[发明专利]一种磨削晶圆亚表面残余应力测试方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种磨削晶圆亚表面残余应力测试方法，特别涉及一种分布腐蚀和拉曼光谱测试磨削晶圆亚表面残余应力的方法。

背景技术

随着IC制造技术的飞速发展,为了增大IC芯片产量,降低单元制造成本,晶圆趋向大直径化，晶圆尺寸从最初的2英寸发展到目前广泛使用的8英寸,甚至向着更大尺寸方向发展。随着晶圆直径增大,为了保证晶圆具有足够的强度,晶圆的厚度也相应增加。目前8英寸晶圆的平均厚度725微米,而12英寸晶圆平均厚度已增加到775微米,与此相反,为满足IC芯片封装的需要,提高IC尤其是功率IC的可靠性，降低热阻，提高芯片的散热能力和成品率,要求芯片厚度薄型化,芯片的平均厚度每两年减少一半。目前芯片厚度己减小到100-200微米、智能卡、MEMS以及生物医学传感器等IC芯片厚度已减到100微米以下，高密度电子结构的三维集成和立体封装芯片更是需要厚度小于50微米的超薄的晶圆。

晶圆减薄能力是决定晶圆厚度的关键，目前主流的减薄技术为晶圆自旋转磨削技术，然而机械加工过程不可避免造成晶圆表面的损伤，损伤将引起残余应力。残余应力是一种内应力，残余应力的存在将会引起晶圆的翘曲以及促使内部裂纹的延伸，导致晶圆的破裂，给晶圆的传输带来极大的挑战。通常情况下晶圆的损伤层深度为十几微米，残余应力也在一定的深度范围内存在。目前，对磨削晶圆表面残余应力的检测主要采用拉曼光谱进行无损检测，而对晶圆亚表面残余应力的检测则需要对晶圆进行机械切片制作剖面试样。然而，切片过程会引入新的切割残余应力同时会释放掉部分磨削残余应力，影响残余应力测试的准确性。

“杨氏”溶液分步腐蚀可以不断去除腐蚀区材料达到亚表面，不会引入新的残余应力，对残余应力测试结果影响较小。

发明内容

本发明提供了一种磨削晶圆亚表面残余应力测试方法，包括实验方法和数据处理方法。实验方法主要解决了腐蚀深度的测试和磨削晶圆亚表面残余应力的测试问题，数据处理方法主要解决了腐蚀深度的计算和残余应力计算问题。实验原理简单，操作方便，结果可靠。

一种磨削晶圆亚表面残余应力测试方法，其特征在于，包括下列步骤：

提供磨削后的单晶硅晶圆，清水冲洗晶圆表面，固定晶圆并用有机溶剂清洗；确定测试点，测试点位于<110>晶向，沿半径分布，至少3个测试点，第一测试点距晶圆圆心10-15mm，第二测试点距第一测试点40-60mm，第三测试点距第二测试点40-60mm；利用“杨氏”溶液对每个测试点进行腐蚀，每个测点共腐蚀8次，每次腐蚀时间分别为2s、3s、4s、5s、10s、15s、25s、40s，每次腐蚀结束均用清水清洗腐蚀区以终止腐蚀；待腐蚀区干燥，首先利用白光干涉仪测量腐蚀深度，然后利用拉曼光谱测量残余应力。

进一步，所述“杨氏”溶液的配比为H₂O:HF(质量百分比浓度为49％):Cr₂O₃＝500ml:500ml:75g。

进一步，其特征在于，对拉曼测试曲线进行高斯拟合。

更具体的：采用分步腐蚀法、白光干涉仪对腐蚀深度进行检测，然后利用拉曼光谱仪对磨削晶圆亚表面残余应力进行检测。实验过程中，首先对晶圆进行磨削，用水冲洗晶圆表面以去除残留的磨屑，将晶圆固定，用有机溶剂(如丙酮，酒精)二次清洗晶圆。确定<110>晶向，沿半径分布的3个测试点。利用“杨氏”溶液对每个测试点进行腐蚀，每个测点共腐蚀8次，每次腐蚀时间分别为2s、3s、4s、5s、10s、15s、25s、40s，每次腐蚀后用清水清洗腐蚀位置以终止腐蚀过程。将晶圆固定在白光干涉仪的载台上，测试腐蚀深度；然后利用拉曼光谱测试腐蚀区残余应力，对拉曼测试结果进行高斯拟合，最后计算残余应力。

本发明可取的以下有益的效果：

1.本发明提出的实验方法可解决磨削晶圆亚表面残余应力测试不准确和腐蚀深度测试困难的问题。

2.本发明提出的数据处理方法可准确获得残余应力值以及腐蚀深度。

3.本发明提出的测试方法原理简单、可靠，保证了测试结果的准确性。

附图说明：

图1为晶圆磨削示意图。

图2为晶圆定位腐蚀示意图。

图3为腐蚀深度测试示意图。

图4为残余应力分布示意图。

图5为文献中残余应力分布示意图。

图6本发明流程图

图中：