CN106736881A - 晶片表面加工处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种晶片表面加工处理方法，包括如下步骤：对晶片进行研磨，得到研磨片；对研磨片的整面进行等离子蚀刻，得到蚀刻片；对蚀刻片进行抛光。上述晶片表面加工处理方法，在研磨之后采用等离子蚀刻，然后再抛光，这样可以快速对晶片进行减薄，并使加工处理之后的晶片表面形态良好，从而使整个加工处理过程耗时短、效率高，从而有利于提高器件生产的生产效率。还有，等离子蚀刻可以有效的均匀的去除晶片在研磨过程中累积的应力和表面损伤层。另外，研磨之后的晶体的表面粗糙度与等离子蚀刻后的晶体表面粗糙度、等离子蚀刻后的晶体表面粗糙度与抛光后的晶体表面粗糙度跨度均较小，避免了传统的精磨到抛光过程中表面粗糙度的跨越大的问题。
Description
技术领域
本发明涉及衬底材料加工、器件制造领域，特别是涉及一种晶片表面加工处理方法。
背景技术
在衬底材料加工和器件制造时，有时需要对晶片进行减薄以及表面加工处理，使晶片的厚度减小同时改善晶片表面形态。
一般地，衬底片加工处理流程为：先将晶片粗磨、精磨，然后对研磨后的晶片进行抛光。由于从精磨到抛光过程中，表面粗糙度的跨越大，尤其对于硬度大的晶体材料如蓝宝石，碳化硅和氮化镓，上述加工流程方式，耗时长，效率低。
发明内容
基于此，有必要针对现有的晶片表面加工处理过程中耗时长、效率低的问题，提供一种时间短、效率较高的晶片表面加工处理方法。
一种晶片表面加工处理方法，包括如下步骤：
对晶片进行研磨，得到研磨片；
对所述研磨片的整面进行等离子蚀刻，得到蚀刻片；
对所述蚀刻片进行抛光。
上述晶片表面加工处理方法，在研磨之后采用等离子蚀刻，然后再抛光，这样可以快速对晶片进行减薄，并使加工处理之后的晶片表面形态良好，从而使整个加工处理过程耗时短、效率高，从而有利于提高器件生产的生产效率。上述晶片表面加工处理方法，在研磨之后进行等离子蚀刻，等离子蚀刻可以有效的均匀的去除晶片在研磨过程中累积的应力和表面损伤层。另外，研磨之后的晶体的表面粗糙度与等离子蚀刻后的晶体表面粗糙度、等离子蚀刻后的晶体表面粗糙度与抛光后的晶体表面粗糙度跨度均较小，避免了传统的精磨到抛光过程中表面粗糙度的跨越大的问题。
在其中一个实施例中，所述研磨的减薄厚度为50～80μm。
在其中一个实施例中，所述研磨的时间为1～2h。
在其中一个实施例中，所述蚀刻的减薄厚度为3～6μm。
在其中一个实施例中，所述等离子蚀刻的时间为10～20min。
在其中一个实施例中，所述等离子蚀刻的蚀刻气体为氯基气体、溴基气体、或氟基气体。
在其中一个实施例中，所述抛光为化学机械抛光。
在其中一个实施例中，所述抛光的时间为2～4h。
在其中一个实施例中，所述的抛光的减薄厚度为1～2μm。
在其中一个实施例中，所述晶片为碳化硅晶片或氮化镓晶片。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合具体实施方式，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
一种晶片表面加工处理方法，该晶片表面加工处理方法所适用的晶片可以指单独的衬底晶片(例如蓝宝石晶片、GaN晶片、SiC晶片等)，亦可以指形成有其它层(例如外延层等)的晶片。
以下为了方便说明，以单独的衬底晶片为例进行说明，具有其它层的晶片的减薄，可以参照理解。
具体地，该晶片表面加工处理方法包括如下步骤：
S1、对晶片进行研磨，得到研磨片。
一般的衬底晶片的厚度为600～900μm。在本实施例中，晶片采用8英寸的晶片，其厚度为750μm。
