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晶圆边缘修剪方法

阅读：654发布：2021-03-01

IPRDB可以提供晶圆边缘修剪方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且一种晶圆边缘修剪方法，所述方法包括：提供待修剪晶圆，所述待修剪晶圆包括中心区以及环绕所述中心区的边缘区；涂覆保护层，所述保护层至少覆盖所述待修剪晶圆的边缘区；自涂覆有所述保护层的一侧对所述待修剪晶圆进行边缘研磨修剪，且边缘研磨修剪时的研磨线落入所述边缘区；去除所述保护层。本发明方案可以降低产生颗粒剥落的可能性，有助于提高良率。，下面是晶圆边缘修剪方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种晶圆边缘修剪方法，其特征在于，包括：提供待修剪晶圆，所述待修剪晶圆包括中心区以及环绕所述中心区的边缘区；

涂覆保护层，所述保护层至少覆盖所述待修剪晶圆的边缘区；

自涂覆有所述保护层的一侧对所述待修剪晶圆进行边缘研磨修剪，且边缘研磨修剪时的研磨线落入所述边缘区；

去除所述保护层。

2.根据权利要求1所述的晶圆边缘修剪方法，其特征在于，所述保护层的材料选自：光刻胶、氧化硅、氮化硅、橡胶、无定形硅以及无定形碳。

3.根据权利要求2所述的晶圆边缘修剪方法，其特征在于，所述保护层的材料为光刻胶，采用旋转涂覆工艺形成所述保护层。

4.根据权利要求1所述的晶圆边缘修剪方法，其特征在于，所述保护层覆盖所述待修剪晶圆的边缘区和中心区。

5.根据权利要求1所述的晶圆边缘修剪方法，其特征在于，所述去除所述保护层包括：采用干法刻蚀工艺，去除所述保护层。

6.根据权利要求5所述的晶圆边缘修剪方法，其特征在于，所述保护层的材料为光刻胶，所述干法刻蚀工艺的工艺参数为：刻蚀气体为含有氢气和氮气的氧气；

刻蚀温度为200℃至300℃。

7.根据权利要求5所述的晶圆边缘修剪方法，其特征在于，所述保护层的材料为氧化硅和/或氮化硅，所述干法刻蚀工艺的工艺参数选自：刻蚀气体为含碳的氟化物；

刻蚀温度为40℃至80℃。

8.根据权利要求1所述的晶圆边缘修剪方法，其特征在于，所述待修剪晶圆的正面形成有金属互联结构，所述保护层涂覆于所述待修剪晶圆的正面。

9.根据权利要求1所述的晶圆边缘修剪方法，其特征在于，所述待修剪晶圆包括器件晶圆和承载晶圆，所述器件晶圆的正面和承载晶圆的正面键合，所述保护层位于所述器件晶圆的背面。

10.根据权利要求1所述的晶圆边缘修剪方法，其特征在于，所述保护层向外延伸至覆盖所述待修剪晶圆的侧壁的至少一部分。

说明书全文

晶圆边缘修剪方法

技术领域

[0001] 本发明涉及半导体制造技术领域，尤其涉及一种晶圆边缘修剪方法。

背景技术

[0002] 在现有的半导体器件的制造过程中，存在多个步骤，需要采用金刚石刀片通过机械加工的方式对晶圆边缘进行修剪。具体地，例如在金属平坦化的步骤之后对晶圆边缘进行修剪，以消除晶圆边缘的应力；或者在正面键合器件晶圆和承载晶圆之后，容易在边缘位置发生器件晶圆和承载晶圆的贴合性不够的问题，通过晶圆边缘进行修剪，可以使保留下来的器件晶圆和承载晶圆的贴合性更强。

[0003] 然而，在现有技术中，由于晶圆边缘修剪工艺采用的是物理机械加工的方式，因此在晶圆的边缘容易产生颗粒(Particle)剥落的现象，进而颗粒容易落到整片晶圆上，导致良率降低。

发明内容

[0004] 本发明解决的技术问题是提供一种晶圆边缘修剪方法，可以降低产生颗粒剥落的可能性，有助于提高良率。

[0005] 为解决上述技术问题，本发明实施例提供一种晶圆边缘修剪方法，包括：提供待修剪晶圆，所述待修剪晶圆包括中心区以及环绕所述中心区的边缘区；涂覆保护层，所述保护层至少覆盖所述待修剪晶圆的边缘区；自涂覆有所述保护层的一侧对所述待修剪晶圆进行边缘研磨修剪，且边缘研磨修剪时的研磨线落入所述边缘区；去除所述保护层。

