CN110394910A - 晶圆减薄方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及半导体制造技术领域，尤其涉及一种晶圆减薄方法。所述晶圆减薄方法包括如下步骤：提供第一晶圆，所述第一晶圆包括第一键合面以及与所述第一键合面相对的第一背面，所述第一键合面与第二晶圆键合；采用一切割线沿平行于所述第一键合面的方向切割所述第一晶圆，以减薄所述第一晶圆至预设厚度。本发明操作简单，能够极大的缩短减薄时间，而且减少了资源的浪费；另外，能够提高减薄后的晶圆表面的平整度。
Description
技术领域
本发明涉及半导体制造技术领域，尤其涉及一种晶圆减薄方法。
背景技术
晶圆是指硅半导体集成电路制作所用的硅晶片，由于其形状一般设置为圆形，故称为晶圆。在硅晶片上可加工制作成各种电路元件结构，从而成为具有特定电性功能的集成电路产品。在晶圆加工工艺中，晶圆通常要经过减薄后才能进行后续的刻蚀、化学沉积、电镀等加工工艺流程，或者在两片晶圆键合之后，进行晶圆背面减薄工艺。
当前常用的减薄工艺分为物理机械研磨、化学腐蚀和化学机械研磨三种。化学腐蚀减薄工艺仅通过厚度测量反馈来控制晶圆的减薄精度，且目前厚度测量设备分辨率较低，对于较高要求的减薄精度，现有减薄工艺很难实现，难以保证晶圆的减薄精度。物理机械研磨工艺和化学机械研磨工艺都是通过对晶圆进行研磨来达到预设厚度，但是研磨的方式存在如下缺陷：首先，在研磨过程中会产生大量的晶圆碎屑，后续清理较为繁琐，不利于环保；其次，通常需要研磨掉晶圆的大部分，使得最终的晶圆产品轻薄、短小，一方面需要的研磨时间较长，另一方面研磨掉的碎屑只能作为废物进行处理，造成了资源的浪费；另外，研磨后的晶圆表面平整度较差，影响后续工艺的正常进行；而且，机械研磨的方式成本较高，不利于大规模、批量化的生产。
因此，如何简化晶圆减薄工艺，减少资源的浪费，并获得具有良好平整度的晶圆表面，是目前亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明提供了一种晶圆减薄方法，用于解决现有的晶圆减薄方法操作繁琐、易造成资源的浪费、且减薄后晶圆表面性能不佳的问题，以改善最终晶圆产品的良率以及机台产能。
为了解决上述问题，本发明提供了一种晶圆减薄方法，包括如下步骤：
提供第一晶圆，所述第一晶圆包括第一键合面以及与所述第一键合面相对的第一背面，所述第一键合面与第二晶圆键合；
采用一切割线沿平行于所述第一键合面的方向切割所述第一晶圆，以减薄所述第一晶圆至预设厚度。
优选的，采用一切割线沿平行于所述第一键合面的方向切割所述第一晶圆的具体步骤包括：
固定一线锯于所述第一晶圆外部，所述线锯包括所述切割线以及用于承载所述切割线的基座；
保持所述切割线与所述第一晶圆相对运动，使得所述切割线沿平行于所述第一键合面的方向切割所述第一晶圆。
优选的，采用一切割线沿平行于所述第一键合面的方向切割所述第一晶圆之前，还包括如下步骤：
沿所述第一晶圆的轴向方向，分别向所述第一晶圆和所述第二晶圆施加压力，以固定所述第一晶圆和所述第二晶圆。
优选的，所述第二晶圆包括与所述第一键合面键合的第二键合面以及与所述第二键合面相对的第二背面；分别向所述第一晶圆和所述第二晶圆施加压力的具体步骤包括：
采用第一吸盘吸附所述第一背面并向所述第一晶圆施加第一压力、同时采用第二吸盘吸附所述第二背面并向所述第二晶圆施加第二压力。
优选的，保持所述切割线与所述第一晶圆相对运动的具体步骤包括：
驱动所述第一吸盘与所述第二吸盘同步自转，并同时驱动所述第一吸盘和所述第二吸盘沿平行于所述第一键合面的方向平移。
优选的，保持所述切割线与所述第一晶圆相对运动的具体步骤包括：
驱动所述第一吸盘与所述第二吸盘同步自转，并同时驱动所述基座沿平行于所述第一键合面的方向平移。
优选的，保持所述切割线与所述第一晶圆相对运动的具体步骤包括：
驱动所述切割线沿第一方向运动，并同时驱动所述基座沿第二方向平移，所述第一方向与所述第二方向均平行于所述第一键合面，且所述第一方向垂直于所述第二方向。
优选的，保持所述切割线与所述第一晶圆相对运动的具体步骤包括：
驱动所述切割线沿第一方向运动，并同时驱动所述第一吸盘和所述第二吸盘同步沿所述第二方向平移，所述第一方向与所述第二方向均平行于所述第一键合面，且所述第一方向垂直于所述第二方向。