其中，研磨的减薄原理为：通过磨料颗粒的切削作用，将晶片的表面物质被切削粉化而被去除，从而使晶片减薄。研磨可以采用本领域技术人员公知的机械研磨方法，例如用金刚砂轮加压研磨晶片表面并辅以研磨浆使晶片减薄，当然，机械研磨的方法并不仅限于用金刚砂轮加压研磨，本领域技术人员可以根据实际情况选择合适的机械研磨方法。
优选地，在研磨时，将晶片固定在旋转机台上，研磨垫被加压在晶片的表面上，含磨料颗粒的研磨浆流过旋转机台和晶片表面，研磨垫在研磨浆的作用下对晶片表面进行研磨。
优选地，研磨不同时期对研磨速度进行分别控制。由于磨料颗粒的硬度较高，晶片表面粗糙的凸起更容易迅速被研磨掉，因此在研磨初期时减薄速度较快。由于晶片的厚度在减薄到一定程度时，晶片会变得容易破碎。故而在研磨后期减薄速度较慢。
优选地，在步骤S1中，研磨的减薄厚度为50～80μm。也就是说，研磨前后，晶片的厚度减小了50～80μm。
优选地，研磨的时间为1～2h。
为了进一步提高减薄后的晶片质量，优选地，在研磨结束后，采用去离子水冲洗晶片表面。这样可以有效去除残留的研磨浆，避免残留的研磨浆对后续工艺的影响。
S2、对研磨片的整面进行等离子蚀刻，得到蚀刻片。
其中，等离子蚀刻的原理为：气体通过辉光放电，电离形成等离子体；等离子体含有可以与晶片发生化学反应的原子基团。等离子体中一般含有正、负及中性三种基团，等离子体中的带电基团在一定的偏压下发生定向移动，最终撞击在晶片表面，而具有反应活性的中性基团通过扩散作用达到晶片表面，与之发生化学反应，带电体的不断对表面撞击可以活化表面促进蚀刻反应的进行，最终反应产物为挥发性气体，通过抽真空排到反应腔外。
优选地，等离子蚀刻为电感耦合反应等离子蚀刻(ICP-RIE:Inductively CoupledPlasma Reactive Ion Etching)。
在等离子蚀刻过程中，需要向反应腔室内通入蚀刻气体，以使蚀刻气体形成的等离子体轰击晶片且与晶片反应。优选地，等离子蚀刻的蚀刻气体为氯基气体、溴基气体、或氟基气体。本领域技术人员可以根据实际情况选择合适的蚀刻气体。
进一步，一般地还向反应腔室内通入辅助气体，并激发辅助气体形成等离子体，借助等离子体轰击晶片表面和/或与晶片发生反应，这可以进一步促进对晶片表面的轰击和/或反应，从而可以进一步提高去除晶片表面裂纹的效率，进而可以提高晶片表面减薄工艺效率。其中，辅助气体可以为不与晶片生反应的气体，也可以为与晶片反应的气体；优选地，辅助气体包括惰性气体、氮气或者氧气；进一步优选地，惰性气体包括氩气。
在本实施例中，蚀刻气体为氯气，辅助气体为氩气或氮气。
在步骤S2中，为了进一步优化，优选地，在等离子蚀刻之前，将清洗后的研磨片放置在恒温烘箱中，进行18～24小时的烘干，并烘干之后，将研磨片浸泡在丙酮溶液中以去除表面残留油污，浸泡后用氮气枪将研磨片吹干。
在步骤S2中，具体的等离子蚀刻操作为：将研磨片轻轻平放于等离子蚀刻机蚀刻腔内的载物夹具上，确保载物台底部真空吸附孔完全被研磨片覆盖，然后将载物台的真空吸附开关打开，关闭腔盖，将蚀刻腔抽真空后，充入蚀刻气体和辅助气体，控制蚀刻气体体积流量以及辅助气体体积流量，设定偏压以及蚀刻时间，蚀刻完毕后将研磨片取出，依次进行浸泡清洗和烘干。
针对不同的晶片，本领域技术人员可以根据实际情况，选择不同的真空度、蚀刻气体流量、辅助气体流量、以及偏压。
其中，等离子蚀刻机的使用环境为百级恒温恒湿无尘室，室内恒温至23℃～25℃，相对湿度为60％～70％。
优选地，在步骤S1中，蚀刻的减薄厚度为3～6μm。也就是说，通过蚀刻，晶片的厚度减小了3～6μm。
优选地，等离子蚀刻的时间为10～20min。