[0006] 可选的，所述保护层的材料选自：光刻胶、氧化硅、氮化硅、橡胶、无定形硅以及无定形碳。

[0007] 可选的，所述保护层的材料为光刻胶，采用旋转涂覆工艺形成所述保护层。

[0008] 可选的，所述保护层覆盖所述待修剪晶圆的边缘区和中心区。

[0009] 可选的，所述去除所述保护层包括：采用干法刻蚀工艺，去除所述保护层。

[0010] 可选的，所述保护层的材料为光刻胶，所述干法刻蚀工艺的工艺参数为：刻蚀气体为含有氢气和氮气的氧气；刻蚀温度为200℃至300℃。

[0011] 可选的，所述保护层的材料为氧化硅和/或氮化硅，所述干法刻蚀工艺的工艺参数选自：刻蚀气体为含碳的氟化物；刻蚀温度为40℃至80℃。

[0012] 可选的，所述待修剪晶圆的正面形成有金属互联结构，所述保护层涂覆于所述待修剪晶圆的正面。

[0013] 可选的，所述待修剪晶圆包括器件晶圆和承载晶圆，所述器件晶圆的正面和承载晶圆的正面键合，所述保护层位于所述器件晶圆的背面。

[0014] 可选的，所述保护层向外延伸至覆盖所述待修剪晶圆的侧壁的至少一部分。

[0015] 与现有技术相比，本发明实施例的技术方案具有以下有益效果：

[0016] 在本发明实施例中，提供待修剪晶圆，所述待修剪晶圆包括中心区以及环绕所述中心区的边缘区；涂覆保护层，所述保护层至少覆盖所述待修剪晶圆的边缘区；自涂覆有所述保护层的一侧对所述待修剪晶圆进行边缘研磨修剪，且边缘研磨修剪时的研磨线落入所述边缘区；去除所述保护层。采用上述方案，通过涂覆保护层，且所述保护层至少覆盖所述待修剪晶圆的边缘区，进而自涂覆有所述保护层的一侧对所述待修剪晶圆进行边缘研磨修剪，可以采用保护层对晶圆边缘进行预先保护，然后进行修剪。相比于现有技术中直接对晶圆边缘进行修剪，采用本发明实施例的方案，可以降低产生颗粒剥落的可能性，有助于提高良率。

[0017] 进一步地，所述保护层覆盖所述待修剪晶圆的边缘区和中心区，在本发明实施例中，对整片待修剪晶圆的表面进行全涂覆，相比于仅涂覆待修剪晶圆的边缘区域，可以复用现有的多种涂覆工艺，例如旋转涂覆工艺、化学沉积工艺等，有助于降低工艺复杂度和研发难度。

[0018] 进一步地，采用干法刻蚀工艺，去除所述保护层。在本发明实施例中，通过采用干法刻蚀工艺，相比于湿法刻蚀工艺，可以更好地控制刻蚀后的形貌，有助于避免刻蚀工艺对晶圆表面产生的影响。

附图说明

[0019] 图1至图2是现有技术中一种晶圆边缘修剪方法中各步骤对应的晶圆剖面结构示意图；

[0020] 图3是本发明实施例中一种晶圆边缘修剪方法的流程图；

[0021] 图4至图7是本发明实施例中一种晶圆边缘修剪方法中各步骤对应的晶圆剖面结构示意图。

具体实施方式

[0022] 在现有技术中，由于晶圆边缘修剪工艺采用的是物理机械加工的方式，因此在晶圆的边缘容易产生颗粒剥落的现象，进而颗粒容易落到整片晶圆上，导致良率降低。

[0023] 图1至图2是现有技术中一种晶圆边缘修剪方法中各步骤对应的晶圆剖面结构示意图。

[0024] 参照图1，提供待修剪晶圆100，采用研磨设备110对所述待修剪晶圆100进行边缘研磨修剪。

[0025] 其中，所述待修剪晶圆100可以包括中心区A以及环绕所述中心区A的边缘区B。

[0026] 在具体实施中，所述研磨设备110可以为圆筒状的金刚石刀片。具体地，可以对待修剪晶圆100进行中心旋转，并且采用旋转的圆筒状的金刚石刀片对所述待修剪晶圆100进行边缘研磨修剪，以降低待修剪晶圆100的边缘区B的厚度。其中，所述研磨设备110可以为一个或多个。

[0027] 参照图2，对所述待修剪晶圆100进行边缘研磨修剪之后，取走所述研磨设备110。

[0028] 在具体实施中，对待修剪晶圆100进行研磨修剪之后，容易发生研磨产生的颗粒140落到待修剪晶圆100上的问题，并且待修剪晶圆100的顶部表面与研磨设备110接触的区域容易发生磨损开裂的问题，也即图2中位置m、位置n对应的区域。

