半导体器件及其制造方法与流程

本发明涉及半导体技术领域，特别涉及一种半导体器件及其制造方法。

背景技术：

采用微电子机械系统(microelectromechanicalsystem，mems)工艺形成的mems麦克风，由于在小型化、性能、可靠性、环境耐用性、成本和批量生产能力方面的潜在优势而得到广泛应用。

在mems麦克风的制造过程中，会将一定厚度的晶圆进行背面减薄，然后再进行晶圆背腔的刻蚀。现有的工艺一般将晶圆减薄至300μm~450μm，而随着半导体市场对器件小型化的需求增多，需要将晶圆的厚度在现有的基础上做进一步地减薄；但是，随着晶圆被进一步地减薄，晶圆的翘曲度也会增大，可能达到300μm~400μm，这样会导致后续的背腔刻蚀工艺出现异常，例如晶圆的碎片和背腔cd（criticaldimension，关键尺寸）差异大。尤其对于双背极麦克风，由于其本身的翘曲度已经较大，如果对其进一步地减薄，更加不利于其后续的背腔刻蚀工艺。

因此，需要对现有的晶圆减薄工艺进行改进，以使得在晶圆减薄到所需厚度的同时，还能避免导致晶圆的背腔刻蚀工艺出现异常。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种半导体器件及其制造方法，使得在晶圆减薄到所需厚度的同时，还能避免导致晶圆的背面的图形化处理的工艺出现异常。

为实现上述目的，本发明提供了一种半导体器件的制造方法，包括：提供一晶圆，所述晶圆包括相对设置的正面和背面，所述晶圆的正面具有膜层结构；

第一次减薄，研磨所述晶圆的背面，以使得所述晶圆减薄至第一厚度；

图形化处理所述晶圆的背面，以在所述晶圆的背面形成图形化结构；以及，

第二次减薄，整体研磨所述晶圆的背面，以使得所述晶圆减薄至第二厚度。

可选的，在所述第二次减薄之后，还包括清洗所述晶圆的背面。

可选的，所述第一厚度为300μm~450μm，所述第二厚度为200μm~250μm。

可选的，所述晶圆的背面包括芯片区，所述芯片区包括多个芯片单元区；所述图形化结构包括形成于所述芯片单元区的凹槽。

可选的，所述凹槽贯穿所述晶圆。

可选的，所述晶圆的背面还包括支撑区。

可选的，图形化处理所述晶圆的背面的步骤包括：形成图形化的掩膜层于所述晶圆的背面，所述图形化的掩膜层覆盖所述支撑区，以在所述支撑区形成支撑结构；并对所述芯片区进行刻蚀，以在所述芯片区的芯片单元区形成所述凹槽。

可选的，所述支撑结构包括至少两条交叉的支撑条，每条所述支撑条经过所述晶圆的中心且两端朝向所述晶圆的边缘。

可选的，所述支撑条在所述晶圆的背面均匀分布。

可选的，所述支撑结构还包括位于所述晶圆外围边缘的环形结构，所述环形结构包括至少一道与所有的支撑条相交的支撑圆环。

可选的，所述支撑条的宽度为1mm~5mm。

本发明还提供了一种半导体器件，采用本发明提供的所述半导体器件的制造方法制造，所述半导体器件包括晶圆部分，所述晶圆部分具有相对设置的正面和背面，所述晶圆部分的背面具有图形化结构。

可选的，所述半导体器件为mems麦克风，所述图形化结构包括所述mems麦克风的背腔。

与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下有益效果：

1、本发明的半导体器件的制造方法，通过研磨晶圆的背面，以使得所述晶圆减薄至第一厚度；图形化处理所述晶圆的背面，以在所述晶圆的背面形成图形化结构；以及，整体研磨所述晶圆的背面，以使得所述晶圆减薄至第二厚度，对所述晶圆的背面的两段式的减薄使得在所述晶圆减薄到所需厚度的同时，还能避免导致所述晶圆的背面的图形化处理的工艺出现异常。

