專利名稱：處理半導(dǎo)體晶片內(nèi)置后表面損傷的方法
背景技術(shù)：
本發(fā)明一般涉及半導(dǎo)體晶片的處理方法，特別是涉及這樣一種半導(dǎo)體晶片的處理方法，用于產(chǎn)生具有用做外部吸雜的后表面損傷的相對(duì)平坦晶片。
半導(dǎo)體晶片通常是由單晶錠、例如硅錠制備的，晶錠被修整和研磨成具有一個(gè)或多個(gè)平面，用于后續(xù)工序中晶片的正確取向。然后晶錠被切割成各個(gè)晶片，這些晶片都進(jìn)行多種工藝處理，以便減小晶片厚度，去除切割操作引起的損傷，形成高度反射的表面。一般，每個(gè)晶片的外圍邊緣被制成圓形，降低進(jìn)一步處理過(guò)程中晶片被損傷的危險(xiǎn)。然后在晶片的前后表面上進(jìn)行研磨(lapping)操作(磨料漿處理)，減小晶片厚度，去除切割操作引起的損傷。還可以進(jìn)行化學(xué)腐蝕操作或粗磨操作，減小厚度和去除損傷。
完成研磨操作后，通常采用拋光盤(pán)、硅膠漿料(拋光漿料)和化學(xué)腐蝕劑，對(duì)每個(gè)晶片的一個(gè)表面或兩個(gè)表面進(jìn)行拋光，去除由前期操作引起的表面損傷，保證晶片是平面的。之后，常常需要在每個(gè)晶片的后表面上產(chǎn)生損傷，提供外部吸雜位點(diǎn)。傳統(tǒng)上，對(duì)每個(gè)晶片的后表面進(jìn)行磨料處理，例如氣壓噴磨或者多晶硅工藝，在后表面上產(chǎn)生損傷用于外部吸雜位點(diǎn)。在后表面上產(chǎn)生損傷的同時(shí)，必須保護(hù)晶片的前表面。然后清洗這些晶片，可以對(duì)前表面進(jìn)行最終拋光。最后，在供給用戶把晶片切割成半導(dǎo)體芯片之前檢驗(yàn)晶片。
最終的晶片必須滿足一定的表面平整度的要求。這種晶片必須拋光得特別平坦，以便通過(guò)例如電子束印制或光刻法，在其上(或者在其上淀積的層上)印刷電路。為了在電子束印制和光刻法中均勻成象，電子束描繪儀或光學(xué)印刷機(jī)的聚焦點(diǎn)中的晶片平整度是重要的。晶片表面的平整度直接影響器件線寬容量、工藝裕度、成品率和生產(chǎn)量。器件幾何結(jié)構(gòu)的持續(xù)減小和器件制造技術(shù)要求的精度提高，使得半導(dǎo)體晶片的制造要制備更平坦的晶片。為了實(shí)現(xiàn)更平坦的晶片，雙面拋光已成為一種工藝選擇。
但是，形成背側(cè)損傷用于吸雜的傳統(tǒng)方法對(duì)平整度有負(fù)面影響。處理半導(dǎo)體晶片的傳統(tǒng)方法，要求在雙面拋光之后進(jìn)行處理，以便在晶片后表面上產(chǎn)生損傷，提供吸雜位點(diǎn)。在這種吸雜工藝之后，需要對(duì)晶片前表面上進(jìn)行額外的拋光處理，去除處理形成的損傷。這種額外的處理可以嚴(yán)重地影響晶片的平整度。由于增加了工藝和處理，所以額外工序的成本高，需要特別的預(yù)防來(lái)保護(hù)前表面不受損傷。
發(fā)明概述在本發(fā)明的幾個(gè)目的之中，提供一種從單晶晶錠切割的半導(dǎo)體晶片的處理方法，能夠減少整形每個(gè)晶片所需的處理；提供一種能夠形成相當(dāng)平坦的晶片的工藝；提供一種能夠產(chǎn)生具有吸雜位點(diǎn)的晶片的工藝；提供一種能夠在處理晶片中經(jīng)濟(jì)使用的工藝。
通常，本發(fā)明的方法用于處理從單晶錠切割的半導(dǎo)體晶片，該晶片具有前后表面和外圍邊緣，該方法包括對(duì)晶片前后表面進(jìn)行研磨，減小晶片厚度，提高晶片的平整度。研磨工序在前后表面上產(chǎn)生損傷。該方法還包括對(duì)晶片前表面進(jìn)行精細(xì)研磨，減少因研磨在前表面上引起的損傷，進(jìn)一步減小晶片厚度。在精細(xì)研磨工序期間，后表面上的損傷保留不動(dòng)。使用拋光漿料同時(shí)拋光晶片的前后表面，提高晶片的平整度，減少前后表面上的損傷。拋光之后在后表面上保留的晶片損傷多于前表面上的晶片損傷。后表面上保留的損傷有助于吸雜。
