CN107546146A - 一种加工治具及晶圆制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种加工治具及晶圆制造方法,其应用于半导体制造领域。该加工治具包括载片和盖板,所述载片上设置凹槽,所述凹槽用于承载晶圆,所述盖板用于盖设晶圆,所述盖板上设置开口,所述开口用于晶圆的一部分从开口露出。由于盖板的遮挡,等离子体只对晶圆的一部分进行刻蚀,不会刻蚀载片,避免了对载片的刻蚀性破坏。另外,由于晶圆边缘和载片交界处被盖板覆盖,对该交界处金属的覆盖性要求变得不再严格,可以简化相应工艺流程。
Description
技术领域
本发明涉及半导体技术领域,具体而言,涉及一种半导体晶圆背孔刻蚀工艺的加工治具及晶圆制造方法。
背景技术
射频半导体器件性能会受到封装过程中寄生效应的影响,尤其在封装引线过程中,源极引线所引入的寄生电感会降低射频半导体器件的增益,所以为降低源极引线电感,人们通常在射频半导体器件制备工艺中制备接地背孔来消除键合引线所引入的较大的寄生电感,从而提高射频器件的增益性能。
现在人们熟知的射频半导体器件主要有硅基射频器件,砷化镓射频器件以及氮化镓射频器件。以当前研究热点的氮化镓射频半导体器件为例,在制备氮化镓背孔工艺中,需要把三英寸碳化硅衬底晶圆粘附在四英寸载片上进行作业,在衬底减薄后在其上制备硬金属,并通过光刻、刻蚀工艺形成刻蚀掩膜,然后采用干法刻蚀工艺形成背孔结构。
一般情况下,刻蚀掩膜制备在整个四英寸载片(上含三英寸晶圆)上,由于三英寸晶圆和四英寸载片交界处台阶过高,同时由于粘片中所用有机物的污染及金属制备工艺中的缺陷,在掩膜制备中未被三英寸晶圆覆盖的四英寸载片或多或少会有一定区域裸露;这些裸露的部分在背孔刻蚀工艺中受到等离子体的刻蚀而导致损害,经多次工艺后会引起载片的报废。为避免上述问题的发生,要在工艺流程中对相关工艺进行繁琐的操作,增加了作业时间且并不能完全保证工艺质量。此外,背孔刻蚀工艺中硬掩膜会导致大量的刻蚀产物沉积到工艺腔体内壁,会引入较频繁的维护作业,降低生产效率。
发明内容
有鉴于此,本发明实施例的目的在于提供一种加工治具及晶圆制造方法,以改善上述的问题。
为了实现上述目的,本发明实施例采用的技术方案如下:
一种加工治具,包括载片和盖板,所述载片上设置凹槽,所述凹槽用于承载晶圆,所述盖板用于盖设晶圆,所述盖板上设置开口,所述开口用于晶圆的一部分从开口露出。
优选地,所述凹槽为类U型凹槽,所述凹槽轮廓包括一条弧度不大于π的圆弧以及该圆弧的两个端点处的切线。
优选地,所述凹槽的圆弧的弧度在π/2~π之间。
优选地,所述载片为圆形载片,所述载片的圆心与所述凹槽圆弧的圆心重合。
优选地,所述凹槽的深度小于所要加工晶圆的厚度。
优选地,所述凹槽可以采用干法刻蚀、湿法腐蚀、沉积方式或者机械加工中的一种方式或者多种方式组合制备得到。
优选地,所述开口形状与所加工晶圆形状相同,所述开口的尺寸相对晶圆的尺寸按比例缩小。
优选地,所述盖板固定于一刻蚀机托盘上。
本发明还提供了一种晶圆制造方法,包括:
将晶圆固定于一载片的凹槽内;
在晶圆表面制备刻蚀掩膜;
在晶圆表面制备背孔图形;
利用一具有开口的盖板盖设晶圆,所述晶圆的一部分从所述盖板的开口暴露出来;
在晶圆表面制备出背孔。
优选地,所述在晶圆表面制备刻蚀掩膜的步骤之前,还包括步骤:
对所述晶圆进行减薄。
优选地,所述在晶圆表面制备出背孔的步骤之后,所述方法还包括步骤:
去除晶圆的刻蚀掩膜,在晶圆上制备金属。
优选地,所述载片的凹槽轮廓包括一条弧度不大于π的圆弧以及该圆弧的两个端点处的切线,所述晶圆内置于所述凹槽时,晶圆被所述圆弧抵持。
优选地,所述开口形状与所加工晶圆形状相同,所述开口的尺寸相对晶圆的尺寸按比例缩小。
本发明提供的加工治具包括盖板和载片。通过设有开口的盖板覆盖于晶圆和载片的表面,仅晶圆通过盖板的开口暴露在外,载片被盖板的其余部位覆盖,在进行刻蚀工艺时,盖板能够保护载片不受等离子体的刻蚀,延长了载片的使用周期,节约生产成本。另外,由于晶圆边缘和载片交界处被盖板覆盖,对该交界处金属的覆盖性要求变得不再严格,可以简化相应工艺流程。
