CN103035483A

CN103035483A - 一种应用于薄硅片的临时键合和解离工艺方法

Info

Publication number: CN103035483A
Application number: CN2012103105082A
Authority: CN
Inventors: 郭晓波
Original assignee: Shanghai Hua Hong NEC Electronics Co Ltd
Current assignee: Shanghai Huahong Grace Semiconductor Manufacturing Corp
Priority date: 2012-08-28
Filing date: 2012-08-28
Publication date: 2013-04-10
Anticipated expiration: 2032-08-28
Also published as: CN103035483B

Abstract

本发明公开了一种应用于薄硅片的临时键合和解离工艺方法，包括步骤如下：1)在硅片的键合面涂布第一粘合剂，并对其烘烤；2)在载片的键合面涂布第二粘合剂，并对其烘烤；3)将硅片和载片进行临时键合；4)对硅片背面进行研磨减薄；5)进行硅片背面工艺；6)将减薄后的硅片和载片进行解离；7)去除减薄后的硅片键合面上的第一粘合剂；8)去除载片键合面上的第二粘合剂。该工艺方法既具备室温下即可解离的优点，又能解决以下两个问题：一是传统化学溶剂解离法中因需使用多孔结构的载片而产生的高成本和硅片图形沾污问题，二是传统激光或紫外光照射解离法中由于粘合剂不能太厚而导致的不能完全覆盖硅片键合面上图形的台阶高度的问题。

Description

一种应用于薄硅片的临时键合和解离工艺方法

技术领域

本发明属于半导体集成电路制造工艺，涉及一种应用于薄硅片的工艺方法，尤其涉及一种应用于薄硅片的临时键合和解离工艺方法。

背景技术

随着半导体芯片对各种元器件集成度和功能越来越高的要求，传统的二维集成电路已难以满足其需求，因此一种新的技术，三维集成电路(3DIC)应运而生，其主要原理就是通过将硅片和硅片(Wafer to Wafer)或芯片和硅片(Chip to Wafer)上下层层堆叠的方式来提高芯片或各种电子元器件的集成度。在3DIC工艺中，需要对硅片进行减薄，一是为了减少封装厚度，二是通过减薄来暴露出用于链接上下两硅片的通孔(Via)金属塞。

另外，近年来国内半导体分立器件的研究热点，绝缘栅双极晶体管(IGBT)，该类晶体管的集电极是在硅片的背面形成的，因此为了满足IGBT产品对结深和击穿电压的要求，也需要对硅片背面进行减薄。

根据3DIC或IGBT产品的要求不同，所需硅片减薄后的厚度也不同(10-200微米)，最低甚至只有10微米，对于这样薄如纸的硅片，由于其机械强度的降低以及翘曲度/弯曲度的增加，普通的半导体设备几乎难以完成支撑和传输动作，碎片率非常高。为了解决这种薄硅片的支撑和传输问题，临时键合/解离法是业界通常采用的工艺方法之一，其主要原理就是将硅片临时键合在一直径相仿的载片(玻璃、蓝宝石或硅材料)上，利用该载片来实现对薄硅片的支撑和传输，同时可以防止薄硅片变形，在完成相关工艺后再将载片从薄硅片上解离，其工艺流程如图1所示，包括如下步骤：(1)在硅片的键合面或/和载片的键合面涂布粘合剂，并对其进行烘烤；(2)将所述硅片和载片进行临时键合；(3)将所述硅片背面研磨减薄；(4)进行硅片背面工艺；(5)将减薄后的硅片从载片上解离并清洗。在通常这种临时键合/解离的方法中，根据步骤(5)中解离方法的不同，临时键合和解离工艺可以分为以下三种：化学溶剂解离法(Chemical Release)、激光或紫外光照射解离法(Laser/UV Light Release)以及加热分解解离法(Thermal Decomposition Release)，表1所示的是这三种临时键合和解离工艺各自的优缺点。

表1不同临时键合和解离工艺的优缺点：

由表1可知，化学溶剂解离法和激光或紫外光照射解离法都具有室温下即可解离的优点，能够很好的解决因热而产生的硅片和载片间的应力不匹配和形变问题，但这两种方法又各自有其缺点：