在本發(fā)明的另一個(gè)方案中，半導(dǎo)體晶片的處理方法包括對(duì)晶片前后表面進(jìn)行研磨，減小晶片厚度，提高晶片的平整度。研磨工序在前后表面上產(chǎn)生損傷。該方法還包括同時(shí)拋光晶片的前后表面，以使從后表面去除的晶片材料少于從前表面去除的晶片材料。在后表面上保留的晶片損傷多于前表面上的晶片損傷。后表面上保留的損傷有助于吸雜。
通過(guò)以下詳細(xì)說(shuō)明，將可了解本發(fā)明的其它目的和優(yōu)點(diǎn)。
附圖簡(jiǎn)要說(shuō)明

圖1是本發(fā)明的半導(dǎo)體晶片處理方法的第一實(shí)施例的流程圖。
圖2是第二實(shí)施例的方法的流程圖。
優(yōu)選實(shí)施例的詳細(xì)說(shuō)明圖1展示了處理半導(dǎo)體晶片的優(yōu)選方法，其中在雙面拋光操作之前，對(duì)前表面進(jìn)行精細(xì)研磨操作。這種方法制成的晶片具有用于吸雜位點(diǎn)的后表面損傷，但是不需要為了產(chǎn)生提供吸雜位點(diǎn)的后表面損傷所需要的后表面處理工序。換言之，不必對(duì)后表面進(jìn)行的工序，也不用對(duì)前表面進(jìn)行。
例如采用傳統(tǒng)的內(nèi)徑鋸或鋼絲鋸，從單晶錠切割預(yù)定初始厚度的半導(dǎo)體晶片。切割晶片一般是盤(pán)狀和凸起的，具有外圍邊緣和相反的前后表面。對(duì)于本說(shuō)明書(shū)的目的，前表面是指最終印制有器件的表面。每個(gè)晶片的初始厚度基本上大于要求的最終厚度，以便使隨后的處理操作減小晶片厚度，但沒(méi)有損傷或折斷晶片的危險(xiǎn)。例如，初始厚度可以在約800-950微米的范圍內(nèi)，而最終厚度約是700-750微米。
切割之后，超聲清洗晶片，去除切割操作在晶片上沉積的磨粒和堆積物。使用傳統(tǒng)的邊緣研磨機(jī)(未示出)對(duì)晶片外圍邊緣成型輪廓(例如倒圓)，減少在進(jìn)一步處理期間晶片碎裂或折斷的危險(xiǎn)。
然后把晶片置于傳統(tǒng)的研磨設(shè)備(未示出)中，研磨前后表面，減小晶片厚度，提高晶片平整度。通過(guò)研磨操作減小的厚度還去除了因晶片切割操作引起的損傷。但是，研磨工序在前后表面上產(chǎn)生的損傷(特征損傷)，其具有的特性不同于因晶片切割操作引起的損傷。適當(dāng)?shù)难心ピO(shè)備包括Peter Wolters Model No.AC1400和AC2000，這是由Peter Wolters Coporation，Plainville，MA制造的。研磨設(shè)備最好采用含有磨料的漿料，例如氧化鋁或碳化硅，顆粒尺寸在5-30微米之間，最好是約15微米。研磨操作去除預(yù)定厚度的晶片材料，例如約40-120微米，最好是通過(guò)研磨操作去除約75-85微米。研磨設(shè)備以每分鐘3-20微米的速率從晶片去除材料。傳統(tǒng)的研磨設(shè)備的操作對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)是熟知的，因此不再進(jìn)一步說(shuō)明。
