機加工半導體晶片的方法、載具和由此制造的半導體晶片的制作方法

專利名稱：機加工半導體晶片的方法、載具和由此制造的半導體晶片的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種機加工半導體晶片的方法，該半導體晶片在載具或游星承載齒輪(carrier)的切口內被引導，與此同時通過從該半導體晶片的正面和背面同時去除材料將該半導體晶片的厚度減小至目標厚度。這種方法特別適用于半導體晶片的雙面拋光及研磨。在機加工期間利用一載具保持和引導至少一個半導體晶片。為保護半導體晶片，在機加工期間容納半導體晶片的載具的切口墊襯有嵌體。這種載具由載具本體和至少一個嵌體形成。
背景技術：
根據美國專利US-6,454,635，在機加工半導體晶片期間，當嵌體的厚度因磨損變得比載具本體的厚度小時，半導體晶片在邊緣區形成一珠狀增厚部分。
美國專利US-2004/0235401中曾述及一載具，其嵌體比該載具本體的厚度至少厚20微米。其目的在于防止在機加工半導體晶片期間載具本體受到所釋出金屬的磨損，其中該金屬將污染該半導體晶片。
日本專利JP-05-177539 A曾建議一種雙面拋光半導體晶片的方法，根據該方法，待機加工半導體晶片的厚度t、載具的厚度T和半導體晶片伸入拋光布內的深度x按照不等式T-2x＜t＜T+2x彼此匹配。該方法可特別用于制造具有凹形橫截面以及通過隨后的單面拋光可形成特別平整的正面的半導體晶片。
所希望的是除了半導體晶片的正面盡可能平整外，該半導體晶片的邊緣區也可滿足該要求，由此使得該邊緣區也可用于制造電子元件。
半導體晶片的正面的局部平整度通常由SFQR最大值表示。為此，考慮到一定的邊緣排除后，將正面面積分成若干區域(分區)，并確定與基準面的正、負偏差，每個區域的基準面通過平方差最小化的方法確定。該SFQR最大值(區域前側區域最小平方范圍)表示100％的區域上未超過的偏差。

發明內容
本發明的目的是提出一種方法，該方法在技術上相對簡單，且所提供的半導體晶片的正面、甚至邊緣區的局部平整度可滿足制造當前以及今后數代電子元件對此參數的要求。
該目的通過一種機加工半導體晶片的方法實現，該半導體晶片在一載具的切口內被引導，與此同時通過從該半導體晶片的正面和背面同時去除材料將該半導體晶片的厚度減小至目標厚度，其中將該半導體晶片機加工到比載具本體薄且比用于墊襯載具中的切口以保護半導體晶片的嵌體厚為止。
本發明的主要應用領域為半導體晶片、尤其是部分或完全由硅組成的晶片的雙面拋光。
本發明還涉及半導體晶片，該半導體晶片已經被雙面拋光，并具有正面、背面、邊緣R以及由SFQR最大表示的正面的局部平整度，其中該SFQR最大在R-2毫米的邊緣排除情況下小于50納米并在R-1毫米的邊緣排除情況下小于115納米，這些詳細說明以區域面積為26×8毫米的網格為基礎。
局部平整度SFQR最大具有如邊緣區所顯示的數值并且直徑至少為200毫米的半導體晶片迄今為止是不可行的。令人驚訝的是，現在通過根據上述方法實施雙面拋光可以實現這一目標。與已知方法不同，半導體晶片被定位于同樣形成本發明的一部分的載具內，其中在整個半導體晶片機加工期間，載具本體和嵌體具有不同的厚度，且載具本體比嵌體厚，其厚度差為20至70微米。
本發明基于以下發現為使得即使在半導體晶片的正面邊緣區中也可獲得優異的局部平整度，必須同時滿足兩個條件。首先，半導體晶片的兩面的機加工必須導致機加工后的晶片比載具本體薄。厚度差(半導體晶片的目標厚度減去載具本體的厚度)以＜0至-6微米為佳，尤以-1至-5微米更佳。其次，半導體晶片與載具本體之間必須具有比載具本體薄的嵌體。該第二項要求特別令人驚訝，因為上述美國專利US-6,454,635曾將其當作缺點。該厚度差(載具本體的厚度減去嵌體的厚度)為20至70微米，尤以30至60微米為佳。


下面參照附圖以直徑為300毫米的硅半導體晶片的雙面拋光的為例對本發明做出進一步的詳細說明。
