一種超薄晶圓減薄方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種超薄晶圓減薄方法，屬于超薄晶圓加工領域。包括下列步驟：提供待減薄晶圓；對待減薄晶圓邊緣圓角進行修整，以防止磨削過程產生崩邊現象；對所述晶圓背面進行磨削減薄直至目標厚度。磨削過程采用分段式，即隨著晶圓磨削余量的變化采用不同的磨削參數，此方法可充分去除前道磨削引起的損傷。本發(fā)明可以避免晶圓磨削過程中出現崩邊現象，并充分去除前道磨削引起的損傷，提高了磨削質量，保證了晶圓的強度。
【專利說明】 —種超薄晶圓減薄方法

【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及三維封裝領域，特別涉及一種超薄晶圓減薄方法。

【背景技術】
[0002]電子封裝技術是一種將芯片打包的技術，封裝一般分為氣密性封裝和非氣密性封裝。封裝的主要目的是:a.保護IC芯片；b.提供IC芯片與其它電子元器件的互連以實現電信號的傳輸。封裝的主要作用:減少或散除器件運行過程中內部產生的熱量；抗?jié)窦翱钩?，防止空氣中的雜質對芯片電路的腐蝕而造成電氣性能下降；防離子污染；防輻射；減小熱機械應力；提供機械支撐，封裝后的芯片也更便于安裝和運輸等?？傊庋b技術的好壞直接影響到芯片自身性能的發(fā)揮和與之連接的PCB(印制電路板)的設計和制造以及封裝產品的良率，因此它是至關重要的。
[0003]隨著電子工業(yè)的發(fā)展，封裝的型式也在不斷變化著，從最初的針腳插入式實裝技術到表面貼裝技術再到球柵陣列封裝技術再到新型的三維封裝技術。目前先進的封裝技術是3D封裝，3D封裝的優(yōu)點在于它可以提高互連線的密度，降低器件的總體尺寸。而基于TSV技術的3D封裝可以提供芯片到芯片的最短互連、最小焊盤尺寸及間距。與其它技術相比TSV的優(yōu)勢包括:(1)更好的電性能；(2)更低的功耗；(3)更寬的數據位寬，相應的可得到更寬的帶寬；(4)更高的互連密度；(5)更小的外形尺寸；(6)更輕的重量；(7)有望具有更低的成本?；赥SV技術的三維封裝的關鍵工藝包括:(I)采用深反應離子刻蝕技術(DRIE)或者激光打孔制作TSV孔；(2)采用熱氧化工藝(對無源轉接板)或者等離子增強化學氣相沉積(PECVD)制作介電層；(3)采用物理氣相沉積(PVD)制作阻擋層和種子層；(4)采用電鍍Cu填充TSV通孔，或者對于尺寸非常小的孔，采用濺射方法(CVD)填充鎢；(5)采用化學機械拋光(CMP)去除多余的銅；(6) TSV-Cu外露。
[0004]但在3D封裝中，晶圓的厚度需要減薄到100微米以下，對于基于TSV技術的封裝產品需要的晶圓厚度更薄，一般為50微米以下。目前，晶圓減薄的主流技術為自旋轉磨削技術，該技術是通過砂輪和晶圓的高速旋轉以及砂輪的進給去除晶圓表面多余的材料。當晶圓的厚度減小到一定值時，磨削表面損傷導致晶圓產生較大的翹曲。此外，晶圓邊緣形成鋒利的尖角，會產生崩邊以及暗紋碎片現象。翹曲、崩邊以及邊緣破碎會大大降低晶圓的強度，增加晶圓在傳輸過程中的碎片率。


【發(fā)明內容】

[0005]為解決以上問題，本發(fā)明提供了一種超薄晶圓減薄方法，包括晶圓邊緣修整和分段磨削。該方法一方面可解決晶圓磨削過程中的崩邊問題，另一方面，由于采用分段磨削方式，可充分去除前道磨削帶來的損傷，提高晶圓的質量，可實現超薄晶圓的減薄。