完成研磨操作之后，則清洗晶片并置于精細(xì)研磨設(shè)備(未示出)中，對(duì)晶片前表面進(jìn)行精細(xì)研磨操作，減少由研磨工序在前表面上產(chǎn)生的損傷，進(jìn)一步減小晶片厚度。后表面上的損傷在精細(xì)研磨操作期間保留不動(dòng)。精細(xì)研磨設(shè)備最好是傳統(tǒng)的垂直主軸環(huán)形研磨設(shè)備。適當(dāng)?shù)木?xì)研磨設(shè)備是由Disco Corporation，Santa Clara，CA，制造的，商標(biāo)名是DFG 840。這種設(shè)備包括裝配在各個(gè)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)主軸的一對(duì)研磨輪，主軸旋轉(zhuǎn)研磨輪并且能夠在垂直軸向上下移動(dòng)。晶片被真空吸在支撐臺(tái)的卡盤(pán)上，晶片的一個(gè)表面位于卡盤(pán)上，另一個(gè)表面以相對(duì)位置面對(duì)一個(gè)研磨輪。
當(dāng)研磨輪被馬達(dá)驅(qū)動(dòng)主軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，主軸沿其垂直軸向降低與晶片接觸，研磨掉晶片表面。主軸的垂直軸向從晶片中心偏移，以便僅使研磨輪的周邊部位與晶片接觸。在研磨輪與晶片接觸的同時(shí)，晶片圍繞其中心旋轉(zhuǎn)，保證均勻地研磨晶片的前表面。該研磨設(shè)備所用的研磨輪，最好是本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的杯狀樹(shù)脂粘結(jié)金剛石研磨輪，包括樹(shù)脂基體，其中浸有用于研磨硅的適當(dāng)尺寸和材料的顆粒。浸在研磨輪樹(shù)脂基體中的顆粒平均尺寸最好在0.5-7微米的范圍內(nèi)，在3-5微米范圍內(nèi)更好。
為了研磨掉晶片厚度而研磨輪向晶片送進(jìn)的速度(或者稱為研磨速度)在1-35微米/分鐘的范圍，在約15微米/分鐘更好。精細(xì)研磨操作從晶片去除較少厚度，最好在5-20微米之間，約是10微米更好。應(yīng)該知道，在不脫離本發(fā)明范圍的條件下，精細(xì)研磨操作也可以使用僅有單個(gè)主軸和研磨輪的研磨設(shè)備。
在研磨工序與拋光工序之間最好不明顯減少后表面上保留的損傷。精細(xì)研磨操作之后，最好采用本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的傳統(tǒng)化學(xué)腐蝕操作，從晶片前表面去除顆粒物質(zhì)。這種操作不是為了去除后表面上的損傷。采用稀釋的腐蝕液，以使清洗工序去除不太多的晶片材料。一般，腐蝕操作將去除約1-2微米的晶片材料。
然后晶片進(jìn)行傳統(tǒng)的雙面拋光操作(通常稱為“雙側(cè)拋光”或“DSP”)，其中同時(shí)拋光兩個(gè)表面，提高晶片平整度，減少前后表面上的損傷。在前后表面上減少的晶片損傷大致是相同的，但是在后表面上保留的晶片損傷多于前表面上的晶片損傷。后表面上保留的晶片損傷有助于后表面上的吸雜。對(duì)于研磨和DSP兩個(gè)工序可以采用相同的設(shè)備，例如上述的AC1400或AC2000機(jī)器。DSP設(shè)備包括安裝在旋轉(zhuǎn)板上的拋光盤(pán)和供給盤(pán)-晶片界面的堿性膠體氧化硅漿料(拋光漿料)。適當(dāng)拋光盤(pán)包括由Rodel Corporation，Newark，DE.制造的Model No.H-2和Suba 600。適當(dāng)?shù)臐{料是由E.I.du Pont de Nemours and Co.制造的，商標(biāo)名是SYTON。DSP工序最好去除約10-30微米的晶片厚度。最好以約0.5-3.5微米/分鐘的速度去除厚度，約0.5-2微米/分鐘更好。DSP工序最好去除前表面上的幾乎全部損傷，同時(shí)在后表面上保留一定量的損傷用于吸雜位點(diǎn)。本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該知道，在DSP工序必須去除的厚度通常與研磨工序中產(chǎn)生的損傷量相關(guān)地而變化。
