TWI505342B - 薄化晶圓的方法 - Google Patents

Description

薄化晶圓的方法

本發明係關於一種薄化晶圓的方法，特別是一種能減少晶圓於薄化過程中產生裂片的方法。

近年來各種電子產品多以輕、薄、短、小為目標，廠商為了增加電子產品的積集度(integrity)，莫不致力於研發新的製程技術，例如「晶圓薄化」製程。晶圓薄化技術的應用範圍十分廣泛，例如近幾年來在光感測器(photo-sensor)中所發產出的背面感光式(back side illuminated,BSI)技術。背光感光式技術係將光線經由畫素區的背面蒐集，因此不會受到正面電路的遮蔽，可增加畫素的有效面積，故可以避免傳統正面感光技術中容易產生雜訊的問題。此外，晶圓薄化的技術也可應用在封裝領域中。經過薄化後的晶圓可具有較小的體積，而可以達成較小的封裝尺寸。

然而，在習知的薄化晶圓製程，仍然有許多問題需要克服，例如破片(chipping)的問題。由於半導體晶圓通常都是以矽、矽鍺化物及砷化鎵為主要材料，因此其伸展能力不佳。當晶圓被研磨至300微米以下之厚度時，便容易在薄化的過程中產生晶圓破片或斷裂的情況。請參考第1圖，所繪示為習知技術中晶圓於薄化製程中產生破片之示意圖。如第1圖所示，當薄化機具102對晶圓100進行一薄化製程時，由於晶圓100在邊緣處具有一厚度較小之斜面(bevel)103，故薄化時晶圓100在斜面103處與在中央處所受的應力不同，因此晶圓100容易在靠近斜面103的地方產生裂片104。

針對此一問題，習知的解決方式係在晶圓100的邊緣處先形成一階梯結構106。請參考第2圖與第3圖，所繪示為習知在晶圓邊緣形成階梯結構之步驟示意圖。如第2圖所示，為了避免晶圓100在邊緣處產生破片104，習知在晶圓100邊緣處會先形成一階梯結構106。因此，如第3圖所示，於後續進行薄化製程時，此階梯結構106可降低受力不均的情況，而避免晶圓100產生破片104。習知產生階梯結構106的方法，有採用切割刀具(grinding wheel)或者是微影(lithography)兩種方式。但使用切割刀具來形成階梯結構106也有一定程度破片的風險，且需額外的刀具模組。而使用微影的方式，則需要另外設計光罩以及額外的蝕刻步驟，都會有成本增加的問題。

本發明於是提出一種薄化晶圓的方法，可避免薄化步驟中晶圓產生破片的情況，且毋需形成階梯結構。

根據本發明之較佳實施例，本發明提供一種薄化晶圓的方法。此方法首先提供一晶圓，晶圓具有一主動面、一背面以及一側面，其中主動面與背面相對設置，且側面設置於主動面與背面之間並環繞該晶圓之周圍。接著，於晶圓上形成一保護結構，且保護結構至少完全包覆側面。最後，從背面對晶圓進行一薄化製程。

本發明係在薄化製程之前，在晶圓之側面上形成保護結構，使得晶圓與保護結構形成一厚度均勻之結構，故可避免破片的產生。相較於習知需在晶圓上形成階梯結構，本發明所使用之技術毋需破壞晶圓之外型，不僅能降低晶圓之破片機率，也能有效降低製作成本。

