晶圆的背面处理方法与流程

1.本发明涉及半导体工艺，特别是涉及一种半导体晶圆制造工艺中的晶圆的背面处理方法。


背景技术：

2.许多半导体晶圆制造工艺后期都会进行背面研磨(back grinding)及背面金属化(back metallization)，背面研磨可以使晶圆薄形化，以利后续的晶圆切割及封装，而背面金属化可以在晶圆背面形成导热或导电用的金属层。
3.一般在进行晶圆的背面研磨时，会在晶圆的正面贴附一层胶带，胶带的主要功能是在研磨期间完全保护芯片表面，并防止研磨液的渗入而造成污染。然而，晶圆被研磨减薄后容易因应力作用而产生翘曲，严重的翘曲会影响产品良率及半导体器件的可靠度。另外，晶圆的背面金属化大多是在高温条件下进行的，因此需要先将胶带移除，并将晶圆转移至静电吸盘(e-chuck)等耐高温载具。
4.综上所述，从晶圆的背面研磨到背面金属化，不仅流程相当繁复，也相当耗费时间(工艺时间、转移等待时间等)及成本(e-chuck为高单价且高损耗的载具)，而且晶圆的翘曲度需要被控制和矫正。除此之外，现有的胶带存在许多使用问题，例如渗酸、残胶，这些都会造成良率的损失。


