硅片的臨時鍵合工藝方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于半導(dǎo)體集成電路制造工藝，涉及兩種硅片的臨時鍵合工藝方法，尤其涉及兩種改善鍵合后載片和硅片翹曲度的臨時鍵合工藝方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著半導(dǎo)體芯片對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，需要對硅片進行減薄，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。
[0003]另外，近年來國內(nèi)半導(dǎo)體分立器件的研究熱點，絕緣柵雙極晶體管(IGBT)，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)品對結(jié)深和擊穿電壓的要求，也需要對硅片背面進行減薄。
[0004]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，對于這樣薄如紙的硅片，由于其機械強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作，碎片率非常高。為了解決這種薄硅片的支撐和傳輸問題，臨時鍵合/解離法是業(yè)界通常采用的工藝方法之一，其主要原理就是將硅片臨時鍵合在一直徑相仿的載片(玻璃、藍寶石或硅材料)上，利用該載片來實現(xiàn)對薄硅片的支撐和傳輸，同時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)在硅片的鍵合面或/和載片的鍵合面涂布粘合劑，并對其進行烘烤；(2)將所述硅片和載片進行臨時鍵合；
(3)將所述硅片背面研磨減??；(4)進行硅片背面工藝；(5)將減薄后的硅片從載片上解離并清洗。在通常這種臨時鍵合/解離的方法中，根據(jù)步驟(5)中解離方法的不同，臨時鍵合和解離工藝可以分為以下三種:化學(xué)溶劑解離法(Chemical Release)、激光或紫外光照射解離法(Laser/UV Light Release)以及加熱分解解離法(Thermal Decomposit1nRelease)，無論是以上哪種方法，在上述步驟(2)的臨時鍵合過程中，都需要使用加熱的方法使載片和硅片進行鍵合，這就會產(chǎn)生一個問題:當載片采用玻璃材質(zhì)時，由于普通玻璃的 CTE(Coefficient of Thermal Expans1n:熱膨脹系數(shù))為 7.lxlCT16/°C,而娃的 CTE為2.5X10_16/°C，兩者相差較大，在加熱鍵合的過程中，由于加熱而導(dǎo)致的玻璃載片的膨脹程度大于硅片的膨脹程度，因此就會產(chǎn)生如圖2所示的翹曲情況，即硅片10a和玻璃載片200a都向上彎曲，也即產(chǎn)生一個向著硅片10a的非鍵合面的翹曲，該翹曲度可以用玻璃載片200a的中間位置和周邊位置的高度差(即翹曲度a)來表示，嚴重時，翹曲度a可以達到1-2毫米。這種翹曲將會導(dǎo)致兩個問題:一是后續(xù)工藝設(shè)備無法正常吸附和傳輸該鍵合后的硅片10a和玻璃載片200a，從而導(dǎo)致掉片、破片的問題；二是這種翹曲影響后續(xù)光刻工藝的聚焦準確性以及套刻精度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供硅片的臨時鍵合工藝方法，以解決傳統(tǒng)的臨時鍵合和解離工藝中鍵合后的載片和硅片的翹曲問題。
[0006]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種硅片的臨時鍵合工藝方法，該方法包括步驟如下:
[0007](I)提供一需鍵合的娃片,一第一載片和一第二載片；
[0008](2)在娃片的第一表面,和/或在第一載片的第一表面涂布第一粘合劑,并對其烘烤；
[0009](3)在第二載片的第一表面涂布第二粘合劑，并對其烘烤；
[0010](4)將娃片、第一載片和第二載片按照一定的疊放順序進行臨時鍵合,娃片位于第一載片和第二載片的中間，形成“三明治”結(jié)構(gòu)；
[0011](5)將第二載片從硅片的第二表面上解離，清洗去除第二粘合劑。
