CN103489819B - 一种用于半导体制程中的薄片临时键合与解键合方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于半导体集成电路制造工艺，尤其涉及一种用于半导体制程中的薄片临时键合与解键合方法。将待键合的半导体薄片和母片放置入盛有液体粘黏剂的容器中，容器中液体的深度需要大于薄片与母片的直径，所述的半导体薄片为IV族材料以及III-V族材料的单晶、多晶及非晶片；所述的半导体母片为与半导体薄片大小形状相同的同种材料的单晶、多晶及非晶片本申请技术相比现有的专利技术，材料成本更低更易得到，对薄片和操作者的保护更强，工艺过程更为简单，对设别的要求更低，操作和实用性也更高，具备了创造性和技术优势。本申请的薄片键合技术所采用的材料为液体粘黏剂，在具体实例中为去离子水或乙醇。
Description
技术领域
本发明属于半导体集成电路制造工艺，尤其涉及一种用于半导体制程中的薄片临时键合与解键合方法。
背景技术
以半导体晶片为基底的微电子、光电子及功率器件等产业，为了满足高性能和低能耗的技术发展与市场诉求，需要不断追求器件的小型化与薄片化发展。以功率器件绝缘栅双极型晶体管（IGBT）为例，上世纪80年代诞生的第一代IGBT产品，其器件厚度在500μm以上，经过二十年的飞速发展，如今市场上主流的第五代和第六代IGBT产品器件厚度已减小至100μm甚至更小，而相对应地，器件的能量损耗降低了60%以上。可见，半导体器件的薄片化对减小器件能耗起着至关重要的作用。然而，当半导体晶片基底（如Si、Ge等IV族材料以及GaAs、InP等III-V族半导体材料）的厚度降至200μm以下时，尤其是对于6英寸、8英寸等尺寸较大的晶片，在批量化生产的半导体制程工艺中，很容易出现碎裂的情况，碎片将极大程度影响产品的产率和合格率，造成工艺的失败和生产商的损失。因此，在相关半导体产品的生产过程中，寻找一种操作简单并且切实有效的薄片临时键合技术，是解决薄片碎裂问题的必要途径之一。
现有对半导体薄片临时键合和解键合的技术主要有：专利申请号为CN201210258084.X，公开日为2013.4.10，名称为“应用于薄硅片的临时键合和解离工艺方法”的发明专利，其技术方案为：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)在硅片的键合面或/和载片的键合面涂布粘合剂，并对其烘烤2)硅片和载片的临时键合；3)硅片背面研磨减薄；4)对硅片和载片的边缘进行去边处理，以去除硅片和载片边缘的粘合剂；5)进行硅片背面工艺；6)硅片和载片的解离和清洗。
上述专利与现有技术一样，其使用的粘合剂都是从国外或国内专门厂商购买的特殊材料，成本很高，并且这种粘合剂对于硅片、器件本身和操作者都会带来污染，因为现有的粘合剂均是非降解的有机材料，所以一方面对键合的硅片会产生不可避免的污染，这种污染可以被控制的很小，但依然存在，一方面对操作者来说也有害；现有技术在键合的过程中，有的需要在键合之前对硅片进行开槽或刻环等预处理工艺，有的在粘合时需要采用旋涂或喷淋的方式，有的需要在高温高压的环境中实现粘合，有的在粘合之后需要烘烤加热以固定薄片与母片，并且在解键合的过程中对温度和环境的要求也更高，工艺的复杂度都很高，增加的工艺步骤也容易在硅片表面引入更多缺陷和污染，可能影响器件的性能。
发明内容
为了克服现有的薄片临时键合技术中存在的上述，现在特别提出一种用于半导体制程中的薄片临时键合与解键合方法。
为实现上述技术效果，本发明的技术方案如下：