化学溶剂解离法中需使用多孔结构的载片，以便在解离步骤时，化学溶剂能够流过载片而到达键合面的粘合剂，从而更好的溶解粘合剂，但这种多孔结构的载片成本很高，而且在进行硅片背面研磨及其他工艺时，一些化学药液及颗粒杂质也容易透过多孔的载片到达硅片的键合面(图形面)，进而对其图形产生沾污和损伤；在激光或紫外光照射解离法中，粘合剂不能太厚(通常小于2微米)，否则需使用很大功率的激光或紫外光才能是粘合剂分解，这就不但大大限制了设备的生产能力(Throughput)，同时也降低了设备的使用寿命，但在实际情况中，当硅片键合面的图形台阶差大于2微米时，这种厚度的粘合剂就不能完全覆盖这种台阶差，进而影响键合效果。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种应用于薄硅片的临时键合和解离工艺方法，使其在具备室温下即可解离的优点时，同时又能解决以下两个问题：

1、传统化学溶剂解离法中因需使用多孔结构的载片而产生的高成本和硅片图形沾污问题；

2、传统激光或紫外光照射解离法中由于粘合剂不能太厚而导致的不能完全覆盖硅片键合面上图形的台阶高度的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供一种应用于薄硅片的临时键合和解离工艺方法，包括步骤如下：

（1）在硅片的键合面涂布第一粘合剂，并对其烘烤；

（2）在载片的键合面涂布第二粘合剂，并对其烘烤；

（3）将硅片和载片进行临时键合；

（4）对硅片背面进行研磨减薄；

（5）进行硅片背面工艺；

（6）将减薄后的硅片和载片进行解离；

（7）去除减薄后的硅片键合面上的第一粘合剂；

（8）去除载片键合面上的第二粘合剂。

在步骤(1)中，所述的第一粘合剂是溶剂溶解型粘合剂，也即在被特定的有机溶剂溶解以后，会因为发生了化学分解而降低或失去其粘性，如TOK公司的A0006和A4001。所述的涂布采用旋涂方式或喷淋方式；所述的第一粘合剂在烘烤后的厚度为5-100微米，所述的第一粘合剂在烘烤后能完全覆盖硅片键合面图形的台阶高度。优选的，所述的涂布采用旋涂方式，所述的第一粘合剂在烘烤后的厚度为25微米。

在步骤(2)中，所述的载片材料是玻璃或蓝宝石中的任一种，所述的载片直径比硅片直径大0~2毫米，所述载片的厚度为200-2000微米。优选的，所述载片采用玻璃圆片，所述载片的直径为201毫米，所述载片的厚度为500微米。所述的第二粘合剂是激光照射分解型粘合剂，也即在被激光照射以后，会因为发生了化学分解而降低或失去其粘性，如3M公司的LTHC。所述的涂布采用旋涂方式或喷淋方式，所述的第二粘合剂在烘烤后的厚度为0.1-5微米。优选的，所述的涂布采用旋涂方式；所述的第二粘合剂在烘烤后的厚度为1微米。

在步骤(3)中，所述的临时键合过程在一真空度为0.001-0.1毫帕的密闭腔体中完成，且需将硅片和载片加热至80-250℃，并在硅片或载片的一侧施加100-5000牛顿的压力，键合时间为1-20分钟。优选的，所述真空度为0.01毫帕，加热温度为160℃，在载片的一侧施加的压力为1000牛顿，键合时间为5分钟。

在步骤(4)中，所述的硅片研磨减薄方法包括如下三个步骤：粗磨、细磨和抛光；所述粗磨和细磨采用不同目数的金刚砂刀轮通过机械研磨方式完成，所述抛光采用化学机械研磨法、干法刻蚀法或湿法刻蚀法；所述的研磨减薄后硅片的厚度为10-400微米。优选的，所述抛光采用湿法刻蚀法；所述的研磨减薄后硅片的厚度为80微米。

在步骤(5)中，所述的硅片背面工艺包括刻蚀、光刻、离子注入、去胶或清洗工艺中的一种或多种工艺。

在步骤(6)中，所述的解离是指激光或紫外光照射解离法，也即在键合之后的载片一侧施以激光或紫外光照射，载片键合面上的第二粘合剂在此激光或紫外光照射下因化学分解而失去粘性，从而将减薄后的硅片从载片上解离。优选的，所述的解离使用激光照射解离法，所述激光采用波长为1064纳米的钇铝石榴石激光，输出功率为10-50瓦特。