技术实现要素：

5.本发明着重于改善现有的晶圆背面研磨和金属镀膜工艺(backside grinding and backside metallization,bgbm)的不足，所采用的技术手段是：利用特殊的暂时性黏着层对半导体晶圆提供固定支撑作用，同时抑制半导体晶圆的翘曲(warpage)，并在半导体晶圆固定于该暂时性黏着层的状态下，先后进行背面研磨、背面蚀刻与背面金属化，且视需要可另外进行热处理，以使半导体晶圆中的应力释放。
6.为了解决上述的技术问题，本发明所采用的其中一技术方案是提供一种晶圆的背面处理方法，其包括：提供一待处理的晶圆，该晶圆具有一正面以及一相对于该正面的背面；将一暂时性黏着层贴附于该晶圆的该正面；以及在该晶圆固定于该暂时性黏着层的状态下，对该晶圆的该背面依序进行研磨、蚀刻与金属化工艺。
7.在本发明的一具体实施例中，在研磨的步骤中，该晶圆被减薄至一预定厚度。
8.在本发明的一具体实施例中，在蚀刻的步骤中，是将经研磨的该晶圆浸泡于一酸蚀刻液中，使该酸蚀刻液对经研磨的该晶圆的该背面进行蚀刻；蚀刻条件包括：浸泡温度为20℃至60℃，浸泡时间为100秒至500秒。
9.在本发明的一具体实施例中，所述晶圆的背面处理方法还包括：在蚀刻的步骤之后，使用一化学药液对经蚀刻的该晶圆进行清洗的步骤。
10.在本发明的一具体实施例中，所述晶圆的背面处理方法还包括：在蚀刻的步骤与金属化的步骤之间，对该晶圆进行烘烤以使其中的应力释放的步骤；烘烤温度为100℃至
250℃，且烘烤时间为5分钟至30分钟。
11.在本发明的一具体实施例中，所述晶圆的背面处理方法还包括：在金属化的步骤之后，在120℃至250℃的温度下将该暂时性黏着层从经金属化的该晶圆的该正面分离的步骤。
12.在本发明的一具体实施例中，该暂时性黏着层包括一聚亚酰胺基底层以及一形成于该基底层上的黏胶层，且该黏胶层具有一初始剥离力，该初始剥离力为200gf/in至800gf/in。
13.在本发明的一具体实施例中，该黏胶层在120℃至250℃的温度下具有一介于20gf/in至100gf/in之间的剥离力。
14.在本发明的一具体实施例中，该聚亚酰胺基底层的厚度为25μm至75μm，且该黏胶层的厚度为30μm至50μm。
15.本发明的其中一有益效果在于，本发明所提供的晶圆的背面处理方法，其能通过“将一暂时性黏着层贴附于该晶圆的该正面，并在该晶圆固定于该暂时性黏着层的状态下，对该晶圆的该背面依序进行研磨、蚀刻与金属化工艺”的技术特征，以将现有的bgbm工艺改为一段式工艺，并能简化工艺步骤、缩短工艺时间、降低成本(包括设备、人力、原料等的成本)，以及提高良率和总产出量。
16.为使能更进一步了解本发明的特征及技术内容，请参阅以下有关本发明的详细说明与附图，然而所提供的附图仅用于提供参考与说明，并非用来对本发明加以限制。
附图说明
17.图1为本发明实施例的晶圆的背面处理方法的其中一流程图。
18.图2为本发明实施例的晶圆的背面处理方法的步骤s101的示意图。
19.图3为本发明实施例的晶圆的背面处理方法所使用的暂时性黏着层的内应力分布示意图。
20.图4为本发明实施例的晶圆的背面处理方法所使用的暂时性黏着层的结构示意图。
21.图5为本发明实施例的晶圆的背面处理方法的步骤s102的示意图。
22.图6为本发明实施例的晶圆的背面处理方法的步骤s103的示意图。
23.图7为本发明实施例的晶圆的背面处理方法的步骤s105的示意图。
24.图8为本发明实施例的晶圆的背面处理方法的步骤s106的示意图。
25.图9为本发明实施例的晶圆的背面处理方法的另外一流程图。
具体实施方式
26.以下是通过特定的具体实施例来说明本发明所公开有关“晶圆的背面处理方法”的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所公开的内容了解本发明的优点与效果。本发明可通过其他不同的具体实施例加以施行或应用，本说明书中的各项细节也可基于不同观点与应用，在不背离本发明的构思下进行各种修改与变更。另外，本发明的附图仅为简单示意说明，并非依实际尺寸的描绘，事先声明。以下的实施方式将进一步详细说明本发明的相关技术内容，但所公开的内容并非用以限制本发明的保护范围。另外，本文中所使用的术语“或”，应视实际情况可能包括相关联的列出项目中的任一个或者多个的组合。
27.第一实施例
28.参阅图1所示，本发明第一实施例提供一种晶圆的背面处理方法，其至少包括下列几个步骤：步骤s100，提供一待处理的晶圆；步骤s101，将一暂时性黏着层贴附于晶圆的正面；步骤s102，在晶圆固定于暂时性黏着层的状态下，对晶圆的背面进行研磨；步骤s103，在晶圆固定于暂时性黏着层的状态下，对晶圆的背面进行蚀刻；以及步骤s106，在晶圆固定于暂时性黏着层的状态下，对晶圆的背面进行金属化。
29.配合参阅图2所示，步骤s100所提供的待处理的晶圆1可为任何合适的半导体晶圆，例如半导体工艺中使用的硅晶圆。晶圆1的尺寸可为4英寸(in)、6英寸、8英寸或12英寸，晶圆1具有一正面101及一相对于正面101的背面102，其中在晶圆1的正面101上已完成集成电路的制作，例如微处理器、微控制器、存储器或特殊应用的集成电路。
30.配合参阅图2至图4所示，在步骤s102中，可通过贴膜机将暂时性黏着层2贴附于晶圆1的正面101。暂时性黏着层2具有优异的耐热性、耐化性、尺寸安定性，并具有机械性能平均、剥离后无残胶、剥离力(强度)随温度升高而降低等特性，因此能在后续的背面研磨、蚀刻及金属化等工艺中对晶圆1提供保护和固定作用，同时抑制半导体晶圆的翘曲(warpage)，且蚀刻完不需转移至吸盘载具(e-chuck)等耐高温载具上即可直接进入金属化工艺阶段。也就是说，本发明晶圆的背面处理方法为一段式流程，与现有的bgbm工艺相比，具有工艺简化、工艺时间缩短、成本(包括设备、人力、原料等的成本)降低等优势。