圖1示出了具有用于保持三個半導體晶片的切口的典型載具的平面圖。
圖2示出了圖解半導體晶片、嵌體和載具本體的相對位置的放大詳圖。
圖3示出了通過兩個拋光盤之間的載具、嵌體和半導體晶片配置的橫截面。
具體實施例方式
本發明可在現有設備上以及利用半導體晶片雙面拋光的現有方法實施。該設備可針對一個或多個載具(或游星承載齒輪)設計。舉例言之，如德國專利DE-100 07 390 A1中所述，考慮到產量的增大，優選的是，采用用于多個載具的設備，且其中該載具在一行星軌道上圍繞該設備的中心運動。該設備包含下拋光盤和上拋光盤，該拋光盤可在水平面中自由轉動且覆有拋光布。在拋光期間，該半導體晶片位于該載具中的切口內以及兩個拋光盤之間，在連續供應拋光研磨劑的情況下，該拋光盤轉動并對半導體晶片施加特定的拋光壓力。因此，優選地通過與載具的圓周上的齒嚙合的旋轉銷輪也使該載具運動。
圖1示出了一典型載具的平面圖，該載具具有用于保持三個半導體晶片的切口1。嵌體2位于該切口的圓周上，該嵌體旨在保護容易破裂的半導體晶片的邊緣，尤其防止自載具本體3所釋出的金屬的損害。舉例言之，載具本體3可由金屬、陶瓷、塑料、玻璃纖維加強塑料、或涂覆有塑料或具有類金剛石碳層(DLC層)的金屬組成。但是，以使用鋼為佳，尤以不銹鉻鋼更佳。切口1優選地被設計為可容納奇數個直徑至少為200毫米并優選為300毫米、厚度為500至1000微米的半導體晶片。
為促進載具本體、半導體晶片和上、下拋光布之間的拋光研磨劑的分布，優選在該載具本體的正面、背面或兩個表面上對該載具本體3的表面進行結構化。取代圖1中所示的開口4或除了該開口4之外，載具本體的表面(正面和/或背面)可設有結構10，該結構以正交溝槽形圖案(XY-形圖案)、菱形圖案、條形圖案、輻射狀分散光或變型圖案的形式配置。該結構10的深度以1至200微米為佳，尤以20至100微米更佳。該結構的寬度以0.2至10毫米為佳，尤以2至5毫米更佳。
嵌體2優選由塑料組成，該塑料例如為聚氯乙烯(PVC)、聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚酰胺(PA)、聚苯乙烯(PS)、聚偏二氟乙烯(PVDF)、芳族聚酰胺或衍生自氟烴的其他聚合物。尤其優選地使用聚酰胺(PA)、芳族聚酰胺和聚偏二氟乙烯(PVDF)。該嵌體應定期加以更換，尤其是當已經磨損至一定程度時。該嵌體可固定地或可拆卸地連接在載具本體上，舉例言之，為達到該目的，可粘接或注射模制在該切口內。若用布料定期清潔該嵌體也非常有利。
現代設備的拋光盤具有足夠面積來放置三個或多個、優選為五個載具。一次拋光操作中所用載具的厚度以及載具本體組的厚度應盡可能均勻。因此，舉例言之，借助于感應器，在13個點處實施測量所測得的載具本體厚度變化以不超過5微米為佳，尤以不超過2.5微米更佳。在一組載具中，自載具本體的13個測量點處所形成的平均厚度的變化以不超過3微米為佳，尤以不超過2微米更佳。
由圖2可看出，在半導體晶片W和相鄰嵌體2的內緣之間具有一間隙5，該間隙5容許該半導體晶片W在該切口1內自由移動，且其寬度以0.1至2毫米為佳，尤以0.5至1毫米更佳。自內緣6至外緣7測量，該嵌體2的徑向寬度以2至10毫米為佳，尤以2至4毫米更佳。為達到該嵌體具有更佳連接作用的目的，以將載具本體在該切口的周邊處制成特定外形為佳，尤以鳩尾榫(或燕尾)外形更佳。舉例言之，為制造該嵌體，將塑料注射至一成形模具內，該成形模具優選經適當設計，從而使得塑料完全充滿由該外形預定的空間內并形成一平滑內緣6，以保護在拋光期間容易破裂的半導體晶片，并確保不將該半導體晶片拉入載具本體3和其中一個拋光板之間。
圖3示出了本發明取得成功所需的特征，為此該載具本體3比嵌體2厚，其厚度差為20至70微米，尤以30至60微米更佳。該嵌體2優選居中布置，其與上、下拋光盤(8，9)的距離相等。但是，也可背離這種布置方式，尤其是例如當拋光的半導體晶片具有非對稱邊緣外形時，替換的布置方式比較有利。圖3示出了半導體晶片已經拋光至目標厚度且拋光終止時的情況。根據本發明，該半導體晶片W被拋光至一目標厚度，該目標厚度小于載具本體3的厚度并大于該嵌體2的厚度。厚度差(該半導體晶片的目標厚度減去載具的厚度)以小于0至-6微米為佳，尤以-1至-5微米更佳。