[0029] 本发明的发明人经过研究发现，在现有技术中，采用的是物理机械加工的方式，采用金刚石刀片与待修剪晶圆100直接接触并进行研磨修剪，因此容易在位置m、位置n等区域磨损待修剪晶圆100，并且在晶圆的边缘容易产生颗粒140剥落的现象，由于颗粒140容易落到整片待修剪晶圆100上并且不容易清除，在后续工艺中容易对修剪后的晶圆产生影响，尤其是在化学机械研磨(Chemical Mechanical Polishing，CMP)的工艺中发生划伤，进而使得良率降低。

[0030] 在本发明实施例中，提供待修剪晶圆，所述待修剪晶圆包括中心区以及环绕所述中心区的边缘区；涂覆保护层，所述保护层至少覆盖所述待修剪晶圆的边缘区；自涂覆有所述保护层的一侧对所述待修剪晶圆进行边缘研磨修剪，且边缘研磨修剪时的研磨线落入所述边缘区；去除所述保护层。采用上述方案，通过涂覆保护层，且所述保护层至少覆盖所述待修剪晶圆的边缘区，进而自涂覆有所述保护层的一侧对所述待修剪晶圆进行边缘研磨修剪，可以采用保护层对晶圆边缘进行预先保护，然后进行修剪。相比于现有技术中，直接对晶圆边缘进行修剪，采用本发明实施例的方案，可以降低产生颗粒剥落的可能性，有助于提高良率。

[0031] 为使本发明的上述目的、特征和有益效果能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。

[0032] 参照图3，图3是本发明实施例中一种晶圆边缘修剪方法的流程图。所述晶圆边缘修剪方法可以包括步骤S11至步骤S14：

[0033] 步骤S11：提供待修剪晶圆，所述待修剪晶圆包括中心区以及环绕所述中心区的边缘区；

[0034] 步骤S12：涂覆保护层，所述保护层至少覆盖所述待修剪晶圆的边缘区；

[0035] 步骤S13：自涂覆有所述保护层的一侧对所述待修剪晶圆进行边缘研磨修剪，且边缘研磨修剪时的研磨线落入所述边缘区；

[0036] 步骤S14：去除所述保护层。

[0037] 下面结合图4至图7对上述各个步骤进行说明。

[0038] 图4至图7是本发明实施例中一种晶圆边缘修剪方法中各步骤对应的晶圆剖面结构示意图。

[0039] 参照图4，提供待修剪晶圆200，所述待修剪晶圆200包括中心区A以及环绕所述中心区A的边缘区B；涂覆保护层220，所述保护层220至少覆盖所述待修剪晶圆200的边缘区B。

[0040] 在具体实施中，所述待修剪晶圆200可以根据具体的工艺制造阶段(Stage)而具有不同的形貌特征。如果在金属平坦化的步骤之后进行边缘研磨修剪，则所述待修剪晶圆200可以包括半导体衬底、半导体器件以及金属互联结构；如果在正面键合器件晶圆和承载晶圆之后进行边缘研磨修剪，则所述待修剪晶圆200可以包括半导体衬底、半导体器件、金属互联结构以及键合的承载晶圆。

[0041] 进一步地，所述保护层220至少覆盖所述待修剪晶圆200的边缘区B，可以是保护层220覆盖所述待修剪晶圆200的全部边缘区B和中心区A，还可以是保护层220覆盖所述待修剪晶圆200的边缘区B，例如暴露出中心区A的一部分。

[0042] 优选地，可以设置所述保护层220覆盖所述待修剪晶圆200的边缘区B和中心区A，也即设置为对整片待修剪晶圆200的表面进行全涂覆。

[0043] 在本发明实施例中，对整片待修剪晶圆200的表面进行全涂覆，相比于仅涂覆待修剪晶圆200的边缘区B，可以复用现有的多种涂覆工艺，例如旋转涂覆工艺以及化学沉积工艺，有助于降低工艺复杂度和研发难度。

[0044] 进一步地，所述保护层220的材料可以选自：光刻胶、氧化硅、氮化硅、橡胶、无定形硅以及无定形碳。

[0045] 具体地，所述保护层220可以具有质地软且易去除的特点，还可以为弹性材料，以对所述待修剪晶圆200进行更好的保护。

[0046] 在本发明实施例的一种具体实施中，所述保护层220的材料可以为光刻胶(Photo Resist)。

[0047] 具体地，光刻胶的成份是树脂和一些添加剂组成的碳氢聚合物，为有机物。

[0048] 进一步地，如果所述保护层220的材料为光刻胶，则可以采用旋转涂覆工艺形成所述保护层220。

[0049] 在本发明实施例的另一种具体实施中，所述保护层220的材料可以为橡胶。

[0050] 具体地，所述橡胶可以优选采用聚氨酯(PUR)，其成分为碳氢聚合物，例如可以由异氰酸酯与多元醇反应而制成的一种具有氨基甲酸酯链段重复结构单元的聚合物。

