DE4411409C2 - Verfahren zum Rückseiten-Dünnen von strukturierten Silizium-Wafern - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Rückseiten-Dünnen von strukturierten Silizium-Wafern durch flächigen Materialabtrag mittels eines Schleifverfahrens und eines Ätzverfahrens, wobei durch das Ätzverfahren Oberflächenschädigungen des Wafers in definierten oberflächlichen Schichten abgetragen werden, so daß Schädigungen und Waferdurchbiegungen beseitigt werden.

Nach der in einer Vielzahl von Verfahrensschritten herge­ stellten Vorderseitenstrukturierung auf einer Halbleiter­ scheibe, dem Wafer, wird dessen Materialstärke aufgrund der heutigen Aufforderungen für seine weitere Verwendung redu­ ziert. Dies geschieht, indem die Waferrückseite abgeschliffen bzw. abgeätzt wird. Neben den Anforderungen an die Waferdicke hinsichtlich des zukünftigen Einsatzes eines aus dem Wafer vereinzelten Chips existieren weitere Anforderungen, aufgrund derer ein Wafer ohnehin rückseitig abgetragen werden muß. Hierbei sind die elektrische Leitfähigkeit der Rückseite, die Entfernung von Störschichten, der thermische Durchgangswider­ stand des Kristalles, eine erforderliche spezielle Oberfläche für nachfolgende Verfahren, beispielsweise das Löten, und die mechanische Beschaffenheit des Wafers, vor allem hinsichtlich des folgenden Vereinzelungsvorganges, zu nennen.

Die Verringerung der Waferdicke kann auf verschiedene Art und Weise vorgenommen werden. Gängige Verfahren sind das Läpp- Verfahren, Ätz-Verfahren oder Schleif-Verfahren. Ein Läpp- Verfahren arbeitet beispielsweise mit einem Läpp-Mittel, wie Siliziumkarbid, Aluminiumoxid oder Siliziumdioxid. In einem Ätzverfahren kann beispielsweise eine Ätzlösung aus einem Gemisch von Flußsäure und Salpetersäure verwendet werden. Wesentlich ist, daß bei derartigen Verfahren die Vorderseite in keiner Weise mechanisch oder chemisch beschädigt werden darf. Daher werden Lackabdeckungen aufgebracht oder Folien auflaminiert.

Bei den Schleifverfahren werden die Wafer in einer Vorrich­ tung aufgespannt bzw. angesaugt. Nach dem Schleifvorgang wird mit Preßluft durchgeblasen und mit Wasser unter hohem Druck bei gleichzeitiger Bürstenreinigung gespült. In üblichen Schleifverfahren werden die auf einem Träger angesaugten Wafer unter rotierenden Schleifringen hindurchbewegt, wobei beispielsweise ein abgestufter Grob-, Mittel- und Feinschliff mit einer Endrauhigkeit von beispielsweise 0,5 µm innerhalb einer Dickentoleranz von +/- 5 µm erreicht werden kann. Zusätzlich kann der Träger mit dem Wafer rotieren.

Man unterscheidet im wesentlichen zwischen dem Querseiten- Planschleifen, dem Längsseiten-Planschleifen und dem Rota­ tionsschleifen. Beim Querseiten-Planschleifen wird ein rotie­ render Schleifring über der Rückseite des Wafers positioniert und wird anschließend mit einem definierten Vorschub auf den Wafer gedrückt. Weitere Relativgeschwindigkeiten sind mög­ lich. Die wirksame Schleiffläche enthält Diamantkörner als Schleifmittel. Beim Längsseiten-Planschleifen wird ein rotie­ render Schleifring in die zu schleifende Oberfläche seitwärts eingetaucht, wobei der Schleifbelag die gesamte zu schlei­ fende Fläche überstreicht.

