一种晶圆刻蚀清洗设备及方法技术

本发明专利技术涉及晶圆刻蚀的技术领域，特别是涉及晶圆背面减薄金属化工艺的一种晶圆刻蚀清洗设备及方法，其提高镀膜膜层粘附性，减少晶圆变形量；包括以下步骤：步骤1、对晶圆无需金属镀膜的正面进行贴膜保护；步骤2、对晶圆需要金属镀膜的背面进行研磨；步骤3、通过真空等离子对研磨后的晶圆背面进行刻蚀，使晶圆背面表面粗糙化，同时降低应力；步骤4、对刻蚀后的晶圆进行清洗；步骤5、将清洗后的晶面正面保护膜揭除；步骤6、对刻蚀清洗后的晶圆背面进行金属镀膜。镀膜。镀膜。

【技术实现步骤摘要】
一种晶圆刻蚀清洗设备及方法


[0001]本专利技术涉及晶圆刻蚀的
，特别是涉及晶圆背面减薄金属化工艺的一种晶圆刻蚀清洗设备及方法。

技术介绍

[0002]随着大功率器件以及高端芯片对于散热的要求越来越高；然而在集成密度大幅提高的同时，热源开始在芯片上形成集中的现象，如何降低器件热阻，做好器件的散热和冷却，成为一个关键的技术问题；晶圆背面减薄金属化即是顺应此技术需求而发展的工艺路线；现有的晶圆背面减薄金属化技术中，业界普遍使用HF
‑
HNO3酸法蚀刻清洗法，来去除硅表面的物理损伤，提高研磨减薄后的晶圆强度，并缓解翘曲的程度，而采用酸蚀刻清洗对正面保护膜的耐酸性及耐温性皆带来挑战，且因酸蚀刻清洗为同向性蚀刻，当蚀刻反应时间越长则粗糙值越大有助粘附性，但若时间太久也容易发生正面保护膜的功能失效，贴膜的粘附性降低，容易导致边缘进酸腐蚀正面晶圆现象；同时强酸HF
‑
HNO3组合的腐蚀性强，因此环保建设、废水排放及工安风险成本高，加上工序较多且需采用特定耐强酸保护膜，造成制造工艺总成本高。