[0006]本發(fā)明所述的一種磨削晶圓方法，其步驟包括:
[0007]—種超薄晶圓減薄方法，其特征在于，包括下列步驟:
[0008]提供待減薄的半導體裸晶圓；
[0009]對所述晶圓邊緣進行修整，利用激光對晶圓邊緣進行修整，去除圓角處部分材料形成弧線形倒角，該弧線形倒角底端距圓角弧頂的距離為圓角倒角半徑，該弧線形倒角頂端距圓角結束端的距離為圓角倒角半徑，該弧線形倒角所在圓圓心低于晶圓中心面；
[0010]對所述邊緣修整后的晶圓進行分段磨削，粗磨:(I)砂輪進入磨削階段，砂輪向下進給速率為Fl，且3.5 μ m/s≤ Fl≤ 4ym/s，砂輪轉速為SI，且4000rpm≤ SI ≤ 5000rpm,工作臺轉速為NI，且250rpm ≤ NI ≤ 300rpm,晶圓每轉磨削深度為700_960nm，當晶圓厚度達到Χ+60μπι時，X為目標厚度，該階段結束；(2)砂輪F2進給磨削階段，砂輪的進給速率為F2，且1.5ym/s ≤ F2≤ 2ym/s，砂輪轉速為SI，工作臺的轉速為NI，進給速率減小，晶圓每轉磨削深度為300-480nm，當晶圓的厚度為Χ+40 μ m時結束；(3)砂輪F3進給磨削階段，砂輪的進給速率為F3，且0.8 μ m/s≤ F3≤ 1.0 μ m/s,砂輪轉速為SI，晶圓轉速為N2，且180rpm≤ N2≤ 220rpm,晶圓轉速、砂輪進給速率減小，晶圓每轉的磨削深度為218_333nm當晶圓的厚度為Χ+25μπι時結束；(4)光磨Is ;
[0011]精磨:(I)砂輪轉速為S2，且5000rpm≤ S2≤ 5500rpm,砂輪進給速度為F4，且
0.8 μ m/s ≤ F4 ≤ 1.0 μ m/s,工作臺轉速為N3,且250rpm ≤ N3 ≤ 260rpm,晶圓每轉的磨削深度為185-240nm，當晶圓的厚度為X+15微米時結束；(2)砂輪轉速為S2，砂輪進給速度為F5，且0.5ym/s≤ F5≤ 0.7ym/s,工作臺的轉速為N4，且250rpm≤ N3≤ 280rpm,晶圓每轉磨削深度為107-168nm，當晶圓的厚度為X+3微米時結束；(3)砂輪轉速為S2，砂輪進給速度為F6，且0.1 μ m/s≤ F6≤ 0.15 μ m/s,工作臺轉速為N5，且130rpm≤ N5≤ 150rpm,晶圓每轉的磨削深度為40-69nm，接近延性域磨削，當晶圓達到目標厚度時結束整個過程；
(4)光磨3秒。
[0012]建議但不局限于所述晶圓直徑大于200毫米。
[0013]本發(fā)明具有以下優(yōu)點:(1)預先將晶圓的邊緣修整，可避免磨削過程中晶圓邊緣出現尖角產生崩邊；(2)采用分段磨削方法可充分去除前道磨削過程引起的損傷，提高磨削晶圓的磨削質量和強度，從而可實現10ym以下超薄晶圓的磨削減薄。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1為本發(fā)明所述一種晶圓減薄方法的工藝流程圖；
[0015]圖2為初始晶圓示意圖；
[0016]圖3為晶圓邊緣修整不意圖；
[0017]圖4為修整后晶圓不意圖；
[0018]圖5為砂輪空切進入磨削階段示意圖；
[0019]圖6為磨削階段示意圖；
[0020]圖7為磨削后晶圓示意圖；
[0021 ] 圖8為該方法減薄到80 μ m的晶圓圖
[0022]圖中:
[0023]201 一為未磨削晶圓邊緣圓角，202一為未磨削晶圓背面，203一為未磨削晶圓正面,204一為未磨削晶圓，205—為晶圓倒角半徑，206一晶圓中心面,301 一為晶圓邊緣修整去除材料，302一為弧形倒角，303—為弧形底端與圓角弧頂的距尚，304—為弧形頂端與圓角結束端距離，401—為修整后晶圓邊緣，501—為砂輪，502—為磨粒載體，503—為磨粒載體間隙，702—為磨削減薄后晶圓邊緣【具體實施方式】:
[0024]晶圓磨削減薄過程中，隨著厚度減小，晶圓的強度降低，其邊緣出現懸空的尖角。法向磨削力極易導致其邊緣崩邊，邊緣破碎的延伸會導致晶圓碎片。為了解決上述問題，本發(fā)明預先對晶圓邊緣進行修整，然后再采用分段磨削方式減薄晶圓。
[0025]如圖1所示，為本發(fā)明所述晶圓的減薄方法工藝流程圖，具體步驟包括:
[0026]步驟1，提供待減薄的半導體晶圓；
[0027]其中，所述半導體晶圓的一面為正面，而另一面則為待減薄的背面。
[0028]步驟2，邊緣的修整；
[0029]步驟3，分段磨削減薄。
[0030]其中，所述分段磨削為隨著磨削余量的變化采用不同的磨削參數。
[0031]下面結合附圖對本發(fā)明具體實施步驟進行詳細說明
[0032]如圖2所示，首先提供待減薄的半導體晶圓204，包括待減薄面202，圓形倒角201，晶圓正面203。如圖3所示利用激光對晶圓204邊緣進行修整，修整過程為去除圓角處部分材料301形成弧線形倒角，弧形底端距圓角弧頂303為圓角倒角半徑205，弧形頂端距圓角結束端304為圓角倒角半徑205，弧線所在圓圓心低于晶圓中心面206。如圖4所示晶圓邊緣修整完成形成弧線形倒角302。
[0033]晶圓邊緣修整結束，利用去離子水對其進行清洗，然后進入磨削減薄階段。利用真空吸盤的吸附作用固定晶圓，如圖5所示砂輪501在晶圓上方空切進入磨削預定位置，如圖
6所示砂輪501底端的磨粒載體502與晶圓背面接觸進入正式磨削階段，磨粒載體502的間隙503可保證磨削時冷卻液流動以及減少磨削熱。
[0034]磨削分為粗磨和精磨，粗磨和精磨過程均采用分段磨削方式，下面對分段磨削方式進行具體闡述:
[0035]粗磨:(1)砂輪進入磨削階段，砂輪向下進給速率為Fl (3.5 μ m/s≤Fl≤4μπι/s)，砂輪轉速為 SI (4000rpm ^ SI ^ 5000rpm)，工作臺轉速為 NI (250rpm ^ NI ^ 300rpm)，晶圓每轉磨削深度為700-960nm，可以實現材料的大量去除，當晶圓厚度達到X(目標厚度)+60μπι時，該階段結束。(2)砂輪F2進給磨削階段，砂輪的進給速率為Ρ2(1.5μπι/s ( F2≤2μ m/s)，砂輪轉速為SI，工作臺的轉速為NI，進給速率減小，晶圓每轉磨削深度為300-480nm，可以保證磨削后晶圓表面的質量，當晶圓的厚度為Χ+40μπι時結束。(3)砂輪F3進給磨削階段，砂輪的進給速率為F3 (0.8 μ m/s ^ F3 ^ 1.0 μ m/s)，砂輪轉速為SI，晶圓轉速為N2(180rpm ^ N2 ^ 220rpm)，晶圓轉速、砂輪進給速率減小，晶圓每轉的磨削深度為218-333nm，可充分去除前道磨削帶來的損傷，當晶圓的厚度為Χ+25μπι時結束。(4)光磨(無進給磨削)Is。
