薄半導(dǎo)體芯片及其制造方法

專(zhuān)利名稱(chēng)：薄半導(dǎo)體芯片及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總的涉及半導(dǎo)體芯片的制造方法和由此制成的半導(dǎo)體芯片。更具體地，涉及半導(dǎo)體器件晶片的減薄和用減薄的半導(dǎo)體器件晶片制成的半導(dǎo)體芯片。
背景技術(shù)：
近年來(lái)，在化合物半導(dǎo)體領(lǐng)域已不斷地制造出高密度和高集成的器件。隨著移動(dòng)通信設(shè)備變得越來(lái)越小型化和輕量化，設(shè)備變得越來(lái)越精細(xì)。隨著芯片面積變得越來(lái)越小，設(shè)備的熱阻變得越來(lái)越高。因此要想獲得高性能和高可靠性的設(shè)備就必須降低設(shè)備的熱阻。為此，已采用了各種提高熱輻射效應(yīng)的設(shè)計(jì)。減小設(shè)備熱阻的最有效的方法是在半導(dǎo)體晶片上形成集成電路元件的圖形，之后減薄半導(dǎo)體晶片，以增加輻射到半導(dǎo)體晶片背面的熱量。
圖6顯示出半導(dǎo)體器件晶片1的常規(guī)減薄方法。在半導(dǎo)體器件晶片1的表面上涂覆保護(hù)性抗蝕劑2來(lái)減薄半導(dǎo)體器件晶片1。之后半導(dǎo)體器件晶片1的涂覆保護(hù)性抗蝕劑的表面用電子蠟3牢固粘接到真空抽吸底座4上。之后，在真空下，將真空抽吸底座4吸附到打磨底座5上并對(duì)晶片進(jìn)行減薄。為了減薄半導(dǎo)體器件晶片1，可以使用利用砂輪(grindstone)來(lái)打磨半導(dǎo)體器件晶片1的方法、或用研磨材料拋光或研磨半導(dǎo)體器件晶片1的方法。在打磨半導(dǎo)體器件晶片1時(shí)，通常用顆粒直徑不小于40μm的砂輪，并在流水下進(jìn)行打磨加工。在半導(dǎo)體器件晶片1被拋光或研磨的情況下，使用顆粒直徑在3μm到9μm范圍內(nèi)的金剛石油性研磨材料(diamond oil abrasivematerial)和潤(rùn)滑油。附圖標(biāo)記7表示研磨臺(tái)板。
砂輪的顆粒直徑大于研磨材料的顆粒直徑。因此，用打磨方法時(shí)，減薄的速度更快，但是砂輪會(huì)對(duì)半導(dǎo)體器件晶片1的表面造成例如深劃痕的損傷。因此，磨薄半導(dǎo)體器件晶片1時(shí)，晶片可能破碎。打磨可以使半導(dǎo)體器件晶片1的厚度減薄至約150μm。為了將半導(dǎo)體器件晶片1的厚度減薄至小于150μm，通常采用研磨。研磨中，用其顆粒直徑小于砂輪的顆粒直徑的研磨材料，并且采用光滑且對(duì)半導(dǎo)體器件晶片1的表面損壞程度小的油性研磨材料。
對(duì)于減薄研磨比Si襯底更容易破碎的GaAs襯底尤其需要注意。例如，GaAs襯底用作半導(dǎo)體器件晶片1時(shí)，用能批量生產(chǎn)的打磨來(lái)將其厚度減少到150μm或更薄。但是，如上所述，打磨不能用于使半導(dǎo)體器件晶片1的厚度減薄至100μm或更薄。
當(dāng)要求GaAs襯底厚度減薄到100μm以下時(shí)，用研磨的方法。但是，用水性研磨材料研磨GaAs襯底時(shí)，會(huì)對(duì)GaAs襯底造成很大的損傷。因此通常用對(duì)GaAs襯底損傷較小的油性研磨材料。
然而，即使用油性研磨材料，其尺寸不小于3英寸的GaAs半導(dǎo)體器件晶片容易在夾持、清潔、進(jìn)給和/或安裝過(guò)程中破碎。因此不利地，在用常規(guī)方法減薄半導(dǎo)體器件晶片過(guò)程中存在限制(80μm)。
在打磨方法和研磨方法兩者中，都需要用電子蠟(electron wax)3把半導(dǎo)體器件晶片1粘接到真空抽吸底座4上，在半導(dǎo)體器件晶片1減薄后再將其從真空抽吸底座4上分離，并洗去蠟和研磨材料。因此，減薄半導(dǎo)體器件晶片1用的時(shí)間多成本高。特別是，用油性研磨材料時(shí)更是如此。作為油性研磨材料，通常用高粘度油潤(rùn)滑的材料。因此，潤(rùn)滑材料的油殘留在半導(dǎo)體器件晶片1的研磨表面的凹凸(irregularity)中。用有機(jī)清潔劑很難完全除去殘留的油。因此，必須用鏡面拋光處理來(lái)物理地去除殘留的油。但是在批量生產(chǎn)中用鏡面拋光效率極低。