為使熟習本發明所屬技術領域之一般技藝者能更進一步了解本發明，下文特列舉本發明之數個較佳實施例，並配合所附圖式，詳細說明本發明的構成內容及所欲達成之功效。

請參考第4圖至第6圖，所繪示為本發明第一實施例之薄化晶圓方法的步驟示意圖。首先，如第4圖所示，提供一晶圓300。晶圓300具有一主動面302、一背面304以及一側面306。主動面302上可具有複數個半導體結構(圖未示)，例如金屬氧化物半導體(metal oxide semiconductor,MOS)、互補式金氧半導體(complementary metal oxide semiconductor,CMOS)、感光二極體(photo diode)、金屬內連線(interconnection)、接觸墊(bonding pad)或者是微機電系統(micro electrical mechanical system,MEMS)等，但並不以此為限。背面304與主動面302相對設置，且位於晶圓300相對於主動面302之另一側。側面306環繞晶圓300之周圍，其設置於主動面302與背面304之間，並分別與主動面302及背面304相連接。於本發明較佳實施例中，晶圓300係為上下對稱，因此側面306與主動面302之間，以及側面306與背面304之間，都具有一第一角度α。第一角度α大體上會大於90度，例如是135度，使得側面306相較於主動面302與背面304，會具有一向外突出之斜面(bevel)狀結構。

為了避免習知技術中，晶圓300在薄化製程時容易產生破片的問題，本發明於進行薄化製程之前，還會在晶圓300之側面306上形成一保護結構308。如第5圖所示，保護結構308會形成於晶圓300之側面306且完全包覆側面306。保護結構308具有一相對設置於側面306之保護結構側面310、一平行且相對設置於主動面302之保護結構正面311與一平行且相對設置於背面304之保護結構背面313，且此保護結構側面310與保護結構正面311之間，亦即其與主動面302之間，以及保護結構側面310與保護結構背面313之間，亦即其與背面304之間，都會具有一第二角度β。於本實施例中，第一角度α大於第二角度β，較佳者，第二角度β大體上等於90度。如此一來，晶圓300加上保護結構308即可形成一大體上均勻厚度之個體。

於本發明較佳實施例中，形成保護結構308的方式例如先在欲形成保護結構308之處上形成一樹脂材料，舉例來說，可在晶圓300之側面306上利用旋轉塗佈等方式形成各種熱固化或光固化之環氧樹脂。接著，依材料的特性，可選擇性再進行一熱固化或光固化製程，使得此樹脂材料固化而形成保護結構308。本發明形成保護結構308之材料並不限於樹脂，而可能是其他可透過固化程序固化之材料。值得注意的是，為了增加保護結構308的硬度以提高其對於晶圓300之保護能力，樹脂材料中還可選擇性的加入複數個顆粒，例如是氧化鋁顆粒、氮化鋁顆粒、氧化矽顆粒或氮化矽顆粒等，但並不以此為限，也可以是其他硬度大於樹脂材料之顆粒。

最後，如第6圖所示，對晶圓300進行一薄化製程，例如使用一薄化機具312從晶圓300之背面304開始對晶圓300進行薄化。本發明由於在薄化製程時，晶圓300之側面306被保護結構308所包覆，而形成一大體上均勻厚度之個體，並於晶圓300之邊緣處提供足夠的支撐力，因此可有效減少晶圓300在靠近側面306之處產生破片的情況。結束薄化製程後，保護結構308可視情況選擇性去除其一部份或全部，例如以溶劑或者其他方式去除。或者，在不影響後續製程的情況下，保護結構308也可以在薄化製程之後保留，而繼續後續例如晶粒切割之製程。

請參考第7圖，所繪示為本發明另一實施例之薄化晶圓方法的示意圖。於本實施例中，保護結構308並不限於形成於晶圓300之側面306，而可以另形成於至少部份之主動面302或者至少部份之背面304上。如第7圖所示，本實施例之保護結構308會形成並覆蓋於側面306以及主動面302上。位於側面306的保護結構308與位於主動面302的保護結構308可以同時形成或者分開形成。本實施例位於主動面302上的保護結構308可在後續薄化晶圓的步驟中，提供主動面302上之半導體結構(圖未示)適當之保護與支撐力。或者，依照主動面302上半導體結構區域設計的需求，保護結構308亦可完全或部份覆蓋在主動面302上。而於本發明另一實施例中，保護結構308亦可形成於整個背面304或者部份之背面304，視薄化製程之需求而定。或者，保護結構308同時形成於側面306、主動面302以及背面304。

