專利名稱：硅片的臨時(shí)鍵合方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于半導(dǎo)體集成電路制造工藝，涉及一種薄硅片的工藝方法，尤其涉及一種應(yīng)用于薄娃片的臨時(shí)鍵合方法。
背景技術(shù)：
隨著半導(dǎo)體芯片對(duì)各種元器件集成度和功能越來越高的要求，傳統(tǒng)的二維集成電路已難以滿足其需求，因此一種新的技術(shù)，三維集成電路(3DIC)應(yīng)運(yùn)而生，其主要原理就是通過將娃片和娃片(Wafer to Wafer)或芯片和娃片(Chip to Wafer)上下層層堆疊的方式來提高芯片或各種電子元器件的集成度。在3DIC工藝中，需要對(duì)硅片進(jìn)行減薄，一是為了減少封裝厚度，二是通過減薄來暴露出用于鏈接上下兩硅片的通孔(Via)金屬塞。另外，近年來，絕緣柵雙極晶體管(IGBT)逐漸成為國(guó)內(nèi)半導(dǎo)體分立器件的研究熱點(diǎn)，該類晶體管的集電極是在硅片的背面形成的，因此為了滿足IGBT產(chǎn)品對(duì)結(jié)深、擊穿電壓以及散熱的要求，也需要對(duì)硅片背面進(jìn)行減薄。根據(jù)3DIC或IGBT產(chǎn)品的要求不同，所需硅片減薄后的厚度也不同(10-200微米)，最低甚至只有10微米，對(duì)于這樣薄如紙的硅片，由于其機(jī)械強(qiáng)度的降低以及翹曲度/彎曲度的增加，普通的半導(dǎo)體設(shè)備幾乎難以完成支撐和傳輸動(dòng)作，碎片率非常高。為了解決這種薄硅片的支撐和傳輸問題，業(yè)界通常采用臨時(shí)鍵合/解離的工藝方法，其主要原理就是將硅片臨時(shí)鍵合在一直徑相仿的載片(玻璃、藍(lán)寶石或硅材料)上，利用該載片來實(shí)現(xiàn)對(duì)薄硅片的支撐和傳輸，同時(shí)可以防止薄硅片變形，在完成相關(guān)工藝后再將載片從薄硅片上解離，其工藝流程如圖1所示，包括如下步驟(1)在硅片的鍵合面涂布粘合劑，并對(duì)其進(jìn)行烘烤；(2)硅片和載片進(jìn)行臨時(shí)鍵合；(3)將所述硅片背面研磨減?。?4)進(jìn)行硅片背面工藝；(5)硅片和載片的解離和清洗。傳統(tǒng)的臨時(shí)鍵合/解離的方法有一個(gè)缺點(diǎn)如圖2所示，在硅片100和載片200的鍵合過程中，由于壓力和溫度的關(guān)系，粘合劑300容易被“擠”到載片200邊緣的側(cè)面，從而在載片200邊緣側(cè)面形成粘合劑殘留(如圖2所示的載片邊緣的粘合劑302)，這樣在硅片和載片的解離過程中，容易發(fā)生粘連而使薄硅片破裂。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種硅片的臨時(shí)鍵合方法，以解決傳統(tǒng)工藝中解離過程時(shí)發(fā)生的硅片周邊破裂的問題。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種硅片的臨時(shí)鍵合方法，包括步驟如下( I)在載片上制作一環(huán)形開槽；(2)在硅片的鍵合面涂布粘合劑，并對(duì)其進(jìn)行烘烤；(3)將硅片和帶有環(huán)形開槽的載片進(jìn)行臨時(shí)鍵合；(4)將硅片背面研磨減??； (5)進(jìn)行硅片背面工藝；(6)將減薄后的硅片從帶有環(huán)形開槽的載片上解離。
