專利名稱：處理半導體晶片內置后表面損傷的方法
背景技術：
本發(fā)明一般涉及半導體晶片的處理方法，特別是涉及這樣一種半導體晶片的處理方法，用于產生具有用做外部吸雜的后表面損傷的相對平坦晶片。
半導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或多個平面，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晶片，這些晶片都進行多種工藝處理，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，每個晶片的外圍邊緣被制成圓形，降低進一步處理過程中晶片被損傷的危險。然后在晶片的前后表面上進行研磨(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。還可以進行化學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、硅膠漿料(拋光漿料)和化學腐蝕劑，對每個晶片的一個表面或兩個表面進行拋光，去除由前期操作引起的表面損傷，保證晶片是平面的。之后，常常需要在每個晶片的后表面上產生損傷，提供外部吸雜位點。傳統(tǒng)上，對每個晶片的后表面進行磨料處理，例如氣壓噴磨或者多晶硅工藝，在后表面上產生損傷用于外部吸雜位點。在后表面上產生損傷的同時，必須保護晶片的前表面。然后清洗這些晶片，可以對前表面進行最終拋光。最后，在供給用戶把晶片切割成半導體芯片之前檢驗晶片。
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印刷機的聚焦點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、成品率和生產量。器件幾何結構的持續(xù)減小和器件制造技術要求的精度提高，使得半導體晶片的制造要制備更平坦的晶片。為了實現更平坦的晶片，雙面拋光已成為一種工藝選擇。
但是，形成背側損傷用于吸雜的傳統(tǒng)方法對平整度有負面影響。處理半導體晶片的傳統(tǒng)方法，要求在雙面拋光之后進行處理，以便在晶片后表面上產生損傷，提供吸雜位點。在這種吸雜工藝之后，需要對晶片前表面上進行額外的拋光處理，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，需要特別的預防來保護前表面不受損傷。
發(fā)明概述在本發(fā)明的幾個目的之中，提供一種從單晶晶錠切割的半導體晶片的處理方法，能夠減少整形每個晶片所需的處理；提供一種能夠形成相當平坦的晶片的工藝；提供一種能夠產生具有吸雜位點的晶片的工藝；提供一種能夠在處理晶片中經濟使用的工藝。
通常，本發(fā)明的方法用于處理從單晶錠切割的半導體晶片，該晶片具有前后表面和外圍邊緣，該方法包括對晶片前后表面進行研磨，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生損傷。該方法還包括對晶片前表面進行精細研磨，減少因研磨在前表面上引起的損傷，進一步減小晶片厚度。在精細研磨工序期間，后表面上的損傷保留不動。使用拋光漿料同時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)明的另一個方案中，半導體晶片的處理方法包括對晶片前后表面進行研磨，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生損傷。該方法還包括同時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。
通過以下詳細說明，將可了解本發(fā)明的其它目的和優(yōu)點。
附圖簡要說明

圖1是本發(fā)明的半導體晶片處理方法的第一實施例的流程圖。
圖2是第二實施例的方法的流程圖。
優(yōu)選實施例的詳細說明圖1展示了處理半導體晶片的優(yōu)選方法，其中在雙面拋光操作之前，對前表面進行精細研磨操作。這種方法制成的晶片具有用于吸雜位點的后表面損傷，但是不需要為了產生提供吸雜位點的后表面損傷所需要的后表面處理工序。換言之，不必對后表面進行的工序，也不用對前表面進行。
例如采用傳統(tǒng)的內徑鋸或鋼絲鋸，從單晶錠切割預定初始厚度的半導體晶片。切割晶片一般是盤狀和凸起的，具有外圍邊緣和相反的前后表面。對于本說明書的目的，前表面是指最終印制有器件的表面。每個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，但沒有損傷或折斷晶片的危險。例如，初始厚度可以在約800-950微米的范圍內，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(未示出)對晶片外圍邊緣成型輪廓(例如倒圓)，減少在進一步處理期間晶片碎裂或折斷的危險。
然后把晶片置于傳統(tǒng)的研磨設備(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。適當的研磨設備包括Peter Wolters Model No.AC1400和AC2000，這是由Peter Wolters Coporation，Plainville，MA制造的。研磨設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。研磨操作去除預定厚度的晶片材料，例如約40-120微米，最好是通過研磨操作去除約75-85微米。研磨設備以每分鐘3-20微米的速率從晶片去除材料。傳統(tǒng)的研磨設備的操作對于本領域技術人員來說是熟知的，因此不再進一步說明。