當(dāng)油殘留在半導(dǎo)體器件晶片1的研磨表面(背面)上時(shí)，油會(huì)對(duì)后續(xù)工序中鍍?cè)诎雽?dǎo)體器件晶片1的背面上的金屬層的粘接性造成負(fù)面影響。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的是提供半導(dǎo)體芯片的一種制造方法及其制成的高性能和高可靠性半導(dǎo)體芯片，該方法包括一種減薄工藝，該工藝防止了半導(dǎo)體器件晶片破碎和污染，可使半導(dǎo)體器件晶片的厚度減薄到比以前更小，且便于半導(dǎo)體器件晶片從真空抽吸底座上分離和在后續(xù)階段中對(duì)其進(jìn)行清潔。
為達(dá)到上述目的，按本發(fā)明的一個(gè)方面的半導(dǎo)體芯片制造方法中，制備有半導(dǎo)體襯底和在半導(dǎo)體襯底上形成的器件的半導(dǎo)體器件晶片，之后將半導(dǎo)體器件晶片用雙面粘接片粘接到支承板上，由此將半導(dǎo)體器件晶片、雙面粘接片和支承板彼此結(jié)合在一起。之后，對(duì)與雙面粘接片和支承板結(jié)合的半導(dǎo)體器件晶片進(jìn)行利用水的減薄處理。
根據(jù)該結(jié)構(gòu)，在對(duì)用雙面粘接片粘接到支承板上的半導(dǎo)體器件晶片進(jìn)行減薄處理的過(guò)程中，雙面粘接片用作半導(dǎo)體器件晶片的吸振層。因此，即使在減薄處理中通過(guò)高速旋轉(zhuǎn)半導(dǎo)體器件晶片來(lái)對(duì)其進(jìn)行打磨，半導(dǎo)體器件晶片也難以破碎。此外，由于在減薄處理中用水，所以不必用潤(rùn)滑油和冷卻劑。因此，由于對(duì)其只用水，所以容易完成清潔處理。
雙面粘接片在其一面上可以具有厚度不小于20μm且不大于100μm的粘接劑層，從而在減薄操作中用作半導(dǎo)體器件晶片的減震器。如果粘接層的厚度小于20μm，則粘接層不能具有足夠的緩沖性能。另一方面，如果粘接層的厚度大于100μm，則由于減薄操作會(huì)出現(xiàn)面內(nèi)的厚度分布。
在一個(gè)實(shí)施例中，作為雙面粘接片，采用在其一個(gè)面上有熱發(fā)泡粘接層或光敏粘接層的雙面粘接片。
在該實(shí)施例中，在減薄處理中，雙面粘接片的熱發(fā)泡粘接層或光敏粘接層起緩沖介質(zhì)的作用，即，對(duì)半導(dǎo)體器件晶片起減震作用。當(dāng)雙面粘接片在其一個(gè)表面上有熱發(fā)泡粘接層時(shí)，通過(guò)加熱導(dǎo)致的熱發(fā)泡粘接劑的發(fā)泡或膨脹使得半導(dǎo)體器件晶片能從支承板分離。當(dāng)雙面粘接片在其一個(gè)表面上有光敏粘接層時(shí)，光輻射引起的光敏粘接層的硬化使半導(dǎo)體器件晶片與支承板分開(kāi)。因此被減薄的半導(dǎo)體器件晶片易于分離。
在一個(gè)實(shí)施例中，雙面粘接片的熱發(fā)泡粘接層或光敏粘接層的厚度不小于20μm且不大于100μm。
如果熱發(fā)泡粘接層的厚度或光敏粘接層的厚度小于20μm，它們無(wú)法具有作為吸振層的足夠緩沖性能，且具有小的粘接力。另一方面，如果熱發(fā)泡粘接層或光敏粘接層的厚度大于100μm，則會(huì)因減薄操作而出現(xiàn)面內(nèi)厚度分布。在實(shí)施例中，熱發(fā)泡粘接層和光敏粘接層的厚度在20μm和100μm之間，包括20μm和100μm。因此，無(wú)論形成哪一種粘接層，粘接層優(yōu)選地作為吸振層。
在一個(gè)實(shí)施例中，在減薄處理中進(jìn)行帶水打磨(aqueous grnding)，且減薄處理中所用的砂輪的顆粒直徑設(shè)定為不小于1μm且不大于8μm。
