处理半导体晶片内置后表面损伤的方法 【发明背景】
本发明一般涉及半导体晶片的处理方法，特别是涉及这样一种半导体晶片的处理方法，用于产生具有用做外部吸杂的后表面损伤的相对平坦晶片。
半导体晶片通常是由单晶锭、例如硅锭制备的，晶锭被修整和研磨成具有一个或多个平面，用于后续工序中晶片的正确取向。然后晶锭被切割成各个晶片，这些晶片都进行多种工艺处理，以便减小晶片厚度，去除切割操作引起的损伤，形成高度反射的表面。一般，每个晶片的外围边缘被制成圆形，降低进一步处理过程中晶片被损伤的危险。然后在晶片的前后表面上进行研磨(lapping)操作(磨料浆处理)，减小晶片厚度，去除切割操作引起的损伤。还可以进行化学腐蚀操作或粗磨操作，减小厚度和去除损伤。
完成研磨操作后，通常采用抛光盘、硅胶浆料(抛光浆料)和化学腐蚀剂，对每个晶片的一个表面或两个表面进行抛光，去除由前期操作引起的表面损伤，保证晶片是平面的。之后，常常需要在每个晶片的后表面上产生损伤，提供外部吸杂位点。传统上，对每个晶片的后表面进行磨料处理，例如气压喷磨或者多晶硅工艺，在后表面上产生损伤用于外部吸杂位点。在后表面上产生损伤的同时，必须保护晶片的前表面。然后清洗这些晶片，可以对前表面进行最终抛光。最后，在供给用户把晶片切割成半导体芯片之前检验晶片。
最终的晶片必须满足一定地表面平整度的要求。这种晶片必须抛光得特别平坦，以便通过例如电子束印制或光刻法，在其上(或者在其上淀积的层上)印刷电路。为了在电子束印制和光刻法中均匀成象，电子束描绘仪或光学印刷机的聚焦点中的晶片平整度是重要的。晶片表面的平整度直接影响器件线宽容量、工艺裕度、成品率和生产量。器件几何结构的持续减小和器件制造技术要求的精度提高，使得半导体晶片的制造要制备更平坦的晶片。为了实现更平坦的晶片，双面抛光已成为一种工艺选择。
但是，形成背侧损伤用于吸杂的传统方法对平整度有负面影响。处理半导体晶片的传统方法，要求在双面抛光之后进行处理，以便在晶片后表面上产生损伤，提供吸杂位点。在这种吸杂工艺之后，需要对晶片前表面上进行额外的抛光处理，去除处理形成的损伤。这种额外的处理可以严重地影响晶片的平整度。由于增加了工艺和处理，所以额外工序的成本高，需要特别的预防来保护前表面不受损伤。
发明概述
在本发明的几个目的之中，提供一种从单晶晶锭切割的半导体晶片的处理方法，能够减少整形每个晶片所需的处理；提供一种能够形成相当平坦的晶片的工艺；提供一种能够产生具有吸杂位点的晶片的工艺；提供一种能够在处理晶片中经济使用的工艺。
通常，本发明的方法用于处理从单晶锭切割的半导体晶片，该晶片具有前后表面和外围边缘，该方法包括对晶片前后表面进行研磨，减小晶片厚度，提高晶片的平整度。研磨工序在前后表面上产生损伤。该方法还包括对晶片前表面进行精细研磨，减少因研磨在前表面上引起的损伤，进一步减小晶片厚度。在精细研磨工序期间，后表面上的损伤保留不动。使用抛光浆料同时抛光晶片的前后表面，提高晶片的平整度，减少前后表面上的损伤。抛光之后在后表面上保留的晶片损伤多于前表面上的晶片损伤。后表面上保留的损伤有助于吸杂。
在本发明的另一个方案中，半导体晶片的处理方法包括对晶片前后表面进行研磨，减小晶片厚度，提高晶片的平整度。研磨工序在前后表面上产生损伤。该方法还包括同时抛光晶片的前后表面，以使从后表面去除的晶片材料少于从前表面去除的晶片材料。在后表面上保留的晶片损伤多于前表面上的晶片损伤。后表面上保留的损伤有助于吸杂。