通過與下述現有技術比較本發明的成功將更為明顯。
各對比例(C)及實例(E)涉及彼德渥特斯公司(倫德斯堡)出品的AC 2000型設備上、直徑為300毫米、起始厚度為800至805微米的硅晶片的雙面拋光。
該硅晶片根據現有技術通過單晶的線鋸切、邊緣倒圓、表面研磨、硝酸及氫氟酸濃縮混合物蝕刻及邊緣拋光而制得。
雙面拋光采用由聚乙烯纖維加強、肖氏硬度A約為80的商購聚氨酯拋光布以及SiO2固體重量百分比含量為4％和Ph值為11的拋光流體。拋光盤的接觸壓力為0.15巴且溫度為38℃。在此例子中，該硅晶片的正面朝向下拋光盤。
可用三組載具(類型1至3)進行拋光。所有三種類型的載具本體均由不銹鉻鋼制成且具有拋光表面，其中類型3的載具組附加地涂覆有類金剛石碳(DLC)。該載具本體各自具有三個等間隔布置在一圓形路徑上的圓形切口并襯有塑料嵌體。
拋光后的半導體晶片的正面的局部平整度利用ADE公司出品的AFS 3220儀器測定。
由表1中可以看出，僅類型2和類型3的載具根據本發明設計。在類型1的載具的情況下，厚度差(載具本體的厚度減去嵌體的厚度)處于本發明之外的范圍中。只有在根據本發明制造的半導體晶片的情況下，其正面的局部平整度在所要求的小于50納米的SFQR最大的范圍內。此外，這些半導體晶片的以GBIR(總體背面理想范圍)表示的背面參考總體平整度利用ADE公司出品的AFS 3220型測量儀器測得。在R-2毫米和R-1毫米的邊緣排除的情況下，總體背面理想范圍均小于0.800微米。
表1

對于1毫米和2毫米的邊緣排除而言，GBIR值均相同。
表內所用縮寫符的含義如下dLSK載具本體的厚度dE嵌體的厚度dZ硅晶片的目標厚度SFQRmax2在2毫米的邊緣排除時的局部平整度，336個區域(全部和部分區域)以及區域面積為26×8毫米；SFQRmas1在1毫米的邊緣排除時的局部平整度，342個區域(全部和部分區域)以及區域面積為26×8毫米；GBIR(總體背面理想范圍)在2毫米的邊緣排除時的總體平整度。
除局部和總體平整度之外，半導體晶片邊緣區的幾何形狀也被檢查。該檢查工作利用KLA Tencor公司出品的NP1 300毫米測量儀器完成。在該測量方法中，自硅晶片的中心開始每間隔1°計算出360個徑向橫截面。將這些徑向橫截面分成四個區段，并求出每個區段內90個徑向橫截面的平均值。之后，在R-5毫米至R-35毫米范圍內對每個區段計算出三階參考線。在R-3毫米、R-2毫米、R-1毫米三個位置處求得平均徑向橫截面與該參考線之間的偏差。
與該參考線的偏差可通過關于正面(正面的測量)、關于背面(背面測量)的偏差或關于正面和背面偏差的總和(厚度測量)來表示。在實施測量工作中，帶有正號的偏差指邊緣正圓，帶有負號的偏差指邊緣倒圓。
在R-2毫米的情況下所測得的平均橫截面與參考曲線的偏差(厚度測量)位于-0.040微米至-0.003微米的范圍內。在正面的情況下，在R-2毫米的情況下的偏差在-0.030微米至0.050微米的范圍內。對背面的測量工作，在R-2毫米的情況下的偏差在-0.070微米至0.030微米的范圍內。
在R-1毫米的情況下所測得的平均橫截面與參考曲線的偏差(厚度測量)位于-0.020微米至-0.070微米的范圍內。對于正面，在R-1毫米的情況下的偏差位于-0.050微米至0.040微米的范圍內。對背面的測量工作，在R-1毫米的情況下的偏差位于-0.080微米至0.030微米的范圍內。
權利要求
1.一種機加工半導體晶片的方法，該半導體晶片在一載具的切口內被引導，與此同時通過從該半導體晶片的正面和背面同時去除材料將該半導體晶片的厚度減小至目標厚度，其中將該半導體晶片機加工到比載具本體薄且比用于墊襯該載具中的切口以保護該半導體晶片的嵌體厚為止。