[0036]精磨:(I)砂輪轉速為S2 ( 5000rpm ^ S2 ^ 5500rpm )，砂輪進給速度為F4 (0.8 μ m/s ^ F4 ^ 1.0 μ m/s)，工作臺轉速為 N3 (250rpm ^ N3 ^ 260rpm)，晶圓每轉的磨削深度為185-240nm，當晶圓的厚度為X+15微米時結束。(2)砂輪轉速為S2，砂輪進給速度為F5 (0.5 μ m/s≤F5≤0.7 μ m/s)，工作臺的轉速為N4 (250rpm≤N3≤280rpm)，晶圓每轉磨削深度為107-168nm，當晶圓的厚度為X+3微米時結束。(3)砂輪轉速為S2，砂輪進給速度為F6(0.1 μ m/s≤F6≤0.15 μ m/s)，工作臺轉速為N5 (130rpm≤N5≤150rpm)，晶圓每轉的磨削深度為40-69nm，接近延性域磨削，當晶圓達到目標厚度時結束整個過程。(4)光磨3秒。
[0037]如圖7所示為磨削結束晶圓形狀，磨削面701，磨削后晶圓邊緣的形狀702。
【權利要求】
1.一種超薄晶圓減薄方法，其特征在于，包括下列步驟: 提供待減薄的半導體裸晶圓； 對所述晶圓邊緣進行修整，利用激光對晶圓邊緣進行修整，去除圓角處部分材料形成弧線形倒角，該弧線形倒角底端距圓角弧頂的距離為圓角倒角半徑，該弧線形倒角頂端距圓角結束端的距離為圓角倒角半徑，該弧線形倒角所在圓圓心低于晶圓中心面； 對所述邊緣修整后的晶圓進行分段磨削，粗磨:(1)砂輪進入磨削階段，砂輪向下進給速率為Fl，且3.5 μ m/s≤Fl≤4 μ m/s，砂輪轉速為SI，且4000rpm ^ SI ^ 5000rpm,工作臺轉速為NI，且250rpm ^ NI ^ 300rpm,晶圓每轉磨削深度為700_960nm，當晶圓厚度達到Χ+60 μ m時，X為目標厚度，該階段結束；(2)砂輪F2進給磨削階段，砂輪的進給速率為F2，且1.5ym/s ( F2≤2ym/s，砂輪轉速為SI，工作臺的轉速為NI，進給速率減小，晶圓每轉磨削深度為300-480nm，當晶圓的厚度為Χ+40 μ m時結束；(3)砂輪F3進給磨削階段，砂輪的進給速率為F3，且0.8 μ m/s≤F3≤1.0 μ m/s,砂輪轉速為SI，晶圓轉速為N2，且180rpm≤N2≤220rpm,晶圓轉速、砂輪進給速率減小，晶圓每轉的磨削深度為218_333nm當晶圓的厚度為Χ+25μπι時結束；(4)光磨Is ;
精磨:(I)砂輪轉速為S2，且5000rpm≤S2≤5500rpm,砂輪進給速度為F4，且0.8 μ m/s<F4< 1.0 μ m/s,工作臺轉速為N3,且250rpm ^ N3 ^ 260rpm,晶圓每轉的磨削深度為185-240nm，當晶圓的厚度為X+15微米時結束；(2)砂輪轉速為S2，砂輪進給速度為F5，且0.5 μ m/s ^ F5 ^ 0.7 μ m/s,工作臺的轉速為N4,且250rpm ^ N3 ^ 280rpm,晶圓每轉磨削深度為107-168nm，當晶圓的厚度為X+3微米時結束；(3)砂輪轉速為S2，砂輪進給速度為F6,且 0.1 μ m/s ^ F6 ^ 0.15 μ m/s,工作臺轉速為 N5,且 130rpm ^ N5 ^ 150rpm,晶圓每轉的磨削深度為40-69nm，接近延性域磨削，當晶圓達到目標厚度時結束整個過程；(4)光磨3秒。
2.如權利要求1所述的一種超薄晶圓減薄方法，其特征在于，所述晶圓直徑大于200毫米。
【文檔編號】H01L21/304GK104078345SQ201410265367
【公開日】2014年10月1日 申請日期:2014年6月13日 優(yōu)先權日:2014年6月13日
【發(fā)明者】秦飛, 孫敬龍, 安彤, 王仲康, 唐亮 申請人:北京工業(yè)大學