Die nach dem Schleifen vorhandene Schleifriefen, die durch die Diamantscheiben in das Halbleitermaterial des Wafers eingebracht worden sind, bewirken eine entsprechende Oberflä­ chenrauhigkeit. Dabei sind die Kristallgitter zum Teil stark zerstört, so daß eine Polysiliziumschicht vorliegt. Die Verteilung der Risse ist statistisch. Tiefere Risse, wie einzelne Haarrisse, Versetzungen und Punktdefektagglomeratio­ nen treten ebenfalls auf. Unterhalb der oberflächlichen Risse liegen Gitterverspannungen vor, die ebenfalls durch den Schleifprozeß verursacht wurden. Somit können insgesamt vier verschiedene Schädigungsbereiche vorliegen, die untereinander keine scharfe Abgrenzung aufweisen. Der gesamte Bereich wird als Damage-Bereich bezeichnet. Die zuoberst liegende polykri­ stalline Schicht weist in der Regel eine Stärke von ca. 1 bis 2 µm auf. Wird diese Schicht im Anschluß an das Rückseiten­ dünnverfahren ätztechnisch abgetragen, so sind in der Regel die internen Spannungen soweit abgebaut, daß Waferverbiegun­ gen zum größten Teil wieder eleminiert sind. Bei dem genann­ ten Ätzabtrag der Polysiliziumschicht wird ein Teil der unter der polykristallinen Schicht vorhandenen Rißzone mit abgetra­ gen.

Zur wirtschaftlichen Rückseitenabtragung von vorderseitig strukturierten Wafern (Siliziumwafern) werden fast aus­ schließlich Schleifprozesse verwendet. Die Ausdehnung der Damage-Zone ist abhängig von den Prozeßparametern. Dies sind beispielsweise die Andruckkraft, die Schleiftemperatur, der Zustand des Schleifwerkzeuges und auch der Bindungswerkstoff, der die Diamantkörner enthält. Die nicht zu vermeidende Damage-Zone führt zu einer mehr oder weniger großen Durchbie­ gung des Wafers, zu erhöhtem Ausschuß beim anschließenden Trennschleifen, also dem Vereinzeln der auf einem Wafer vorhandenen Chips, sowie zu geringer thermischer und mechani­ scher Belastbarkeit der Chips.

Als Gegenmaßnahme kann anschließend - wie bereits beschrieben - ein chemischer Abtrag nachgeschaltet werden. Neben der Besei­ tigung der Durchbiegung kann gleichzeitig die Rückseitenrau­ higkeit verringert werden.

Nachteile der bisher beschriebenen Verfahrensweise sind die Mehrstufigkeit des Prozesses, und der damit verbundene hohe Zeitaufwand. Es sind in der Regel mehrere Anlagen erforder­ lich. Dies führt zu einer großen Durchlaufzeit und zu einem großen Chemikalienverbrauch.

Aus der IEEE Transactions on Components, Hybrids and Manu­ facturing Technology, Vol. 13, No. 3, Sept. 1990, S. 528 - 533 ist ein Verfahren bekannt, in dem die Rückseiten von GaAs-Wafern gedünnt werden. In diesem Verfahren werden drei Schritte durchgeführt, ein Grobschleifen, ein Feinschleifen sowie ein chemisches Ätzen. Die drei Bearbeitungsschritte können in einer Parallelverarbeitung durchgeführt werden.

In der JP 5-226308 A2 wird ein Verfahren bzw. eine Vorrich­ tung beschrieben, in der die Rückseite eines Halbleiter- Wafers zuerst durch eine Grobschleifvorrichtung und dann durch eine Feinschleifeinrichtung gedünnt wird. In einem weiteren Prozeßschritt wird in einer Schleuder eine in einer Halbleiterschicht verursachte Damage-Schicht durch eine ätzende Lösung bereinigt.

In der US 5,268,065 wird ein Verfahren zum Rückseitendünnen von GaAs-Wafern offenbart, wobei auf der Seite des Halblei­ ter-Wafers, auf der der Chip nicht gedünnt wird, eine Klebe­ folie aufgebracht wird zum Schutz dieser beklebten Seite des GaAs-Wafers. In den anschließenden Schritten wird der Wafer durch mechanisches Schleifen und chemisches Ätzen auf der nicht beklebten Seite gedünnt.