一种用于半导体制程中的薄片临时键合与解键合方法，其特征在于，步骤1：将待键合的半导体薄片和母片放置入盛有液体粘黏剂的容器中，容器中液体的深度需要大于薄片与母片的直径，所述的半导体薄片为IV族材料以及III-V族材料的单晶、多晶及非晶片；所述的半导体母片为与半导体薄片大小形状相同的同种材料的单晶、多晶及非晶片；所述的薄片厚度为50μm至200μm；所述的母片厚度为150μm至1000μm；步骤2：在盛有液体粘黏剂的容器中，将薄片与母片以平行的方式逐渐靠拢并接触对准，使二者粘黏吸附在一起，并使两者边缘对齐，当薄片与母片开始接触时，由于液体分子间距小，分子间相互作用力较大，在薄片与母片之间并与其表面接触的液体会产生表面张力，自动将薄片的一面与母片的一面吸附在一起；步骤3：将粘黏吸附在一起的薄片与母片从容器中取出，其中薄片与母片之间存在残留的液体粘黏剂将两者粘黏，然后用气体吹干表面的水分，即完成薄片的临时键合工艺，步骤4：完成相关的工艺步骤后，将键合的薄片与母片放置于加热台上，放置时母片朝下，薄片朝上，待薄片与母片之间的液体粘黏剂蒸发，即可将薄片与母片无损分离。
所述步骤1中的液体粘黏剂为去离子水或乙醇。
所述步骤1中的盛液体粘黏剂的容器为液体池或液体槽。
所述步骤1中的半导体薄片为半导体制程中常用的Si、Ge及其余IV族材料，以及GaAs、InP及其余III-V族材料的单晶、多晶及非晶片；
所述步骤2中薄片的一面为临时键合之后未进行工艺处理的一面。
所述步骤3中的气体为惰性气体氮气或氩气。
所述步骤4中加热台的温度为所述的温度为50℃至150℃。
本申请技术相比现有的专利技术，材料成本更低更易得到，对薄片和操作者的保护更强，工艺过程更为简单，对设别的要求更低，操作和实用性也更高，具备了创造性和技术优势。本申请的薄片键合技术所采用的材料为液体粘黏剂（在具体实例中为去离子水或乙醇），和现有专利相比，最大的区别和优点在于：
1.材料简单易得，成本很低，对于半导体生产线来说，用来键合的这些去离子水几乎可以不计成本，而上述四个专利所采用的粘合剂都是从国外或国内专门厂商购买的特殊材料，成本显然高出很多。
2.材料绿色无污染，使用去离子水作为粘黏剂来键合硅薄片与母片，无论对于硅片和器件本身，还是对于操作者，都不会带来污染，而上述四个专利所购买的特殊材料，一般为非降解的有机材料，一方面对键合的硅片会产生不可避免的污染，或许这种污染可以被控制的很小，但依然存在，一方面对操作者来说也不可能像去离子水一样无毒无害。
3.键合与解键合工艺简单，便于操作，使用去离子水键合只用在水槽中就可完成，解键合也只用在加热台上加热至100℃左右即可将薄片与母片分离，操作及实用性很强，而现有专利从其列举的实例中可以看出，首先在键合的过程中，有的需要在键合之前对硅片进行开槽或刻环等预处理工艺，有的在粘合时需要采用旋涂或喷淋的方式，有的需要在高温高压的环境中实现粘合，有的在粘合之后需要烘烤加热以固定薄片与母片，并且在解键合的过程中对温度和环境的要求也更高，工艺的复杂度都很高，增加的工艺步骤也容易在硅片表面引入更多缺陷和污染，可能影响器件的性能。
4、本发明在效果上达到了薄片键合的目的，能够有效地防止薄片在清洗、烘干、光刻、去胶等工艺过程中的碎裂。在母片的选择上，选取与薄片材料相同的半导体晶片作为母片，一方面保证了异种材料可能带来的表面杂质污染，另一方面在半导体器件的流水生产线上，常常会用到同种材料的半导体晶片作为某些工艺流程中的陪片，因此母片很容易获得。在薄片与母片之间的粘黏剂选取上，选取与薄片及母片的半导体材料不发生化学反应、解键合的过程中容易去除的液体材料，在达到粘黏薄片和母片效果的同时，不会造成晶片表面的交叉污染。本发明的技术工艺在薄片键合和解键合过程中均易于操作，不需要对产线原有的针对厚片的工艺设备进行改造更新，并且所用材料都可从产线中获得，成本十分低廉。