在步驟(I)中，所述的載片材料是玻璃、藍(lán)寶石或硅中的任一種；所述的載片直徑比硅片直徑大0 2毫米，所述的載片的厚度為200-2000微米。優(yōu)選的，所述的載片是直徑為201毫米，厚度為500微米的玻璃圓片。在步驟(I)中，所述的環(huán)形開槽，通過機(jī)械切割，或干法刻蝕，或濕法刻蝕的方法形成；所述的環(huán)形開槽的寬度為1-10毫米，深度為10-100微米，且所述環(huán)形開槽的外邊框到載片邊緣的距離為1-10毫米。優(yōu)選的，所述的環(huán)形開槽通過機(jī)械切割的方法形成，所述的環(huán)形開槽的寬度為5毫米，深度為30微米，且所述環(huán)形開槽的外邊框到載片邊緣的距離為5毫米。在步驟(2)中，所述的粘合劑是指加熱分解型粘合劑，或激光分解型粘合劑，或溶劑溶解型粘合劑；所述涂布粘合劑的涂布方式采用旋涂方式或噴淋方式；所述的涂布粘合劑在烘烤后的厚度為5-100微米。優(yōu)選的,所述的粘合劑是Brewer Scinece公司的熱分解型粘合劑WaferBOND HT 10. 10 ;所述涂布粘合劑的涂布方式采用旋涂方式；所述的涂布粘合劑在烘烤后的厚度為25微米。在步驟(3)中，所述的臨時(shí)鍵合過程在一真空度為0. 001-0.1毫帕的密閉腔體中完成，且需將硅片和載片加熱至80-250°C，并在硅片或載片的一側(cè)施加100-5000牛頓的壓力，鍵合時(shí)間為1-20分鐘。優(yōu)選的，所述真空度為0. 01毫帕，加熱溫度為160°C，在載片的一側(cè)施加1000牛頓的壓力，鍵合時(shí)間為5分鐘。在步驟(3)完成后，硅片邊緣的粘合劑會(huì)被擠到載片的環(huán)形開槽內(nèi)，從而防止在載片邊緣的側(cè)面殘留粘合劑。在步驟(4)中，所述的硅片背面研磨減薄方法包括如下三個(gè)步驟粗磨、細(xì)磨和拋光；所述粗磨和細(xì)磨采用不同目數(shù)的金剛砂刀輪通過機(jī)械研磨方式完成，所述拋光采用化學(xué)機(jī)械研磨法、干法刻蝕法或濕法刻蝕法；所述的研磨減薄后硅片的厚度為10-400微米。優(yōu)選的，所述拋光采用濕法刻蝕法；所述的研磨減薄后硅片的厚度為80微米。

在步驟(5)中，所述的硅片背面工藝包括刻蝕、光刻、離子注入、去膠或清洗工藝中的一種或多種工藝。在步驟(6)中，所述的解離是指化學(xué)溶劑解離法，或加熱解離法，或激光照射解離法。優(yōu)選的，所述的解離采用加熱解離法，即將鍵合后減薄后的硅片和載片加熱到200-350°C，粘合劑在此溫度下發(fā)生熱分解而失去粘性，從而將減薄后的硅片從帶有環(huán)形開槽的載片上滑移解離。和現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果通過在載片上制作一環(huán)形開槽，在鍵合過程中使粘合劑被“擠”到該環(huán)形開槽內(nèi)，防止在載片邊緣的側(cè)面殘留粘合劑，從而解決了傳統(tǒng)工藝中硅片和載片解離過程時(shí)發(fā)生的由于粘合劑殘留而引起的硅片周邊破裂的問題，以提高成品率。


圖1是傳統(tǒng)的臨時(shí)鍵合/解離工藝流程圖；圖2是傳統(tǒng)的臨時(shí)鍵合/解離工藝中載片邊緣側(cè)面粘合劑殘留示意圖；圖3是本發(fā)明的臨時(shí)鍵合/解離工藝流程圖；圖4(A)是本發(fā)明方法的步驟(I)完成后的俯視示意圖；圖4(B)是圖4(A)沿X-X，方向的剖面示意圖4(C)是本發(fā)明方法的步驟(2)完成后的剖面示意圖；圖4(D)是本發(fā)明方法的步驟(3)完成后的剖面示意圖；圖4(E)是本發(fā)明方法的步驟(4)完成后的剖面示意圖；圖4(F)是本發(fā)明方法的步驟(6)完成后的剖面示意圖。圖中附圖標(biāo)記說明如下 100-硅片，IOOa-減薄后的硅片，200-載片，300-粘合劑，302-載片邊緣的粘合劑，400-載片上的環(huán)形開槽，a-環(huán)形開槽的寬度，b-環(huán)形開槽的深度，C-環(huán)形開槽的外邊框到載片邊緣的距離。