本發(fā)明屬于電子技術(shù)領(lǐng)域，具體而言，本發(fā)明涉及一種晶圓的處理方法、制備半導(dǎo)體元件的方法及其應(yīng)用。

背景技術(shù)：

電力電子技術(shù)具有高度靈活性和高效率兩大特點(diǎn)，是目前最先進(jìn)的電能變換技術(shù)，而電力電子裝置是一個(gè)采用功率半導(dǎo)體器件作為核心部件的高效的能量變換工具。因此，電力電子技術(shù)和功率半導(dǎo)體器件是緊密相連的，可以說(shuō)，功率半導(dǎo)體器件是電力電子技術(shù)的基礎(chǔ)和核心，它的生產(chǎn)工藝的優(yōu)劣對(duì)電力電子技術(shù)的發(fā)展起到至關(guān)重要的影響。

對(duì)于大多數(shù)的現(xiàn)代功率半導(dǎo)體器件，晶圓背面是一個(gè)很重要部分。在器件背面工藝技術(shù)上的創(chuàng)新將使得器件性能得到很大提高。因此，背面金屬工藝就顯得至關(guān)重要，而背面金屬工藝的最重要的基礎(chǔ)就是復(fù)合膜層淀積前獲得一個(gè)較好的有利于金屬半導(dǎo)體歐姆接觸、有利于增強(qiáng)膜層與裸硅粘附性的良好的背面形貌。

目前功率器件半導(dǎo)體器件背面處理工藝普遍采用磨片后背面化學(xué)腐蝕的辦法，該方法是采用混合酸腐蝕液將背面的硅腐蝕掉一部分，在一定程度上消除磨片后的物理?yè)p傷。然而該方法中酸液自身腐蝕速率快，且新酸與使用一段時(shí)間的酸腐蝕速率差別也比較大，使得去除量控制難度大，不利于生產(chǎn)控制，同時(shí)酸液腐蝕對(duì)于背面是無(wú)差別腐蝕，在一定程度上消除研磨缺陷的同時(shí)，也降低了背面的粗糙度，不利于歐姆接觸和增強(qiáng)復(fù)合膜層粘附性。

因此，晶面背面的處理技術(shù)有待進(jìn)一步研究。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明旨在至少在一定程度上解決相關(guān)技術(shù)中的技術(shù)問(wèn)題之一。為此，本發(fā)明的一個(gè)目的在于提出一種晶圓的處理方法、制備半導(dǎo)體元件的方法及其應(yīng)用，該晶圓的處理方法可以在消除晶圓背面研磨損傷的同時(shí)，可以在晶圓背面形成微觀的凸凹缺陷，從而提高晶圓背面上金屬層的粘附，進(jìn)而提高功率器件的性能。

在本發(fā)明的第一方面，本發(fā)明提出了一種晶圓的處理方法。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，該方法包括：

(1)對(duì)所述晶圓的背面進(jìn)行打磨；以及

(2)對(duì)步驟(1)得到的經(jīng)過(guò)打磨的晶圓背面進(jìn)行噴砂。

由此，根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的晶圓的處理方法在消除晶圓背面研磨損傷的同時(shí)，可以在晶圓背面形成微觀的凸凹缺陷，從而提高晶圓背面上金屬層的粘附，進(jìn)而提高功率器件的性能。

在本發(fā)明的第二個(gè)方面，本發(fā)明提出了一種制備半導(dǎo)體元件的方法。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，該方法包括：

提供晶圓；

在所述晶圓的背面形成砂層；

在所述晶圓背面的砂層上沉積形成金屬層；以及

采用封裝材料對(duì)形成金屬層的晶圓進(jìn)行封裝，以便得到半導(dǎo)體元件，

其中，在所述晶圓的背面形成砂層是采用上述所述的晶圓的處理方法進(jìn)行的。

由此，根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的制備半導(dǎo)體元件的方法可以制備得到性能穩(wěn)定的半導(dǎo)體元件。

在本發(fā)明的第三方面，本發(fā)明提出了一種半導(dǎo)體元件。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，該半導(dǎo)體元件是采用上述所述的制備半導(dǎo)體元件的方法制備得到的。由此，根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的制備半導(dǎo)體元件具有較高的穩(wěn)定性能。