通过以下详细说明，将可了解本发明的其它目的和优点。
附图简要说明
图1是本发明的半导体晶片处理方法的第一实施例的流程图。
图2是第二实施例的方法的流程图。
优选实施例的详细说明
图1展示了处理半导体晶片的优选方法，其中在双面抛光操作之前，对前表面进行精细研磨操作。这种方法制成的晶片具有用于吸杂位点的后表面损伤，但是不需要为了产生提供吸杂位点的后表面损伤所需要的后表面处理工序。换言之，不必对后表面进行的工序，也不用对前表面进行。
例如采用传统的内径锯或钢丝锯，从单晶锭切割预定初始厚度的半导体晶片。切割晶片一般是盘状和凸起的，具有外围边缘和相反的前后表面。对于本说明书的目的，前表面是指最终印制有器件的表面。每个晶片的初始厚度基本上大于要求的最终厚度，以便使随后的处理操作减小晶片厚度，但没有损伤或折断晶片的危险。例如，初始厚度可以在约800-950微米的范围内，而最终厚度约是700-750微米。
切割之后，超声清洗晶片，去除切割操作在晶片上沉积的磨粒和堆积物。使用传统的边缘研磨机(未示出)对晶片外围边缘成型轮廓(例如倒圆)，减少在进一步处理期间晶片碎裂或折断的危险。
然后把晶片置于传统的研磨设备(未示出)中，研磨前后表面，减小晶片厚度，提高晶片平整度。通过研磨操作减小的厚度还去除了因晶片切割操作引起的损伤。但是，研磨工序在前后表面上产生的损伤(特征损伤)，其具有的特性不同于因晶片切割操作引起的损伤。适当的研磨设备包括Peter Wolters Model No.AC1400和AC2000，这是由Peter Wolters Coporation，Plainville，MA制造的。研磨设备最好采用含有磨料的浆料，例如氧化铝或碳化硅，颗粒尺寸在5-30微米之间，最好是约15微米。研磨操作去除预定厚度的晶片材料，例如约40-120微米，最好是通过研磨操作去除约75-85微米。研磨设备以每分钟3-20微米的速率从晶片去除材料。传统的研磨设备的操作对于本领域技术人员来说是熟知的，因此不再进一步说明。
完成研磨操作之后，则清洗晶片并置于精细研磨设备(未示出)中，对晶片前表面进行精细研磨操作，减少由研磨工序在前表面上产生的损伤，进一步减小晶片厚度。后表面上的损伤在精细研磨操作期间保留不动。精细研磨设备最好是传统的垂直主轴环形研磨设备。适当的精细研磨设备是由Disco Corporation，Santa Clara，CA，制造的，商标名是DFG 840。这种设备包括装配在各个马达驱动主轴的一对研磨轮，主轴旋转研磨轮并且能够在垂直轴向上下移动。晶片被真空吸在支撑台的卡盘上，晶片的一个表面位于卡盘上，另一个表面以相对位置面对一个研磨轮。
当研磨轮被马达驱动主轴旋转时，主轴沿其垂直轴向降低与晶片接触，研磨掉晶片表面。主轴的垂直轴向从晶片中心偏移，以便仅使研磨轮的周边部位与晶片接触。在研磨轮与晶片接触的同时，晶片围绕其中心旋转，保证均匀地研磨晶片的前表面。该研磨设备所用的研磨轮，最好是本领域技术人员熟知的杯状树脂粘结金刚石研磨轮，包括树脂基体，其中浸有用于研磨硅的适当尺寸和材料的颗粒。浸在研磨轮树脂基体中的颗粒平均尺寸最好在0.5-7微米的范围内，在3-5微米范围内更好。
为了研磨掉晶片厚度而研磨轮向晶片送进的速度(或者称为研磨速度)在1-35微米/分钟的范围，在约15微米/分钟更好。精细研磨操作从晶片去除较少厚度，最好在5-20微米之间，约是10微米更好。应该知道，在不脱离本发明范围的条件下，精细研磨操作也可以使用仅有单个主轴和研磨轮的研磨设备。