2、本发明的半导体器件，由于采用本发明提供的所述半导体器件的制造方法制造，使得在所述晶圆减薄到所需厚度的同时，还能使得所述半导体器件的良率得到提高。

附图说明

图1是本发明一实施例的半导体器件的制造方法的流程图；

图2~图6是图1所示的半导体器件的制造方法中的器件示意图；

图7~图9是本发明一实施例的晶圆背面的支撑区的俯视示意图。

其中，附图1~图9的附图标记说明如下：

11-晶圆；12-膜层结构；13-芯片区；14-凹槽；15-杂质颗粒；16-支撑条；17-支撑圆环；h0-初始厚度；h1-第一厚度；h2-第二厚度。

具体实施方式

为使本发明的目的、优点和特征更加清楚，以下结合附图1~图9对本发明提出的半导体器件及其制造方法作进一步详细说明。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

本发明一实施例提供一种半导体器件的制造方法，参阅图1，图1是本发明一实施例的半导体器件的制造方法的流程图，所述半导体器件的制造方法包括：步骤s1，提供一晶圆，所述晶圆包括相对设置的正面和背面，所述晶圆的正面具有膜层结构；

步骤s2，第一次减薄，研磨所述晶圆的背面，以使得所述晶圆减薄至第一厚度；

步骤s3，图形化处理所述晶圆的背面，以在所述晶圆的背面形成图形化结构；

步骤s4，第二次减薄，整体研磨所述晶圆的背面，以使得所述晶圆减薄至第二厚度。

下面参阅图2~图9更为详细的介绍本实施例提供的半导体器件的制造方法，图2~图6是图1所示的半导体器件的制造方法中的器件示意图，图2~图6也是晶圆上的单颗芯片的剖面示意图；图7~图9是本发明一实施例的晶圆背面的支撑区的俯视示意图。

按照步骤s1，提供一晶圆，所述晶圆包括相对设置的正面和背面，所述晶圆的正面具有膜层结构。如图2所示，所述膜层结构12位于所述晶圆11的正面上，所述晶圆11具有初始厚度h0。所述晶圆中可包括半导体器件所需的器件结构，所述膜层结构可以包括振动膜等结构。

按照步骤s2，第一次减薄，研磨所述晶圆的背面，以使得所述晶圆减薄至第一厚度。

如图3所示，研磨所述晶圆11的背面，以使得所述晶圆11从初始厚度h0减薄至第一厚度h1。其中，所述第一厚度可以为300μm~450μm（例如为350μm、400μm等），需要说明的是，所述第一厚度也可以根据制造的半导体器件的种类和性能需求选择其它合适的范围。与未减薄的所述晶圆相比，在将所述晶圆减薄至第一厚度之后，所述晶圆的翘曲度会增大，例如增大到150μm~250μm，此时，所述晶圆的翘曲度还不会对后续的制造工艺产生影响，即所述晶圆的翘曲度在后续对所述晶圆的背面进行图形化处理的工艺可接受的规格内。

另外，研磨所述晶圆的背面的方法可以包括化学机械研磨或物理研磨，或者化学机械研磨和物理研磨相结合的方法。其中，化学机械研磨采用研磨液和研磨头共同作用，使得研磨后的所述晶圆的背面具有很好的平整度，且对所述晶圆的背面造成的损伤度低；物理研磨可以采用研磨轮进行研磨，研磨速度快。可以根据制造半导体器件的工艺需求选择合适的研磨方法。

按照步骤s3，图形化处理所述晶圆的背面，以在所述晶圆的背面形成图形化结构。

所述晶圆的背面包括芯片区，所述芯片区包括多个芯片单元区。在图形化处理所述晶圆的背面之后，形成的所述图形化结构包括形成于每个所述芯片单元区的凹槽。如图4所示，所述凹槽14贯穿所述晶圆11，以暴露出所述膜层结构12的背面，图4所示的也是单个的芯片单元区。另外，所述凹槽也可以未贯穿所述晶圆，可以根据制造的所述半导器器件的类型选择所述凹槽是否贯穿所述晶圆；若制造的所述半导体器件为mems麦克风，则所述凹槽贯穿所述晶圆，所述凹槽为所述mems麦克风的背腔。

另外，由于在对所述晶圆的背面进行图形化处理形成所述凹槽之后，会导致所述晶圆的翘曲度增大，那么，需要对所述晶圆的背面的所述图形化结构进行改进。其中，可以设置所述晶圆的背面包括支撑区。通过在所述晶圆的背面设置支撑区，使得在对所述晶圆的背面进行图形化处理之后，所述支撑区所在区域的应力集中，以对所述晶圆起到支撑的作用，所述晶圆的强度增大，进而使得所述晶圆的翘曲度不会增大，避免导致所述晶圆的翘曲度对后续的工艺产生影响。