2.如權利要求1所述的方法，其特征在于，將該半導體晶片機加工到該半導體晶片的目標厚度與該載具本體的厚度的差值為＜0至-6微米為止。
3.如權利要求1或2所述的方法，其特征在于，將該半導體晶片機加工到已經去除至少5微米厚的材料為止。
4.如權利要求1至3中任一項所述的方法，其特征在于，采用一組載具將該半導體晶片連同其他半導體晶片一起機加工，其中在該組載具中，載具本體的平均厚度的變化量不超過3微米。
5.一種用于在半導體晶片被雙面機加工的同時保持至少一個半導體晶片的載具，該載具包括載具本體和嵌體，該載具本體具有用于保持該半導體晶片的切口，該嵌體墊襯該切口，以保護該半導體晶片，其中在整個半導體晶片機加工期間，該載具本體和該嵌體具有不同的厚度，且該載具本體比該嵌體厚，其厚度差為20至70微米。
6.如權利要求5所述的載具，其特征在于，該載具本體的厚度的變化量小于2微米。
7.如權利要求5或6所述的載具，其特征在于，該嵌體的寬度為2至4毫米。
8.如權利要求5至7中任一項所述的載具，其特征在于，該切口的尺寸被選擇為使得該切口所保持的半導體晶片與該嵌體之間具有一間隙，該間隙的寬度在0.1毫米和2毫米之間。
9.如權利要求5至8中任一項所述的載具，其特征在于，該載具在載具本體的至少一側上具有溝槽結構，該溝槽的深度為1至200微米，寬度為0.2至10毫米，并形成選自于包括菱形圖案、正交圖案、條形圖案以及輻射狀圖案的組的圖案。
10.一種已經被雙面拋光的半導體晶片，該半導體晶片具有正面、背面、邊緣以及以SFQR最大表示的正面的局部平整度，該SFQR最大在R-2毫米的邊緣排除的情況下小于50納米，并在R-1毫米的邊緣排除的情況下小于115納米，且以26×8毫米的區域面積為基礎進行測量。
11.如權利要求10所述的半導體晶片，其特征在于，該半導體晶片的直徑至少為200毫米。
12.如權利要求10或11所述的半導體晶片，其特征在于，在R-2毫米的情況下通過厚度測量所測得的平均橫截面與通過回歸法所確定的參考線之間的偏差為-0.040微米至-0.003微米，并且在R-1毫米的情況下所得到的該偏差為-0.070微米至-0.020微米。
13.如權利要求10至12中任一項所述的半導體晶片，其特征在于，在R-2毫米的情況下通過正面測量所測得的平均橫截面與通過回歸法所確定的參考線之間的偏差為-0.030微米至0.050微米，并且在R-1毫米的情況下所得到的該偏差為-0.050微米至0.040微米。
14.如權利要求10至13中任一項所述的半導體晶片，其特征在于，在R-2毫米的情況下通過背面測量所測得的平均橫截面與通過回歸法所確定的參考線之間的偏差為-0.070微米至0.030微米，并且在R-1毫米的情況下所得到的該偏差為-0.080微米至0.030微米。
15.如權利要求10至14中任一項所述的半導體晶片，其特征在于，該半導體晶片在R-2毫米的邊緣排除的情況下和在R-1毫米的邊緣排除的情況下具有以總體厚度變化GBIR表示小于0.800微米的總體平整度。
全文摘要
本發明涉及一種用于雙面機加工半導體晶片的方法和載具，該半導體晶片在一載具的切口內被引導，與此同時通過從正面和背面同時去除材料將該半導體晶片的厚度減小至目標厚度。在該方法中，將半導體晶片機加工到比載具本體薄且比用于墊襯該載具中的切口以保護該半導體晶片的嵌體厚為止。該載具的特征在于，在整個半導體晶片機加工期間，載具本體和嵌體具有不同的厚度且該載具本體比嵌體厚，其厚度差為20至70微米。本發明還涉及一種已經被雙面拋光的半導體晶片，其具有正面、背面、邊緣以及以SFQR
文檔編號H01L21/304GK1901142SQ20061010611
公開日2007年1月24日 申請日期2006年7月20日 優先權日2005年7月21日
發明者呂迪格·施默爾克, 托馬斯·比施哈爾特, 格哈德·海爾, 吉多·文斯基 申請人:硅電子股份公司