專利名稱：鑼形超薄晶圓制備方法和技術(shù)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體元器件和超大規(guī)模集成電路制造業(yè)中的晶圓制備方法和技術(shù)，主要應(yīng)用于(但不局限于)硅(Si)、砷化鎵(GaAs)、鍺(Ge)、磷化鎵(GaP)、磷化銦(1nP)等半導(dǎo)體材料的晶圓制備，是形成超薄晶圓的全新制備方法和技術(shù)。
背景技術(shù)：
現(xiàn)行的晶圓(Wafer)制備技術(shù)存在著對半導(dǎo)體材料的極大浪費和集成電路封裝中加工工藝的浪費。眾所周知、半導(dǎo)體元器件和超大規(guī)模集成電路(VLSI)僅僅被制造在晶圓表面幾十微米的厚度內(nèi)，但是因為在元器件和集成電路的制造過程中對晶圓的機械強度、抗彎強度、表面張力等物理性質(zhì)有較高的要求，故不得不將晶圓制備成厚度在數(shù)百微米(6英寸晶圓厚度約為650微米、8英寸晶圓厚度約為750微米、12英寸晶圓厚度約為850微米)的超厚片。在半導(dǎo)體元器件和集成電路的前工序制造完成后，為了降低芯片(Chip)的體電阻、提高導(dǎo)熱性、適應(yīng)現(xiàn)行超薄電子產(chǎn)品(IC卡、手機、筆記本電腦、MP4、 E-Book等)的應(yīng)用要求，又要在半導(dǎo)體元器件和超大規(guī)模集成電路的封裝工序之始，對晶圓背面進行減薄加工，將其厚度減薄到75微米到250微米左右(視電子產(chǎn)品的要求而定)。既造成80%至90%的半導(dǎo)體原材料浪費、又造成封裝成本的增加。
本發(fā)明采用了一種全新的、先進的半導(dǎo)體晶圓制備方法和相關(guān)技術(shù)，使得晶圓的初始厚度即被控制在150微米至200微米之間(視晶圓的直徑尺寸來確定)，與現(xiàn)有的晶圓制備技術(shù)相比，本超薄晶圓制備方法和技術(shù)擁有低耗材、低成本、簡化封裝工序、支撐環(huán)可重復(fù)使用以及環(huán)保節(jié)能的諸多優(yōu)點。
本發(fā)明之所以要面向硅(Si)、砷化鎵(GaAs)、鍺(Ge)、磷化鎵(GaP)、磷化銦(MP)等半導(dǎo)體材料的晶圓制備，是因為硅(Si)、砷化鎵(GaAs)、鍺(Ge)等半導(dǎo)體材料是目前制造半導(dǎo)體元器件和超大規(guī)模集成電路(VLSI)不可或缺的原材料；磷化鎵(GaP)、磷化銦(InP)等in-v族和n-vi族半導(dǎo)體材料是目前制造光電器件、激光器、光纖通信電路不可或
缺的原材料。這些原材料稀少、提煉加工的工藝復(fù)雜、價格昂貴。研究開發(fā)新的晶圓制備技術(shù)，是進一步發(fā)展半導(dǎo)體工業(yè)、微電子工業(yè)以及現(xiàn)代工業(yè)所必要的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的第一個目的是節(jié)省寶貴的半導(dǎo)體原材料。重點包括1.選用合適的材料做晶圓支撐環(huán)，該支撐環(huán)具有較高的機械強度、抗彎強度、化學(xué)惰性及與
半導(dǎo)體材料良好的互融性。不同材質(zhì)的晶圃CSi、 GaAs、 InP、 Ge等)要選用與其相適應(yīng)、互融性強的材料來制備支撐環(huán)。支撐環(huán)材料為(但不局限于)Si02、石英、碳化硅(SiC)、玻璃、陶瓷等無機惰性材料。
2. 根據(jù)晶圓尺寸和對位邊形狀，制備形成相同尺寸、相同對位邊形狀的支撐環(huán)。詳見附圖1和附圖2。
3. 利用激光熔融技術(shù)將超薄晶片焊接在支撐環(huán)上、制備成超薄晶圓。
這樣制備出的超薄晶圓，由支撐環(huán)提供了良好的機械強度、抗彎強度及表面張力等物理性質(zhì)，使其可以在大規(guī)模集成電路制造加工過程屮承受各種壓力、沖擊、高溫等工藝處理過程，成為良好的半導(dǎo)體集成電路原始品片。


附圖1和附圖2是6英寸和8英寸支撐環(huán)的俯視圖和斷面圖，是對應(yīng)6英寸晶圓和8英寸及以上尺寸晶圓的實例結(jié)構(gòu)。
附圖3是6英寸和8英寸晶圓經(jīng)過激光熔融技術(shù)將超薄晶片焊接在支撐環(huán)上的俯視效果圖，從中可見其超薄晶圓的鑼形結(jié)構(gòu)。
附圖4是固定晶圓和支撐環(huán)的真空吸盤斷面圖，從中可見同時固定晶圓和支撐環(huán)的方法、真空吸盤的材質(zhì)為多孔滲水陶瓷。
附圖5是激光熔融焊接設(shè)備示意圖，從圖中可見如何將激光束經(jīng)過聚焦后照射在晶圓與支撐環(huán)的銜接處。
具體實施方法
1. 將晶棒經(jīng)線切割、雙面研磨等工藝加工后制備成厚度在150微米至200微米的超薄晶片。
2. 選用合適的材料制備出晶圓支撐環(huán)。
3. 將晶圓支撐環(huán)套在真空吸盤外緣并與真空吸盤外緣稍有間距、其表面高度與真空吸盤表面等高。再將超薄晶片放置在真空吸盤上并由真空吸附(克服超薄晶片可能存在的翹曲和變形)，使超薄晶片平整的固定在真空吸盤上。詳見附圖4 (固定晶圓和支撐環(huán)的真空吸盤斷面圖)