[0012]在步驟(I)中，所述第一載片和第二載片的材料為玻璃，且所述第一載片和第二載片的熱膨脹系數(shù)都大于硅片的熱膨脹系數(shù)，如果后續(xù)步驟(5)的解離使用化學(xué)溶劑溶解法，在所述第二載片上預(yù)先形成多孔結(jié)構(gòu)，該多孔結(jié)構(gòu)貫穿第二載片且均勻分布于第二載片上。
[0013]在步驟(2)中，所述第一粘合劑是激光照射分解型粘合劑、溶劑溶解型粘合劑或加熱分解型粘合劑，所述第一粘合劑在烘烤后要能夠完全覆蓋硅片的第一表面上的圖形臺階高度。
[0014]在步驟(3)中，所述第二粘合劑是激光照射分解型粘合劑或溶劑溶解型粘合劑。
[0015]在步驟(4)中，所述的疊放順序是指:硅片位于第一載片和第二載片的中間，其中娃片的第一表面和第一載片的第一表面相鄰，娃片的第二表面和第二載片的第一表面相鄰，所述臨時鍵合過程在一真空度為0.001-0.1毫帕、溫度為150-350°c的密閉腔體中完成，并在第一載片和/或第二載片的非鍵合面一側(cè)施加100-5000牛頓的壓力，鍵合時間為1-20分鐘。
[0016]在步驟(5)中，所述解離采用激光照射解離法或化學(xué)溶劑解離法，所述清洗方法采用化學(xué)溶劑槽式清洗法、化學(xué)溶劑噴淋清洗法、氧氣等離子體灰化或膠帶粘貼法。
[0017]此外，本發(fā)明還提供另一種硅片的臨時鍵合工藝方法，該方法包括步驟如下:
[0018](I)提供一需鍵合的娃片，一第三載片和一第四載片；
[0019](2)在娃片的第一表面涂布第三粘合劑,并對其烘烤；
[0020](3)在第三載片的第二表面涂布第四粘合劑，并對其烘烤；
[0021](4)將硅片、第三載片和第四載片按照一定的疊放順序進行臨時鍵合，第三載片位于硅片和第四載片的中間，形成“三明治”結(jié)構(gòu)；
[0022](5)將第四載片從第三載片的第二表面上解離，清洗去除第四粘合劑。
[0023]在步驟⑴中，所述第三載片材料為玻璃，第四載片的材料為硅，且所述硅片和第四載片的熱膨脹系數(shù)都大于第三載片的熱膨脹系數(shù)，在所述第四載片上預(yù)先形成多孔結(jié)構(gòu)，該多孔結(jié)構(gòu)貫穿第四載片且均勻分布于第四載片上。
[0024]在步驟(2)中，所述第三粘合劑是激光照射分解型粘合劑、溶劑溶解型粘合劑或加熱分解型粘合劑，所述第三粘合劑在烘烤后要能夠完全覆蓋硅片的第一表面上的圖形臺階高度。
[0025]在步驟(3)中，所述第四粘合劑是溶劑溶解型粘合劑。
[0026]在步驟⑷中，所述的疊放順序是指:第三載片位于硅片和第四載片的中間，其中第三載片的第一表面和娃片的第一表面相鄰，第三載片的第二表面和第四載片的第一表面相鄰，所述臨時鍵合過程在一真空度為0.001-0.1毫帕、溫度為150-350°c的密閉腔體中完成，并在硅片和/或第四載片的非鍵合面一側(cè)施加100-5000牛頓的壓力，鍵合時間為1-20分鐘。
[0027]在步驟(5)中，所述解離采用化學(xué)溶劑解離法，在步驟(5)中，所述清洗方法采用化學(xué)溶劑槽式清洗法、化學(xué)溶劑噴淋清洗法、氧氣等離子體灰化或膠帶粘貼法。
[0028]和現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明方法具有以下有益效果:在加熱鍵合過程中，將硅片、兩片載片按照一定順序疊放，形成上層、中層和下層的“三明治”結(jié)構(gòu)，使上層和下層因加熱產(chǎn)生的翹曲方向相反，從而抵消彼此的翹曲力量，因此硅片及兩片載片都不會因為加熱而產(chǎn)生翹曲，解決了傳統(tǒng)工藝中鍵合后硅片和載片的翹曲問題。
【附圖說明】
[0029]圖1是傳統(tǒng)的臨時鍵合和解離工藝流程圖；
[0030]圖2是傳統(tǒng)工藝中鍵合后載片和硅片的翹曲示意圖；
[0031]圖3是本發(fā)明實施例一的硅片臨時鍵合工藝流程圖；
[0032]圖4A-圖4E是本發(fā)明實施例一的硅片臨時鍵合工藝流程的每一步驟完成后的示意圖；其中，圖4A是本發(fā)明實施例一中的一種第二載片的俯視示意圖；圖48是本發(fā)明實施例一的步驟(2)完成后的截面示意圖；圖4(:是本發(fā)明實施例一的步驟(3)完成后的截面示意圖；圖40是本發(fā)明實施例一的步驟(4)完成后的截面示意圖；圖4E是本發(fā)明實施例一的步驟(5)完成后的截面示意圖。
[0033]圖5是本發(fā)明