本發(fā)明的附加方面和優(yōu)點(diǎn)將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過(guò)本發(fā)明的實(shí)踐了解到。

附圖說(shuō)明

本發(fā)明的上述和/或附加的方面和優(yōu)點(diǎn)從結(jié)合下面附圖對(duì)實(shí)施例的描述中將變得明顯和容易理解，其中：

圖1是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的晶圓的處理方法的流程示意圖；

圖2是根據(jù)本發(fā)明再一個(gè)實(shí)施例的晶圓的處理方法的流程示意圖；

圖3是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的制備半導(dǎo)體元件的方法流程示意圖；

圖4是根據(jù)本發(fā)明再一個(gè)實(shí)施例的制備半導(dǎo)體元件的方法流程示意圖；

圖5是研磨后的晶圓背面的表面形貌圖；

圖6是研磨后的晶圓背面的剖面圖；

圖7是采用本發(fā)明實(shí)施例的晶圓的處理方法所得晶圓背面的表面形貌圖；

圖8是采用本發(fā)明實(shí)施例的晶圓的處理方法所得晶圓背面的剖面圖；

圖9是采用對(duì)比例的方法所得晶圓背面的表面形貌圖；

圖10是采用對(duì)比例的方法所得晶圓背面的剖面圖。

具體實(shí)施方式

下面詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施例，所述實(shí)施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類(lèi)似的標(biāo)號(hào)表示相同或類(lèi)似的元件或具有相同或類(lèi)似功能的元件。下面通過(guò)參考附圖描述的實(shí)施例是示例性的，旨在用于解釋本發(fā)明，而不能理解為對(duì)本發(fā)明的限制。

在本發(fā)明的描述中，需要理解的是，術(shù)語(yǔ)“中心”、“縱向”、“橫向”、“長(zhǎng)度”、“寬度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“頂”、“底”、“內(nèi)”、“外”、“順時(shí)針”、“逆時(shí)針”、“軸向”、“徑向”、“周向”等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本發(fā)明和簡(jiǎn)化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對(duì)本發(fā)明的限制。

此外，術(shù)語(yǔ)“第一”、“第二”僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對(duì)重要性或者隱含指明所指示的技術(shù)特征的數(shù)量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隱含地包括至少一個(gè)該特征。在本發(fā)明的描述中，“多個(gè)”的含義是至少兩個(gè)，例如兩個(gè)，三個(gè)等，除非另有明確具體的限定。

在本發(fā)明中，除非另有明確的規(guī)定和限定，術(shù)語(yǔ)“安裝”、“相連”、“連接”、“固定”等術(shù)語(yǔ)應(yīng)做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或成一體；可以是機(jī)械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過(guò)中間媒介間接相連，可以是兩個(gè)元件內(nèi)部的連通或兩個(gè)元件的相互作用關(guān)系，除非另有明確的限定。對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以根據(jù)具體情況理解上述術(shù)語(yǔ)在本發(fā)明中的具體含義。

在本發(fā)明中，除非另有明確的規(guī)定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接觸，或第一和第二特征通過(guò)中間媒介間接接觸。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或僅僅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或僅僅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本發(fā)明的一個(gè)方面，本發(fā)明提出了一種晶圓的處理方法。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，該方法包括：(1)對(duì)晶圓的背面進(jìn)行打磨；(2)對(duì)步驟(1)得到的經(jīng)過(guò)打磨的晶圓背面進(jìn)行噴砂。發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，通過(guò)對(duì)打磨的晶圓背面進(jìn)行噴砂，在晶圓背面上形成砂層，較傳統(tǒng)采用化學(xué)腐蝕的工藝相比，本發(fā)明可以在消除晶圓背面研磨損傷的同時(shí)提高晶圓背面的微觀粗糙度，從而可以顯著提高晶圓背面與金屬層之間的粘附力，進(jìn)而提高功率器件的性能，同時(shí)較化學(xué)腐蝕工藝相比，本發(fā)明的處理方法中原料易得，且成本較低。

下面參考圖1-2對(duì)本發(fā)明實(shí)施例的晶圓的處理方法進(jìn)行詳細(xì)描述。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施 例，晶圓的處理方法包括：