對(duì)后表面上的損傷的一種測(cè)量是“氧化誘生堆垛層錯(cuò)”(OISF)的計(jì)數(shù)，其表明晶片表面上的損傷位點(diǎn)的密度。通常，后表面上最好有相對(duì)高的OISF計(jì)數(shù)有助于吸雜。本發(fā)明中，通過(guò)使用較大顆粒研磨磨料，例如約15微米的氧化鋁顆粒，并且在DSP工序去除相對(duì)少量的晶片厚度，例如約6微米，來(lái)提高后表面的OISF計(jì)數(shù)。從以下討論的例子可以了解這種關(guān)系。對(duì)于一般應(yīng)用后表面的滿意OISF計(jì)數(shù)應(yīng)在約10000-40000計(jì)數(shù)/平方厘米之間，但是根據(jù)應(yīng)用和用戶要求，期望的數(shù)量可以有很大變化。
DSP工序把晶片平整為單表面拋光處理所不能達(dá)到的平整度?？梢园凑照w平整度變化參數(shù)來(lái)表征晶片平整度(例如，總厚度變化(“TTV”))或者按照局部位平整度變化參數(shù)(例如，位置總指示讀數(shù)(Site Total Indicated Reading)(“STIR”))。TTV常常用于測(cè)量整體平整度變化，是晶片最大和最小厚度之差。STIR常常用于測(cè)量局部位置平整度變化，是晶片小面積表面與參考平面的最大正負(fù)偏差之和，參考平面平行于晶片后表面，并且在局部位置的中心與前表面交叉。關(guān)于晶片平整度特性的更詳細(xì)討論可見(jiàn)F.Shimura，Semiconductor Silicon Crvstal Technologv(AcademicPress 1989)，pp.191-195。例如，傳統(tǒng)的拋光半導(dǎo)體晶片一般具有超過(guò)約1.0μm的TTV，和對(duì)于任何25mm×20mm位置超過(guò)約0.25μm的STIR(后參考中心聚焦)。本發(fā)明中DSP工序之后晶片的平均TTV和STIR明顯降低。
DSP工序之后，采用傳統(tǒng)的拋光設(shè)備對(duì)前表面進(jìn)行最終拋光。最終拋光工序基本上消除了前表面上的損傷，因而減少了來(lái)自前表面的非鏡面反射光。一般，在前表面拋光工序中去除約0.1-3微米的晶片厚度，這取決于DSP工序之后留下的劃痕深度。但是，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)在最終拋光工序去除過(guò)多的材料，會(huì)降低晶片的平整度。在本發(fā)明范圍內(nèi)，省略了前表面最終拋光工序。
實(shí)例根據(jù)圖1所示并且如第一實(shí)施例所述的方法，處理直徑為200mm的15片硅半導(dǎo)體晶片。采用15μm顆粒研磨漿料進(jìn)行研磨操作，從每一晶片去除大約80微米(前后表面各40微米)的材料。然后對(duì)每一晶片的前表面進(jìn)行精細(xì)研磨操作，再?gòu)木コ?5-17微米的厚度。然后對(duì)每一晶片進(jìn)行DSP操作，其中從晶片去除約5-6微米，從前后表面去除大致相等的量。DSP操作之后，一片晶片后表面的OISF計(jì)數(shù)測(cè)量為20000/平方厘米。