由于實(shí)施例中半導(dǎo)體器件晶片用顆粒直徑在1到8μm(包括1和8μm)的砂輪打磨，所以半導(dǎo)體器件晶片的打磨后的表面的凹凸的最大高度為3μm或更小。這種情況下，打磨引起的損壞層的厚度小，且最大厚度是約20μm。由于僅打磨處理對(duì)晶片導(dǎo)致了該小損傷，因此，即使半導(dǎo)體器件晶片，更具體地是晶片半導(dǎo)體襯底被打磨到30至70μm的厚度范圍內(nèi)，包括30和70μm，也能防止所得的半導(dǎo)體器件晶片破碎。
在一個(gè)實(shí)施例中，為了減小半導(dǎo)體器件晶片的損壞層，在采用水的減薄處理中，在完成帶水打磨后進(jìn)行研磨，且將水性研磨劑(aqueous abrasiveagent)用于研磨。
按該實(shí)施例，進(jìn)行兩級(jí)減薄操作，即，通過(guò)利用水進(jìn)行打磨操作和研磨操作。因此半導(dǎo)體器件晶片的打磨后的表面的凹凸的最大高度減小到0.2μm或更小。因此，半導(dǎo)體器件晶片的損壞層的最大厚度變到5μm內(nèi)。因此可以使晶片的半導(dǎo)體襯底厚度減薄到20μm。
在該實(shí)施例中，用水性研磨材料進(jìn)行研磨操作。因而與用油性研磨材料的常規(guī)方法不同，不需要除油的鏡面拋光操作和清潔操作。因此，總體上，大大縮短了半導(dǎo)體芯片制造所需的加工時(shí)間。而且晶片的研磨表面不被油污染。因此在以后的工藝中在研磨表面上形成鍍層時(shí)，防止了鍍層從半導(dǎo)體器件晶片脫離。
在一個(gè)實(shí)施例中，在進(jìn)行減薄處理中，與支承板和雙面粘接片結(jié)合在一起的半導(dǎo)體器件晶片通過(guò)真空抽吸固定到底座上。因此，與常規(guī)的用蠟把半導(dǎo)體器件晶片粘接到底座上的方法不同，不再需要減薄操作后除去晶片上的蠟。因而大大提高了批量生產(chǎn)的效率。
在一個(gè)實(shí)施例中，底座的抽吸表面的凹凸部分的最大高度在1μm內(nèi)。
如果在真空下與支承板粘接的底座的抽吸表面的凹凸部分的最大高度大于1μm，那么通過(guò)抽吸將支承板固定到底座上的力太小，以至于不能經(jīng)受高速旋轉(zhuǎn)打磨。在實(shí)施例中，底座的抽吸表面的凹凸部分的最大高度在1μm內(nèi)。因此能獲得大到足以承受高速旋轉(zhuǎn)打磨的固定力。因此通過(guò)打磨可以使晶片的半導(dǎo)體襯底的厚度減薄到30-70μm，包括30和70μm。
按本發(fā)明另一方面的半導(dǎo)體芯片有厚度范圍在約20-70μm的半導(dǎo)體襯底，并在半導(dǎo)體襯底上形成至少一個(gè)器件。
可以用本發(fā)明的上述方法制造該半導(dǎo)體芯片。由于半導(dǎo)體芯片的半導(dǎo)體襯底的厚度小至約20-70μm，所以可以提高半導(dǎo)體襯底背面的熱釋放。因此可以制成有高性能和高可靠性的、且小而輕的半導(dǎo)體芯片。


通過(guò)以下結(jié)合附圖的詳細(xì)描述將能更充分理解本發(fā)明，附圖只是為了說(shuō)明本發(fā)明而不是對(duì)本發(fā)明的限制，附圖中圖1A到1E顯示本發(fā)明的半導(dǎo)體芯片的制造方法中半導(dǎo)體器件晶片的減薄操作的過(guò)程；圖2是顯示圖1A-1D所示的熱發(fā)泡粘接片結(jié)構(gòu)的剖視圖；圖3A是示出圖1B所示真空抽吸底座的平面圖；圖3B是沿圖3A中3B-3B線(xiàn)剖開(kāi)的剖視圖；圖4示出了打磨后的GaAs半導(dǎo)體器件晶片的表面凹凸的最大高度與砂輪的顆粒直徑之間的關(guān)系；圖5顯示了常規(guī)減薄處理所需的時(shí)間周期與本發(fā)明第二實(shí)施例的減薄處理所需的時(shí)間周期的比較；圖6是說(shuō)明半導(dǎo)體器件晶片減薄的常規(guī)方法的示意圖；以及圖7是用本發(fā)明制造方法制造的半導(dǎo)體芯片的例子的示意圖。
具體實(shí)施例方式
以下參見(jiàn)附圖描述本發(fā)明。