在研磨工序与抛光工序之间最好不明显减少后表面上保留的损伤。精细研磨操作之后，最好采用本领域技术人员熟知的传统化学腐蚀操作，从晶片前表面去除颗粒物质。这种操作不是为了去除后表面上的损伤。采用稀释的腐蚀液，以使清洗工序去除不太多的晶片材料。一般，腐蚀操作将去除约1-2微米的晶片材料。
然后晶片进行传统的双面抛光操作(通常称为“双侧抛光”或“DSP”)，其中同时抛光两个表面，提高晶片平整度，减少前后表面上的损伤。在前后表面上减少的晶片损伤大致是相同的，但是在后表面上保留的晶片损伤多于前表面上的晶片损伤。后表面上保留的晶片损伤有助于后表面上的吸杂。对于研磨和DSP两个工序可以采用相同的设备，例如上述的AC1400或AC2000机器。DSP设备包括安装在旋转板上的抛光盘和供给盘-晶片界面的碱性胶体氧化硅浆料(抛光浆料)。适当抛光盘包括由Rodel Corporation，Newark，DE.制造的Model No.H-2和Suba 600。适当的浆料是由E.I.du Pont de Nemours and Co.制造的，商标名是SYTON。DSP工序最好去除约10-30微米的晶片厚度。最好以约0.5-3.5微米/分钟的速度去除厚度，约0.5-2微米/分钟更好。DSP工序最好去除前表面上的几乎全部损伤，同时在后表面上保留一定量的损伤用于吸杂位点。本领域的技术人员应该知道，在DSP工序必须去除的厚度通常与研磨工序中产生的损伤量相关地而变化。
对后表面上的损伤的一种测量是“氧化诱生堆垛层错”(OISF)的计数，其表明晶片表面上的损伤位点的密度。通常，后表面上最好有相对高的OISF计数有助于吸杂。本发明中，通过使用较大颗粒研磨磨料，例如约15微米的氧化铝颗粒，并且在DSP工序去除相对少量的晶片厚度，例如约6微米，来提高后表面的OISF计数。从以下讨论的例子可以了解这种关系。对于一般应用后表面的满意OISF计数应在约10000-40000计数/平方厘米之间，但是根据应用和用户要求，期望的数量可以有很大变化。
DSP工序把晶片平整为单表面抛光处理所不能达到的平整度。可以按照整体平整度变化参数来表征晶片平整度(例如，总厚度变化(“TTV”))或者按照局部位平整度变化参数(例如，位置总指示读数(Site Total Indicated Reading)(“STIR”))。TTV常常用于测量整体平整度变化，是晶片最大和最小厚度之差。STIR常常用于测量局部位置平整度变化，是晶片小面积表面与参考平面的最大正负偏差之和，参考平面平行于晶片后表面，并且在局部位置的中心与前表面交叉。关于晶片平整度特性的更详细讨论可见F.Shimura，Semiconductor Silicon Crvstal Technologv(AcademicPress 1989)，pp.191-195。例如，传统的抛光半导体晶片一般具有超过约1.0μm的TTV，和对于任何25mm×20mm位置超过约0.25μm的STIR(后参考中心聚焦)。本发明中DSP工序之后晶片的平均TTV和STIR明显降低。
DSP工序之后，采用传统的抛光设备对前表面进行最终抛光。最终抛光工序基本上消除了前表面上的损伤，因而减少了来自前表面的非镜面反射光。一般，在前表面抛光工序中去除约0.1-3微米的晶片厚度，这取决于DSP工序之后留下的划痕深度。但是，已经发现在最终抛光工序去除过多的材料，会降低晶片的平整度。在本发明范围内，省略了前表面最终抛光工序。