Aus der Jpn. J. Apl. Phys., Vol. 33, Part 1, No. 1B, Jan. 1994, S. 514-518 ist bekannt, daß beim Abschleifen eines Silizium-Wafers zum Zwecke der Dünnung eine beschädigte Schicht entsteht, die durch das Verbleiben von Diamantabrieb des Schleifsteins verursacht ist, und entfernt werden muß. Zu diesem Zweck wird eine oberflächliche Siliziumschicht mit KOH weggeätzt. Danach wird die Oberfläche poliert.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine wesentliche Vereinfachung der bisherigen Verfahrensweise bei gleichzeiti­ ger Reduzierung der notwendigen Chemikalienmenge zu erzielen.

Die Lösung dieser Aufgabe geschieht durch den Gegenstand des Anspruches 1.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß anstelle von sauren Ätzmedien auf der Basis von Fluß-, Phosphor- oder Sal­ petersäure, die überwiegend isotrop ätzen, auch alkalische Medien einsetzbar sind. Mit diesen sind überwiegend an­ isotrope Abtragsformen erzielbar. Auch mit alkalischen Ätzme­ dien sind die durch Schleifverfahren erzeugten Wafer-Durch­ biegungen wesentlich reduzierbar. Der Einsatz der gleichzei­ tigen chemischen und mechanischen Behandlung in einer Anlage bedeutet, daß der Einsatz des basischen Ätzmediums während des Schleifprozesses oder während des in der gleichen Anlage erfolgenden Reinigungsprozesses der Waferrückseiten mit einer Reinigungsflüsssigkeit erfolgt. Im ersten Fall wird die Kon­ zentration des zugeführten basischen Ätzmediums möglichst gering gehalten, und die Prozeßtemperatur des Schleifverfah­ rens genutzt. Im zweiten Fall kann die Schleifdauer von bei­ spielsweise 2 Minuten als Taktzeit angesetzt werden, wobei für den nachfolgenden Reinigungsprozeß die gleiche Zeit zur Verfügung steht. Die vorhandene Anlage wird dabei in der Rei­ nigungsstufe mit einem basischen Reinigungsmittel beschickt. Dies erfordert in der Regel eine geringfügige Umrüstung vor­ handener Anlagen. Die Wafer würden somit in der Reinigungs­ stufe zunächst geätzt und dann endgültig gespült werden. Das verwendete destillierte Wasser weist einen erhöhten pH-Wert auf.

Für bestimmte Anwendungsfälle in der Halbleitertechnik und der Mikroelektronik ist die Anwesenheit von Alkaliionen nicht schädlich, so daß alkalihaltige Lösungen als Ätzmedium ein­ setzbar sind. Ist jedoch die Anwesenheit von Alkaliionen schädlich für die zu bearbeitenden Wafer bzw. Halbleiter­ schichten, so müssen notwendigerweise alkalifreie Lösungen als Ätzmedium eingesetzt werden.

Claims (2)

1. Verfahren zum Rückseiten-Dünnen von strukturierten Silizium-Wafern mit:
flächiger mechanischer Materialabtragung von den Rückseiten der Wafer in einem Schleifverfahren bei gleichzeitiger Flüs­ sigkeitskühlung und Reinigung der Rückseiten der Wafer mit einer Reinigungsflüssigkeit in der selben Anlage, und
flächiger chemischer Abtragung vorgegebener Oberflächen­ schichten von den Rückseiten der Wafer mit einem im basischen Bereich liegenden Ätzmedium zur zumindest teilweisen Beseiti­ gung von Waferdurchbiegungen und Oberflächenschädigungen,
wobei die beiden Abtragungsverfahren gleichzeitig ablaufen, indem der pH-Wert der Kühlflüssigkeit oder der Reinigungs­ flüssigkeit oder beider Flüssigkeiten im basischen Bereich liegt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur pH- Wert-Erhöhung alkalifreie Lösungen ver­ wendet werden.