專利名稱：超薄管芯及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本公開內(nèi)容涉及一種半導(dǎo)體器件，更具體地涉及一種關(guān)于降低半導(dǎo)體器件厚度的方法。
背景技術(shù)：
試驗研究和計算機模型已經(jīng)證明，可通過減薄半導(dǎo)體管芯來改善半導(dǎo)體器件的性能。最通常用于減薄管芯的方法是在管芯鋸切和分成單個(singulation)之前進(jìn)行的背面研磨工序。然而，單獨研磨在包括機械力的芯片或破壞半導(dǎo)體晶片之前僅提供那么多的管芯減薄。此外，在背面研磨工藝之后，使用鋸切或劃片技術(shù)將晶片上形成的各個管芯分成單個。在將管芯分成單個的分離工藝中，尤其是當(dāng)其處于被減薄狀態(tài)中時，存在導(dǎo)致對管芯進(jìn)一步損傷的可能性。因此，克服該問題的方法是有用的。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供一種方法，包括在半導(dǎo)體襯底背側(cè)上形成掩模層；在掩模層中形成溝槽區(qū)，掩模層中的溝槽區(qū)限定了將由半導(dǎo)體襯底形成的小片的位置；在形成溝槽區(qū)之后，蝕刻掩模層和半導(dǎo)體襯底以同時移除掩模層和在半導(dǎo)體襯底中形成溝槽區(qū)；和在蝕刻掩模層之后，從半導(dǎo)體襯底的背側(cè)蝕刻以同時減薄半導(dǎo)體襯底并將半導(dǎo)體襯底分成多個管芯。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種方法，包括在具有第一厚度的半導(dǎo)體襯底背側(cè)中形成溝槽區(qū)；和在形成溝槽區(qū)之后，從半導(dǎo)體襯底的背側(cè)蝕刻，以便由半導(dǎo)體襯底形成所需厚度的多個管芯，其中所需厚度小于第一厚度。
根據(jù)本發(fā)明的再一方面，提供一種方法，包括蝕刻半導(dǎo)體襯底的背側(cè)表面以減薄對應(yīng)于管芯位置的至少一部分半導(dǎo)體襯底；和在蝕刻背側(cè)表面期間，暴露將在管芯位置處形成的管芯側(cè)壁部分。


通過參考附圖，可更好地理解本公開內(nèi)容，并且其大量特征及優(yōu)點對于本領(lǐng)域技術(shù)人員是明顯的。
圖1-11說明根據(jù)本公開內(nèi)容在減薄半導(dǎo)體襯底中包括的各個步驟的截面圖。
圖12說明根據(jù)本公開內(nèi)容的具體實施方式
在襯底上的溝槽區(qū)位置。
在不同附圖中使用相同的參考符號表示相似或相同的項。
具體實施例方式
根據(jù)本公開內(nèi)容的具體實施方式
，公開了一種處理半導(dǎo)體襯底的方法，從而在普通的工藝期間同時減薄并切片(分成單個)襯底。在一個實施方式中，使用標(biāo)準(zhǔn)光刻工藝結(jié)合背側(cè)對準(zhǔn)技術(shù)，在襯底的背側(cè)上形成掩模層，如具有開口溝槽區(qū)的光致抗蝕劑或其它可圖形化有機層。典型地，溝槽區(qū)被對準(zhǔn)到襯底的前側(cè)上限定的劃片柵格區(qū)。應(yīng)用于背側(cè)的各向異性蝕刻將溝槽區(qū)的圖形轉(zhuǎn)移到襯底的背側(cè)上。在移除掩模層之后，通過蝕刻消耗或剝離，進(jìn)行襯底背側(cè)的蝕刻以在背側(cè)表面上均勻地減薄晶片。同時蝕刻構(gòu)成背側(cè)最深部分的溝槽區(qū)，并保持背側(cè)最深部分貫穿。在將晶片分成單個管芯時，通過蝕刻減薄襯底持續(xù)進(jìn)行直到溝槽區(qū)穿通到前側(cè)。在耗盡或移除掩模層時，即在開始體晶片蝕刻時，溝槽深度確定了最終管芯的最大厚度。通過參考圖1-12，將更好理解本公開內(nèi)容的具體實施方式
。