第二實(shí)施例在圖2所示的本發(fā)明第二實(shí)施例中，省略精細(xì)研磨工序。在此第二實(shí)施例中，如第一實(shí)施例所述，進(jìn)行切割、超聲清洗、邊緣成型和研磨。只是研磨設(shè)備所用的磨料優(yōu)選在約5-10微米之間。優(yōu)選采用較小尺寸，因?yàn)閷?duì)表面損傷小，這樣減少了必須在DSP工序去除的晶片材料的量。然后清洗晶片，并且進(jìn)行與第一實(shí)施例所述工序類似的DSP工序，只是從前表面去除的材料更多于后表面。
第二實(shí)施例的DSP工序最好從前表面去除幾乎全部損傷，同時(shí)在后表面上保留一定量的損傷。后表面上的損傷位點(diǎn)有助于后表面的吸雜。DSP設(shè)備可以設(shè)置為從前表面去除的材料量明顯不同于從后表面去除的材料量。這種“不同去除”例如可以通過(guò)相對(duì)于與后表面接觸的下拋光盤(pán)的溫度，提高與前表面接觸的上拋光盤(pán)的溫度來(lái)實(shí)現(xiàn)。各拋光盤(pán)的溫度由與接觸拋光盤(pán)的各板熱連通的循環(huán)水控制。AC1400和AC2000型拋光機(jī)包括用于控制與上板連通的循環(huán)水溫度的控制系統(tǒng)，和用于與下板連通的循環(huán)水的單獨(dú)控制系統(tǒng)。該單獨(dú)系統(tǒng)使使用者能夠相對(duì)于下拋光盤(pán)提高上拋光盤(pán)的溫度，從而從前表面去除比后表面更多的材料。另外，可以通過(guò)控制拋光盤(pán)達(dá)到旋轉(zhuǎn)速度來(lái)實(shí)現(xiàn)不同去除?？梢愿淖兙c每個(gè)拋光盤(pán)的有效速度，例如下拋光盤(pán)按與晶片相同的方向和幾乎相同的速度運(yùn)動(dòng)，同時(shí)上拋光盤(pán)按與晶片相反的方向運(yùn)動(dòng)。這樣從前表面去除的材料將比后表面的相當(dāng)多。
按與第一實(shí)施例相同的方式進(jìn)行DSP工序之后的工序。最好在研磨和DSP工序之間不去除后表面上的損傷。除了清洗后表面之外，在研磨和DSP工序之間不對(duì)后表面進(jìn)行任何處理更好。
如上所述，本發(fā)明的方法處理晶片直至并包括最終拋光操作，至此對(duì)晶片進(jìn)行清洗、封裝，并提供給用戶。
從上述說(shuō)明可見(jiàn)，實(shí)現(xiàn)了本發(fā)明的幾個(gè)目的，并且獲得了其它有利結(jié)果。在制造具有用于吸雜的后側(cè)損傷的相對(duì)平整的晶片方面本發(fā)明顯然更為有效。本發(fā)明取消了在后表面形成損傷所必需的傳統(tǒng)處理工序。通常在研磨期間在兩個(gè)表面上形成的損傷，在處理過(guò)程中被保留在后表面上。本發(fā)明減少了處理時(shí)間，因?yàn)樵谔幚砗蟊砻鏁r(shí)不必保護(hù)前表面。而且，本發(fā)明制造了相當(dāng)平整的晶片，因?yàn)樵陔p側(cè)拋光之后，不必進(jìn)行后側(cè)損傷工序(該工序降低了平整度)。損傷“內(nèi)置”于晶片后表面，因?yàn)樵贒SP工序之前從前表面去除的損傷多于后表面。這樣，取消了傳統(tǒng)的處理工序，制造的晶片相當(dāng)平整。
介紹本發(fā)明或者其優(yōu)選實(shí)施例的要素時(shí)，項(xiàng)目“一個(gè)”、“該”和“所述”的意思是指有一個(gè)或多個(gè)要素。術(shù)語(yǔ)“包括”和“具有”意思是指包含在內(nèi)以及除了所列要素之外還可能有另外的要素。
雖然本發(fā)明對(duì)于各種改進(jìn)和變化形式是敏感的，但是通過(guò)例子已經(jīng)展示了其具體實(shí)施例并且詳細(xì)地進(jìn)行了說(shuō)明。但是，應(yīng)該知道，本發(fā)明并不限于這些特定公開(kāi)形式，而是相反，本發(fā)明覆蓋了處于權(quán)利要求書(shū)所限定的本發(fā)明的實(shí)質(zhì)和范圍之內(nèi)的全部改進(jìn)、等同和變化。
