[發(fā)明專利]一種半導(dǎo)體晶圓高效納米精度減薄方法

無效

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• 申請日: 2011-11-14
• 公開（公告）號: CN102407483A
• 公開（公告）日: 2012-04-11
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張振宇;張獻忠;徐朝閣;郭東明
• 申請（專利權(quán)）人: 大連理工大學(xué)
• 主分類號: B24B37/02
• 分類號: B24B37/02;B24B37/11;B24B55/02
• 代理公司: 大連理工大學(xué)專利中心 21200
• 代理人: 侯明遠

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于半導(dǎo)體晶圓超精密加工技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及半導(dǎo)體晶圓的納米精度減薄加工方法。?

背景技術(shù)

隨著半導(dǎo)體工業(yè)的快速發(fā)展，半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)界對半導(dǎo)體晶圓的直徑要求越來越大，厚度越來越薄，精度要求越來越高。這就使得傳統(tǒng)的采用研磨拋光機來進行大直徑半導(dǎo)體晶圓減薄的方法不能滿足快速發(fā)展的半導(dǎo)體工業(yè)的需要。傳統(tǒng)的研磨拋光方法，在初始加工階段，采用游離顆粒進行研磨盡量去除較大的余量厚度，當厚度減小到一定值時，采用小直徑游離磨料的拋光方法直到減薄到規(guī)定尺寸。這種加工方法在初始的研磨階段留下了較大的劃痕以及亞表面損傷層厚度，要借助于后續(xù)的拋光方法盡量減少這些劃痕和損傷層，并達到規(guī)定的晶圓厚度。后續(xù)的拋光方法由于不能精確控制進給深度及壓力，在半導(dǎo)體晶圓達到數(shù)十微米時，非常容易產(chǎn)生裂片、碎片、劃傷等加工缺陷，導(dǎo)致廢片的產(chǎn)生。由于大直徑半導(dǎo)體晶圓價格昂貴，尤其是加工到一定厚度，又凝聚了企業(yè)大量的前期加工成本，一旦產(chǎn)生廢片，會導(dǎo)致企業(yè)的利潤大打折扣。企業(yè)為了減少這種精減薄階段的加工缺陷的產(chǎn)生，采用極低的去除率來最終達到減薄的厚度。這樣雖然減少了廢片率，但是大大延長了加工時間，成本增加，也導(dǎo)致企業(yè)的利潤下滑。因此，這種傳統(tǒng)的游離磨料研磨拋光方法越來越不能滿足快速發(fā)展的半導(dǎo)體工業(yè)發(fā)展的需要。?

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種半導(dǎo)體晶圓高效納米精度減薄方法，采用陶瓷結(jié)合劑超細金剛石砂輪作為磨削工具，去離子水作為磨削液，實現(xiàn)大直徑半導(dǎo)體晶圓高效納米精度減薄的目的，解決目前采用傳統(tǒng)游離磨料研磨拋光加工方法減薄大直徑半導(dǎo)體晶圓時容易發(fā)生的裂片、碎片、劃傷等加工缺陷，從而獲得半導(dǎo)體晶圓的高效納米精度減薄的加工效果。?

本發(fā)明的技術(shù)方案是采用平均直徑小于1μm的金剛石作為磨料，采用多種陶瓷原料作為結(jié)合劑的一種高效納米精度減薄方法。磨削液為去離子水，材料在粗減薄的去除率為9-30μm/min，精減薄的去除率為3-8μm/min。減薄時主軸轉(zhuǎn)速為1800-5000r/min，工件轉(zhuǎn)速為60-300r/min。適合的半導(dǎo)體的硬度值在25GPa以下，直徑為18英寸以下的大直徑半導(dǎo)體晶圓。實現(xiàn)了半導(dǎo)體晶圓的高效納米精度減薄的加工效果。?

半導(dǎo)體晶圓的硬度在25GPa以下。本發(fā)明采用的是陶瓷結(jié)合劑超細金剛石砂輪，因此半導(dǎo)體晶圓的硬度太大的話，就是使得超細磨料容易脫落，砂輪的磨損就會較快，因此，需要限制半導(dǎo)體晶圓工件的硬度。?

半導(dǎo)體晶圓的直徑在18英寸以下。半導(dǎo)體晶圓的直徑的增大對于技術(shù)增加的難度會增加很多，尤其是大直徑高平坦化方面，本發(fā)明由于是提供一種高效納米精度減薄方法，因此需要對晶圓的直徑進行限制，以發(fā)揮本發(fā)明的優(yōu)點。?

磨削液為去離子水。由于在高效納米精度減薄時，會產(chǎn)生磨削熱，這種熱會產(chǎn)生應(yīng)力，為了快速帶走這些磨削熱，采用去離子水作為磨削液和冷卻液，不添加任何化學(xué)物質(zhì)，為綠色環(huán)保的加工方法，而且加工成本相對于化學(xué)機械拋光液相比，既環(huán)保，價格又低廉。?

減薄時砂輪主軸轉(zhuǎn)速為1800-5000r/min，工件轉(zhuǎn)速為60-300r/min。由于本?發(fā)明要實現(xiàn)單轉(zhuǎn)納米級材料去除，才能有效避免傳統(tǒng)加工方法的裂片、碎片、劃傷的加工缺陷，因此要求最低為1700r/min，而如果轉(zhuǎn)速太高的話，也會影響主軸的動平衡及精度，因此對最高轉(zhuǎn)速進行限定為5000r/min。根據(jù)納米磨削的經(jīng)驗，工作臺轉(zhuǎn)速對加工質(zhì)量影響較小，合適的速度對于提高納米精度減薄的質(zhì)量非常有好處，因此根據(jù)常用的納米磨削減薄的加工參數(shù)，選擇這個區(qū)間的工作臺轉(zhuǎn)速較好。?

粗減薄階段材料的去除率為9-30μm/min，精減薄階段材料的去除率為3-8μm/min。為了去除較多的余量，在開始的階段可以采用9-30μm/min的較大去除量。本發(fā)明采用的是主軸達到數(shù)千轉(zhuǎn)的納米磨削方法，即使以這種去除量去除，也可以精確控制單轉(zhuǎn)的去除量在納米量級，也可以有效避免傳統(tǒng)加工方法的裂片、碎片、劃傷等加工缺陷，而亞表面的損傷層也可以控制在100nm以下的水平，因此既高效，同時又可達到納米精度的減薄加工。當剩余余量在50微米左右時，即可采用3-8μm/min較小余量去除。根據(jù)這種納米級減薄的加工經(jīng)驗，1-2μm/min的主軸進給量，容易燒傷工件，因此選擇3-8μm/min的材料去除量。這個區(qū)間的去除量可以精確控制單轉(zhuǎn)去除量為幾個nm，因此適合與大直徑半導(dǎo)體晶圓的減薄，同樣也具有高效和納米精度減薄特征。?