請參考第8圖至第10圖，所繪示為本發明第二實施例之薄化晶圓的方法之步驟示意圖。如第8圖所示，首先提供一晶圓400以及一載具500。晶圓400具有一主動面402、一背面404以及一側面406。晶圓400之主動面402上可具有複數個半導體結構(圖未示)，例如金屬氧化物半導體、互補式金氧半導體、感光二極體、金屬內連線、接觸墊或者是微機電系統等，但並不以此為限。晶圓400之背面404與主動面402相對設置，且位於晶圓400相對於主動面402之另一側。側面406環繞晶圓400之周圍，其設置於主動面402與背面404之間，並分別與主動面402及背面404相連接。載具500係用以提供晶圓400於薄化製程中更全面而完整的支撐。於本發明較佳實施例中，載具500可為另一晶圓，例如裸晶圓(raw wafer)，因此大致上與用來作為產品晶圓(product wafer)之晶圓400具有類似的結構與尺寸大小。舉例來說，載具500具有一載具正面502、一載具背面504以及一載具側面506。載具正面502與載具背面504相對設置。載具側面506環繞載具500之周圍，其設置於載具正面502與載具背面504之間，並分別與載具正面502及載具背面504相連接。接著將載具正面502與晶圓400之主動面402相黏合，例如透過一黏合層508，以固定晶圓400於載具500上。於本發明之一實施例中，晶圓400之側面406與背面404具有一第三角度γ，載具側面506與載具背面504也具有一第三角度γ，且第三角度γ大於90度。

接著，形成一保護結構408，其至少包覆晶圓400之側面406。於本發明較佳實施例中，如第9圖所示，保護結構408會同時形成於晶圓400之側面406以及載具側面506，且完全包覆兩者。保護結構406具有一相對設置於側面406以及載具側面506之保護結構側面410、一平行且相對設置於背面404之保護結構正面411與一平行且相對設置於載具背面504之保護結構背面413。保護結構側面410與保護結構正面411之間，亦即其與背面404具有一第四角度δ，保護結構側面410與保護結構背面413之間，亦即其與載具背面504也具有第四角度δ。於本實施例中，第三角度γ大於第四角度δ，較佳者，第四角度δ大體上等於90度。此外，其他實施例中，保護結構408並不限於形成在側面406以及載具側面508，而可以依製程之需求，選擇性的形成於背面404或載具背面504。

接著如第10圖所示，進行一薄化製程，例如使用一薄化機具412從背面404開始對晶圓400進行薄化。於進行完薄化製程後，再視製程所需而移除載具500以及一部份或全部之保護結構408。

綜上所述，本發明係在薄化製程之前，在晶圓之側面上形成保護結構，使得晶圓與保護結構形成一厚度均勻之結構，故可避免破片的產生。相較於習知需在晶圓上形成階梯結構，本發明所使用之技術毋需破壞晶圓之外型，不僅能降低晶圓之破片機率，也能有效降低製作成本。

以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。

100‧‧‧晶圓

102‧‧‧薄化機具

103‧‧‧斜面

104‧‧‧破片

106‧‧‧階梯結構

300,400‧‧‧晶圓

302,402‧‧‧主動面

304,404‧‧‧背面

306,406‧‧‧側面

308,408‧‧‧保護結構

310,410‧‧‧保護結構側面

311,411‧‧‧保護結構正面

313,413‧‧‧保護結構背面

312,412‧‧‧薄化機具

500‧‧‧載具

502‧‧‧載具正面

504‧‧‧載具背面

506‧‧‧載具側面

508‧‧‧黏合層

第1圖所繪示為習知技術中晶圓於薄化製程中產生破片之示意圖。

第2圖與第3圖所繪示為習知在晶圓邊緣形成階梯結構之步驟示意圖。

第4圖至第6圖所繪示為本發明第一實施例之薄化晶圓方法的步驟示意圖。

第7圖所繪示為本發明另一實施例之薄化晶圓方法的示意圖。

第8圖至第10圖，所繪示為本發明第二實施例之薄化晶圓的方法之步驟示意圖。

300‧‧‧晶圓

302‧‧‧主動面

306‧‧‧側面

308‧‧‧保護結構

310‧‧‧保護結構側面

312‧‧‧薄化機具

Claims (19)

