式清洗机台同时对多片所述晶圆进行清洗，可以提高晶圆的清洗效率，从而进一步提高半导体器件的产率。通过于所述清洗槽中采用所述第一预设温度的第一酸性溶液同时浸润多片所述晶圆的所述背面，并持续所述第一预设时间，能够对化学机械研磨之后的所述晶圆的背面进行进一步的蚀刻，从而去除化学机械研磨损伤层，提高化学机械研磨之后的所述晶圆的所述背面的平整度。在一示例中，所述第一酸性溶液为至少两种酸构成的混合溶液。本具体实施方式中所述的多片是指两片以上。
在另一些实施例中，采用第一预设温度的第一酸性溶液清洗所述晶圆的所述背面，并持续第一预设时间的具体步骤包括：
将所述晶圆放入单片式清洗机台中，并在所述单片式清洗机台中采用第一预设温度的第一酸性溶液清洗所述晶圆的所述背面，并持续第一预设时间。
举例来说，当待清洗的所述晶圆的数量为多片时，可以在单片式清洗机台中依次对每一片所述晶圆进行背面清洗，从而进一步提高所述晶圆的清洗效果。
在一些实施例中，所述第一预设温度为23℃～35℃，所述第一预设时间为30秒～45秒。将所述第一预设温度为23℃～35℃，所述第一预设时间为30秒～45秒，从而使得既能在较高的温度和较短的时间下快速的对所述晶圆的所述背面进行蚀刻，以进一步提高蚀刻后所述晶圆的所述背面的平整度，使得所述晶圆内部的应力释放的更加完全，也能够避免过高的温度和过长的蚀刻时间对所述晶圆的所述正面和所述正面上的所述晶体管结构造成损伤。在一示例中，所述第一预设温度为25℃，所述第一预设时间为30秒。
在一些实施例中，采用第二预设温度的第二酸性溶液清洗所述晶圆的所述背面之前，还包括如下步骤：
采用第一清洗剂清洗所述晶圆的所述背面，去除所述晶圆的所述背面残留的所述第一酸性溶液。在一示例中，所述第一清洗剂为纯水。例如，采用纯水在槽式清洗机台或者单片式清洗机台中对所述晶圆的所述背面进行清洗，以除去所述晶圆上残留的至少部分所述第一酸性溶液，减少所述第一酸性溶液在所述晶圆上的残留，避免残留的所述第一酸性溶液对所述晶圆造成过度腐蚀。之后，再采用第二酸性溶液在槽式清洗机台或者单片式清洗机台中对所述晶圆的所述背面进行清洗，一方面，通过所述第二酸性溶液再次对所述晶圆的所述背面进行平坦化处理，从而进一步提高所述晶圆的所述背面的平整度；另一方面，由于所述第一酸性溶液的酸性强于所述第二酸性溶液，通过所述第二酸性溶液的清洗，还可以进一步减少所述第一酸性溶液在所述晶圆上的残留，进一步避免强酸对所述晶圆造成过度腐蚀。在一示例中，所述第二酸性溶液可以为单一种类的酸构成的溶液，例如所述第二酸性溶液为氢氟酸。
在一些实施例中，所述第二预设温度为18℃～21℃，所述第一预设时间为60秒～70秒，从而既能对所述晶圆的所述背面有效的再次进行平坦化，也能避免过高的温度对所述晶圆造成过度腐蚀。
在一些实施例中，采用第二预设温度的第二酸性溶液清洗所述晶圆的所述背面，并持续第二预设时间之后，还包括如下步骤：
采用第二清洗剂清洗所述晶圆的所述背面；
采用异丙醇干燥所述晶圆的所述背面。
举例来说，所述第二清洗剂可以为纯水。在槽式清洗机台中对所述晶圆完成所述第二酸性溶液的清洗之后，可以采用纯水对同时对多片所述晶圆的所述背面进行多次清洗(例如采用纯水对所述晶圆的所述背面进行两次清洗)，以充分去除所述晶圆上残留的所述第一酸性溶液和所述第二酸性溶液。之后，再采用IPA(异丙醇)同时干燥多片所述晶圆，同时去除多片所述晶圆上残留的纯水。
在另一些实施例中，采用第二预设温度的第二酸性溶液清洗所述晶圆的所述背面，并持续第二预设时间之后，还包括如下步骤：
采用第二清洗剂清洗所述晶圆的所述背面；
旋转所述晶圆，去除所述晶圆的所述背面上的液体。