优选的，所述切割线为直线型或环型。
优选的，所述切割线为直线型，且所述切割线的长度大于所述第一晶圆的直径。
本发明提供的晶圆减薄方法，在晶圆键合之后，采用切割线切割的方式从背面实现晶圆的减薄，相对于传统依靠研磨减薄的方式，本发明操作简单，能够极大的缩短减薄时间，从而实现对半导体生产效率的提高；而且，切割的方式能够避免大量碎屑的产生，切割掉的部分能够回收利用，从而减少了资源的浪费；另外，相较于研磨的方式，本发明切割后的晶圆表面的平整度较高，改善了减薄后晶圆表面的性能。
附图说明
附图1是本发明具体实施方式中晶圆减薄方法的流程图；
附图2A-2C是本发明具体实施方式中晶圆减薄过程中的主要工艺过程示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明提供的晶圆减薄方法的具体实施方式做详细说明。
本具体实施方式提供了一种晶圆减薄方法，附图1是本发明具体实施方式中晶圆减薄方法的流程图，附图2A-2C是本发明具体实施方式中晶圆减薄过程中的主要工艺过程示意图。如图1、图2A-图2C所示，本具体实施方式提供的晶圆减薄方法，包括如下步骤：
步骤S11，提供第一晶圆21，所述第一晶圆21包括第一键合面以及与所述第一键合面相对的第一背面，所述第一键合面与第二晶圆22键合，如图2A所示。
具体来说，如图2A所示，所述第一晶圆21包括沿Z轴方向相对分布的所述第一键合面和所说第一背面，所述第一晶圆21的所述第一键合面与所述第二晶圆22通过原子力键合在一起。
步骤S12，采用一切割线26沿平行于所述第一键合面的方向切割所述第一晶圆21，以减薄所述第一晶圆21至预设厚度，如图2B、2C所示。
举例来说，在采用所述切割线26对所述第一晶圆21进行切割前，所述第一晶圆21沿Z轴方向的厚度H1为775μm，所述第二晶圆22沿Z轴方向的厚度H2也为775μm，所述第一晶圆21与所述第二晶圆22键合。采用所述切割线26沿与XY平面平行的方向(即与所述第一键合面平行的方向)自所述第一晶圆21的侧面开始对所述第一晶圆21进行横向切割，即沿X轴方向或者Y轴方向自所述第一晶圆21的侧面对所述第一晶圆进行切割，以将所述第一晶圆21分割为沿Z轴方向排列、且相对独立的第一部分211和第二部分212。切割后，切除掉的所述第二部分212的厚度H2可以在700μm以上，与所述第二晶圆22键合连接的所述第一部分211的厚度H1可以为75μm以下。
其中，所述切割线26的具体材质，例如可以是但不限于金属线、金刚石线等等，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，本具体实施方式对此不作限定。
由于本具体实施方式是通过所述切割线26进行线切割的方式进行晶圆背面减薄，因此，自所述第一晶圆21上切下来的部分(即所述第二部分212)呈一个整体，而不是碎屑，一方面可以对所述第二部分212进行回收、再利用，减少资源浪费，提高资源利用率；另一方面，由于在减薄的过程中不会产生大量的废屑，避免了碎屑飞扬的情况发生，有利于环保。而且，所述切割线26线切割的方式，可以极大的缩短减薄时间(例如减薄效率是现有技术的3倍～10倍)，有助于半导体生产效率的提高。另外，采用线切割工艺切割后的所述第一晶圆26的切割面具有较好的平整度，例如切割后的所述第一部分211的切割面(即背离所述第一键合面的表面)的整体厚度偏差(Total Thickness Variation，TTV)小于或等于2μm。而且，本具体实施方式只需所述切割线26即可完成晶圆减薄，成本较低，有利于降低半导体器件的生产成本。
优选的，采用一切割线26沿平行于所述第一键合面的方向切割所述第一晶圆21的具体步骤包括：
固定一线锯于所述第一晶圆21外部，所述线锯包括所述切割线26以及用于承载所述切割线26的基座25；
保持所述切割线26与所述第一晶圆21相对运动，使得所述切割线26沿平行于所述第一键合面的方向切割所述第一晶圆21。
具体来说，在所述第一晶圆21与所述第二晶圆22键合之后，固定所述线锯于所述第一晶圆21的外部。然后，驱动所述第一晶圆21、所述线锯中的一个或者两个运动，使得所述切割线26与所述第一晶圆21发生并保持相对运动，从而实现对所述第一晶圆21的横向切割。所述线锯包括所述切割线26以及连接于所述切割线26相对两端的基座25，所述基座25用于支撑所述切割线26。