(第一實(shí)施例)圖1A到1E顯示按第一實(shí)施例的半導(dǎo)體芯片制造方法中半導(dǎo)體器件晶片的減薄過(guò)程。參見(jiàn)圖1A到1E，以下具體描述半導(dǎo)體器件晶片減薄工藝。如圖1A所示，首先，用熱發(fā)泡粘接片12作雙面粘接片將半導(dǎo)體器件晶片11固定到硅制成的支承板13上。半導(dǎo)體器件晶片11有直徑為3英寸厚度為600μm的GaAs襯底和在GaAs襯底的正面上形成的大量器件(未示出)。根據(jù)器件類(lèi)型，器件的厚度范圍在約1-10μm，所以，半導(dǎo)體器件晶片11的總厚度是約601-610μm。按公知技術(shù)制備半導(dǎo)體器件晶片11。直徑為3英寸厚度為380μm的硅片用作支承板13。在減薄GaAs半導(dǎo)體器件晶片11后進(jìn)行局部鍍覆GaAs半導(dǎo)體器件晶片11背面的工藝情況下，可以用玻璃制造的支承板作為支承板13，以將局部鍍覆圖形與器件的匹配。
熱發(fā)泡粘接片12有兩個(gè)粘接表面。熱發(fā)泡粘接片12的其上有熱發(fā)泡粘接劑并可在130℃脫離的一面粘接到GaAs半導(dǎo)體器件晶片11的其上形成有器件的表面上。熱發(fā)泡粘接片12的其上有普通粘接劑的另一面粘接到支承板1 3的表面上。作為熱發(fā)泡粘接片12，可以用Nito Denko公司制造的可熱分離片。
圖2是熱發(fā)泡粘接片12的結(jié)構(gòu)剖視圖。熱發(fā)泡粘接片12包括基膜21，被覆到基膜21的一個(gè)表面上的由熱發(fā)泡粘接劑構(gòu)成的熱發(fā)泡粘接層22，以及被覆到基膜21的另一個(gè)表面上的由普通粘接劑構(gòu)成的普通接層23?？梢杂霉饷粽辰觿?gòu)成的光敏粘接層代替熱發(fā)泡粘接層22。這種情況下，用光輻射光敏粘接層使GaAs半導(dǎo)體器件晶片11與光敏粘接層分開(kāi)。
熱發(fā)泡粘接片12的熱發(fā)泡粘接層22足夠厚以起到緩沖介質(zhì)的作用，即起到用于粘接的半導(dǎo)體器件晶片11的吸振作用。因此，由于使用了熱發(fā)泡粘接層22，即使在高速旋轉(zhuǎn)的同時(shí)打磨半導(dǎo)體器件晶片11，半導(dǎo)體器件晶片11也不容易破碎，且可以被更大程度地減薄。熱發(fā)泡粘接層22的厚度或光敏粘接層的厚度范圍優(yōu)選地在20-100μm，以使它們用作吸振層。如果熱發(fā)泡粘接層22的厚度或光敏粘接層的厚度小于20μm，那么作為吸振層它們不會(huì)有足夠的緩沖性能。因而，在用于減薄半導(dǎo)體器件晶片11的打磨處理或研磨處理中，易于造成半導(dǎo)體器件晶片11破碎。如果熱發(fā)泡粘接層22的厚度或光敏粘接層的厚度進(jìn)一步減薄到厚度約為10μm，那么它們的粘接強(qiáng)度將下降，于是使半導(dǎo)體器件晶片11很難固定其上。另一方面，如果熱發(fā)泡粘接層22或光敏粘接層的厚度大于100μm，則它們具有足夠的緩沖性能，但是會(huì)出現(xiàn)由打磨或研磨加工引起的面內(nèi)厚度分布，造成厚度不均勻。因而熱發(fā)泡粘接層22或光敏粘接層的厚度范圍優(yōu)選在20至100μm。
如圖1B所示，粘接在一起的半導(dǎo)體器件晶片11、熱發(fā)泡粘接片12和支承板13通過(guò)真空抽吸直接固定到真空抽吸底座14上。真空抽吸底座14有貫穿其中形成的真空抽吸孔15。真空抽吸孔15經(jīng)研磨板16的通孔連接到真空泵，以抽取支承板13與真空抽吸底座14之間的空氣。
要求進(jìn)行真空抽吸的真空抽吸強(qiáng)度要足夠高，以抵抗半導(dǎo)體器件晶片11被打磨時(shí)半導(dǎo)體器件晶片11與高速旋轉(zhuǎn)的砂輪之間產(chǎn)生的摩擦力。由于通常的真空抽吸中真空抽吸底座的表面凹凸的最大高度是約5μm，所以吸力不足以承受高速打磨。但是第一實(shí)施例中用的真空抽吸底座14是用平板陶瓷或玻璃構(gòu)成的，它們的表面凹凸的最大高度在約1μm內(nèi)。因此，第一實(shí)施例中的真空抽吸底座14與支承板13的附著力大于用普通真空抽吸底座時(shí)的附著力。如圖3所示，穿過(guò)真空抽吸底座14形成5個(gè)或多個(gè)真空抽吸孔15，以增大抽吸力，每個(gè)真空抽吸孔15的直徑不小于5mm。因而能增大支承板13固定到真空抽吸底座14上的強(qiáng)度至一程度，以承受打磨或研磨操作?？梢愿呖煽亢透呔鹊販p薄半導(dǎo)體器件晶片而不會(huì)使半導(dǎo)體器件晶片受到蠟或其他材料的污染。