技术实现思路

[0003]为解决上述技术问题，本专利技术提供一种提高镀膜膜层粘附性，减少晶圆变形量的一种晶圆刻蚀清洗设备及方法。
[0004]本专利技术的一种晶圆刻蚀清洗设备及方法，包括以下步骤：步骤1、对晶圆无需金属镀膜的正面进行贴膜保护；步骤2、对晶圆需要金属镀膜的背面进行研磨；步骤3、通过真空等离子对研磨后的晶圆背面进行刻蚀，使晶圆背面表面粗糙化，同时降低应力；步骤4、对刻蚀后的晶圆进行清洗；步骤5、将清洗后的晶面正面保护膜揭除；步骤6、对刻蚀清洗后的晶圆背面进行金属镀膜。
[0005]优选地，所述步骤3中等离子刻蚀采用物理和化学综合作用刻蚀方法，通过物理方法对离子加速轰击晶圆背面去除表面材料，并提高刻蚀气体分解后的原子团与晶圆硅基材反应速率。
[0006]优选地，所述步骤3中等离子刻蚀具体包括以下步骤：1）、通过射频电源对反应气体进行电子撞击，使反应气体电离产生等离子；2）、通过产生的部分等离子对晶圆背面进行轰击；3）、通过中产生的另外一部分等离子吸收能量形成活性反应基团，与晶圆表面发生化学反应；
4）、通过真空系统将化学反应中的生成物由晶圆刻蚀面吸除。
[0007]优选地，所述步骤6中的金属镀膜的膜结构由三层金属层组成，依次为上黏附层、阻挡层和下黏附层。
[0008]优选地，所述上黏附层、阻挡层和下黏附层依次采用真空镀膜方法在刻蚀后的晶圆背面镀膜成型。
[0009]另一方面，基于上述方法的一种晶圆刻蚀清洗设备，包括：腔体，所述腔体用于作为晶圆刻蚀清洗的反应腔室；所述腔体上安装有上料机构，用于控制晶圆自动进出腔体；干泵，所述干泵用于对腔室进行抽真空；调压阀，用于控制稳定腔体内的真空压力环境；射频电源，所述射频电源用于为腔体内的气体电离提供能量。
[0010]优选地，所述腔体上还安装有真空计和若干组流量计，所述真空计用于对腔体内的气体压力进行监测，若干组所述流量计用于对进入腔体内的各种气体进行独立流量控制。
[0011]优选地，所述晶圆刻蚀清洗设备的操作步骤包括：S1、将待刻蚀晶圆置于真空腔室中，关闭真空腔室后加热至设定温度并使用干泵抽真空至设定压力，且维持真空腔室的真空压力环境；S2、开始通入反应气体至设定的制程工作压力，并通过调压阀控制维持稳定的特定真空压力环境；S3、开启射频电源，将真空腔室内的反应气体电离，并形成等离子体；S4、通过离子轰击晶圆并与晶圆表面发生化学反应，进行刻蚀；S5、等离子刻蚀完成后，关闭射频电源，通入气体进行破真空恢复到大气压力；S6、打开腔体，取出刻蚀完成后晶圆，并进行纯水清洗及烘干。
[0012]优选地，S1中所述加热之设定温度为30
‑
160
°
，真空腔室的真空度为0.01mTorr~1.0mTorr；S2中所述通入真空腔室内反应气体为Ar,CF4/NF3,O2等，流量为50sccm~200sccm；S3中所述电源开启功率为200~5000w；S4中所述等离子刻蚀时间为0.5min~10min，粗化的平均粗糙度为0.05
‑
0.6um；S5中所述通入真空腔室内进行破真空气体为N2；S6中所述清洗的纯水纯净度为12M欧姆以上。
[0013]与现有技术相比本专利技术的有益效果为：本专利技术通过真空等离子对晶圆表面进行刻蚀清洗，提升晶圆表面的粗糙度，进而提高镀膜膜层的粘附性；同时刻蚀后的晶圆表面应力远小于晶圆研磨之后损伤遗留的残余应力，能够有效地减少晶圆变形量；等离子刻蚀工序较于传统的酸法刻蚀更加简单，并且工艺更加环保，减少生产中的环保排废成本。
附图说明
[0014]图1是刻蚀清洗设备的结构示意图；附图中标记：1、腔体；2、射频电源；3、真空计；4、流量计；5、上料机构。
具体实施方式
[0015]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。
[0016]在本专利技术的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体式连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接连接，也可以是通过中间媒介间接连接，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本专利技术中的具体含义。本实施例采用递进的方式撰写。
[0017]本专利技术的一种晶圆刻蚀清洗方法，通过以下过程对晶圆进行金属镀膜：正面贴膜
à
背面研磨
à
等离子刻蚀
à
纯水清洗
à
撕膜
à
背面金属镀膜；在进行背面研磨时，晶圆正面会与背面有产生物理性接触，因此在晶圆背面研磨之前需要在晶圆正面覆上一层保护膜来避免损伤。
[0018]关于为何需要对晶圆背面进行研磨：在功率器件当中，可以通过晶圆厚度来控制晶圆自身电阻值参数，晶圆厚度越薄，这个阻值就越小，同时晶圆厚度减薄还可提高热扩散效率，减小芯片封装体积，提高晶圆柔韧性，以及减少划片加工量并降低芯片破边发生率；因此，当电路层制作完成后，需要对晶圆进行背面减薄，使其达到所需厚度；在本实施例中通过采用磨头对晶圆施加作用力，边旋转边研磨的方式，同时为了保障晶圆表面粗糙度的均匀性，往往降低磨头在晶圆轴线方向的进给速度，减薄速度越慢，均匀性越好。
[0019]关于真空等离子刻蚀的原理，是利用物理和化学综合作用的机理，离子轰击的物理过程可以去除表面材料，具有很强的方向性；离子轰击可以改善化学刻蚀作用，使反应元素与硅表面物质反应效率更高；综合型刻蚀法结合离子轰击与表面化学反应的优点，使刻蚀具有较好的选择比和线宽控制；进一步的，等离子刻蚀是采用高频辉光放电反应，使反应气体激活成活性粒子，如原子或游离基，这些活性粒子扩散到需刻蚀本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种晶圆刻蚀清洗方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、对晶圆无需金属镀膜的正面进行贴膜保护；步骤2、对晶圆需要金属镀膜的背面进行研磨；步骤3、通过真空等离子对研磨后的晶圆背面进行刻蚀，使晶圆背面表面粗糙化，同时降低应力；步骤4、对刻蚀后的晶圆进行清洗；步骤5、将清洗后的晶面正面保护膜揭除；步骤6、对刻蚀清洗后的晶圆背面进行金属镀膜。2.如权利要求1所述的一种晶圆刻蚀清洗方法，其特征在于，所述步骤3中等离子刻蚀采用物理和化学综合作用刻蚀方法，通过物理方法对离子加速轰击晶圆背面去除表面材料，并提高刻蚀气体分解后的原子团与晶圆硅基材反应速率。3.如权利要求2所述的一种晶圆刻蚀清洗方法，其特征在于，所述步骤3中等离子刻蚀具体包括以下步骤：1）、通过射频电源对反应气体进行电子撞击，使反应气体电离产生等离子；2）、通过产生的部分等离子对晶圆背面进行轰击；3）、通过中产生的另外一部分等离子吸收能量形成活性反应基团，与晶圆表面发生化学反应；4）、通过真空系统将化学反应中的生成物由晶圆刻蚀面吸除。4.如权利要求1所述的一种晶圆刻蚀清洗方法，其特征在于，所述步骤6中的金属镀膜的膜结构由三层金属层组成，依次为上黏附层、阻挡层和下黏附层。5.如权利要求4所述的一种晶圆刻蚀清洗方法，其特征在于，所述上黏附层、阻挡层和下黏附层依次采用真空镀膜方法在刻蚀后的晶圆背面镀膜成型。6.一种晶圆刻蚀清洗设备，其特征在于，包括：腔体（1），所述腔体（1）用于作为晶圆刻蚀清洗的反应腔室；所述腔体（1）上安装有上料机构（5），用于控制晶圆自动进出腔体；干泵，所述干泵用于对腔室进行抽真空；调压阀，用于控制稳定腔体内的真空压力环境；射频电源（2）...

【专利技术属性】
技术研发人员：方铭国，张少波，
申请(专利权)人：深圳泰研半导体装备有限公司，
类型：发明
国别省市：