[发明专利]一种半导体晶圆高效纳米精度减薄方法

说明书

技术领域

本发明属于半导体晶圆超精密加工技术领域，特别涉及半导体晶圆的纳米精度减薄加工方法。 

背景技术

随着半导体工业的快速发展，半导体产业界对半导体晶圆的直径要求越来越大，厚度越来越薄，精度要求越来越高。这就使得传统的采用研磨抛光机来进行大直径半导体晶圆减薄的方法不能满足快速发展的半导体工业的需要。传统的研磨抛光方法，在初始加工阶段，采用游离颗粒进行研磨尽量去除较大的余量厚度，当厚度减小到一定值时，采用小直径游离磨料的抛光方法直到减薄到规定尺寸。这种加工方法在初始的研磨阶段留下了较大的划痕以及亚表面损伤层厚度，要借助于后续的抛光方法尽量减少这些划痕和损伤层，并达到规定的晶圆厚度。后续的抛光方法由于不能精确控制进给深度及压力，在半导体晶圆达到数十微米时，非常容易产生裂片、碎片、划伤等加工缺陷，导致废片的产生。由于大直径半导体晶圆价格昂贵，尤其是加工到一定厚度，又凝聚了企业大量的前期加工成本，一旦产生废片，会导致企业的利润大打折扣。企业为了减少这种精减薄阶段的加工缺陷的产生，采用极低的去除率来最终达到减薄的厚度。这样虽然减少了废片率，但是大大延长了加工时间，成本增加，也导致企业的利润下滑。因此，这种传统的游离磨料研磨抛光方法越来越不能满足快速发展的半导体工业发展的需要。 

发明内容

本发明的目的是提供一种半导体晶圆高效纳米精度减薄方法，采用陶瓷结合剂超细金刚石砂轮作为磨削工具，去离子水作为磨削液，实现大直径半导体晶圆高效纳米精度减薄的目的，解决目前采用传统游离磨料研磨抛光加工方法减薄大直径半导体晶圆时容易发生的裂片、碎片、划伤等加工缺陷，从而获得半导体晶圆的高效纳米精度减薄的加工效果。 

本发明的技术方案是采用平均直径小于1μm的金刚石作为磨料，采用多种陶瓷原料作为结合剂的一种高效纳米精度减薄方法。磨削液为去离子水，材料在粗减薄的去除率为9-30μm/min，精减薄的去除率为3-8μm/min。减薄时主轴转速为1800-5000r/min，工件转速为60-300r/min。适合的半导体的硬度值在25GPa以下，直径为18英寸以下的大直径半导体晶圆。实现了半导体晶圆的高效纳米精度减薄的加工效果。 

半导体晶圆的硬度在25GPa以下。本发明采用的是陶瓷结合剂超细金刚石砂轮，因此半导体晶圆的硬度太大的话，就是使得超细磨料容易脱落，砂轮的磨损就会较快，因此，需要限制半导体晶圆工件的硬度。 

半导体晶圆的直径在18英寸以下。半导体晶圆的直径的增大对于技术增加的难度会增加很多，尤其是大直径高平坦化方面，本发明由于是提供一种高效纳米精度减薄方法，因此需要对晶圆的直径进行限制，以发挥本发明的优点。 

磨削液为去离子水。由于在高效纳米精度减薄时，会产生磨削热，这种热会产生应力，为了快速带走这些磨削热，采用去离子水作为磨削液和冷却液，不添加任何化学物质，为绿色环保的加工方法，而且加工成本相对于化学机械抛光液相比，既环保，价格又低廉。 

减薄时砂轮主轴转速为1800-5000r/min，工件转速为60-300r/min。由于本 发明要实现单转纳米级材料去除，才能有效避免传统加工方法的裂片、碎片、划伤的加工缺陷，因此要求最低为1700r/min，而如果转速太高的话，也会影响主轴的动平衡及精度，因此对最高转速进行限定为5000r/min。根据纳米磨削的经验，工作台转速对加工质量影响较小，合适的速度对于提高纳米精度减薄的质量非常有好处，因此根据常用的纳米磨削减薄的加工参数，选择这个区间的工作台转速较好。 

粗减薄阶段材料的去除率为9-30μm/min，精减薄阶段材料的去除率为3-8μm/min。为了去除较多的余量，在开始的阶段可以采用9-30μm/min的较大去除量。本发明采用的是主轴达到数千转的纳米磨削方法，即使以这种去除量去除，也可以精确控制单转的去除量在纳米量级，也可以有效避免传统加工方法的裂片、碎片、划伤等加工缺陷，而亚表面的损伤层也可以控制在100nm以下的水平，因此既高效，同时又可达到纳米精度的减薄加工。当剩余余量在50微米左右时，即可采用3-8μm/min较小余量去除。根据这种纳米级减薄的加工经验，1-2μm/min的主轴进给量，容易烧伤工件，因此选择3-8μm/min的材料去除量。这个区间的去除量可以精确控制单转去除量为几个nm，因此适合与大直径半导体晶圆的减薄，同样也具有高效和纳米精度减薄特征。