[0051] 在本发明实施例的再一种具体实施中，所述保护层220的材料可以为氧化硅、氮化硅。

[0052] 具体地，所述保护层220的材料可以仅为氧化硅、氮化硅中的一种，还可以为氧化硅、氮化硅的堆叠层。

[0053] 优选地，所述保护层220可以采用氧化硅、氮化硅的堆叠层。具体地，氧化硅层与氮化硅层的应力方向相反，采用所述堆叠层，有助于通过抵消作用减小保护层220对待修剪220晶圆200的应力，提高半导体器件的品质。

[0054] 其中，所述氧化硅例如可以为SiO2，所述氮化硅例如可以为Si3N4。作为半导体制造工艺中常用的介质材料，在本发明实施例中，对氧化硅、氮化硅的具体形成方法不作限制。

[0055] 在本发明实施例的又一种具体实施中，所述氮化硅例如可以为无定形硅(Amorphous Silicon)以及无定形碳(Amorphous Carbon)。

[0056] 当所述保护层220为除光刻胶之外的材料时，可以采用内部蒸汽氧化(In-situ Steam Generation，ISSG)工艺(又可以称为原位蒸汽氧化工艺)、原子层沉积(Atomic Layer Deposition，ALD)工艺、流体化学气相沉积(Flowable Chemical Vapor Deposition，FCVD)、等离子体化学气相沉积工艺、亚常压化学气相沉积工艺或低压化学气相沉积工艺，在所述待修剪晶圆的表面涂覆保护层220。

[0057] 参照图5，自涂覆有所述保护层220的一侧对所述待修剪晶圆200进行边缘研磨修剪，且边缘研磨修剪时的研磨线落入所述边缘区B。

[0058] 在具体实施中，自涂覆有所述保护层220的一侧可以视为待修剪晶圆200的待修剪面。

[0059] 进一步地，所述待修剪晶圆200的正面可以形成有金属互联结构，所述保护层220可以涂覆于所述待修剪晶圆200的正面。如果在金属平坦化的步骤之后进行边缘研磨修剪，则所述涂覆有所述保护层220的一侧可以为待修剪晶圆200的正面。

[0060] 进一步地，所述待修剪晶圆200可以包括器件晶圆和承载晶圆，所述器件晶圆的正面和承载晶圆的正面键合，所述保护层220可以位于所述器件晶圆的背面。如果在正面键合器件晶圆和承载晶圆之后进行边缘研磨修剪，则所述涂覆有所述保护层220的一侧可以为待修剪晶圆200的背面。

[0061] 需要指出的是，所述研磨线用于描述待修剪晶圆200被研磨设备210研磨之后暴露出的侧壁在垂直方向上形成的线条，所述垂直方向指的是垂直于晶圆顶部表面的方向。换言之，所述研磨线也是待修剪晶圆200与研磨设备210的接触线，更具体而言，是靠近晶圆中心的接触线。在图5示出的剖面结构示意图中，所述研磨线可以视为两条竖直线(如虚线所示)。

[0062] 在本发明实施例中，通过设置边缘研磨修剪时的研磨线落入所述边缘区B，可以确保研磨设备210的刀头先接触保护层220，再接触待修剪晶圆200。

[0063] 在具体实施中，所述研磨设备210可以为圆筒状的金刚石刀片。具体地，可以对待修剪晶圆200进行中心旋转，并且采用旋转的圆筒状的金刚石刀片对所述待修剪晶圆200进行边缘研磨修剪，以降低待修剪晶圆200的边缘区B的厚度。其中，所述研磨设备210可以为一个或多个。

[0064] 更进一步地，所述保护层220可以向外延伸至覆盖所述待修剪晶圆200的侧壁的至少一部分。

[0065] 具体地，所述待修剪晶圆200的侧壁往往为斜坡轮廓，可以设置所述保护层220向外延伸至覆盖所述斜坡轮廓的一部分或者全部。

[0066] 在本发明实施例中，通过设置所述保护层220可以向外延伸至覆盖所述待修剪晶圆200的侧壁的至少一部分，可以使保护层220对待修剪晶圆200的保护更加全面，有助于提高器件品质。