为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂,下文特举较佳实施例,并配合所附附图,作详细说明如下。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案,下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍,应当理解,以下附图仅示出了本发明的某些实施例,因此不应被看作是对范围的限定,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1A是本发明实施例所提供的一种加工治具的结构截面示意图。
图1B是本发明所提供的一种加工治具的另外一种结构截面示意图。
图2A是本发明实施例所提供的一种加工治具的盖板俯视示意图。
图2B是本发明所提供的一种加工治具的另外一个盖板俯视示意图。
图2C是本发明所提供的一种加工治具的另外一个盖板俯视示意图。
图3A是本发明实施例所提供的一种加工治具的载片俯视示意图。
图3B和3C是本发明实施例所提供的一种加工治具的载片左视示意图。
图3D和3E是本发明实施例所提供的一种加工治具的载片前视示意图。
图4A是本发明所提供的一种加工治具的另外一个载片俯视示意图。
图4B和4C是本发明所提供的一种加工治具的另外一个载片左视示意图。
图4D和4E是本发明所提供的一种加工治具的另外一个载片前视示意图。
图5是本发明实施例所提供的一种晶圆制造方法的流程图。
主要元件符号说明:盖板110、开口111、载片210、凹槽211、圆弧212、切线213、边缘214、晶圆310、硬金属掩膜410、刻蚀托盘510。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此,以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围,而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例,本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
第一实施例
本发明第一实施例提供了一种加工治具。
请参阅图1A,是本发明实施例提供的加工治具的结构截面示意图。本发明实施例提供的加工治具包括载片210和盖板110。所述载片210上设置凹槽211,用于承载晶圆310;所述盖板110上设置开口111。本发明实施例对载片210和盖板110的材质不做限定,例如载片210可以为蓝宝石片、石英片、碳化硅片、硅片、砷化镓片或者金属圆片中的任意一种。所述盖板110可以为陶瓷材质、石英材质或者经过表面绝缘处理的金属材质中的任一种。此外,所述载片210的凹槽211可以通过如干法刻蚀、湿法腐蚀、沉积方式或者机械加工中的一种方式或者多种方式组合制备得到。当采用干法刻蚀或者湿法腐蚀方式制造时,可以采用掩膜制备、光刻,干法刻蚀或者湿法腐蚀,去除掩膜等流程制得;当采用沉积方式制备时,通过在制作有相应种子金属图形的载片上电沉积所要求厚度的金属,比如金、铂等制得。本发明实施例对凹槽211的制备方式不做限定。
本实施例提供的盖板110的开口111的数量不做限定,只需要贯穿该盖板110即可,例如,请参阅图2A~2C,其中提供了三种不同的盖板110结构。由于盖板110需要盖住载片210和晶圆310,为确保载片210和晶圆310均匀的受力,开口111的形状优选为与晶圆310相同的形状,由于晶圆310一般为圆形或有切边的圆形,所以开口111的形状为圆形或有切边的圆形。为保证在干法刻蚀中载片210不被等离子体所刻蚀,载片210未被晶圆310覆盖的部分要被盖板110所遮盖,因此,开口111的直径略小于待加工的晶圆310的直径,优选的,开口111的直径比待加工的晶圆310的直径小3~5mm。盖板110的作用是在晶圆310与载片210结合并放置于刻蚀托盘510上之后,盖住载片210,固定盖板110于刻蚀托盘510上从而使晶圆310的一部分从盖板110的开口111处暴露出。此时,可以对晶圆310进行处理以制备背孔。优选地,所述盖板110可通过螺钉锁固等方式固定于刻蚀机托盘上。