在步骤(7)中，所述的去除减薄后硅片键合面上的第一粘合剂使用化学溶剂槽式清洗法、化学溶剂喷淋清洗法、氧气等离子体灰化法或胶带粘贴法。优选的，所述的去除减薄后硅片键合面上的第一粘合剂使用化学溶剂喷淋清洗法。

在步骤(8)中，所述的去除载片键合面上的第二粘合剂使用化学溶剂槽式清洗法或化学溶剂喷淋清洗法。

步骤(1)和步骤(2)的顺序可以互换，也即先在载片的键合面涂布第二粘合剂，并对其烘烤；然后再在硅片的键合面涂布第一粘合剂，并对其烘烤。

步骤(7)和步骤(8)的顺序可以互换，也即先去除载片键合面上的第二粘合剂；然后再去除减薄后的硅片键合面上的第一粘合剂。

和现有技术相比，本发明具有以下有益效果：通过将传统的化学溶剂键合/解离法和激光照射键合/解离法相结合，提供了一种应用于薄硅片临时键合和解离工艺，使其既具备室温下即可解离的优点，同时又解决了以下两个问题，一是传统化学溶剂解离法中因需使用多孔结构的载片而产生的高成本和硅片图形沾污问题，二是传统激光或紫外光照射解离法中由于粘合剂不能太厚而导致的不能完全覆盖硅片键合面上图形的台阶高度的问题。

附图说明

图1是传统的临时键合和解离工艺流程图；

图2是本发明的临时键合和解离工艺流程图；

图3(A)-图3(G)是本发明的临时键合和解离工艺流程各步骤完成后的剖面示意图；其中，图3(A)是本发明方法的步骤(1)完成后的示意图；图3(B)是本发明方法的步骤(2)完成后的示意图；图3(C)是本发明方法的步骤(3)完成后的示意图；图3(D)是本发明方法的步骤(4)完成后的示意图；图3(E)是本发明方法的步骤(6)完成后的示意图，图3(F)是本发明方法的步骤(7)完成后的示意图，图3(G)是本发明方法的步骤(8)完成后的示意图。

图中附图标记说明如下：

100-硅片，101-减薄后的硅片，200-载片，300-第一粘合剂，400-第二粘合剂，500-硅片的键合面上的图形。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细的说明。

实施例一

本发明一种应用于薄硅片的临时键合和解离工艺方法，其工艺流程如图2所示，其特征是将传统的化学溶剂键合/解离法和激光照射键合/解离法相结合，提供了一种新的临时键合和解离工艺，使其即具备室温下即可解离的优点，同时又能解决以下两个问题，一是传统化学溶剂解离法中因需使用多孔结构的载片而产生的高成本和硅片图形沾污问题，二是传统激光或紫外光照射解离法中粘合剂不能太厚的问题。

如图2和图3所示，本发明的一种应用于薄硅片的临时键合和解离工艺方法，其详细工艺步骤如下：

(1)如图3(A)所示，在硅片100的键合面涂布第一粘合剂300，并对其烘烤：所述的第一粘合剂300是溶剂溶解型粘合剂，也即在被特定的有机溶剂溶解以后，会因为发生了化学分解而降低或失去其粘性，如TOK公司的A0006和A4001，优选地，本实施例中采用A4001粘合剂；所述的涂布可以采用旋涂方式(Spin Coating)或喷淋方式(Spray Coating)，优选地，本实施例采用旋涂方式；为了保证达到最佳的键合效果，所述的第一粘合剂300在烘烤后要能够完全覆盖硅片100的键合面上的图形500的台阶高度，因此，第一粘合剂300烘烤后的厚度主要取决于图形500的台阶高度，一般为5-100微米，优选地，本实施例中第一粘合剂300的厚度为25微米。可见，本发明所采用的第一粘合剂300可以是比较厚的，克服了传统激光或紫外光照射解离法中由于粘合剂不能太厚而导致的不能完全覆盖硅片100的键合面上图形500的台阶高度的问题。