附图说明
图1为步骤1示意图。
图2为步骤2示意图。
图3为步骤3示意图。
具体实施方式
实施例1
一种用于半导体制程中的薄片临时键合与解键合方法步骤1：将待键合的半导体薄片和母片放置入盛有液体粘黏剂的容器中，容器中液体的深度需要大于薄片与母片的直径，所述的半导体薄片为IV族材料以及III-V族材料的单晶、多晶及非晶片；所述的半导体母片为与半导体薄片大小形状相同的同种材料的单晶、多晶及非晶片；所述的薄片厚度为50μm至200μm；所述的母片厚度为150μm至1000μm；步骤2：在盛有液体粘黏剂的容器中，将薄片与母片以平行的方式逐渐靠拢并接触对准，使二者粘黏吸附在一起，并使两者边缘对齐，当薄片与母片开始接触时，由于液体分子间距小，分子间相互作用力较大，在薄片与母片之间并与其表面接触的液体会产生表面张力，自动将薄片的一面与母片的一面吸附在一起；步骤3：将粘黏吸附在一起的薄片与母片从容器中取出，其中薄片与母片之间存在残留的液体粘黏剂将两者粘黏，然后用气体吹干表面的水分，即完成薄片的临时键合工艺，步骤4：完成相关的工艺步骤后，将键合的薄片与母片放置于加热台上，放置时母片朝下，薄片朝上，待薄片与母片之间的液体粘黏剂蒸发，即可将薄片与母片无损分离。
实施例2
一种用于半导体制程中的薄片临时键合与解键合方法，步骤1：将待键合的半导体薄片和母片放置入盛有液体粘黏剂的容器中，液体粘黏剂为去离子水或乙醇。盛液体粘黏剂的容器为液体池或液体槽，容器中液体的深度需要大于薄片与母片的直径，所述的半导体薄片为IV族材料以及III-V族材料的单晶、多晶及非晶片，IV族材料如Ge，III-V族材料如InP等；所述的半导体母片为与半导体薄片大小形状相同的同种材料的单晶、多晶及非晶片；所述的薄片厚度为200μm；所述的母片厚度为1000μm；步骤2：在盛有液体粘黏剂的容器中，将薄片与母片以平行的方式逐渐靠拢并接触对准，使二者粘黏吸附在一起，并使两者边缘对齐，当薄片与母片开始接触时，由于液体分子间距小，分子间相互作用力较大，在薄片与母片之间并与其表面接触的液体会产生表面张力，自动将薄片的一面与母片的一面吸附在一起，薄片的一面为临时键合之后未进行工艺处理的一面；步骤3：将粘黏吸附在一起的薄片与母片从容器中取出，其中薄片与母片之间存在残留的液体粘黏剂将两者粘黏，然后用气体吹干表面的水分，即完成薄片的临时键合工艺，惰性气体氮气或氩气。步骤4：完成相关的工艺步骤后，将键合的薄片与母片放置于加热台上，加热台的温度为所述的温度为150℃，放置时母片朝下，薄片朝上，待薄片与母片之间的液体粘黏剂蒸发，即可将薄片与母片无损分离。
实施例3
一种用于半导体制程中的薄片临时键合与解键合方法，步骤1：将待键合的半导体薄片和母片放置入盛有液体粘黏剂的容器中，液体粘黏剂为去离子水或乙醇。盛液体粘黏剂的容器为液体池或液体槽，容器中液体的深度需要大于薄片与母片的直径，所述的半导体薄片为IV族材料以及III-V族材料的单晶、多晶及非晶片，IV族材料如Si，III-V族材料如GaAs；所述的半导体母片为与半导体薄片大小形状相同的同种材料的单晶、多晶及非晶片；所述的薄片厚度为50μm；所述的母片厚度为150μm；步骤2：在盛有液体粘黏剂的容器中，将薄片与母片以平行的方式逐渐靠拢并接触对准，使二者粘黏吸附在一起，并使两者边缘对齐，当薄片与母片开始接触时，由于液体分子间距小，分子间相互作用力较大，在薄片与母片之间并与其表面接触的液体会产生表面张力，自动将薄片的一面与母片的一面吸附在一起，薄片的一面为临时键合之后未进行工艺处理的一面；步骤3：将粘黏吸附在一起的薄片与母片从容器中取出，其中薄片与母片之间存在残留的液体粘黏剂将两者粘黏，然后用气体吹干表面的水分，即完成薄片的临时键合工艺，惰性气体氮气或氩气。