实例
根据图1所示并且如第一实施例所述的方法，处理直径为200mm的15片硅半导体晶片。采用15μm颗粒研磨浆料进行研磨操作，从每一晶片去除大约80微米(前后表面各40微米)的材料。然后对每一晶片的前表面进行精细研磨操作，再从晶片去除15-17微米的厚度。然后对每一晶片进行DSP操作，其中从晶片去除约5-6微米，从前后表面去除大致相等的量。DSP操作之后，一片晶片后表面的OISF计数测量为20000/平方厘米。
第二实施例
在图2所示的本发明第二实施例中，省略精细研磨工序。在此第二实施例中，如第一实施例所述，进行切割、超声清洗、边缘成型和研磨。只是研磨设备所用的磨料优选在约5-10微米之间。优选采用较小尺寸，因为对表面损伤小，这样减少了必须在DSP工序去除的晶片材料的量。然后清洗晶片，并且进行与第一实施例所述工序类似的DSP工序，只是从前表面去除的材料更多于后表面。
第二实施例的DSP工序最好从前表面去除几乎全部损伤，同时在后表面上保留一定量的损伤。后表面上的损伤位点有助于后表面的吸杂。DSP设备可以设置为从前表面去除的材料量明显不同于从后表面去除的材料量。这种“不同去除”例如可以通过相对于与后表面接触的下抛光盘的温度，提高与前表面接触的上抛光盘的温度来实现。各抛光盘的温度由与接触抛光盘的各板热连通的循环水控制。AC1400和AC2000型抛光机包括用于控制与上板连通的循环水温度的控制系统，和用于与下板连通的循环水的单独控制系统。该单独系统使使用者能够相对于下抛光盘提高上抛光盘的温度，从而从前表面去除比后表面更多的材料。另外，可以通过控制抛光盘达到旋转速度来实现不同去除。可以改变晶片与每个抛光盘的有效速度，例如下抛光盘按与晶片相同的方向和几乎相同的速度运动，同时上抛光盘按与晶片相反的方向运动。这样从前表面去除的材料将比后表面的相当多。
按与第一实施例相同的方式进行DSP工序之后的工序。最好在研磨和DSP工序之间不去除后表面上的损伤。除了清洗后表面之外，在研磨和DSP工序之间不对后表面进行任何处理更好。
如上所述，本发明的方法处理晶片直至并包括最终抛光操作，至此对晶片进行清洗、封装，并提供给用户。
从上述说明可见，实现了本发明的几个目的，并且获得了其它有利结果。在制造具有用于吸杂的后侧损伤的相对平整的晶片方面本发明显然更为有效。本发明取消了在后表面形成损伤所必需的传统处理工序。通常在研磨期间在两个表面上形成的损伤，在处理过程中被保留在后表面上。本发明减少了处理时间，因为在处理后表面时不必保护前表面。而且，本发明制造了相当平整的晶片，因为在双侧抛光之后，不必进行后侧损伤工序(该工序降低了平整度)。损伤“内置”于晶片后表面，因为在DSP工序之前从前表面去除的损伤多于后表面。这样，取消了传统的处理工序，制造的晶片相当平整。
介绍本发明或者其优选实施例的要素时，项目“一个”、“该”和“所述”的意思是指有一个或多个要素。术语“包括”和“具有”意思是指包含在内以及除了所列要素之外还可能有另外的要素。
虽然本发明对于各种改进和变化形式是敏感的，但是通过例子已经展示了其具体实施例并且详细地进行了说明。但是，应该知道，本发明并不限于这些特定公开形式，而是相反，本发明覆盖了处于权利要求书所限定的本发明的实质和范围之内的全部改进、等同和变化。