圖1說明包括半導(dǎo)體襯底10并具有兩個平行的主表面12和14以及形成兩個主表面12和14之間的邊緣的次表面的工件31的截面圖。次表面或邊緣形成工件31的周邊。為了參考目的，主表面14也稱作前面、前側(cè)或有源表面14，以表示這是具有形成操作器件的有源區(qū)的表面。參照主表面12相對于前面的有源表面14的位置，還將該主表面稱作襯底的背面12、背側(cè)。參考數(shù)字21表示工件31的厚度。在一個實施方式中，厚度21表示與在處理有源表面14以形成操作器件期間的襯底10基本上相同的厚度。襯底10的示范性厚度約26密爾(660.4微米)，盡管可使用將需要被減薄的任意工件厚度。
襯底10典型地是硅或砷化鎵晶片，但是也可以是鍺摻雜層、外延硅、絕緣體上的硅(SOI)襯底或者適合于形成半導(dǎo)體器件的任意相似襯底。
圖2說明在被減薄以形成具有厚度211的工件32之后的襯底10。在具體實施方式
中，研磨機械背面研磨工藝已經(jīng)通過將一種或多種磨料應(yīng)用到襯底10的背側(cè)減薄了襯底10，以獲得所需的中間厚度211。襯底10的厚度211受到減薄的襯底材料的機械強度極限的限制，這使得襯底更加容易受到連續(xù)機械減薄工藝的影響而破裂。典型地，厚度211在4-10密爾的范圍內(nèi)，然而，厚度211可表示需要另外減薄的任意厚度的襯底。例如，對較厚或較薄襯底進(jìn)行圖3-10中描述的隨后處理。
圖3說明具有在工件32的襯底10背側(cè)上形成的掩模層16的工件33。掩模層16可由照射敏感材料或非照射敏感材料形成，或者可包括多層。使用光刻領(lǐng)域中非常公知的圖形化掩模(未示出)即光掩模、或使用背面對準(zhǔn)技術(shù)的直接照射技術(shù)即e束或激光，這有利于在掩模層16中形成溝槽區(qū)41，以對準(zhǔn)溝槽區(qū)41的位置和工件的前側(cè)，從而在直接在劃片區(qū)上形成溝槽區(qū)41。
在一個實施方式中，掩模層16由具有典型地在0.25到25微米范圍內(nèi)厚度的光致抗蝕劑材料形成，其它厚度范圍為1-2微米、1-4微米、0.75-1.25微米、0.5-1.5微米和0.5-3微米，且典型的厚度約為1微米。當(dāng)掩模層16為光致抗蝕劑層時，通過使用光刻技術(shù)將溝槽41形成到光致抗蝕劑材料中。在另一實施方式中，掩模層16由硬掩模材料即非照射敏感材料形成，且在蝕刻掩模層16期間，使用獨立的掩模層(未示出)如光致抗蝕劑層對其進(jìn)行蝕刻，以限定溝槽區(qū)41的位置。硬掩模材料可以是提供蝕刻阻擋的任意材料。硬掩模材料可包括有機材料、氧化硅、氮化硅、碳化硅或金屬如鋁、鎢、鈦，或其組合。
圖12說明具有表示劃片柵格位于有源表面14上的位置的柵格位置411的襯底的平面圖。在器件46之間形成這些劃片區(qū)，且劃片區(qū)位于典型地進(jìn)行切割和劃片以將管芯相互分開單個的位置處。劃片區(qū)寬度典型地約為20-100微米，從而基于對準(zhǔn)精確度利于形成稍小于該范圍的溝槽41的寬度。將理解，根據(jù)本公開內(nèi)容的具體實施方式
，器件46可以是除了矩形之外的形狀如圓形，或者是具有圓形邊緣的器件，并且切片線可以是任意所需圖形，且跨過襯底表面可以形成或不形成不中斷的通道。
在圖4中說明工件33的部分110(圖3)的放大圖。圖4的放大圖說明完全穿過掩模層16蝕刻溝槽區(qū)41以暴露部分襯底10，或者可部分穿過掩模層16形成溝槽41，如到達(dá)由虛線141示出的位置處。部分穿過掩模層16到達(dá)位置141形成的溝槽可通過使用各種技術(shù)獲得。例如，當(dāng)掩模16由單種材料類型形成(即，區(qū)域161和162是相同的硬掩模材料)時，典型地使用計時蝕刻。當(dāng)使用多層掩模時可使用選擇以停止在下部層161上的蝕刻，即，層162下部的層161由不同的材料形成。使用通過檢測終點控制的蝕刻，如當(dāng)層161表示在表示所需溝槽深度141的深度處形成的可檢測層。將理解，可使用光學(xué)質(zhì)譜儀或者其它標(biāo)準(zhǔn)或?qū)Ｓ脵z測技術(shù)來進(jìn)行終點檢測。