權(quán)利要求
1.一種處理從單晶錠切割的半導(dǎo)體晶片的方法，該晶片具有前后表面和外圍邊緣，該方法按順序包括下列工序(a)對(duì)晶片前后表面進(jìn)行研磨，減小晶片厚度，提高晶片的平整度，該研磨工序在前后表面上形成損傷；(b)對(duì)晶片前表面進(jìn)行精細(xì)研磨，減少研磨工序之后保留在前表面上的損傷，后表面上的損傷保留不動(dòng)；(c)使用拋光漿料同時(shí)拋光晶片的前后表面，提高晶片的平整度，減少前后表面上的損傷，在后表面上保留的晶片損傷多于前表面上的晶片損傷，后表面上保留的晶片損傷有助于吸雜。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中，從研磨直至并包含拋光在內(nèi)的晶片處理，沒(méi)有對(duì)前表面進(jìn)行的任何工序，也不對(duì)后表面進(jìn)行。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的方法，其中，在所述研磨和所述拋光工序之間，實(shí)質(zhì)上不減少晶片后表面上的損傷。
4.根據(jù)權(quán)利要求2的方法，還包括精拋光晶片前表面的工序，減少非鏡面反射光。
5.根據(jù)權(quán)利要求2的方法，其中，以在3-20微米/分鐘范圍內(nèi)的材料去除速率進(jìn)行研磨工序。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的方法，其中，研磨工序所用的研磨漿料包括顆粒尺寸在5-30微米范圍內(nèi)的氧化鋁磨料材料。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的方法，其中，研磨工序減少約40-120微米的晶片厚度，精細(xì)研磨工序再減少約5-20微米的晶片厚度，同時(shí)拋光工序再減少約10-30微米的晶片厚度。
8.一種處理從單晶錠切割的半導(dǎo)體晶片的方法，該晶片具有前后表面和外圍邊緣，該方法按順序包括下列工序(a)對(duì)晶片前后表面進(jìn)行研磨，減小晶片厚度，提高晶片的平整度，該研磨工序在前后表面上形成損傷；(b)同時(shí)拋光晶片的前后表面，以使從后表面去除的晶片材料少于從前表面去除的晶片材料，在后表面上保留的晶片損傷多于前表面上的晶片損傷，后表面上保留的晶片損傷有助于吸雜。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的方法，其中，在所述研磨和所述拋光工序之間，不減少晶片后表面上的損傷。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的方法，其中，通過(guò)在高于后表面的溫度下拋光前表面，使從后表面去除的晶片材料少于從前表面去除的晶片材料。
全文摘要
一種處理從單晶錠切割的半導(dǎo)體晶片的方法,包括對(duì)晶片前后表面進(jìn)行研磨,減小晶片厚度,提高晶片的平整度。對(duì)前表面進(jìn)行精細(xì)研磨,減少前表面上的損傷,同時(shí)后表面上的損傷保留不動(dòng)。同時(shí)拋光前后表面,提高晶片的平整度,減少前后表面上的損傷。在后表面上保留的晶片損傷多于前表面上的晶片損傷。后表面上保留的晶片損傷有助于吸雜。
文檔編號(hào)H01L21/304GK1330797SQ99814441
公開(kāi)日2002年1月9日 申請(qǐng)日期1999年11月19日 優(yōu)先權(quán)日1998年12月16日
發(fā)明者辛云彪 申請(qǐng)人:Memc電子材料有限公司