S100：對(duì)晶圓的背面進(jìn)行打磨

根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，可以采用研磨的方式對(duì)晶圓的背面進(jìn)行處理，并且將晶圓的厚度控制在150～200μm。根據(jù)本發(fā)明的具體實(shí)施例，本發(fā)明所采用的晶圓可以為單晶硅晶圓片，其尺寸為3～6英寸，厚度為300～800μm，摻雜劑為S、P、Sb或B，拉晶方式為區(qū)熔或直拉，晶向?yàn)?lt;100>或<111>，電阻率為1～10⁴Ω.cm。

S200：對(duì)經(jīng)過(guò)打磨的晶圓背面進(jìn)行噴砂

根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，對(duì)S100得到的經(jīng)過(guò)打磨的晶圓背面進(jìn)行噴砂，可以在晶圓背面形成具有微觀粗糙度的砂層。根據(jù)本發(fā)明的具體實(shí)施例，參考圖2，S200可以采用下列步驟進(jìn)行：

S210：提供砂漿溶液

根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，砂漿溶液的濃度并不受特別限制，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行選擇，根據(jù)本發(fā)明的具體實(shí)施例，砂漿溶液的濃度可以為22～30wt％。發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，若砂漿溶液濃度過(guò)低，導(dǎo)致在晶圓背面形成砂層厚度不均勻，而若砂漿溶液濃度過(guò)高，使得砂層的厚度不容易控制，并且可能會(huì)對(duì)晶圓背面造成更大損傷，另外所得砂層的粗糙度不高。由此，選擇砂漿溶液的濃度為22～30wt％，不僅可以在晶圓背面上形成厚度均勻的砂層，而且可以在有效消除晶圓背面研磨損傷的同時(shí)提高砂層的粗糙度，從而有利于后續(xù)金屬層的粘附。

S220：將經(jīng)過(guò)打磨的的晶圓固定在載片器上

根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，“載片器”為現(xiàn)有技術(shù)中可以起到固定作用的任何固定件。

S230：采用噴砂槍向經(jīng)過(guò)打磨的晶圓背面噴射砂漿溶液

根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，采用噴砂槍向經(jīng)過(guò)打磨的晶圓的背面噴射砂漿溶液，從而可以在晶圓背面形成砂層。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，砂層的厚度并不受特別限制，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行選擇，根據(jù)本發(fā)明的具體實(shí)施例，砂層的厚度可以為1～5μm。發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，若砂層厚度過(guò)低，不能有效消除晶圓背面的研磨損傷，而砂層厚度過(guò)高，導(dǎo)致砂層在晶圓背面的附著力降低，從而使得后續(xù)的金屬層容易脫落。由此，選擇砂層的厚度為1～5μm可以在消除晶圓背面研磨損傷的同時(shí)，提高金屬層在晶圓背面上的粘附。

根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，噴砂槍的噴射參數(shù)并不受特別限制，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行選擇，根據(jù)本發(fā)明的具體實(shí)施例，噴砂槍的噴砂壓力可以為0.55～0.70Mpa，噴砂槍的噴射速度可以為700～850mm/s。發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，該噴射參數(shù)下可以顯著優(yōu)于其他條件顯著提高晶圓背面上砂層厚度的均勻性，并且所形成砂層粗糙度較高，從而在有效消除晶圓背面研磨損傷的同時(shí)提高晶圓背面與金屬層的粘附，進(jìn)而提高功率器件的性能。

S240：對(duì)晶圓背面的砂層進(jìn)行清洗

根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，可以采用超聲水對(duì)晶圓背面進(jìn)行清洗，從而可以有效去除砂層上殘留的砂漿顆粒。由此，可以進(jìn)一步提高晶圓背面與金屬層的粘附，進(jìn)而提高功率器件的性能。

由此，根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的晶圓的處理方法在消除晶圓背面研磨損傷的同時(shí)，可以在晶圓背面形成微觀的凸凹缺陷，從而提高晶圓背面上金屬層的粘附，進(jìn)而提高功率器件的性能。