在研磨之后，晶片的表面会受应力损伤，不但易造成晶片表面产生裂纹，而且还会对晶片表面造成深达几微米的损伤层以及在晶片表面存在残余应力。而等离子蚀刻中的具有反应活性的原子基团与晶片表面分子发生的化学反应速度一致，从而均匀的去除晶片在研磨过程中累积的应力和表面损伤层。
S3、对蚀刻片进行抛光。
优选地，抛光为化学机械抛光(CMP，Chemical Mechanical Polishing)。
化学机械抛光的减薄原理是，借助磨粒的机械磨擦作用和抛光液的化学腐烛作用完成对晶片表面材料的去除。
化学机械抛光系统与研磨系统基本相同，只是采用较软的抛光垫和抛光浆代替研磨系统的研磨垫和研磨浆。采用化学机械抛光减薄晶片时，由磨粒和化学溶液组成的抛光浆在晶片与抛光垫之间流动，在晶片表面发生化学反应，生成一层较软的化学反应膜，该反应膜在磨粒和抛光垫的机械磨擦作用下被去除，并被流动的抛光浆带走，露出新的晶片表面，使得化学反应继续进行，在化学成膜和机械去膜的交替过程中实现晶片表面材料的去除。采用化学机械抛光减簿的晶片的表面粗糙度低，表面层损伤层很小。
经过化学机械抛光之后，去除了晶片表面由前道加工工序残留下的表面损伤层，并进一步降低晶片表面粗糙度，提高了平整度，确保晶片表面有极高的纳米形貌特性。
优选地，抛光的时间为1～2h。
优选地，在步骤S3中，抛光的减薄厚度为1～2μm。也就是说，通过抛光，晶片的厚度减小了1～2μm。
优选地，抛光的时间为1～2h。
本发明所提供的晶片表面加工处理方法，在研磨之后采用等离子蚀刻，然后再抛光，这样可以快速对晶片进行减薄并使减薄后的晶片表面形态良好，从而整个减薄过程耗时短、效率高，从而有利于提高器件生产的生产效率。本发明所提供的晶片减薄方法，特别适用于硬度较高的晶片，例如碳化硅晶片以及氮化镓晶片，其效果更佳明显。上述晶片表面加工处理方法，在研磨之后进行等离子蚀刻，等离子蚀刻可以有效的均匀的去除晶片在研磨过程中累积的应力和表面损伤层。另外，研磨之后的晶体的表面粗糙度与等离子蚀刻后的晶体表面粗糙度、等离子蚀刻后的晶体表面粗糙度与抛光后的晶体表面粗糙度跨度均较小，避免了传统的精磨到抛光过程中表面粗糙度的跨越大的问题。
以蓝宝石晶片减薄为例进行说明，若采用先研磨后抛光的方法，工艺时间大约需要6h，而采用本发明所提供的表面加工处理方法，大约3h即可完成。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种晶片表面加工处理方法，其特征在于，包括如下步骤：
对晶片进行研磨，得到研磨片；
对所述研磨片的整面进行等离子蚀刻，得到蚀刻片；
对所述蚀刻片进行抛光。
2.根据权利要求1所述的晶片表面加工处理方法，其特征在于，所述研磨的减薄厚度为50～80μm。
3.根据权利要求1所述的晶片表面加工处理方法，其特征在于，所述研磨的时间为1～2h。
4.根据权利要求1所述的晶片表面加工处理方法，其特征在于，所述蚀刻的减薄厚度为3～6μm。
5.根据权利要求1所述的晶片表面加工处理方法，其特征在于，所述等离子蚀刻的时间为10～20min。
6.根据权利要求1所述的晶片表面加工处理方法，其特征在于，所述等离子蚀刻的蚀刻气体为氯基气体、溴基气体、或氟基气体。
7.根据权利要求1所述的晶片表面加工处理方法，其特征在于，所述抛光为化学机械抛光。
8.根据权利要求1所述的晶片表面加工处理方法，其特征在于，所述抛光的时间为2～4h。
9.根据权利要求1所述的晶片表面加工处理方法，其特征在于，所述的抛光的减薄厚度为1～2μm。
10.根据权利要求1所述的晶片表面加工处理方法，其特征在于，所述晶片为碳化硅晶片或氮化镓晶片。
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