由于盖板110将载片210遮盖,只留下待加工的晶圆310从开口111裸露出来,所以在对晶圆310进行刻蚀工艺时,载片210不会被等离子体腐蚀,防止载片210被破坏。同时,由于晶圆310边缘和载片210交界处被盖板110覆盖,对该交界处金属的覆盖性要求变得不再严格,可以简化相应工艺流程。与上述原因相同,图1B提供了加工治具的另外一种结构截面示意图,其中,可以不用在载片210除晶圆310之外的载片上制备硬金属掩膜410。
请参照图3A和4A,在本发明实施例中,凹槽211的形状为类U型。类U型是指由一条不大于π的圆弧212以及该圆弧的两个端点处的切线213组成的形状。本发明实施例提供的载片210的形状优选为圆形,载片210的圆心与凹槽211的圆弧212的圆心重合,凹槽211的两条切线213延伸并包围载片210的部分边缘214。如此设置,方便晶圆310与载片210的结合与分离,比如,当采用粘合剂将晶圆310粘附在载片210上时,通过边缘214,能够水平地推动晶圆310进入凹槽211,使晶圆310向载片210的中心移动,直至被凹槽211的圆弧212抵持。当经过一系列的工艺之后,可以水平地推动晶圆310从边缘214脱离。
请参照图3B~3E和4B~4E,为使得载片210易于承载晶圆310,优选地,该载片210的直径比晶圆310的直径至少大20mm。容易理解的,为了保证晶圆310能够被凹槽211的圆弧212完全抵持,凹槽211的圆弧212所属的圆形的直径需要大于放置于凹槽211内的晶圆310的直径。优选地,该凹槽211的圆弧212所属的圆形的直径比所加工的晶圆310的直径大0~3mm。可以理解的,为了保证晶圆310被凹槽211的圆弧212较准确的定位和抵持,凹槽211的圆弧212的弧度需被限定在一定范围内,优选地,凹槽211的圆弧212的弧度在π/2~π之间。同时,该凹槽211的深度为d/3~2d/3,其中d为所加工晶圆310的厚度,例如当晶圆310减薄后的厚度为100μm时,那么该类U型凹槽211的深度在33~66μm范围内。
第二实施例
本发明第二实施例提供了一种晶圆制造方法。
请参阅图5,是本实施例提供的晶圆制造方法的流程图。本实施例提供的晶圆制造方法包括以下步骤:
S201:将晶圆内置于一载片的凹槽内。
该载片可以为本发明第一实施例所提供的载片,载片和晶圆均为圆形,其中载片的直径比晶圆的直径大至少20mm,比如当晶圆的直径为3英寸时,载片的直径可以是4英寸或者大于4英寸的尺寸。以晶圆的直径为3英寸,载片的尺寸为4英寸为例,晶圆可以通过粘合剂与载片的凹槽粘合,推动晶圆,使晶圆被凹槽的侧壁所抵持。
S202:对晶圆进行减薄处理。
使用粘合剂将晶圆和载片粘好后,晶圆在进行背孔刻蚀工艺前,需要进行减薄工艺,一般会采用粗磨、细磨和抛光的工艺。此外,需要制作背孔的晶圆会减薄到约100um。
S203:在晶圆表面制备刻蚀掩膜。
晶圆完成减薄后,需要制备刻蚀硬掩膜金属层,可以在载片和晶圆表面均制备刻蚀硬掩膜金属层,也可以仅在晶圆上制备刻蚀硬掩膜金属层,本发明实施例对此不做限定。采用的硬掩膜金属可以为铝(Al),镍(Ni),铜(Cu)、氧化铟锡(ITO)等。制备该刻蚀硬掩膜金属层的方式可以为物理溅射、反应溅射、热蒸发沉积、电子束蒸发沉积、脉冲激光沉积、沉积种子金属-电沉积等。
S204:在晶圆表面制备背孔图形。
刻蚀硬掩膜金属层制备完成后,可以采用光刻-干法刻蚀或者光刻-湿法腐蚀的方式制备出背孔刻蚀掩膜图形,通过湿法去胶后进行干法刻蚀碳化硅。
S205:利用一具有开口的盖板盖设晶圆,所述晶圆的一部分从所述盖板的开口暴露出来。
该盖板可以是本发明第一实施例所提供的盖板,把粘附有晶圆的载片放置在刻蚀机托盘的片槽内,把盖板放置在刻蚀机托盘和晶圆上面,仅有待加工的晶圆从盖板的开口暴露出来,也就是说,晶圆的一部分从开口露出。最后用螺钉将盖板和载片旋紧固定于刻蚀机托盘上。