举例来说，所述第二清洗剂可以为纯水。在单片式清洗机台中对单片所述晶圆完成所述第二酸性溶液的清洗之后，可以采用纯水对单片所述晶圆的所述背面进行多次清洗(例如采用纯水对所述晶圆的所述背面进行两次清洗)，以充分去除单片所述晶圆上残留的所述第一酸性溶液和所述第二酸性溶液。之后，再旋转所述单片式清洗机台中用于承载所述晶圆的承载台，所述承载台的转动带动所述晶圆的转动，使得所述晶圆上残留的纯水在离心力的作用下被甩出，从而实现所述晶圆的干燥。
在一些实施例中，所述晶圆背面清洗方法还包括如下步骤：
去除所述保护膜；
沉积导电材料于所述晶圆的所述背面，形成用于与所述晶体管结构电连接的引出线。
具体来说，在对所述晶圆的背面进行干燥之后，可以将具有所述晶体管结构的所述晶圆传输至揭膜机台，以除去所述晶圆上的所述保护膜，暴露出所述晶体管结构。接着，可以将所述晶圆放置于金属蒸发机台中，并使得所述晶圆的所述背面朝上，以在所述晶圆的所述背面沉积钛、镍、银中的一种或者两种以上的金属材料，形成欧姆接触，作为所述引出线。所述引出线通过所述晶圆内的重布线层等导电连接结构与所述晶体管结构中的源电极或者漏电极电连接，用于将所述晶体管结构中的所述源电极的信号引出或者将所述晶体管结构中的所述漏电极的信号引出。由于所述晶体管结构中的所述源电极的信号或者所述晶体管结构中的所述漏电极的信号通过所述晶圆的所述背面的所述引出线引出，因而所述晶圆的所述背面的平整度和所述晶圆内部的应力均会对所述晶体管结构的导通电阻产生影响。
附图2是本发明具体实施方式清洗后的晶圆与现有技术清洗后的晶圆的性能对比图。在图2中，第一图形21表示采用本具体实施方式提供的晶圆背面清洗方法清洗所述晶圆的背面之后，所述晶圆上不同区域的多个所述晶体管结构的导通电阻值分布图；第二图形22表示采用所述第一预设温度之外的所述第一酸性溶液对所述晶圆的背面持续清洗第三预设时间之后，所述晶圆上不同区域的多个所述晶体管结构的导通电阻值分布图，其中，所述第三预设时间与所述第一预设时间无重叠。从图2可知，采用本具体实施方式提供的晶圆背面清洗方法清洗所述晶圆的背面之后，由于使得所述晶圆的背面的平整度提高，晶圆内部的应力释放的更加完全，因而所述晶体管结构的导通电阻大幅度下降，从而降低了包括所述晶圆、所述晶体管结构和所述引出线的所述半导体器件的耗能，减小了所述半导体器件的散热。在一示例中，所述晶圆背面清洗方法能够将所述晶体管结构的导通电阻降低至2.05V以下。而且，由于通过采用第一预设温度的第一酸性溶液清洗所述晶圆的所述背面、并持续第一预设时间，之后再采用第二预设温度的第二酸性溶液清洗所述晶圆的所述背面，并持续第二预设时间，使得所述晶圆的所述背面的平整度提高，所述晶圆的整体的应力释放更加充分，从而提高了所述晶圆面内不同区域晶体管结构导通电阻值的均匀性，即提高了所述晶圆面内不同区域晶体管结构的导通电阻的均一性，改善了半导体器件的电性能，提高了半导体器件的制造良率。
本具体实施方式还提供了一种半导体器件。所述半导体器件，包括：
晶圆，所述晶圆包括正面和与所述正面相对的背面，所述晶圆的所述背面采用如上所述的晶圆背面清洗方法清洗，其中，所述晶圆背面清洗方法可参见图1；
引出线，位于所述晶圆的所述背面；
晶体管结构，位于所述晶圆的所述正面，所述晶体管结构与所述引出线电连接。
在一些实施例中，所述晶圆的所述正面包括沿平行于所述正面的方向间隔分布的多个所述晶体管结构，且多个所述晶体管结构的导通电阻均相等。
本具体实施方式提供的晶圆背面清洗方法及半导体器件，通过采用第一预设温度的第一酸性溶液清洗所述晶圆的所述背面、并持续第一预设时间，之后再采用第二预设温度的第二酸性溶液清洗所述晶圆的所述背面，并持续第二预设时间，其中，所述第一酸性溶液的组成与所述第二酸性溶液的组成不同，所述第二预设温度低于所述第一预设温度，且所述第二预设时间大于所述第一预设时间，从而能够提高清洗之后所述晶圆的背面的平整度和厚度，使得所述晶圆内的应力释放的更加完全，从而降低所述晶圆正面的所述晶体管结构的导通电阻，并提高所述晶圆面内不同区域晶体管结构导通电阻值的均匀性，从而改善芯片的电性能，提高芯片的制造良率。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (12)