所述支撑区形成有支撑结构，所述支撑结构可以包括至少两条交叉的支撑条，每条所述支撑条经过所述晶圆的中心且两端朝向所述晶圆的边缘。所述支撑条可以在所述晶圆的背面均匀分布，使得所述支撑条所在区域的应力分布更加均匀，且使得所述晶圆的翘曲的方向也更加有规律，这样更加有利于后续的工艺。例如多条所述支撑条组成十字形或米字形等，如图7所示，两条所述支撑条16均匀分布于所述晶圆11的背面以组成十字形，如图8所示，四条所述支撑条16均匀分布于所述晶圆11的背面以组成米字形，并且，米字形的所述支撑结构模拟伞骨架，使得所述晶圆的翘曲从所述晶圆的中心沿着半径方向朝着所述晶圆的边缘呈规则的弧形。

所述支撑结构还可包括位于所述晶圆外围边缘的环形结构，所述环形结构包括至少一道与所有的支撑条相交的支撑圆环。如图9所示，所述环形结构包括一道支撑圆环17，所述支撑圆环17位于所述晶圆的边缘且与所有的支撑条16相交。通过设置所述环形结构中的支撑圆环将所有的支撑条连接起来，使得所述支撑区对所述晶圆的支撑作用进一步得到提高，所述晶圆的强度进一步得到增大，进而使得对所述晶圆的翘曲度的改善效果更加明显。

所述支撑条的宽度可以为1mm~5mm（例如为2mm、3mm、4mm等），所述支撑圆环的宽度也可以为1mm~5mm（例如为2mm、3mm、4mm等），所述支撑条和所述支撑圆环的宽度越大，则所述支撑区对所述晶圆所起的支撑作用越明显，那么，对所述晶圆的翘曲度的改善也越明显。需要说明的是，所述支撑条和所述支撑圆环的宽度不仅限于上述的范围，可以根据所述晶圆的翘曲度的需求选择合适的范围。

另外，图形化处理所述晶圆的背面的步骤包括：形成图形化的掩膜层于所述晶圆的背面，所述图形化的掩膜层覆盖所述支撑区和部分的所述芯片区，以在所述支撑区形成所述支撑结构；并对未被所述掩膜层覆盖的所述芯片区进行刻蚀，以在所述芯片区的每个芯片单元区形成所述凹槽；之后，去除所述图形化的掩膜层。如图7至图9所示，所述芯片区13中的每个芯片单元区均会被刻蚀形成所述凹槽，所述支撑区（即所述支撑条16和所述支撑圆环17所在的区域）不会被刻蚀。所述图形化的掩膜层的材质可以为光刻胶或氮化硅等。并且，当所述凹槽贯穿所述晶圆时，由于刻蚀去除了全部厚度的所述晶圆，刻蚀的深度很深，可采用干法刻蚀工艺刻蚀所述芯片区；当所述凹槽未贯穿所述晶圆时，可以根据所述凹槽的深度选择干法刻蚀或湿法刻蚀。

按照步骤s4，第二次减薄，整体研磨所述晶圆的背面，以使得所述晶圆减薄至第二厚度，以形成所需的半导体器件。整体研磨所述晶圆的背面即研磨所述支撑区和所述芯片区的非凹槽所在的区域，以使得所述晶圆的整体厚度减薄。如图5所示，整体研磨所述晶圆11的背面，以使得所述晶圆11从第一厚度h1减薄至第二厚度h2。其中，所述第二厚度可以为200μm~250μm（例如为210μm、240μm等），需要说明的是，所述第二厚度也可以根据制造的半导体器件的种类和性能需求选择其它合适的范围。

其中，整体研磨所述晶圆的背面的方法也可以包括化学机械研磨或物理研磨，或者化学机械研磨和物理研磨相结合的方法，参阅上述步骤s2，在此不再赘述。

另外，由于在整体研磨所述晶圆的背面之后，所述晶圆背面会有较多研磨产生的杂质颗粒（例如硅尘），如图5所示，尤其在所述凹槽14中会聚集较多杂质颗粒15，因此，还需要对所述晶圆的背面进行清洗，以去除所述杂质颗粒15，进而得到图6所示的半导体器件。其中，可以采用混合酸溶液清洗所述晶圆的背面，混合酸溶液可以包括氢氟酸、硝酸和醋酸的组合或者氢氟酸和盐酸的组合等。