完成研磨操作之后，則清洗晶片并置于精細研磨設備(未示出)中，對晶片前表面進行精細研磨操作，減少由研磨工序在前表面上產生的損傷，進一步減小晶片厚度。后表面上的損傷在精細研磨操作期間保留不動。精細研磨設備最好是傳統(tǒng)的垂直主軸環(huán)形研磨設備。適當的精細研磨設備是由Disco Corporation，Santa Clara，CA，制造的，商標名是DFG 840。這種設備包括裝配在各個馬達驅動主軸的一對研磨輪，主軸旋轉研磨輪并且能夠在垂直軸向上下移動。晶片被真空吸在支撐臺的卡盤上，晶片的一個表面位于卡盤上，另一個表面以相對位置面對一個研磨輪。
當研磨輪被馬達驅動主軸旋轉時，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，晶片圍繞其中心旋轉，保證均勻地研磨晶片的前表面。該研磨設備所用的研磨輪，最好是本領域技術人員熟知的杯狀樹脂粘結金剛石研磨輪，包括樹脂基體，其中浸有用于研磨硅的適當尺寸和材料的顆粒。浸在研磨輪樹脂基體中的顆粒平均尺寸最好在0.5-7微米的范圍內，在3-5微米范圍內更好。
為了研磨掉晶片厚度而研磨輪向晶片送進的速度(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。應該知道，在不脫離本發(fā)明范圍的條件下，精細研磨操作也可以使用僅有單個主軸和研磨輪的研磨設備。
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。精細研磨操作之后，最好采用本領域技術人員熟知的傳統(tǒng)化學腐蝕操作，從晶片前表面去除顆粒物質。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。
然后晶片進行傳統(tǒng)的雙面拋光操作(通常稱為“雙側拋光”或“DSP”)，其中同時拋光兩個表面，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。對于研磨和DSP兩個工序可以采用相同的設備，例如上述的AC1400或AC2000機器。DSP設備包括安裝在旋轉板上的拋光盤和供給盤-晶片界面的堿性膠體氧化硅漿料(拋光漿料)。適當拋光盤包括由Rodel Corporation，Newark，DE.制造的Model No.H-2和Suba 600。適當的漿料是由E.I.du Pont de Nemours and Co.制造的，商標名是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，同時在后表面上保留一定量的損傷用于吸雜位點。本領域的技術人員應該知道，在DSP工序必須去除的厚度通常與研磨工序中產生的損傷量相關地而變化。
對后表面上的損傷的一種測量是“氧化誘生堆垛層錯”(OISF)的計數，其表明晶片表面上的損傷位點的密度。通常，后表面上最好有相對高的OISF計數有助于吸雜。本發(fā)明中，通過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工序去除相對少量的晶片厚度，例如約6微米，來提高后表面的OISF計數。從以下討論的例子可以了解這種關系。對于一般應用后表面的滿意OISF計數應在約10000-40000計數/平方厘米之間，但是根據應用和用戶要求，期望的數量可以有很大變化。
DSP工序把晶片平整為單表面拋光處理所不能達到的平整度?？梢园凑照w平整度變化參數來表征晶片平整度(例如，總厚度變化(“TTV”))或者按照局部位平整度變化參數(例如，位置總指示讀數(Site Total Indicated Reading)(“STIR”))。TTV常常用于測量整體平整度變化，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。關于晶片平整度特性的更詳細討論可見F.Shimura，Semiconductor Silicon Crvstal Technologv(AcademicPress 1989)，pp.191-195。例如，傳統(tǒng)的拋光半導體晶片一般具有超過約1.0μm的TTV，和對于任何25mm×20mm位置超過約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)的拋光設備對前表面進行最終拋光。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，已經發(fā)現在最終拋光工序去除過多的材料，會降低晶片的平整度。在本發(fā)明范圍內，省略了前表面最終拋光工序。
實例根據圖1所示并且如第一實施例所述的方法，處理直徑為200mm的15片硅半導體晶片。采用15μm顆粒研磨漿料進行研磨操作，從每一晶片去除大約80微米(前后表面各40微米)的材料。然后對每一晶片的前表面進行精細研磨操作，再從晶片去除15-17微米的厚度。然后對每一晶片進行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計數測量為20000/平方厘米。