1.一种晶圆背面清洗方法，其特征在于，包括如下步骤：
提供待清洗的晶圆，所述晶圆包括正面和与所述正面相对的背面，所述晶圆的正面形成有晶体管结构；
采用第一预设温度的第一酸性溶液清洗所述晶圆的所述背面，并持续第一预设时间；
采用第二预设温度的第二酸性溶液清洗所述晶圆的所述背面，并持续第二预设时间，其中，所述第一酸性溶液的组成与所述第二酸性溶液的组成不同，所述第二预设温度低于所述第一预设温度，且所述第二预设时间大于所述第一预设时间。
2.根据权利要求1所述的晶圆背面清洗方法，其特征在于，采用第一预设温度的第一酸性溶液清洗所述晶圆的所述背面之前，还包括如下步骤：
形成覆盖所述晶圆的所述正面和所述晶体管结构的保护膜；
采用化学机械研磨工艺对所述晶圆的所述背面进行减薄处理。
3.根据权利要求2所述的晶圆背面清洗方法，其特征在于，待清洗的所述晶圆的数量为多片；采用第一预设温度的第一酸性溶液清洗所述晶圆的所述背面，并持续第一预设时间的具体步骤包括：
将多片所述晶圆同时放入清洗槽中；
于所述清洗槽中采用所述第一预设温度的第一酸性溶液同时浸润多片所述晶圆的所述背面，并持续所述第一预设时间。
4.根据权利要求2所述的晶圆背面清洗方法，其特征在于，采用第一预设温度的第一酸性溶液清洗所述晶圆的所述背面，并持续第一预设时间的具体步骤包括：
将所述晶圆放入单片式清洗机台中，并在所述单片式清洗机台中采用第一预设温度的第一酸性溶液清洗所述晶圆的所述背面，并持续第一预设时间。
5.根据权利要求1所述的晶圆背面清洗方法，其特征在于，所述第一预设温度为23℃～35℃，所述第一预设时间为30秒～45秒。
6.根据权利要求1所述的晶圆背面清洗方法，其特征在于，采用第二预设温度的第二酸性溶液清洗所述晶圆的所述背面之前，还包括如下步骤：
采用第一清洗剂清洗所述晶圆的所述背面，去除所述晶圆的所述背面残留的所述第一酸性溶液。
7.根据权利要求1所述的晶圆背面清洗方法，其特征在于，所述第二预设温度为18℃～21℃，所述第一预设时间为60秒～70秒。
8.根据权利要求3所述的晶圆背面清洗方法，其特征在于，采用第二预设温度的第二酸性溶液清洗所述晶圆的所述背面，并持续第二预设时间之后，还包括如下步骤：
采用第二清洗剂清洗所述晶圆的所述背面；
采用异丙醇干燥所述晶圆的所述背面。
9.根据权利要求4所述的晶圆背面清洗方法，其特征在于，采用第二预设温度的第二酸性溶液清洗所述晶圆的所述背面，并持续第二预设时间之后，还包括如下步骤：
采用第二清洗剂清洗所述晶圆的所述背面；
旋转所述晶圆，去除所述晶圆的所述背面上的液体。
10.根据权利要求8或9所述的晶圆背面清洗方法，其特征在于，还包括如下步骤：
去除所述保护膜；
沉积导电材料于所述晶圆的所述背面，形成用于与所述晶体管结构电连接的引出线。
11.一种半导体器件，其特征在于，包括：
晶圆，所述晶圆包括正面和与所述正面相对的背面，所述晶圆的所述背面采用如权利要求1所述的晶圆背面清洗方法清洗；
引出线，位于所述晶圆的所述背面；
晶体管结构，位于所述晶圆的所述正面，所述晶体管结构与所述引出线电连接。
12.根据权利要求11所述的半导体器件，其特征在于，所述晶圆的所述正面包括沿平行于所述正面的方向间隔分布的多个所述晶体管结构，且多个所述晶体管结构的导通电阻均相等。
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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