在本發(fā)明的第二個(gè)方面，本發(fā)明提出了一種制備半導(dǎo)體元件的方法。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，該方法包括：提供晶圓；在晶圓的背面形成砂層；在晶圓背面的砂層上沉積形成金屬層；以及采用封裝材料對(duì)形成金屬層的晶圓進(jìn)行封裝，以便得到半導(dǎo)體元件，其中，在晶圓的背面形成砂層是采用上述的晶圓的處理方法進(jìn)行的。發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，通過(guò)采用上述噴砂方式來(lái)提高晶圓背面的粗糙度，可以顯著提高金屬層與晶圓背面的粘附，從而使得所得半導(dǎo)體元件具有良好的穩(wěn)定性。需要說(shuō)明的是，前文針對(duì)晶圓的處理方法所描述的特征和優(yōu)點(diǎn)同樣適用于制備半導(dǎo)體的方法，此處不再一一贅述。

下面參考圖3對(duì)本發(fā)明實(shí)施例的制備半導(dǎo)體元件的方法進(jìn)行詳細(xì)描述。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，該方法包括：

S100A：提供晶圓

根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，晶圓可以為上述描述的摻雜S、P、Sb或B的單晶硅晶圓片，并且該晶圓的一個(gè)面上具有通過(guò)刻蝕形成的集成電路，即這一面稱(chēng)為正面。

S200A：在晶圓的背面形成砂層

根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，晶圓的背面為與晶圓正面相對(duì)一面，即晶圓上沒(méi)有集成電路的一面。根據(jù)本發(fā)明的具體實(shí)施例，該步驟可以采用上述描述的晶圓的處理方法。需要說(shuō)明的是，前文針對(duì)晶圓的處理方法所描述的特征和優(yōu)點(diǎn)同樣適用于該步驟，此處不再贅述。

S300A：在晶圓背面的砂層上沉積形成金屬層

根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，可以采用真空鍍、離子鍍或磁控濺射工藝在晶圓背面的砂層上沉積形成金屬層，優(yōu)選采用離子鍍工藝進(jìn)行沉積。根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例，離子鍍沉積的條件并不受特別限制，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行選擇，根據(jù)本發(fā)明的具體實(shí)施例，離子鍍的功率可以為4000～6000w。發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，該條件下金屬層沉積效率較高，并且所得金屬層的質(zhì)量最好。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例，沿著遠(yuǎn)離晶圓背面的方向，金屬層可以依次包括金屬鈦層、金屬鎳層和金屬銀層。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，金屬鈦層、金屬鎳層和金屬銀層的厚度并不受特別限制，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行選擇，根據(jù)本發(fā)明的具體實(shí)施例，金屬鈦層的厚度可以為0.05～0.15μm，金屬鎳層的厚度可以為 0.15～0.25μm，金屬銀層的厚度可以為5～15μm。發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，若各金屬層太薄，無(wú)法有效起到連接和保護(hù)的作用，而若各金屬層太厚，使得附件電阻增大，降低芯片性能。由此，選擇該厚度范圍的金屬層既可以有效起到連接和保護(hù)的作用，又可以顯著提高所得芯片性能。

S400A：采用封裝材料對(duì)形成金屬層的晶圓進(jìn)行封裝

根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，采用封裝材料對(duì)形成金屬層的晶圓進(jìn)行封裝，從而可以得到半導(dǎo)體元件。由此，可以對(duì)半導(dǎo)體元件上的集成電路起到保護(hù)作用，從而提高半導(dǎo)體元件的穩(wěn)定性能。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，封裝材料的具體類(lèi)型并不受特別限制，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行選擇，根據(jù)本發(fā)明的具體實(shí)施例，封裝材料可以為陶瓷材料或橡膠。由此，可以進(jìn)一步提高所得半導(dǎo)體元件的穩(wěn)定性。

由此，通過(guò)采用上述噴砂方式來(lái)提高晶圓背面的粗糙度，可以顯著提高金屬層與晶圓背面的粘附，從而使得所得半導(dǎo)體元件具有良好的穩(wěn)定性。

參考圖4，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，制備半導(dǎo)體元件的方法進(jìn)一步包括：