第二實施例在圖2所示的本發(fā)明第二實施例中，省略精細研磨工序。在此第二實施例中，如第一實施例所述，進行切割、超聲清洗、邊緣成型和研磨。只是研磨設備所用的磨料優(yōu)選在約5-10微米之間。優(yōu)選采用較小尺寸，因為對表面損傷小，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，并且進行與第一實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。
第二實施例的DSP工序最好從前表面去除幾乎全部損傷，同時在后表面上保留一定量的損傷。后表面上的損傷位點有助于后表面的吸雜。DSP設備可以設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”例如可以通過相對于與后表面接觸的下拋光盤的溫度，提高與前表面接觸的上拋光盤的溫度來實現。各拋光盤的溫度由與接觸拋光盤的各板熱連通的循環(huán)水控制。AC1400和AC2000型拋光機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)水的單獨控制系統(tǒng)。該單獨系統(tǒng)使使用者能夠相對于下拋光盤提高上拋光盤的溫度，從而從前表面去除比后表面更多的材料。另外，可以通過控制拋光盤達到旋轉速度來實現不同去除。可以改變晶片與每個拋光盤的有效速度，例如下拋光盤按與晶片相同的方向和幾乎相同的速度運動，同時上拋光盤按與晶片相反的方向運動。這樣從前表面去除的材料將比后表面的相當多。
按與第一實施例相同的方式進行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工序之間不對后表面進行任何處理更好。
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，至此對晶片進行清洗、封裝，并提供給用戶。
從上述說明可見，實現了本發(fā)明的幾個目的，并且獲得了其它有利結果。在制造具有用于吸雜的后側損傷的相對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表面上形成的損傷，在處理過程中被保留在后表面上。本發(fā)明減少了處理時間，因為在處理后表面時不必保護前表面。而且，本發(fā)明制造了相當平整的晶片，因為在雙側拋光之后，不必進行后側損傷工序(該工序降低了平整度)。損傷“內置”于晶片后表面，因為在DSP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，制造的晶片相當平整。
介紹本發(fā)明或者其優(yōu)選實施例的要素時，項目“一個”、“該”和“所述”的意思是指有一個或多個要素。術語“包括”和“具有”意思是指包含在內以及除了所列要素之外還可能有另外的要素。
雖然本發(fā)明對于各種改進和變化形式是敏感的，但是通過例子已經展示了其具體實施例并且詳細地進行了說明。但是，應該知道，本發(fā)明并不限于這些特定公開形式，而是相反，本發(fā)明覆蓋了處于權利要求書所限定的本發(fā)明的實質和范圍之內的全部改進、等同和變化。
權利要求
1.一種處理從單晶錠切割的半導體晶片的方法，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)對晶片前后表面進行研磨，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)對晶片前表面進行精細研磨，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；(c)使用拋光漿料同時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.根據權利要求1的方法，其中，從研磨直至并包含拋光在內的晶片處理，沒有對前表面進行的任何工序，也不對后表面進行。
3.根據權利要求2的方法，其中，在所述研磨和所述拋光工序之間，實質上不減少晶片后表面上的損傷。
4.根據權利要求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.根據權利要求2的方法，其中，以在3-20微米/分鐘范圍內的材料去除速率進行研磨工序。
6.根據權利要求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微米范圍內的氧化鋁磨料材料。
7.根據權利要求6的方法，其中，研磨工序減少約40-120微米的晶片厚度，精細研磨工序再減少約5-20微米的晶片厚度，同時拋光工序再減少約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)對晶片前后表面進行研磨，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.根據權利要求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.根據權利要求9的方法，其中，通過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體晶片的方法,包括對晶片前后表面進行研磨,減小晶片厚度,提高晶片的平整度。對前表面進行精細研磨,減少前表面上的損傷,同時后表面上的損傷保留不動。同時拋光前后表面,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H01L21/304GK1330797SQ99814441
公開日2002年1月9日 申請日期1999年11月19日 優(yōu)先權日1998年12月16日
發(fā)明者辛云彪 申請人:Memc電子材料有限公司