步骤4：完成相关的工艺步骤后，将键合的薄片与母片放置于加热台上，加热台的温度为所述的温度为50℃，放置时母片朝下，薄片朝上，待薄片与母片之间的液体粘黏剂蒸发，即可将薄片与母片无损分离。
实施例4
一种用于半导体制程中的薄片临时键合与解键合方法，步骤1：将待键合的半导体薄片和母片放置入盛有液体粘黏剂的容器中，液体粘黏剂为去离子水或乙醇。盛液体粘黏剂的容器为液体池或液体槽，容器中液体的深度需要大于薄片与母片的直径，所述的半导体薄片为IV族材料以及III-V族材料的单晶、多晶及非晶片，IV族材料如Si、Ge等，III-V族材料如GaAs、InP等；所述的半导体母片为与半导体薄片大小形状相同的同种材料的单晶、多晶及非晶片；所述的薄片厚度为120μm；所述的母片厚度为650μm；步骤2：在盛有液体粘黏剂的容器中，将薄片与母片以平行的方式逐渐靠拢并接触对准，使二者粘黏吸附在一起，并使两者边缘对齐，当薄片与母片开始接触时，由于液体分子间距小，分子间相互作用力较大，在薄片与母片之间并与其表面接触的液体会产生表面张力，自动将薄片的一面与母片的一面吸附在一起，薄片的一面为临时键合之后未进行工艺处理的一面；步骤3：将粘黏吸附在一起的薄片与母片从容器中取出，其中薄片与母片之间存在残留的液体粘黏剂将两者粘黏，然后用气体吹干表面的水分，即完成薄片的临时键合工艺，惰性气体氮气或氩气。步骤4：完成相关的工艺步骤后，将键合的薄片与母片放置于加热台上，加热台的温度为所述的温度为70℃，放置时母片朝下，薄片朝上，待薄片与母片之间的液体粘黏剂蒸发，即可将薄片与母片无损分离。
实施例5
本发明要解决上述问题所采用的新的技术方案是这样实现的：该发明的设计思路是：在容易出现碎裂的工艺环节，用液体材料作为粘黏剂，将半导体薄片临时固定在刚性载体（母片）上以实现键合，起到临时增加薄片厚度和硬度的效果。母片选用的条件是：与半导体薄片为同种材料、相同大小、厚度更大的半导体晶片；液体材料（粘黏剂）的选用条件是：与薄片及母片的半导体材料不发生化学反应、解键合的过程中容易去除不造成附加污染。该发明的主要工艺过程包括：将待键合的厚度较小的半导体薄片和厚度较大的母片轻轻放置入盛有液体粘黏剂的容器中；在液体容器中，将薄片与母片以平行的方式逐渐靠拢并接触对准，使二者粘黏吸附在一起，并使边缘尽量对齐；将粘黏吸附在一起的薄片与母片轻轻从液体容器中取出，其中薄片与母片之间存在残留的液体材料作为粘黏剂，然后用气体吹干表面的水分，即完成薄片的临时键合工艺。完成相关的工艺步骤后，将键合的薄片与母片放置于一定温度的加热台上，待薄片与母片之间的液体粘黏剂蒸发，即可将薄片与母片无损分离。
请参阅附图所示，本发明一种用于半导体制程中的薄片临时键合技术，在本实例中包括如下关键步骤：
步骤1：将待键合的厚度较小的半导体薄片和厚度较大的母片轻轻放置入盛有液体粘黏剂的容器中，容器中液体的深度需要大于薄片与母片的直径。所述的半导体薄片为半导体制程中常用的Si、Ge等IV族材料以及GaAs、InP等III-V族材料的单晶、多晶及非晶片；所述的半导体母片为与半导体薄片大小形状完全相同的同种材料的单晶、多晶及非晶片；所述的薄片厚度为50μm至200μm；所述的母片厚度为150μm至1000μm；所述的液体粘黏剂为与薄片及母片的半导体材料不发生化学反应、解键合的过程中容易去除的材料，如去离子水、乙醇等；所述的盛液体的容器为液体池或液体槽。此步骤如图1所示。