由上述步骤s1至步骤s4可知，通过将所述晶圆的背面的减薄工艺分为两段式减薄，即对所述晶圆的背面进行图形化处理之前的第一次减薄和对所述晶圆的背面进行图形化处理之后的第二次减薄，使得在所述晶圆减薄到所需厚度的同时，还能使得在对所述晶圆的背面进行图形化处理时，所述晶圆的翘曲度在图形化处理工艺可接受的规格以内，避免导致晶圆背面的图形化处理工艺的异常（例如晶圆的碎片和凹槽的cd差异大）。

综上所述，本发明提供的半导体器件的制造方法，包括：提供一晶圆，所述晶圆包括相对设置的正面和背面，所述晶圆的正面具有膜层结构；第一次减薄，研磨所述晶圆的背面，以使得所述晶圆减薄至第一厚度；图形化处理所述晶圆的背面，以在所述晶圆的背面形成图形化结构；以及，第二次减薄，整体研磨所述晶圆的背面，以使得所述晶圆减薄至第二厚度。本发明的半导体器件的制造方法使得在所述晶圆减薄到所需厚度的同时，还能避免导致所述晶圆的背面的图形化处理的工艺出现异常。

本发明一实施例提供一种半导体器件，采用本发明提供的所述半导体器件的制造方法制造，所述半导体器件包括晶圆部分，所述晶圆部分具有相对设置的正面和背面，所述晶圆部分的正面具有膜层结构，所述晶圆部分的背面具有图形化结构。由于采用本发明提供的所述半导体器件的制造方法制造，具体地，通过将所述晶圆部分的背面的减薄工艺分为两段式减薄，即对所述晶圆部分的背面进行图形化处理之前的第一次减薄和对所述晶圆部分的背面进行图形化处理之后的第二次减薄，使得在所述晶圆部分减薄到所需厚度的同时，还能使得所述晶圆部分的翘曲度在图形化处理工艺可接受的规格以内，避免导致晶圆部分的背面的图形化处理工艺的异常（例如晶圆的碎片和凹槽的cd差异大），进而使得所述半导体器件的良率得到提高。

其中，所述半导体器件可以为mems麦克风。所述膜层结构可以包括所述mems麦克风的振动膜和背极板，所述振动膜和所述背极板之间存在缝隙，所述振动膜和所述背极板上具有所述mems麦克风的声孔；所述图形化结构包括所述mems麦克风的背腔，所述背腔与所述声孔连通，且所述背腔以及所述振动膜和背极板之间的缝隙为所述振动膜提供了振动空间。所述图形化结构既能够实现所述mems麦克风的背腔，也能够使得所述晶圆部分减薄到所述mems麦克风的所需厚度。并且，所述膜层结构还可包括所述振动膜和背极板之外的其它结构。

所述mems麦克风的背极板可包括单背极板或双背极板。其中，相比于具有单背极板的所述晶圆部分，具有双背极板的所述晶圆部分更脆且翘曲度更大，很容易在对所述晶圆部分的背面进行图形化处理之后，翘曲度进一步增大到超出后续工艺可接受的规格，进而导致出现碎片等问题，因此，在制备所述mems麦克风的过程中，可以在所述图形化结构中设置支撑区，使得在对所述晶圆部分的背面进行图形化处理之后，所述支撑区所在区域的应力集中，以对所述晶圆部分起到支撑的作用，所述晶圆部分的强度增大，进而使得所述晶圆部分的翘曲度不会增大。而对于具有单背极板的所述晶圆部分，若在对所述晶圆部分的背面进行图形化处理之后，翘曲度没有增大到超出后续工艺可接受的规格，则可无需在所述图形化结构中设置支撑区，以节省成本。其中，所述支撑区的具体说明参见上述步骤s3，在此不再赘述。

在mems麦克风中，所述振动膜和所述背极板可构成平行板电容。当外部的声压通过所述背腔作用在所述振动膜上时，会引起所述振动膜的震动，从而使得所述振动膜和所述背极板之间的距离发生变化，进而产生电容的变化，并利用电容变化量进行运算和工作，以完成声音信号和电信号的转换。

上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。