1. 一種薄化晶圓的方法，包含：提供一晶圓，具有一主動面、一背面以及一側面，其中該主動面與該背面相對設置，該側面設置於該主動面與該背面之間並環繞該晶圓之周圍；於該晶圓上形成一保護結構，且該保護結構至少完全包覆該側面；以及從該背面對該晶圓進行一薄化製程；以及於進行該薄化製程之後，完全移除該保護結構。
2. 如申請專利範圍第1項所述之薄化晶圓的方法，其中該保護結構僅完全包覆於該晶圓之該側面。
3. 如申請專利範圍第1項所述之薄化晶圓的方法，其中該保護結構還包覆於該晶圓之該主動面。
4. 如申請專利範圍第1項所述之薄化晶圓的方法，其中該保護結構還包覆於該晶圓之該背面。
5. 如申請專利範圍第1項所述之薄化晶圓的方法，其中該保護結構包含一保護結構側面以及一保護結構正面，該保護結構側面對應於該側面，該保護結構正面大體上平行且對應於該主動面。
6. 如申請專利範圍第5項所述之薄化晶圓的方法，其中該側面與該主動面具有一第一角度，該保護結構側面與該保護結構正面具有一第二角度，該第一角度大於該第二角度。
7. 如申請專利範圍第6項所述之薄化晶圓的方法，其中該第二角度實質上等於90度。
8. 如申請專利範圍第1項所述之薄化晶圓的方法，其中進行該薄化步驟時，該晶圓之該主動面與該側面之間不具有階梯狀結構。
9. 如申請專利範圍第1項所述之薄化晶圓的方法，還包含：提供一載具，該載具具有一載具正面、一載具背面以及一載具側面，其中該載具正面與該載具背面相對設置，該載具側面設置於該載具正面與該載具背面之間並環繞該載具之周圍，且該載具正面與該晶圓之該主動面黏合；以及於形成該保護結構時，同時於該載具側面上形成該保護結構。
10. 如申請專利範圍第9項所述之薄化晶圓的方法，其中該保護結構包含一保護結構側面以及一保護結構正面，該保護結構側面對應於該側面以及該載具側面，該保護結構正面大體上平行且對應於該背面。
11. 如申請專利範圍第10項所述之薄化晶圓的方法，其中該側面與該背面具有一第三角度，該保護結構側面與該保護結構正面具有一第四角度，該第三角度大於該第四角度。
12. 如申請專利範圍第11項所述之薄化晶圓的方法，其中該第四角度實質上等於90度。
13. 如申請專利範圍第9項所述之薄化晶圓的方法，其中該載具為另一晶圓。
14. 如申請專利範圍第1項所述之薄化晶圓的方法，其中形成該保護結構的步驟包含於該晶圓之該側面上形成一樹脂材料。
15. 如申請專利範圍第14項所述之薄化晶圓的方法，其中該樹脂材料包含環氧樹脂。
16. 如申請專利範圍第14項所述之薄化晶圓的方法，還包含於該樹脂材料中加入複數個顆粒，其中該等顆粒的硬度大於該樹脂材料的硬度。
17. 如申請專利範圍第16項所述之薄化晶圓的方法，其中該等顆粒的材質包含氧化鋁、氮化鋁、氧化矽或氮化矽。
18. 如申請專利範圍第14項所述之薄化晶圓的方法，還包含對該樹脂材料進行一固化製程以形成該保護結構。
19. 如申請專利範圍第18項所述之薄化晶圓的方法，其中該固化製程包含熱固化製程或光固化製程。