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。本發(fā)明一種硅片的臨時(shí)鍵合方法，其工藝流程如圖3所示，其特征是在傳統(tǒng)的臨時(shí)鍵合和解離工藝基礎(chǔ)上，通過在載片上制作一環(huán)形開槽，在鍵合過程中使粘合劑被“擠”到該開槽內(nèi)，防止在載片邊緣的側(cè)面殘留粘合劑，從而解決了傳統(tǒng)工藝中解離過程時(shí)發(fā)生的硅片周邊破裂的問題。如圖3和圖4(A)-圖4(F)所示，本發(fā)明的一種硅片的臨時(shí)鍵合方法，其詳細(xì)工藝步驟如下(I)如圖4(A)和圖4(B)所示，在載片200上制作一環(huán)形開槽400 :圖4 (A)是制作完環(huán)形開槽400后 載片200的俯視圖，圖4(B)是圖4(A)沿X-X，方向的剖面示意圖，所述的載片200是一直徑比需鍵合的硅片直徑大0-2毫米，厚度為100-2000微米的圓片，載片200采用的材料是玻璃、藍(lán)寶石或硅中的任一種；優(yōu)選地，本實(shí)施例選用的是直徑為201毫米，厚度為500微米的玻璃圓片作為載片。如圖4(B)所示，所述環(huán)形開槽400的寬度a為1-10毫米，深度b為10-100微米，且所述環(huán)形開槽400的外邊框到載片200邊緣的距離c為1-10毫米；環(huán)形開槽400的制作方法可以是機(jī)械切割法，或干法刻蝕法，或濕法刻蝕法；優(yōu)選地，本實(shí)施例使用機(jī)械切割法，即使用金剛砂刀輪在上述載片200上切割出一寬度為5毫米，深度為30微米的環(huán)形開槽400，該環(huán)形開槽400的外邊框到載片200邊緣的距離c為5毫米。(2)如圖4(C)所示，在硅片100的鍵合面涂布粘合劑300，并對(duì)其進(jìn)行烘烤所述粘合劑300是指加熱分解型粘合劑(如Brewer Scinece公司的WaferBOND HT 10. 10)，或激光分解型粘合劑(如3M公司的LC3200和LTHC)，或溶劑溶解型粘合劑(如TOK公司的A0006和A4001)，也即這些粘合劑300材料在加熱到一定溫度，或經(jīng)一定功率的激光照射，或被特定的有機(jī)溶劑溶解以后，會(huì)因?yàn)榘l(fā)生了化學(xué)分解而降低或失去其粘性；粘合劑300的涂布方式有兩種，一是旋涂(Spin Coat)方式,另一種是噴淋(Spray)方式；所述粘合劑300經(jīng)烘烤后的厚度為5-100微米，以保證在硅片100和載片200鍵合后(如圖4 (D))，粘合齊Li 300能充分覆蓋娃片100鍵合面的臺(tái)階高度(Topography,圖中未示出)；優(yōu)選地,本實(shí)施例中所選用的粘合劑300是Brewer Scinece公司的熱分解型粘合劑WaferBOND HT 10.10，采用旋涂的方式在硅片100的鍵合面進(jìn)行涂布，且烘烤以后的厚度為25微米。(3)如圖4(D)所示，將硅片100和帶有環(huán)形開槽400的載片200進(jìn)行臨時(shí)鍵合硅該鍵合過程在一真空度為0. 001-0.1毫帕的密閉腔體中完成，且需加熱硅片100和載片200至80-250°C，并在硅片100或載片200的一側(cè)施加100-5000牛頓的壓力，鍵合時(shí)間為1_20分鐘，優(yōu)選地，本實(shí)施例的上述鍵合條件分別為真空度0. 01毫帕，加熱溫度160°C，在載片200 一側(cè)施加的壓力為1000牛頓，鍵合時(shí)間為5分鐘；如圖4(D)所示，鍵合后，由于壓力和溫度的關(guān)系，硅片100邊緣的粘合劑300會(huì)被“擠”到載片200的環(huán)形開槽400內(nèi)，從而防止在載片200邊緣的側(cè)面殘留粘合劑(即圖2所示的載片邊緣的粘合劑302)。