圖5說明通過蝕刻工藝62在掩模層16和襯底10的背側(cè)中形成的溝槽42，以形成工件34。在一個實施方式中，蝕刻62對掩模層16基本上是選擇性的，從而以比掩模層16大的速率蝕刻襯底10。例如，當(dāng)掩模層16是光致抗蝕劑材料時，使用公知為Bosch或深度硅蝕刻的工藝對于掩模層16優(yōu)選蝕刻襯底10。該蝕刻工藝的結(jié)果是，將在圖3中形成的溝槽轉(zhuǎn)移到襯底中，如圖5中示出。在形成了在襯底10中具有所需深度的溝槽區(qū)42之后，在圖6的蝕刻工藝63過程期間移除掩模層16，這形成了具有于襯底10中形成的溝槽區(qū)43的工件35而無需硬掩模16。例如，當(dāng)掩模層16是光致抗蝕劑材料時，一旦溝槽區(qū)在襯底10中達(dá)到所需深度，就使用氧等離體的蝕刻工藝或便于剝離或灰化光致抗蝕劑的蝕刻，以移除光致抗蝕劑掩模層。
在替代實施方式中，在消耗掩模層16的蝕刻期間同時形成工件35的溝槽區(qū)43。例如，蝕刻62(圖5)形成了中間工件34，其中掩模層16已經(jīng)被部分消耗并且溝槽區(qū)43僅部分形成；且圖6的蝕刻63表示蝕刻62的繼續(xù)，并說明在已經(jīng)通過蝕刻工藝63完全消耗即移除了掩模層16并且已經(jīng)完全形成了溝槽區(qū)43時的工件35。在一個實施方式中，掩模層16的厚度允許在襯底中形成溝槽區(qū)43和使用深度蝕刻工藝如Bosch蝕刻完全消耗掩模層同時進(jìn)行。
典型的Bosch蝕刻工藝基于反復(fù)沉積(例如使用C4H8)和蝕刻(例如SF6/O2)工藝?？傊诒晃g刻的特征上進(jìn)行聚合物沉積。所施加的襯底偏置用于有利于與沿著側(cè)壁相反在溝槽底部處移除聚合物。然后進(jìn)行足夠長時間的蝕刻步驟以較深地蝕刻溝槽而不穿透保護(hù)側(cè)壁聚合物。重復(fù)沉積和蝕刻步驟直到達(dá)到所需深度。
在Bosch工藝中，使用低的襯底偏置以增強各向異性蝕刻特性。等離子體是高密度的，從而導(dǎo)致高的蝕刻速率并可能導(dǎo)致高選擇性。將構(gòu)成為允許很高氣流的低壓。
Bosch蝕刻的結(jié)果可以具有原子級光滑的粗糙度、即小于5nm的表面粗糙度的水平(主)表面，以及具有約50nm軸向變化特性(scalloping nature)粗糙度的垂直(次)表面。
在掩模層16是通過在形成溝槽43期間同時消耗來移除的光致抗蝕劑的實施方式中，掩模層16的最小厚度通過以下的等式確定。公知的變量包括襯底10的移除速率、光致抗蝕劑的移除速率和所需的管芯厚度。所需的管芯厚度通過穿過具有最小厚度的光致抗蝕劑掩模層16形成溝槽41來獲得，由以下的等式確定，并且按需要在分成單個后過蝕刻。
最小掩模厚度＝所需的管芯厚度*(蝕刻速率(掩模)/蝕刻速率(襯底))由于蝕刻通過在穿過前面有源側(cè)時停止而結(jié)束，因此最初的掩模厚度限定了分成單個時的管芯厚度。
圖7是說明在通過使用中間膠粘層51附加到操作襯底52上之后的工件35。使用操作襯底52來將單獨管芯支撐在原位，這是由于所公開的工藝將會將其分成單個。將理解，在將襯底10減薄到超出其則不能有效控制襯底10而不損壞的點處之前的任一時間，將操作襯底52附加到襯底10，這允許對準(zhǔn)前側(cè)。例如，在圖3的工藝之后可增加操作襯底。
圖7也說明以均勻方式繼續(xù)減薄晶片的蝕刻64。蝕刻64是基本上以相同的速率或者以公知的方式蝕刻背側(cè)的上表面和溝槽區(qū)43的底部的任一種蝕刻，從而保持溝槽區(qū)43相對于背側(cè)12的上表面基本已知的深度。厚度211表示在減薄工藝期間襯底10的厚度。在具體實施方式
中，蝕刻64是深硅蝕刻，如在此描述的Bosch蝕刻。蝕刻繼續(xù)進(jìn)行直到獲得了所需的管芯厚度214，且將各個管芯46分成單個，如圖8中所示，從而形成工件37。在具體實施方式