31.在本实施例中，暂时性黏着层2最高可耐250℃至300℃的高温，且暂时性黏着层2经过双轴拉伸处理，从而暂时性黏着层2在md/td方向上皆有内应力s(机械性能平均)，如图3所示。更进一步来说，暂时性黏着层2包括一基底层21及一形成于基底层21上的黏胶层22，如图4所示；基底层21的主要成分为聚亚酰胺(polyimide,pi)，基底层21的厚度可为25μm至75μm，黏胶层22的厚度可为30μm至50μm。值得注意的是，黏胶层22具有一初始剥离力(室温下)为200gf/in至800gf/in，而在120℃至250℃的温度条件下，黏胶层22的剥离力可降低至20gf/in至100gf/in。以上所述只是可行的实施方式，而并非用以限制本发明。
32.实际应用时，在贴附至晶圆1的正面101之前，暂时性黏着层2可还包括一覆盖在黏胶层22的外表面上的离型层(图中未显示)，以防止黏胶层22接触到会影响其特性(如黏着性)的物质。
33.配合参阅图5所示，在步骤s104中，可通过真空吸附或静电吸附等吸附固定方式，将晶圆1以正面101朝向研磨盘31的方式装载于研磨装置3的研磨盘31上，并使晶圆1的背面102裸露，然后以研磨装置3的研磨头32研磨对晶圆1的背面102进行研磨，直到晶圆1被减薄至一预定厚度；完成后释放研磨盘31对晶圆1的吸附力，使晶圆1可脱离研磨盘31。实际应用时，背面研磨可包括粗研磨(快速研磨)及细研磨(慢速研磨)，过程中暂时性黏着层2可保护晶圆1的正面101免受研磨盘31损伤，即暂时性黏着层2可对正面101的集成电路提供保护作用。
34.值得一提的是，暂时性黏着层2能够很好地抑制晶圆1厚度减薄后产生的翘曲形变，以确保晶圆1上半导体器件的可靠性，以及背面金属化的效果。
35.配合参阅图5及图6所示，在步骤s106中，是将经研磨的晶圆1浸泡于一酸蚀刻液中，使酸蚀刻液对经研磨的晶圆1的背面102进行蚀刻，以适当地增加背面102的粗糙化特
性，从而后续金属化工艺所镀上的金属层m可具有更好的附着性。在本实施例中，蚀刻条件包括：浸泡温度为20℃至60℃，浸泡时间为100秒至500秒；酸蚀刻液可为一混酸溶液，例如为氢氟酸、硝酸与硫酸的混酸溶液。以上所述只是可行的实施方式，而并非用以限制本发明。
36.实际应用时，本发明晶圆的背面处理方法还包括清洗晶圆的步骤(步骤s104)，即在蚀刻的步骤之后，使用一化学药液对经蚀刻的晶圆1进行清洗，例如对经蚀刻的晶圆1的背面102进行溢流冲洗，以去除存在于背面102工艺残留物，使后续背面金属化的品质更好。
37.在步骤s106中，可采用蒸镀、溅镀、化学镀或任何合适的金属镀膜方法于经蚀刻的晶圆1的背面102形成一或多个金属层m。金属层m可以是由以下金属或它们的合金所形成：钛(ti)、镍(ni)、铜(cu)、铬(cr)、银(ag)、金(au)、钯(pd)及锡(sn)；且金属层m的厚度可根据实际需要适当选择，没有特别的限制。在一些实施例中，金属层m的厚度可为大于0且小于20μm；如果金属层m的厚度太小，可能会负面影响其对晶圆1的附着性和均匀性；如果金属层m的厚度太大，将会增加原材料的消耗而有成本增加的疑虑。以上所述只是可行的实施方式，而并非用以限制本发明。
38.值得一提的是，在蚀刻的步骤之后，本发明可通过暂时性黏着层2将晶圆1直接转移至金属镀膜装置，不需要任何耐高温载具(如吸盘载具)的辅助，从而可省略除胶、转移晶圆1至高温载具等步骤，省去转移等待的时间。与现有的bgbm工艺相比，本发明晶圆的背面处理方法约省下5％的工艺时间及转移等待时间。
39.当步骤s106完成之后，可在120℃至250℃的温度下将暂时性黏着层2从经金属化的晶圆1的正面101分离。由于黏胶层22在120℃至250℃的温度下其剥离力可降低至20gf/in至100gf/in，暂时性黏着层2很容易被剥离，几乎不会残留。黏胶层22的剥离力是根据astm d1000标准进行180度剥离测试而获得。
40.第二实施例
41.参阅图9并配合图7所示，本发明第二实施例提供一种晶圆的背面处理方法，其至少包括下列几个步骤：步骤s100，提供一待处理的晶圆；步骤s101，将一暂时性黏着层贴附于晶圆的正面；步骤s102，在晶圆固定于暂时性黏着层的状态下，对晶圆的背面进行研磨；步骤s103，在晶圆固定于暂时性黏着层的状态下，对晶圆的背面进行蚀刻；步骤s104，对晶圆进行清洗；以及步骤s106，在晶圆固定于暂时性黏着层的状态下，对晶圆的背面进行金属化。关于上述步骤的具体实施细节已描述于第一实施例中，故在此不加以赘述。本实施例与第一实施例的差异主要在于，在步骤s103与步骤s106之间(在蚀刻的步骤与金属化的步骤之间)，还包括：步骤s105，对晶圆进行烘烤以使其中的应力释放的步骤。
42.值得一提的是，在经过烘烤工艺释放应力后，暂时性黏着层2更容易维持晶圆1的平整性。在本实施例中，烘烤条件包括：烘烤温度为100℃至250℃，且烘烤时间为5分钟至30分钟，但本发明不限于上述的烘烤条件。
43.实施例的有益效果
44.本发明的其中一有益效果在于，本发明所提供的晶圆的背面处理方法，其能通过“将一暂时性黏着层贴附于该晶圆的该正面，并在该晶圆固定于该暂时性黏着层的状态下，对该晶圆的该背面依序进行研磨、蚀刻与金属化工艺”的技术特征，以将现有的bgbm工艺改为一段式工艺，并能简化工艺步骤、缩短工艺时间、降低成本(包括设备维护、人力、原料、耗
材等的成本)，以及提高良率和总产出量。
45.以上所公开的内容仅为本发明的优选可行实施例，并非因此局限本发明的权利要求书的保护范围，所以凡是运用本发明说明书及附图内容所做的等效技术变化，均包含于本发明的权利要求书的保护范围内。