(2)如图3(B)所示，在载片200的键合面涂布第二粘合剂400，并对其烘烤；为了使硅片100在减薄以后获得较好的支撑和传输，所述载片200的直径一般比硅片100直径大0~2毫米，载片200的厚度为200-2000微米，为了后续解离步骤时(如图3(E))，激光能透过载片200而到达第二粘合剂400，所述载片200的材料一般是玻璃或蓝宝石等材料。优选地，本实施例采用直径为201毫米，厚度为500微米的玻璃圆片作为载片200；可见，本发明不需要使用多孔结构的载片，因此克服了传统化学溶剂解离法中因需使用多孔结构的载片而产生的高成本和硅片图形沾污问题。所述的第二粘合剂400是激光照射分解型粘合剂，也即在被激光照射以后，会因为发生了化学分解而降低或失去其粘性，如3M公司的LTHC；所述的涂布可以采用旋涂方式(Spin Coating)或喷淋方式(Spray Coating)，优选地，本实施例采用旋涂方式；所述的第二粘合剂400在烘烤后的厚度越大，后续激光照射解离时所需要的激光功率就越大，因此为了维持较低的照射功率以提高设备的生产效率和使用寿命，所述的第二粘合剂400在烘烤以后的厚度通常都较小，一般为0.1-5微米，优选地，本实施例中第二粘合剂400在烘烤以后的温度为1微米。

(3)如图3(C)所示，将硅片100和载片200进行临时键合：该键合过程在一真空度为0.001-0.1毫帕的密闭腔体中完成，且需加热硅片100和载片200至80-250℃，并在硅片100或载片200的一侧施加100-5000牛顿的压力，键合时间为1-20分钟，优选地，本实施例的上述键合条件分别为：真空度0.01毫帕，加热温度160℃，在载片200一侧施加的压力为1000牛顿，键合时间为5分钟。

(4)如图3(D)所示，对硅片100进行背面(键合面的另一面)研磨减薄；研磨方法一般包括三个步骤：粗磨、细磨和抛光，粗磨和细磨一般用不同目数的金刚砂刀轮通过机械研磨方式完成，而抛光步骤则可用化学机械研磨(CMP)、干法刻蚀或湿法刻蚀等方法来完成。优选地，本实施例采用湿法刻蚀的方法来进行研磨后的抛光。减薄后的硅片101的厚度取决于产品需求，一般为10-400微米，优选地，本实施例中减薄后硅片101的厚度为80微米。

(5)进行硅片背面工艺；所述的背面工艺包括刻蚀、光刻、离子注入、去胶或清洗等工艺中的一种或多种业界常用工艺。

(6)如图3(E)所示，将减薄后的硅片101和载片200进行解离；所述的解离是指激光或紫外光照射解离法，也即在载片200键合面的另一侧施以激光或紫外光照射，该激光或紫外光透过载片200而到达键合面上的第二粘合剂400，此第二粘合剂400在激光或紫外光照射下因化学分解而失去粘性，从而可以将减薄后的硅片101从载片200上解离出来。优选地，本实施例中采用激光照射解离法，所述激光采用波长为1064纳米的钇铝石榴石激光，输出功率为10-50瓦特。

(7)如图3(F)所示，去除减薄后的硅片101键合面上的第一粘合剂300；所述的去除方法可以采用化学溶剂槽式清洗法、化学溶剂喷淋清洗法、氧气等离子体灰化、胶带粘贴法，优选地，本实施例中使用的是化学溶剂喷淋清洗法，即在减薄后的硅片101旋转的同时，在其键合面喷淋一化学溶剂(如萜烯类有机溶剂)，利用该化学溶剂对第一粘合剂300的溶解性，以去除减薄后的硅片101键合面上的第一粘合剂300。

(8)如图3(G)所示，去除载片200键合面上的第二粘合剂400；所述的去除方法可以采用化学溶剂槽式清洗法、化学溶剂喷淋清洗法；优选地，本实施例中使用的是化学溶剂喷淋清洗法，即在载片200旋转的同时，在其键合面喷淋一化学溶剂(如氨水)，利用该化学溶剂对第二粘合剂400的溶解性，以去除载片200键合面上的第二粘合剂400。

实施例二

实施例二和上述实施例一的唯一区别就是将步骤(1)和步骤(2)进行互换，也即先在载片的键合面涂布第二粘合剂，并对其烘烤；然后再在硅片的键合面涂布第一粘合剂，并对其烘烤。