中，所需管芯厚度低于65微米。在另一實施方式中，該厚度小于51微米。在再一實施方式中，所需的管芯厚度小于40微米。典型地，選擇超薄管芯厚度以適應(yīng)隨后的操作和功耗要求。通過如圖7中所示出的蝕刻，減薄在襯底10上的管芯位置，同時在溝槽內(nèi)部暴露管芯的側(cè)壁，直到暴露管芯的整個側(cè)壁，見圖8。
將理解，基于溝槽區(qū)43的開始深度，可精確控制最終的管芯厚度214達(dá)預(yù)定量(圖6)。圖6說明通過在形成溝槽區(qū)43期間的蝕刻消耗或者通過剝離全部消耗了掩模層16時的工件。在圖6所表示的時間之后繼續(xù)的蝕刻允許檢測何時蝕刻穿過前側(cè)。例如，通過終點檢測，一旦穿透就終止蝕刻，其中，可在等離子蝕刻的等離子體中可檢測到已知將在晶片前側(cè)劃片區(qū)域上發(fā)現(xiàn)的化學(xué)元素即終點材料。例如，在前側(cè)劃片區(qū)上可形成終點層，以提供可通過背側(cè)蝕刻期間在等離子體中的光譜可檢測的材料。檢測這種“標(biāo)記”元素表示已經(jīng)達(dá)到了前面，或者很快將達(dá)到，并且停止蝕刻。替代地，檢測標(biāo)記元素或者條件隨后可進(jìn)行短時間蝕刻以確保分成單個。這些技術(shù)可防止不能完全穿通晶片且從而不能將小片分成單個的不完全蝕刻，和移除過多的材料并過多減薄小片的過蝕刻。
圖9說明包括在小片46的背側(cè)上方形成背面金屬層11以形成小片47的工件38。背面金屬層11利于隨后將各個管芯47附加到封裝襯底。
圖10說明應(yīng)用到工件38背側(cè)上的拾取帶53，從而形成工件39。在圖11中，膠粘層5已經(jīng)溶解，或者被移除以允許分離操作襯底52以形成工件40。
在分成單個之后，使用常規(guī)的或者專用封裝技術(shù)和材料封裝管芯47。例如，可使用倒裝芯片技術(shù)、引線鍵合技術(shù)或者其組合來封裝管芯。封裝可以是包括陶瓷或塑料封裝的任一種材料類型，以及球柵封裝、引線導(dǎo)線封裝或者任何其他封裝類型。
在優(yōu)選實施方式的前面詳細(xì)描述中，參考作為其一部分的附圖，并且附圖借助于示出具體的優(yōu)選實施方式示出，在具體優(yōu)選實施方式中實施了本發(fā)明。以足夠的細(xì)節(jié)描述了這些實施方式，以確保本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠?qū)嵤┍景l(fā)明，并且應(yīng)當(dāng)理解，可使用其它實施方式而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。為了避免不必要的細(xì)節(jié)以使得本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠?qū)嵤┍景l(fā)明，省略了本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的某些信息的描述。而且，本領(lǐng)域技術(shù)人員結(jié)合本發(fā)明的教導(dǎo)可容易構(gòu)造很多其它變化實施方式。因此，不希望本發(fā)明限于在此列出的具體形式，而是相反，希望涵蓋這種替代、修改和等同物，正如可合理地包含在本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)的那樣。因此，前面的詳細(xì)描述并不具有限制性意義，且本發(fā)明的范圍僅通過附屬的權(quán)利要求來限定。
權(quán)利要求
1.一種方法，包括在半導(dǎo)體襯底背側(cè)上形成掩模層；在掩模層中形成溝槽區(qū)，掩模層中的溝槽區(qū)限定了將由半導(dǎo)體襯底形成的小片的位置；在形成溝槽區(qū)之后，蝕刻掩模層和半導(dǎo)體襯底以同時移除掩模層和在半導(dǎo)體襯底中形成溝槽區(qū)；和在蝕刻掩模層之后，從半導(dǎo)體襯底的背側(cè)蝕刻以同時減薄半導(dǎo)體襯底并將半導(dǎo)體襯底分成多個管芯。
