[发明专利]用于减薄半导体工件的系统

说明书

技术领域

本发明涉及用于与如半导体晶片、平板显示器、硬磁盘或光学介质、薄膜磁头、或由基片形成的其他工件这样的工件一起使用的工艺和装置，其中，上述基片上可形成有微电子电路、数据存储元件或层、或微机械元件。这些以及类似的物件在此处被统称为“晶片”或“工件”。具体地说，本发明涉及在减薄半导体工件中使用的工艺和装置。

背景技术

当前技术水平的电子设备(例如：便携式电话、个人数字助手、以及智能卡)需要较薄的集成电路器件(“ICD”)。此外，对半导体器件的先进封装(例如：叠层管芯或“倒装芯片”)提供尺寸封装限制，所述尺寸封装限制也要求超薄管芯。此外，随着ICD的操作速度继续提高，热耗散变得愈加重要。这主要是因为以极高速度操作的ICD趋于产生大量热量这一事实。必须从ICD去除这些热量以防止因热应力而导致的器件故障，以及防止因载流子迁移率的降低而导致频率响应的降低。增强离开ICD的热传递、从而减轻任何有害温度影响的一种途径是通过减薄半导体晶片，其中ICD是从半导体晶片制得的。减薄半导体晶片的其他原因包括：优化信号传输特性；在管芯内形成通路孔；以及使单个半导体器件与封装之间的热膨胀系数的影响最小化。

响应对更小、更高性能的ICD日益增长的需求，已经发展了半导体晶片减薄技术。通常，在半导体器件处于晶片形式的时候减薄半导体器件。晶片厚度依赖于晶片的大小而变化。例如，直径为150mm的硅半导体晶片的厚度为大约650微米，而直径为200或300mm的晶片大约为725微米厚。对半导体背面的机械研磨是减薄晶片的一种标准方法。这样的减薄被称作“背面研磨”。一般而言，背面研磨工艺采取一些方法来保护半导体晶片的正面或器件面。保护半导体晶片器件面的传统方法包括向晶片的器件面涂覆保护带或光致耐蚀层。然后，晶片的背面被研磨，直到晶片达到所需厚度。

然而，传统的背面研磨工艺具有缺点。机械研磨引起晶片表面和边缘内的应力，包括微裂纹和崩角。所引起的晶片应力可导致性能降低和晶片破裂，从而导致低产量。此外，对于使用背面研磨工艺、半导体晶片可以被减薄多少存在限制。例如，具有标准厚度(如上所述)的半导体晶片一般可被减薄至大约250-150微米的范围。

因此，通常在半导体晶片已经通过背面研磨被减薄之后对半导体晶片运用湿化学蚀刻工艺。该工艺一般被称作应力释放蚀刻、化学减薄、化学蚀刻、或化学抛光。上述工艺释放在晶片内引起的应力、从晶片的背面去除研磨痕迹、并导致相对均匀的晶片厚度。此外，背面研磨之后的化学蚀刻在传统的背面研磨能力以外减薄半导体晶片。例如，在背面研磨之后使用湿化学蚀刻工艺允许标准的200和300mm半导体晶片被减薄至100微米或更薄。湿化学蚀刻通常包括将晶片背面暴露于氧化/还原剂(例如：HF，HNO₃，H₃PO₄，H₂SO₄)或可选地、暴露于腐蚀性溶液(例如：KOH，NaOH，H₂O₂)。可以在同时待决的美国专利申请序列号No.10/631,376中找到湿化学蚀刻工艺的例子，该申请在2003年7月30日提出并归属于本发明的受让人。申请序列号No.10/631,376中的教导被并入此处供参考。

尽管减薄半导体晶片的方法是公知的，但是这些方法并不是没有局限性的。例如，将半导体晶片安装至基台或“卡盘”(如所公知地)、以便晶片可被减薄需要昂贵的涂覆和接合设备及材料、增加的加工时间以及将污染物引入加工区域的可能性。此外，可能在机械研磨工艺中有用的、用于将晶片接合至卡盘的粘合剂将不能经受住湿化学蚀刻中使用的化学工艺流体。此外，不管是在背面研磨工艺期间还是在随后的操纵和加工中，目前对光致耐蚀剂或粘合带的使用无法为非常薄的晶片提供机械支撑。带的使用还在去除工艺中造成了障碍。例如，带的去除可能让晶片受到不期望发生的弯曲应力。在光致耐蚀剂的情况下，用溶剂从晶片的器件面洗掉该材料，这增加了加工时间和化学制剂的使用，并提高了污染的风险。使用上带(taping)和保护聚合物也是昂贵的，因为必须要用设备和材料来涂覆和去除保护介质。

而且，减薄的半导体晶片易于翘曲和弧状弯曲。并且，因为减薄的半导体晶片可能极脆，故它们在进一步加工期间被操纵时也容易破裂。在自动晶片操纵中，减薄的半导体晶片(例如，250微米以下)也呈现复杂性，因为一般而言，现有的操纵设备已经被设计成容纳标准的晶片厚度(例如，对于150mm的晶片为650微米，对于200和300mm的晶片为725微米)。