步骤2：在液体容器中，将薄片与母片以平行的方式逐渐靠拢并接触对准，使二者粘黏吸附在一起，并使边缘尽量对齐。当薄片与母片开始接触时，由于液体分子间距小，分子间相互作用力较大，在薄片与母片之间并与其表面接触的液体会产生表面张力，自动将薄片的一面与母片的一面吸附在一起。所述的薄片的一面为临时键合之后暂时不需要进行工艺处理的一面。此步骤如图2所示。
步骤3：将粘黏吸附在一起的薄片与母片轻轻从液体容器中取出，其中薄片与母片之间存在残留的液体材料作为粘黏剂，然后用气体吹干表面的水分，即完成薄片的临时键合工艺。所述的气体为惰性气体氮气或氩气。此步骤如图3所示。
步骤4：完成相关的工艺步骤后，将键合的薄片与母片放置于一定温度的加热台上，放置时母片朝下，薄片朝上，待薄片与母片之间的液体粘黏剂蒸发，即可将薄片与母片无损分离。所述的温度为50℃至150℃。
Claims (7)
1.一种用于半导体制程中的薄片临时键合与解键合方法，其特征在于，步骤1：将待键合的半导体薄片和母片放置入盛有液体粘黏剂的容器中，容器中液体的深度需要大于薄片与母片的直径，所述的半导体薄片为IV族材料以及III-V族材料的单晶、多晶及非晶片；所述的半导体母片为与半导体薄片大小形状相同的同种材料的单晶、多晶及非晶片；所述的薄片厚度为50μm至200μm；所述的母片厚度为150μm至1000μm；步骤2：在盛有液体粘黏剂的容器中，将薄片与母片以平行的方式逐渐靠拢并接触对准，使二者粘黏吸附在一起，并使两者边缘对齐，当薄片与母片开始接触时，由于液体分子间距小，分子间相互作用力较大，在薄片与母片之间并与其表面接触的液体会产生表面张力，自动将薄片的一面与母片的一面吸附在一起；步骤3：将粘黏吸附在一起的薄片与母片从容器中取出，其中薄片与母片之间存在残留的液体粘黏剂将两者粘黏，然后用气体吹干表面的水分，即完成薄片的临时键合工艺，步骤4：完成相关的工艺步骤后，将键合的薄片与母片放置于加热台上，放置时母片朝下，薄片朝上，待薄片与母片之间的液体粘黏剂蒸发，即可将薄片与母片无损分离。
2.根据权利要求1所述的一种用于半导体制程中的薄片临时键合与解键合方法，其特征在于：所述步骤1中的液体粘黏剂为去离子水或乙醇。
3.根据权利要求1所述的一种用于半导体制程中的薄片临时键合与解键合方法，其特征在于：所述步骤1中的盛液体粘黏剂的容器为液体池或液体槽。
4.根据权利要求1所述的一种用于半导体制程中的薄片临时键合与解键合方法，其特征在于：所述步骤1中的半导体薄片为半导体制程中常用的Si、Ge及其余IV族材料，以及GaAs、InP及其余III-V族材料的单晶、多晶及非晶片。
5.根据权利要求1所述的一种用于半导体制程中的薄片临时键合与解键合方法，其特征在于：所述步骤2中薄片的一面为临时键合之后未进行工艺处理的一面。
6.根据权利要求1所述的一种用于半导体制程中的薄片临时键合与解键合方法，其特征在于：所述步骤3中的气体为惰性气体氮气或氩气。
7.根据权利要求1所述的一种用于半导体制程中的薄片临时键合与解键合方法，其特征在于：所述步骤4中加热台的温度为所述的温度为50℃至150℃。
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