技术特征：
1.一种晶圆的背面处理方法，其特征在于，所述晶圆的背面处理方法包括：提供一待处理的晶圆，该晶圆具有一正面以及一相对于该正面的背面；将一暂时性黏着层贴附于该晶圆的该正面；以及在该晶圆固定于该暂时性黏着层的状态下，对该晶圆的该背面依序进行研磨、蚀刻与金属化工艺。2.根据权利要求1所述的晶圆的背面处理方法，其特征在于，在研磨的步骤中，该晶圆被减薄至一预定厚度。3.根据权利要求1所述的晶圆的背面处理方法，其特征在于，在蚀刻的步骤中，是将经研磨的该晶圆浸泡于一酸蚀刻液中，使该酸蚀刻液对经研磨的该晶圆的该背面进行蚀刻；蚀刻条件包括：浸泡温度为20℃至60℃，浸泡时间为100秒至500秒。4.根据权利要求3所述的晶圆的背面处理方法，其特征在于，所述的晶圆的背面处理方法还包括：在蚀刻的步骤之后，使用一化学药液对经蚀刻的该晶圆进行清洗的步骤。5.根据权利要求1所述的晶圆的背面处理方法，其特征在于，所述晶圆的背面处理方法还包括：在蚀刻的步骤与金属化的步骤之间，对该晶圆进行烘烤以使其中的应力释放的步骤；烘烤温度为100℃至250℃，且烘烤时间为5分钟至30分钟。6.根据权利要求1所述的晶圆的背面处理方法，其特征在于，所述的晶圆的背面处理方法还包括：在金属化的步骤之后，在120℃至250℃的温度下将该暂时性黏着层从经金属化的该晶圆的该正面分离的步骤。7.根据权利要求1所述的晶圆的背面处理方法，其特征在于，该暂时性黏着层包括一聚亚酰胺基底层以及一形成于该基底层上的黏胶层，且该黏胶层具有一初始剥离力，该初始剥离力为200gf/in至800gf/in。8.根据权利要求7所述的晶圆的背面处理方法，其特征在于，该黏胶层在120℃至250℃的温度下具有一介于20gf/in至100gf/in之间的剥离力。9.根据权利要求7所述的晶圆的背面处理方法，其特征在于，该聚亚酰胺基底层的厚度为25μm至75μm，且该黏胶层的厚度为30μm至50μm。

技术总结
本发明公开一种晶圆的背面处理方法，该方法首先提供一待处理的晶圆，该晶圆具有一正面以及一相对于该正面的背面，接着将一暂时性黏着层贴附于该晶圆的该正面，然后在该晶圆固定于该暂时性黏着层的状态下，对该晶圆的该背面依序进行研磨、蚀刻与金属化工艺。因此，能简化工艺步骤、缩短工艺时间、降低成本，以及提高良率和总产出量。率和总产出量。率和总产出量。


技术研发人员：林懋庭 林俊翰
受保护的技术使用者：崇越科技股份有限公司
技术研发日：2022.02.16
技术公布日：2023/8/28