2.如權(quán)利要求1的方法，其中在掩模層中形成溝槽區(qū)包括對準(zhǔn)掩模層中的溝槽區(qū)和在半導(dǎo)體襯底前側(cè)上形成的特征。
3.如權(quán)利要求1的方法，還包括在蝕刻掩模層之前，在半導(dǎo)體襯底前側(cè)上附加操作襯底。
4.如權(quán)利要求3的方法，還包括在多個管芯的管芯背側(cè)上形成背面金屬層。
5.如權(quán)利要求4的方法，還包括在形成背面金屬層之后，從多個管芯移除操作襯底。
6.如權(quán)利要求1的方法，其中從半導(dǎo)體襯底的背側(cè)蝕刻包括檢測終點。
7.如權(quán)利要求6的方法，其中檢測終點包括檢測在半導(dǎo)體襯底前側(cè)上形成的層。
8.如權(quán)利要求6的方法，其中從半導(dǎo)體襯底的背側(cè)蝕刻包括在檢測終點之后蝕刻預(yù)定時間量。
9.如權(quán)利要求1的方法，其中所述多個管芯具有小于65微米的最終厚度。
10.如權(quán)利要求1的方法，其中所述多個管芯具有小于51微米的最終厚度。
11.如權(quán)利要求1的方法，其中所述多個管芯具有小于40微米的最終厚度。
12.如權(quán)利要求1的方法，還包括在形成掩模層之前后減薄半導(dǎo)體襯底。
13.如權(quán)利要求12的方法，其中減薄半導(dǎo)體襯底包括使用背面研磨工藝。
14.一種方法，包括在具有第一厚度的半導(dǎo)體襯底背側(cè)中形成溝槽區(qū)；和在形成溝槽區(qū)之后，從半導(dǎo)體襯底的背側(cè)蝕刻，以便由半導(dǎo)體襯底形成所需厚度的多個管芯，其中所需厚度小于第一厚度。
15.如權(quán)利要求14的方法，其中在半導(dǎo)體襯底的背側(cè)中形成溝槽區(qū)包括在半導(dǎo)體襯底背側(cè)上形成掩模層；和在掩模層中形成溝槽區(qū)以利于在半導(dǎo)體襯底的背側(cè)中形成溝槽區(qū)。
16.如權(quán)利要求15的方法，其中在半導(dǎo)體襯底的背側(cè)中形成溝槽區(qū)還包括在掩模層中形成溝槽區(qū)之后，移除掩模層，同時在襯底的背側(cè)中形成溝槽區(qū)。
17.如權(quán)利要求16的方法，其中形成掩模層還包括含有光致抗蝕劑材料的掩模層；和在掩模層中形成溝槽區(qū)包括使用光刻。
18.如權(quán)利要求17的方法，其中在掩模層中形成溝槽區(qū)還包括在掩模層中的具有基本上等于掩模層厚度的深度的溝槽區(qū)。
19.如權(quán)利要求14的方法，其中在半導(dǎo)體襯底背側(cè)中的溝槽區(qū)與在半導(dǎo)體襯底前側(cè)上形成的特征對準(zhǔn)。
20.一種方法，包括蝕刻半導(dǎo)體襯底的背側(cè)表面以減薄對應(yīng)于管芯位置的至少一部分半導(dǎo)體襯底；和在蝕刻背側(cè)表面期間，暴露將在管芯位置處形成的管芯側(cè)壁部分。
21.如權(quán)利要求20的方法，其中暴露包括暴露管芯的整個側(cè)壁。
22.如權(quán)利要求20的方法，其中所述至少部分半導(dǎo)體襯底是整個半導(dǎo)體襯底。
全文摘要
根據(jù)具體實施方式
，公開了一種處理半導(dǎo)體襯底的方法，從而減薄襯底，并且通過普通的工藝將襯底上形成的小片分成單個。在襯底的背側(cè)上形成溝槽區(qū)(42、43)。對背側(cè)的各向異性蝕刻導(dǎo)致了襯底減薄同時保持溝槽深度，從而便于將管芯分成單個。
文檔編號H01L21/46GK1973362SQ200580020377
公開日2007年5月30日 申請日期2005年5月19日 優(yōu)先權(quán)日2004年6月30日
發(fā)明者戴維·P.·曼西尼, 楊·純, 威廉·J·道克什, 唐納德·F·韋斯頓, 斯蒂文·R·楊, 羅伯特·W·拜爾德 申請人:飛思卡爾半導(dǎo)體公司