S500A：每次在晶圓背面砂層上沉積形成金屬層以后，對(duì)晶圓進(jìn)行退火處理

根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，每次在晶圓背面砂層上沉積形成金屬層以后，對(duì)晶圓進(jìn)行退火處理，從而可以有效避免對(duì)晶圓的損傷。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，對(duì)晶圓進(jìn)行退火處理的方式并不受特別限制，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行選擇，根據(jù)本發(fā)明的具體實(shí)施例，可以通過(guò)通入氬氣對(duì)晶圓進(jìn)行退火處理，并且氬氣的流量可以為500～700sccm。發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，采用氬氣對(duì)晶圓進(jìn)行退火處理，不僅可以提高晶圓的退火效率，而且不會(huì)污染金屬層。

在本發(fā)明的第三方面，本發(fā)明提出了一種半導(dǎo)體元件。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，該半導(dǎo)體元件是采用上述所述的制備半導(dǎo)體元件的方法制備得到的。由此，根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的制備半導(dǎo)體元件具有較高的穩(wěn)定性能。需要說(shuō)明的是，上述針對(duì)制備半導(dǎo)體元件的方法所描述的特征和優(yōu)點(diǎn)同樣適用于該半導(dǎo)體元件，在此不再贅述。

下面參考具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行描述，需要說(shuō)明的是，這些實(shí)施例僅僅是描述性的，而不以任何方式限制本發(fā)明。

實(shí)施例

晶圓規(guī)格：摻雜S、P、Sb或B的單晶硅晶圓片，尺寸為3～6英寸，厚度500μm；

處理方法：對(duì)晶圓的背面進(jìn)行研磨，將晶圓的厚度控制在200μm，研磨后的晶圓背面的表面形貌如圖5和6所示，晶圓背面研磨后磨紋粗、溝壑深且物理?yè)p傷大，然后將經(jīng)過(guò)打磨的晶圓固定在載片器上，然后采用噴砂槍向經(jīng)過(guò)打磨的晶圓背面噴射砂漿溶液，從而 在晶圓背面上形成砂層，其中，砂漿溶液的濃度為25wt％，噴砂槍的噴砂壓力為0.6Mpa，噴砂槍的噴射速度為750mm/s，最后采用超聲水對(duì)晶圓背面的砂層進(jìn)行清洗并甩干。其表面形貌如圖7和8所示，可見(jiàn)，采用該方法可以在有效消除晶圓背面研磨損傷的同時(shí)，提高晶圓背面的粗糙度。

對(duì)比例

晶圓規(guī)格：同實(shí)施例；

處理方法：對(duì)晶圓的背面進(jìn)行研磨，將晶圓的厚度控制在200μm，研磨后的晶圓背面的表面形貌如圖5和6所示，然后采用混合酸液對(duì)經(jīng)過(guò)打磨的晶圓背面進(jìn)行腐蝕，其中，混合酸液中HNO₃、HF、CH₃COOH的體積比為5：1：2，所得晶圓背面表面形貌如圖9和10所示，由圖可知，采用該方法所得晶圓背面磨紋變淺，物理?yè)p傷小的同時(shí)晶圓背面趨于光滑，從而不利于后續(xù)晶圓背面上金屬層的粘附。

在本說(shuō)明書(shū)的描述中，參考術(shù)語(yǔ)“一個(gè)實(shí)施例”、“一些實(shí)施例”、“示例”、“具體示例”、或“一些示例”等的描述意指結(jié)合該實(shí)施例或示例描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點(diǎn)包含于本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施例或示例中。在本說(shuō)明書(shū)中，對(duì)上述術(shù)語(yǔ)的示意性表述不必須針對(duì)的是相同的實(shí)施例或示例。而且，描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點(diǎn)可以在任一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例或示例中以合適的方式結(jié)合。此外，在不相互矛盾的情況下，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以將本說(shuō)明書(shū)中描述的不同實(shí)施例或示例以及不同實(shí)施例或示例的特征進(jìn)行結(jié)合和組合。

盡管上面已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的實(shí)施例，可以理解的是，上述實(shí)施例是示例性的，不能理解為對(duì)本發(fā)明的限制，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本發(fā)明的范圍內(nèi)可以對(duì)上述實(shí)施例進(jìn)行變化、修改、替換和變型。