[0067] 参照图6，对所述待修剪晶圆200进行边缘研磨修剪之后，取走所述研磨设备210。

[0068] 在具体实施中，由于保护层220对待修剪晶圆200的保护作用，在研磨过程中，有助于减少因研磨而产生的颗粒240的数目，并且在研磨线的位置，也即待修剪晶圆200的顶部表面与研磨设备210接触的区域，不容易发生磨损开裂的问题，也即图6中位置a、位置b对应的区域。

[0069] 参照图7，去除保护层220。

[0070] 在具体实施中，可以采用干法刻蚀(Dry-Etch)工艺，去除所述保护层220。

[0071] 在本发明实施例中，通过采用干法刻蚀工艺，相比于湿法刻蚀工艺，可以更好地控制刻蚀后的形貌，有助于避免刻蚀工艺对晶圆表面产生的影响。

[0072] 进一步地，当所述保护层220的材料为光刻胶时，可以采用灰化(Ashing)工艺去除所述保护层220。

[0073] 具体地，所述干法刻蚀工艺的工艺参数可以为：

[0074] 刻蚀气体为含有氢气和氮气的氧气；

[0075] 刻蚀温度为200℃至300℃。

[0076] 可以理解的是，所述刻蚀温度不应当过高，否则有可能对待修剪晶圆200产生损伤；所述刻蚀温度不应当过低，否则容易发生光刻胶残留。作为一个非限制性的例子，可以设置刻蚀温度为200℃至300℃，优选地，可以设置刻蚀温度为250℃。

[0077] 更具体地，在刻蚀中，通过刻蚀气体的燃烧反应，可以将光刻胶转化为二氧化碳和水等容易去除的物质，在刻蚀设备中会通过泵将副产物抽掉并排出。

[0078] 更进一步地，反应时长可以根据所涂光刻胶的厚度来定。

[0079] 在反应过程中，可以依据以下化学反应式进行反应：有机物+O2——>CO2+H2O。

[0080] 进一步地，当所述保护层220的材料为橡胶，例如PUR时，由于其成分也为碳氢聚合物，因此可以依据与去除光刻胶相同的化学式，相近的干法刻蚀工艺参数，对所述保护层220进行去除。

[0081] 进一步地，当所述保护层220的材料为氧化硅和/或氮化硅时，可以采用含碳的氟化物去除所述保护层220。

[0082] 具体地，所述干法刻蚀工艺的工艺参数可以为：

[0083] 刻蚀气体为含碳的氟化物；

[0084] 刻蚀温度为40℃至80℃。

[0085] 其中，所述含碳的氟化物可以为碳氟(CXFY)类的气体，其中，具体的碳氟比可以根据实际情况确定。

[0086] 更进一步地，反应时长可以根据所涂光刻胶的厚度来定。

[0087] 在具体实施中，反应副产物为容易去除的气体和液体(例如：四氟化硅)。

[0088] 以CF2为例，在反应过程中，可以依据以下化学反应式进行反应：SiO2+2CF2--->SiF4+2CO；其中，SiF4为挥发性气体。

[0089] 可以理解的是，所述刻蚀温度不应当过高，否则有可能对待修剪晶圆200产生损伤；所述刻蚀温度不应当过低，否则容易发生光刻胶残留。作为一个非限制性的例子，可以设置刻蚀温度为40℃至80℃，优选地，可以设置刻蚀温度为60℃。

[0090] 在本发明实施例中，通过涂覆保护层220(参照图6)，且所述保护层220至少覆盖所述待修剪晶圆200的边缘区，进而自涂覆有所述保护层220的一侧对所述待修剪晶圆200进行边缘研磨修剪，可以采用保护层220对晶圆边缘进行预先保护，然后进行修剪。相比于现有技术中，直接对晶圆边缘进行修剪，采用本发明实施例的方案，可以降低产生颗粒剥落的可能性，有助于提高良率。

[0091] 虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

标题	发布/更新时间	阅读量
修剪装置-专利编号CN105768307B	2020-05-11	502
修剪装置-专利编号CN100478148C	2020-05-13	856
修剪刀片-专利编号CN102689317A	2020-05-13	759
修剪设备-专利编号CN101371641B	2020-05-11	999
修剪工具-专利编号CN109413994A	2020-05-12	606
修剪机-专利编号CN107750590A	2020-05-12	975
修剪装置-专利编号CN103283505A	2020-05-13	128
修剪机-专利编号CN102497772A	2020-05-11	95
修剪设备-专利编号CN101371641A	2020-05-11	671
修剪器-专利编号CN1208547A	2020-05-12	79

晶圆边缘修剪方法

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