实施例三

实施例三和上述实施例一的唯一区别就是将步骤(7)和步骤(8)进行互换，也即先去除载片键合面上的第二粘合剂；然后再去除减薄后的硅片键合面上的第一粘合剂。

实施例四

实施例四和上述实施例一的区别在于：

将步骤(1)和步骤(2)进行互换，也即先在载片的键合面涂布第二粘合剂，并对其烘烤；然后再在硅片的键合面涂布第一粘合剂，并对其烘烤。

并且，将步骤(7)和步骤(8)也进行互换，也即先去除载片键合面上的第二粘合剂；然后再去除减薄后的硅片键合面上的第一粘合剂。

Claims

1.一种应用于薄硅片的临时键合和解离工艺方法，其特征在于，包括步骤如下：

(1)在硅片的键合面涂布第一粘合剂，并对其烘烤；

(2)在载片的键合面涂布第二粘合剂，并对其烘烤；

(3)将硅片和载片进行临时键合；

(4)对硅片背面进行研磨减薄；

(5)进行硅片背面工艺；

(6)将减薄后的硅片和载片进行解离；

(7)去除减薄后的硅片键合面上的第一粘合剂；

(8)去除载片键合面上的第二粘合剂。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤(1)中，所述的第一粘合剂是溶剂溶解型粘合剂。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤(1)中，所述的涂布采用旋涂方式或喷淋方式；所述的第一粘合剂在烘烤后的厚度为5-100微米，所述的第一粘合剂在烘烤后能完全覆盖硅片键合面图形的台阶高度。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，在步骤(1)中，所述的涂布采用旋涂方式；所述的第一粘合剂在烘烤后的厚度为25微米。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤(2)中，所述的载片材料是玻璃或蓝宝石中的任一种，所述的载片直径比硅片直径大0~2毫米，所述载片的厚度为200-2000微米。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，在步骤(2)中，所述载片采用玻璃圆片，所述载片的直径为201毫米，所述载片的厚度为500微米。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤(2)中，所述的第二粘合剂是激光照射分解型粘合剂。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤(2)中，所述的涂布采用旋涂方式或喷淋方式；所述的第二粘合剂在烘烤后的厚度为0.1-5微米。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，在步骤(2)中，所述的涂布采用旋涂方式；所述的第二粘合剂在烘烤后的厚度为1微米。

10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤(3)中，所述的临时键合过程在一真空度为0.001-0.1毫帕的密闭腔体中完成，且需将硅片和载片加热至80-250℃，并在硅片或载片的一侧施加100-5000牛顿的压力，键合时间为1-20分钟。

11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，在步骤(3)中，所述真空度为0.01毫帕，加热温度为160℃，在载片的一侧施加的压力为1000牛顿，键合时间为5分钟。

12.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤(4)中，所述的硅片研磨减薄方法包括如下三个步骤：粗磨、细磨和抛光；所述粗磨和细磨采用不同目数的金刚砂刀轮通过机械研磨方式完成，所述抛光采用化学机械研磨法、干法刻蚀法或湿法刻蚀法；所述的研磨减薄后硅片的厚度为10-400微米。

13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，在步骤(4)中，所述抛光采用湿法刻蚀法；所述的研磨减薄后硅片的厚度为80微米。

14.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤(5)中，所述的硅片背面工艺包括刻蚀、光刻、离子注入、去胶或清洗工艺中的一种或多种工艺。

15.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤(6)中，所述的解离是指激光或紫外光照射解离法，也即在键合之后的载片一侧施以激光或紫外光照射，载片键合面上的第二粘合剂在此激光或紫外光照射下因化学分解而失去粘性，从而将减薄后的硅片从载片上解离。

16.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，在步骤(6)中，所述的解离使用激光照射解离法，所述激光采用波长为1064纳米的钇铝石榴石激光，输出功率为10-50瓦特。

17.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤(7)中，所述的去除减薄后硅片键合面上的第一粘合剂使用化学溶剂槽式清洗法、化学溶剂喷淋清洗法、氧气等离子体灰化法或胶带粘贴法。

18.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，在步骤(7)中，所述的去除减薄后硅片键合面上的第一粘合剂使用化学溶剂喷淋清洗法。

19.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤(8)中，所述的去除载片键合面上的第二粘合剂使用化学溶剂槽式清洗法或化学溶剂喷淋清洗法。

20.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)和步骤(2)的顺序可以互换，也即先在载片的键合面涂布第二粘合剂，并对其烘烤；然后再在硅片的键合面涂布第一粘合剂，并对其烘烤。

21.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(7)和步骤(8)的顺序可以互换，也即先去除载片键合面上的第二粘合剂；然后再去除减薄后的硅片键合面上的第一粘合剂。