(4)如圖4(E)所示，對(duì)硅片100進(jìn)行研磨減薄；所述的研磨減薄被實(shí)施在鍵合面的另一面，研磨減薄方法一般包括三個(gè)步驟粗磨、細(xì)磨和拋光，粗磨和細(xì)磨一般用不同目數(shù)的金剛砂刀輪通過機(jī)械研磨方式完成，而拋光步驟則可用化學(xué)機(jī)械研磨(CMP)、干法刻蝕或濕法刻蝕等方法來完成。優(yōu)選地，本實(shí)施例采用濕法刻蝕的方法來進(jìn)行研磨后的拋光。減薄后的硅片IOOa厚度取決于產(chǎn)品需求，一般為10-400微米，本實(shí)施例優(yōu)選的減薄后的硅片IOOa的厚度為80微米。(5)進(jìn)行硅片背面工藝，所述的背面工藝包括刻蝕、光刻、離子注入、去膠或清洗等工藝中的一種或多種業(yè)界常用工藝。(6)圖4(F)所示，將減薄后的硅片IOOa從帶有環(huán)形開槽400的載片200上解離；所述的解離主要有化學(xué)溶劑解離法，加熱解離法，激光照射解離法等，優(yōu)選地，本實(shí)施例采用加熱解離法，即將鍵合后減薄后的硅片IOOa和載片200加熱到一定溫度(如200-350°C )，粘合劑在此溫度下發(fā)生熱分解而失去粘性，從而可以將減薄后的硅片IOOa從帶有環(huán)形開槽400的載片200上滑移解離，由上述步驟(3)可知，在載片200邊緣的側(cè)面因?yàn)闆]有殘留粘合劑，所以可以解決傳統(tǒng) 工藝中解離過程時(shí)因邊緣粘合劑殘留而發(fā)生的硅片周邊破裂的問題。
權(quán)利要求
1.一種硅片的臨時(shí)鍵合方法，其特征在于，包括步驟如下 (1)在載片上制作一環(huán)形開槽； (2)在硅片的鍵合面涂布粘合劑，并對(duì)其進(jìn)行烘烤； (3)將硅片和帶有環(huán)形開槽的載片進(jìn)行臨時(shí)鍵合； (4)將硅片背面研磨減?。? (5)進(jìn)行硅片背面工藝； (6)將減薄后的硅片從帶有環(huán)形開槽的載片上解離。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在步驟(I)中，所述的載片材料是玻璃、藍(lán)寶石或硅中的任一種；所述的載片直徑比硅片直徑大O 2毫米，所述的載片的厚度為200-2000 微米。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，在步驟(I)中，所述的載片是直徑為201毫米，厚度為500微米的玻璃圓片。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在步驟(I)中，所述的環(huán)形開槽，通過機(jī)械切割，或干法刻蝕，或濕法刻蝕的方法形成；所述的環(huán)形開槽的寬度為ι- ο毫米，深度為10-100微米，且所述環(huán)形開槽的外邊框到載片邊緣的距離為1-10毫米。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，在步驟(I)中，所述的環(huán)形開槽通過機(jī)械切割的方法形成；所述的環(huán)形開槽的寬度為5毫米，深度為30微米，且所述環(huán)形開槽的外邊框到載片邊緣的距離為5毫米。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在步驟(2)中，所述的粘合劑是指加熱分解型粘合劑，或激光分解型粘合劑，或溶劑溶解型粘合劑；所述涂布粘合劑的涂布方式采用旋涂方式或噴淋方式；所述的涂布粘合劑在烘烤后的厚度為5-100微米。