S206:在晶圆表面制备出背孔。
将固定好的载片、晶圆、盖板和刻蚀机托盘放入等离子体刻蚀机腔体内进行干法刻蚀以制备出背孔。所用设备可以为ICP(Inductively Coupled Plasma,感应耦合等离子体)刻蚀机或者ECR(Electron Cyclotron Resonance,电子回旋共振)刻蚀机。
刻蚀腔体中,由于盖板的遮挡,等离子体只对晶圆的一部分进行刻蚀,不会刻蚀载片,避免了对载片的刻蚀性破坏。由于晶圆边缘和载片交界处被盖板覆盖,对该交界处金属的覆盖性要求变得不再严格,可以简化相应工艺流程。
S207:去除晶圆的刻蚀掩膜,在晶圆上制备金属。
晶圆在刻蚀腔体内刻蚀完成后,把晶圆取出腔体并去除刻蚀硬掩膜金属层,接下来采用溅射、电镀、光刻、腐蚀等工艺在晶圆的表面制作金属,实现晶圆两相对的表面的电连接。
本发明实施例提供的加工治具及晶圆制造方法,通过设有开口的盖板覆盖于晶圆和载片的表面,仅晶圆的一部分通过盖板的开口暴露在外,载片被盖板的其余部位覆盖,在进行刻蚀工艺时,盖板能够保护载片不受等离子体的刻蚀,延长了载片的使用周期,节约生产成本。另外,由于晶圆边缘和载片交界处被盖板覆盖,对该交界处金属的覆盖性要求变得不再严格,可以简化相应工艺流程。
以上所述,仅为本发明的具体实施方式,但本发明的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内,可轻易想到变化或替换,都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此,本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。
Claims (13)
1.一种加工治具,其特征在于,包括载片和盖板,所述载片上设置凹槽,所述凹槽用于承载晶圆,所述盖板用于盖设晶圆,所述盖板上设置开口,所述开口用于晶圆的一部分从开口露出。
2.根据权利要求1所述的加工治具,其特征在于,所述凹槽为类U型凹槽,所述凹槽轮廓包括一条弧度不大于π的圆弧以及该圆弧的两个端点处的切线。
3.根据权利要求2所述的加工治具,其特征在于,所述凹槽的圆弧的弧度在π/2~π之间。
4.根据权利要求2所述的加工治具,其特征在于,所述载片为圆形载片,所述载片的圆心与所述凹槽圆弧的圆心重合。
5.根据权利要求1所述的加工治具,其特征在于,所述凹槽的深度小于晶圆的厚度。
6.根据权利要求1所述的加工治具,其特征在于,所述凹槽采用干法刻蚀、湿法腐蚀、沉积方式或者机械加工中的一种方式或者多种方式组合制备得到。
7.根据权利要求1所述的加工治具,其特征在于,所述开口形状与所加工晶圆形状相同,所述开口的尺寸相对晶圆的尺寸按比例缩小。
8.根据权利要求1所述的加工治具,其特征在于,所述盖板固定于一刻蚀机托盘上。
9.一种晶圆制造方法,其特征在于,包括:
将晶圆固定于一载片的凹槽内;
在晶圆表面制备刻蚀掩膜;
在晶圆表面制备背孔图形;
利用一具有开口的盖板盖设晶圆,所述晶圆的一部分从所述盖板的开口暴露出来;
在晶圆表面制备出背孔。
10.根据权利要求9所述的晶圆制造方法,其特征在于,所述在晶圆表面制备刻蚀掩膜的步骤之前,还包括步骤:
对所述晶圆进行减薄。
11.根据权利要求9所述的晶圆制造方法,其特征在于,所述在晶圆表面制备出背孔的步骤之后,还包括步骤:
去除晶圆的刻蚀掩膜,在晶圆上制备金属。
12.根据权利要求9所述的晶圆制造方法,其特征在于,所述载片的凹槽轮廓包括一条弧度不大于π的圆弧以及该圆弧的两个端点处的切线,所述晶圆内置于所述凹槽时,晶圆被所述圆弧抵持。
13.根据权利要求9所述的晶圆制造方法,其特征在于,所述开口形状与所加工晶圆形状相同,所述开口的尺寸相对晶圆的尺寸按比例缩小。
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2016
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