其后，如圖1B所示，半導(dǎo)體器件晶片11的背面經(jīng)打磨減薄到70μm厚。這種情況下，用轉(zhuǎn)速為550rpm的砂輪17打磨半導(dǎo)體器件晶片11的背面，冷卻水18在其上流動(dòng)。半導(dǎo)體器件晶片11的轉(zhuǎn)數(shù)設(shè)定為300rpm。砂輪17的顆粒直徑大時(shí)，可以減少打磨時(shí)間。但是會(huì)大大損壞半導(dǎo)體器件晶片11，如此打磨的半導(dǎo)體器件晶片11的背面粗糙。
圖4顯示出打磨過(guò)的GaAs半導(dǎo)體器件晶片11的表面凹凸的最大高度與砂輪17的顆粒直徑的關(guān)系。如圖4所示，用其顆粒直徑為約40μm或更小的砂輪17，可以獲得表面凹凸最大高度為約4μm或更小的半導(dǎo)體器件晶片11。為了使半導(dǎo)體器件晶片11的表面凹凸最大高度減至3μm或更小，應(yīng)該用顆粒直徑不小于1μm但不大于8μm的砂輪17。第一實(shí)施例中，用其顆粒直徑為2μm的砂輪17將厚度為600μm的GaAs半導(dǎo)體襯底打磨到30μm厚。這種情況下，半導(dǎo)體器件晶片11的表面凹凸最大高度可以減小到約1μm。這種情況下，半導(dǎo)體器件晶片11的整個(gè)打磨表面可以變得光滑。這種情況下，用約10分鐘打磨半導(dǎo)體器件晶片11。
之后，如圖1C所示，從真空抽吸底座14上取下粘接在一起的減薄的半導(dǎo)體器件晶片11、熱發(fā)泡粘接片12和支承板13，以對(duì)其進(jìn)行清洗。之后，通過(guò)采用磷酸腐蝕劑進(jìn)行腐蝕來(lái)除去半導(dǎo)體器件晶片11的打磨表面上形成的氧化膜約1μm。
如圖1D所示，進(jìn)行蒸發(fā)和鍍金(Au)的背面金屬鍍膜工藝，以在半導(dǎo)體器件晶片11的打磨表面上形成背面金屬層19。金被蒸發(fā)到0.2μm厚且被鍍至5μm厚。背面金屬鍍膜不限于金的蒸發(fā)和鍍覆，而可以蒸發(fā)金并鍍銅(5μm)，然后再將金蒸發(fā)至0.02μm厚以防止銅氧化。
之后，與熱發(fā)泡粘接片12和支承板13結(jié)合在一起的半導(dǎo)體器件晶片11被加熱到130℃。之后，熱發(fā)泡粘接片12的熱發(fā)泡粘接層22發(fā)泡，且已減薄和鍍膜的半導(dǎo)體器件晶片11與熱發(fā)泡粘接片12分離，從而與支承板13分離。之后清潔半導(dǎo)體器件晶片11的鍍膜表面。之后如圖1E所示，切片(dicing sheet)20粘接到半導(dǎo)體器件晶片11的鍍膜表面上，以通過(guò)分割或斷開(kāi)而將半導(dǎo)體器件晶片11分割成多個(gè)獨(dú)立的半導(dǎo)體芯片。
圖7適應(yīng)性示出如此獲得的半導(dǎo)體芯片3。半導(dǎo)體芯片3具有半導(dǎo)體襯底部分31、包括形成在半導(dǎo)體襯底上的至少一個(gè)器件的器件部分32、以及背面金屬鍍層33。第一實(shí)施例中，半導(dǎo)體襯底31的厚度是30μm，但是器件部分32沒(méi)有恒定的厚度，而是具有取決于器件類(lèi)型的在約1-10μm范圍內(nèi)變化的略微不均勻的厚度(例如，在場(chǎng)效應(yīng)晶體管(FET)情形下為約1-3μm，在異質(zhì)結(jié)雙極型晶體管(HBT)的情形下為幾微米到約10μm)。由于本發(fā)明不在于器件部分32本身的結(jié)構(gòu)，所以圖中沒(méi)有示出器件部分32的細(xì)節(jié)。應(yīng)該知道，本發(fā)明可以用于器件部分32的任何結(jié)構(gòu)。
已經(jīng)證明，用顆粒直徑為2μm的砂輪17減薄半導(dǎo)體器件晶片11，即使在半導(dǎo)體襯底被研磨到30μm厚時(shí)，也難以使半導(dǎo)體器件晶片11在其打磨表面上受損或破碎。