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，在步驟(2)中，所述的粘合劑是BrewerScinece公司的熱分解型粘合劑WaferBOND HT 10. 10 ;所述涂布粘合劑的涂布方式采用旋涂方式；所述的涂布粘合劑在烘烤后的厚度為25微米。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在步驟(3)中，所述的臨時(shí)鍵合過程在一真空度為O. 001-0.1毫帕的密閉腔體中完成，且需將硅片和載片加熱至80-250°C，并在硅片或載片的一側(cè)施加100-5000牛頓的壓力，鍵合時(shí)間為1-20分鐘。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，在步驟(3)中，所述真空度為O.01毫帕，加熱溫度為160°C，在載片的一側(cè)施加1000牛頓的壓力，鍵合時(shí)間為5分鐘。
10.根據(jù)權(quán)利要求1或9所述的方法，其特征在于，在步驟(3)完成后，硅片邊緣的粘合劑會(huì)被擠到載片的環(huán)形開槽內(nèi)，從而防止在載片邊緣的側(cè)面殘留粘合劑。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在步驟(4)中，所述的硅片背面研磨減薄方法包括如下三個(gè)步驟粗磨、細(xì)磨和拋光；所述粗磨和細(xì)磨采用不同目數(shù)的金剛砂刀輪通過機(jī)械研磨方式完成，所述拋光采用化學(xué)機(jī)械研磨法、干法刻蝕法或濕法刻蝕法；所述的研磨減薄后硅片的厚度為10-400微米。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，在步驟(4)中，所述拋光采用濕法刻蝕法；所述的研磨減薄后硅片的厚度為80微米。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在步驟(5)中，所述的硅片背面工藝包括刻蝕、光刻、離子注入、去膠或清洗工藝中的一種或多種工藝。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在步驟(6)中，所述的解離是指化學(xué)溶劑解離法，或加熱解離法，或激光照射解離法。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，在步驟(6)中，所述的解離采用加熱解離法，即將鍵合后減薄后的硅片和載片加熱到200-350°C，粘合劑在此溫度下發(fā)生熱分解而失去粘性，從而將減薄后的硅片從帶有環(huán)形開槽的載片上滑移解離。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種硅片的臨時(shí)鍵合方法，包括步驟如下1)在載片上制作一環(huán)形開槽；2)在硅片的鍵合面涂布粘合劑，并對(duì)其烘烤；3)將硅片和帶有環(huán)形開槽的載片進(jìn)行臨時(shí)鍵合；4)將硅片背面研磨減?。?)進(jìn)行硅片背面工藝；6)將減薄后的硅片從帶有環(huán)形開槽的載片上解離。本發(fā)明能防止在載片邊緣的側(cè)面殘留粘合劑，從而在硅片和載片的解離過程中，可以解決傳統(tǒng)工藝中因這種粘合劑殘留而引起的硅片破裂問題，提高成品率。
文檔編號(hào)H01L21/02GK103035482SQ20121029071
公開日2013年4月10日 申請(qǐng)日期2012年8月15日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月15日
發(fā)明者郭曉波 申請(qǐng)人:上海華虹Nec電子有限公司