4. 從晶片上方投下光斑直徑與支撐環(huán)寬度適配的激光束進行加熱，該激光束的焦點穿透晶片聚焦在超薄晶片與支撐環(huán)的接觸面。調(diào)整激光束能量使晶片與支撐環(huán)的界面達到熔融狀態(tài)、將該光斑范圍的超薄晶片焊接在支持環(huán)上。
5. 勻速旋轉(zhuǎn)真空吸盤、使激光束完成在支撐環(huán)表面一周的加熱熔融作用，將整張超薄晶片的外環(huán)全部焊接在支撐環(huán)上。詳見附圖5 (激光熔融焊接設(shè)備示意圖)。
6. 放開真空、將鑼形超薄晶圓從真空吸盤上取下。
權(quán)利要求
1、本發(fā)明是一種全新的、先進的半導(dǎo)體晶圓制備方法和相關(guān)技術(shù)，所述方法包括如下步驟1-1)將晶棒經(jīng)線切割、雙面研磨等工藝加工后制備成厚度在150微米至200微米的超薄晶片。1-2)選用合適的材料制備出晶圓支撐環(huán)。1-3)將晶圓支撐環(huán)套在真空吸盤外緣并與真空吸盤外緣稍有間距、其表面高度與真空吸盤表面等高。再將超薄晶片放置在真空吸盤上并由真空吸附(克服超薄晶片可能存在的翹曲和變形)，使超薄晶片平整的固定在真空吸盤上。1-4)從晶片上方投下光斑直徑與支撐環(huán)寬度適配的激光束進行加熱，該激光束的焦點穿透晶片聚焦在超薄晶片與支撐環(huán)的接觸面。調(diào)整激光束能量使超薄晶片與支撐環(huán)的界面達到熔融狀態(tài)、將該光斑范圍的超薄晶片焊接在支持環(huán)上。1-5)勻速旋轉(zhuǎn)真空吸盤、使激光束完成在支撐環(huán)表面一周的加熱熔融作用，將整張超薄晶片的外環(huán)全部焊接在支撐環(huán)上。詳見附圖5(激光熔融焊接設(shè)備示意圖)。1-6)放開真空、將鑼形超薄晶圓從真空吸盤上取下。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，本發(fā)明適用于(但不局限于)硅(Si)、砷化鎵(GaAs)、鍺 (Ge)、磷化鎵(GaP)、磷化銦(InP)等多種半導(dǎo)體材料的晶圓制備。
3、 根據(jù)權(quán)利要求i所述的方法，木發(fā)明是利用(但不局限于)Si02、石英、碳化硅(SiC)、 玻璃、陶瓷等無機惰性材料作為超薄晶圓的支撐環(huán)。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，本發(fā)明是將晶圓支撐環(huán)套在真空吸盤外緣并與真空吸盤外緣 稍有間距；是利用真空吸附的方法克服超薄晶片可能存在的翹曲和變形、將超薄晶片平整的 固定在真空吸盤上。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，本發(fā)明是利用激光束進行加熱、該激光束的焦點穿透晶片聚 焦在超薄晶片與支搏環(huán)的接觸面、該激光束的光斑直徑與支撐環(huán)寬度適配、該激光束能量可 調(diào)使超薄晶片與支撐環(huán)的界面達到熔融狀態(tài)從而將光斑范圍的超薄晶片焊接在支持環(huán)上。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，本發(fā)明是將激光源固定、利用轉(zhuǎn)盤機構(gòu)勻速旋轉(zhuǎn)真空吸盤、 使激光束(但不局限于)完成在超薄晶片與支撐環(huán)界面一周的加熱熔融作用，將整張超薄晶 片的外環(huán)全部焊接在支撐環(huán)上。其激光熔融焊接設(shè)備如附圖5所示。
全文摘要
本發(fā)明揭示了一種全新的、先進的半導(dǎo)體晶圓制備方法和相關(guān)技術(shù)，目的是節(jié)省寶貴的半導(dǎo)體原材料。重點包括1.選用合適的材料制備晶圓支撐環(huán)，該支撐環(huán)具有較高的機械強度、抗彎強度、表面張力、化學(xué)惰性及與半導(dǎo)體材料良好的互融性。不同材質(zhì)的晶圓(Si、GaAs、InP、Ge等)要選用與其相適應(yīng)、互融性強的材料來制備支撐環(huán)。2.根據(jù)晶圓尺寸和對位邊形狀，制備形成相同尺寸、相同對位邊形狀的支撐環(huán)。3.利用激光熔融技術(shù)將超薄晶片焊接在支撐環(huán)上、制備成超薄晶圓。由上述方法和技術(shù)制備出的超薄晶圓，由支撐環(huán)提供了良好的機械強度、抗彎強度及表面張力等物理性質(zhì)，使其可以在大規(guī)模集成電路制造加工過程中承受各種壓力、沖擊、高溫等工藝處理過程，成為良好的半導(dǎo)體集成電路原始晶片。
文檔編號H01L21/02GK101593676SQ20091004935
公開日2009年12月2日 申請日期2009年4月15日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月15日
發(fā)明者張健欣 申請人:秦拓微電子技術(shù)(上海)有限公司;張健欣