如上所述，第一實(shí)施例中，在通過(guò)真空抽吸把半導(dǎo)體器件晶片11固定到真空抽吸底座14上的過(guò)程中，有熱發(fā)泡粘接層22和普通粘接層23的熱發(fā)泡粘接片12固定到硅構(gòu)成的支承板13上，且熱發(fā)泡粘接層22粘接到半導(dǎo)體器件晶片11上。從而使半導(dǎo)體器件晶片11、熱發(fā)泡粘接片12和支承板13結(jié)合在一起。
因此，通過(guò)將熱發(fā)泡粘接層22的厚度設(shè)定在20μm至100μm的范圍內(nèi)，可以在打磨半導(dǎo)體器件晶片11的過(guò)程中使熱發(fā)泡粘接層22起吸振層的作用。因此，半導(dǎo)體器件晶片11在其被高速旋轉(zhuǎn)打磨時(shí)難以開(kāi)裂破碎。從而，即使半導(dǎo)體器件晶片11用容易損壞的GaAs半導(dǎo)體襯底時(shí)，也可以使半導(dǎo)體襯底的厚度減薄到約30μm-70μm的范圍內(nèi)。那時(shí)，通過(guò)用其顆粒直徑范圍在1μm至8μm的砂輪，可以使半導(dǎo)體器件晶片11的打磨過(guò)的表面的表面凹凸最大高度減小到3μm或更小。
在常規(guī)的打磨操作中，使用粒徑不小于100μm的砂輪。因此，在常規(guī)打磨操作中打磨的半導(dǎo)體器件晶片的表面凹凸最大高度不小于10μm。因此大大損傷了半導(dǎo)體器件晶片。對(duì)半導(dǎo)體器件晶片的損壞主要與砂輪的顆粒直徑、打磨速度和施加到晶片上的壓力有關(guān)。被打磨所損壞的晶片層的厚度是打磨表面的凹凸的最大高度的10-20倍。因此為了減小損傷層的厚度，減小打磨表面的凹凸的最大高度是最有效的。即，如第一實(shí)施例所述，通過(guò)將砂輪的顆粒尺寸限制到小至1μm至8μm，并優(yōu)化打磨速度和施加到半導(dǎo)體器件晶片上的壓力，則可以減小半導(dǎo)體器件晶片11與砂輪17之間的碰撞程度。從而使打磨表面的凹凸的最大高度減小到3μm或更小。因此，即使半導(dǎo)體器件晶片11被打磨到小至30μm至70μm的厚度，也難以損傷和破碎。
由于熱發(fā)泡粘接層22在其被加熱到130℃時(shí)發(fā)泡或膨脹，所以半導(dǎo)體器件晶片11可容易地從熱發(fā)泡粘接片12和與熱發(fā)泡粘接片12結(jié)合在一起的支承板13上分開(kāi)。因此，與用蠟把半導(dǎo)體器件晶片固定到真空抽吸底座14上的方法不同，可以防止半導(dǎo)體器件晶片被蠟污染。
而且，第一實(shí)施例中，作為真空抽吸底座14，用其表面凹凸最大高度在1μm內(nèi)的平板陶瓷或玻璃，且穿過(guò)真空抽吸底座14形成直徑不小于5mm的5個(gè)或多個(gè)真空抽吸孔15。因此，支承板13對(duì)真空抽吸底座14的附著力高于支承板13對(duì)常規(guī)真空抽吸底座的附著力，使得固定強(qiáng)度能抵御高速打磨。因此不必用采用油性研磨材料的研磨方法，免除了用于消除殘留油的鏡面拋光。因此可以進(jìn)行批量生產(chǎn)。
迄今為止，必須在晶片中制造的器件表面上被覆保護(hù)性抗蝕劑，以防止器件因?qū)ζ浔砻孢M(jìn)行的長(zhǎng)時(shí)間研磨而污染。與常規(guī)方法不同，第一實(shí)施例中用打磨而不是研磨來(lái)減薄半導(dǎo)體器件晶片11。因此可以縮短減薄時(shí)間，且免除對(duì)器件表面被覆保護(hù)性抗蝕劑來(lái)保護(hù)器件的工藝、以及從其上除去保護(hù)性抗蝕劑的工藝。
第一實(shí)施例中，進(jìn)行帶水打磨，且通過(guò)經(jīng)由熱發(fā)泡粘接片12來(lái)粘接支承板1 3并通過(guò)真空抽吸來(lái)固定半導(dǎo)體器件晶片11。因此與常規(guī)方法不同，不必用蠟或油，且在切割工藝中僅借助高速?lài)娝涂梢郧鍧嵠骷砻?。因此容易?shí)現(xiàn)半導(dǎo)體器件晶片11的清潔和分離。因此，在分離操作中防止了半導(dǎo)體器件晶片11的破碎或斷裂。
從以上描述清晰看到，第一實(shí)施例中，可以大大提高產(chǎn)量和產(chǎn)率。半導(dǎo)體器件晶片通過(guò)切割工序而分出的多個(gè)獨(dú)立半導(dǎo)體芯片均具有厚度減薄到30μm-70μm的半導(dǎo)體襯底。因此，可以增加半導(dǎo)體襯底背面的熱輻射，于是實(shí)現(xiàn)高性能、高可靠且小而輕的半導(dǎo)體芯片。
第一實(shí)施例中描述了直徑為3英寸的半導(dǎo)體器件晶片11。但本發(fā)明也可以用于其直徑為4英寸或更大的GaAs半導(dǎo)體器件晶片。
(第二實(shí)施例)以下參見(jiàn)圖1A-1E描述第二實(shí)施例。第二實(shí)施例中，在打磨半導(dǎo)體器件晶片11后，通過(guò)研磨半導(dǎo)體器件晶片，使其打磨表面的表面凹凸的最大高度減少到1μm或更小的厚度。
半導(dǎo)體器件晶片的打磨工藝與第一實(shí)施例的相似。以下簡(jiǎn)要描述打磨工藝。如圖1A和1B所示，厚度為600μm的半導(dǎo)體器件晶片11的半導(dǎo)體襯底用其顆粒直徑為8μm的砂輪減薄到70μm厚。減薄操作用的時(shí)間是約10分鐘。此時(shí)，半導(dǎo)體器件晶片11的打磨表面的表面凹凸的最大高度是約3μm。
打磨工藝完成時(shí)，開(kāi)始研磨工藝。研磨工藝中，用在打磨工藝中用的真空抽吸底座14。研磨半導(dǎo)體器件晶片11直到襯底厚度達(dá)到30μm，且水性研磨材料對(duì)半導(dǎo)體器件晶片11的損壞比打磨材料小。研磨材料包含顆粒直徑為8μm的SiC粉。研磨材料以水混合物的形式使用。半導(dǎo)體器件晶片11的研磨耗時(shí)5分鐘。然后，利用由顆粒直徑為0.01μm的Al2O3制成的粉末粘接材料與水的混合物，進(jìn)一步對(duì)半導(dǎo)體器件晶片11研磨10分鐘。
通過(guò)執(zhí)行進(jìn)行打磨和研磨的兩級(jí)減薄法，可以使半導(dǎo)體器件晶片11的打磨面的凹凸最大高度減小到約0.2μm或更小。因此，可以進(jìn)一步減小用其顆粒直徑大的砂輪打磨過(guò)的表面的損壞程度。因此，半導(dǎo)體器件晶片11的襯底甚至可以減薄到20μm。
完成研磨處理后，從真空抽吸底座14上一塊取下減薄的半導(dǎo)體器件晶片11、熱發(fā)泡粘接片12和支承板13。與第一實(shí)施例的情形一樣，用水清潔減薄的半導(dǎo)體器件晶片11的表面，并通過(guò)利用磷酸腐蝕劑進(jìn)行的腐蝕來(lái)將半導(dǎo)體器件晶片11的表面上形成的氧化膜除去約1μm。之后，是采用金的背面金屬鍍覆、半導(dǎo)體器件晶片11通過(guò)130℃的加熱而自支承板13的分離、以及把晶片切割成多個(gè)芯片。所得的半導(dǎo)體芯片與圖7所示的相似，只是第二實(shí)施例中的半導(dǎo)體襯底的厚度更小。
當(dāng)研磨處理中用油性金剛石研磨材料時(shí)，由于油基潤(rùn)滑劑和油性金剛石研磨材料一起使用，所以在半導(dǎo)體器件晶片11的研磨表面的凹凸中留有少量的例如油和蠟的雜質(zhì)。很難用化學(xué)方法完全除去這些雜質(zhì)。因此，后面的工藝中形成的背面金屬鍍層與半導(dǎo)體器件晶片的背面的附著力小。
與此相反，在第二實(shí)施例的研磨處理中，使用水性SiC研磨材料。SiC研磨材料的特性是在研磨處理中，材料顆粒破碎成約8μm的顆粒直徑。因此，研磨速度逐漸變慢。但是，由于顆粒直徑進(jìn)一步減小到約2μm，所以用SiC研磨材料非常有助于降低半導(dǎo)體器件晶片11的研磨表面的凹凸程度。
在第二實(shí)施例的研磨工藝中所使用的方法是通過(guò)真空抽吸把與半導(dǎo)體器件晶片11和熱發(fā)泡粘接片12結(jié)合在一起的支承板13固定到真空抽吸底座14上。因此，與常規(guī)方法不同，不需要用蠟固定半導(dǎo)體器件晶片到真空抽吸底座上，因此不需要進(jìn)行除蠟的清洗工藝。而且，可以避免GaAs半導(dǎo)體器件晶片和鍍金層之間附著力下降，這種下降將在使用蠟且蠟殘留在晶片的鍍膜表面上時(shí)出現(xiàn)。
圖5顯示出第二實(shí)施例的從包括打磨和研磨的減薄處理到切割處理的工藝時(shí)間，與現(xiàn)有技術(shù)中從包括打磨或研磨的減薄處理到切割處理所需的工藝時(shí)間的比較，在現(xiàn)有技術(shù)中，半導(dǎo)體器件晶片通過(guò)蠟固定在真空抽吸底座上。如圖5所示，在用第二實(shí)施例的減薄工藝時(shí)，工藝時(shí)間是約3小時(shí)，這是用常規(guī)減薄處理時(shí)所需的30小時(shí)時(shí)間周期的約1/10。這表明，第二實(shí)施例的減薄工藝可極大地提高生產(chǎn)效率。
以上已經(jīng)描述了本發(fā)明，顯然，發(fā)明還會(huì)有各種變化。這些變化不脫離本發(fā)明的精神和范圍，且對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員而言顯而易見(jiàn)的所有變化都包括在后附的權(quán)利要求書(shū)的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體芯片的制造方法，包括制備半導(dǎo)體器件晶片，其具有半導(dǎo)體襯底和在半導(dǎo)體襯底上形成的器件；將該半導(dǎo)體器件晶片用雙面粘接片粘接到一支承板上，從而將該半導(dǎo)體器件晶片、雙面粘接片和支承板相互結(jié)合在一起；以及對(duì)與該雙面粘接片和該支承板結(jié)合在一起的該半導(dǎo)體器件晶片進(jìn)行利用水的減薄處理。
2.按權(quán)利要求1的方法，其中，作為該雙面粘接片，使用了一種在其一面上形成有粘接到該半導(dǎo)體器件晶片上的熱發(fā)泡粘接層的雙面粘接片。
3.按權(quán)利要求1的方法，其中，該雙面粘接片在其一面上有一粘接層，該粘接層的厚度不小于20μm且不大于100μm。
4.按權(quán)利要求2的方法，其中，該雙面粘接片的熱發(fā)泡粘接層的厚度不小于20μm且不大于100μm。
5.按權(quán)利要求1的方法，其中，在減薄處理中進(jìn)行帶水打磨，且減薄處理中所用的砂輪的顆粒直徑被設(shè)置為不小于1μm且不大于8μm。
6.按權(quán)利要求5的方法，其中，帶水打磨導(dǎo)致的半導(dǎo)體器件晶片的打磨表面的凹凸的最大高度為3μm或更小。
7.按權(quán)利要求5的方法，其中，在采用水的減薄處理中，在完成帶水打磨后進(jìn)行研磨；以及用水性研磨劑進(jìn)行研磨。
8.按權(quán)利要求1的方法，其中，在進(jìn)行減薄處理的過(guò)程中，與支承板和雙面粘接片結(jié)合在一起的半導(dǎo)體器件晶片通過(guò)真空抽吸固定到底座上。
9.按權(quán)利要求8的方法，其中，底座的抽吸表面的凹凸的最大高度在1μm內(nèi)。
10.一種半導(dǎo)體芯片，包括半導(dǎo)體襯底，其厚度在約20-70μm的范圍內(nèi)；以及半導(dǎo)體襯底上形成的至少一個(gè)器件。
11.按權(quán)利要求10的半導(dǎo)體芯片，還包括在半導(dǎo)體襯底背面上形成的背面金屬鍍層，其中，在半導(dǎo)體襯底背面和背面金屬鍍層之間的界面處不存在殘留的蠟或油。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種半導(dǎo)體芯片及其制造方法。該半導(dǎo)體器件晶片(11)用雙面熱發(fā)泡粘接片(12)而與支承板(13)結(jié)合在一起，且該組件通過(guò)真空抽吸固定到真空抽吸底座(14)上。粘接片(12)的熱發(fā)泡粘接層用作吸振層，藉此，即使晶片使用容易破碎的GaAs襯底，在高速打磨操作中晶片(11)也難以破碎。不用蠟來(lái)固定晶片(11)，也不需要用油性研磨劑，使得防止了蠟和油的污染，并且清潔晶片都變得容易了。在130℃的加熱使粘接片(12)的熱發(fā)泡粘接層膨脹，從而晶片(11)容易自粘接片分離。
文檔編號(hào)H01L21/301GK1442889SQ0310751
公開(kāi)日2003年9月17日 申請(qǐng)日期2003年3月1日 優(yōu)先權(quán)日2002年3月1日
發(fā)明者劉翊 申請(qǐng)人:夏普公司