优选的，采用一切割线26沿平行于所述第一键合面的方向切割所述第一晶圆21之前，还包括如下步骤：
沿所述第一晶圆21的轴向方向，分别向所述第一晶圆21和所述第二晶圆22施加压力，以固定所述第一晶圆21和所述第二晶圆22。
优选的，所述第二晶圆22包括与所述第一键合面键合的第二键合面以及与所述第二键合面相对的第二背面；分别向所述第一晶圆21和所述第二晶圆22施加压力的具体步骤包括：
采用第一吸盘23吸附所述第一背面并向所述第一晶圆21施加第一压力、同时采用第二吸盘24吸附所述第二背面并向所述第二晶圆22施加第二压力，如图2A所示。
具体来说，通过利用所述第一吸盘23的真空吸附作用吸附所述第一晶圆21的第一背面、并向所述第一晶圆21施加沿Z轴负方向的所述第一压力，同时利用所述第二吸盘24的真空吸附作用吸附所述第二晶圆22的第二背面、并向所述第二晶圆22施加沿Z轴正方向的所述第二压力，一方面可以增强所述第一晶圆21与所述第二晶圆22之间的键合力；另一方面在切割减薄所述第一晶圆21的过程中，可以有效避免所述第一晶圆21与所述第二晶圆22之间发生相对滑动、或者所述第一晶圆21与所述切割线26之间的相对运动偏离预设轨迹，从而在不影响所述第一晶圆21与所述第二晶圆22之间键合效果的同时，进一步改善所述第一晶圆21的减薄效果。
此外，在切割减薄工艺结束之后，所述第一吸盘23还可以直接将自所述第一晶圆21上切下来的所述第二部分212传输至其他位置，使得切割后的所述第一部分211的切割面暴露，如图2B所示，以便于后续对所述第一部分211的切割面进行清洗、研磨等工艺，以进一步改善所述第一部分211的切割面的表面性能。
优选的，保持所述切割线26与所述第一晶圆21相对运动的具体步骤包括：
驱动所述第一吸盘23与所述第二吸盘24同步自转，并同时驱动所述第一吸盘23和所述第二吸盘24沿平行于所述第一键合面的方向平移。
具体来说，在所述线锯(包括所述切割线26和所述基座25)整体保持固定不动的同时，一方面，所述第一吸盘23与所述第二吸盘24同步、同向(即沿顺时针或者逆时针方向)自转，所述第一吸盘23和所述第二吸盘24的转动带动所述第一晶圆21与所述第二晶圆22同步、同向转动；另一方面，所述第一吸盘23和所述第二吸盘24沿平行于所述第一键合面的方向平移，带动所述第一晶圆21沿与所述第一键合面平行的方向平移运动。即所述第一晶圆21与所述切割线26发生相对转动以及相对平移运动，从而实现对所述第一晶圆21的切割。其中，所述第一吸盘23和所述第二吸盘24沿平行于所述第一键合面的方向平移的具体方向，可以是与所述切割线26的延伸方向垂直，例如：所述切割线26沿X轴方向延伸，则所述第一吸盘23和所述第二吸盘24同步沿Y轴方向平移运动，使得所述切割线26切割所述第一晶圆21；再例如：所述切割线26沿Y轴方向延伸，则所述第一吸盘23和所述第二吸盘24同步沿X轴方向平移运动，使得所述切割线26切割所述第一晶圆21。所述第一吸盘23与所述第二吸盘24沿X轴方向或者Y轴方向的平移运动可以通过分别与其连接的导轨驱动实现。
本领域技术人员还可以根据实际需要调整所述第一吸盘23与所述第二吸盘24的转速、以及所述第一吸盘23与所述第二吸盘24沿平行于所述第一键合面的方向平移运动的速度，从而进一步提高切割效果。
优选的，保持所述切割线26与所述第一晶圆21相对运动的具体步骤包括：
驱动所述第一吸盘23与所述第二吸盘24同步自转，并同时驱动所述基座沿平行于所述第一键合面的方向平移。
具体来说，一方面，所述第一吸盘23与所述第二吸盘24同步、同向(即沿顺时针或者逆时针方向)自转，所述第一吸盘23和所述第二吸盘24的转动带动所述第一晶圆21与所述第二晶圆22同步、同向转动；另一方面，所述线锯的所述基座25沿平行于所述第一键合面的方向平移，从而带动所述切割线26沿平行于所述第一键合面的方向平移。即所述第一晶圆21与所述切割线26同时运动、并保持两者之间发生相对运动，从而实现对所述第一晶圆21的切割。其中，所述基座25沿平行于所述第一键合面的方向平移的具体方向，可以是与所述切割线26的延伸方向垂直，例如：所述切割线26沿X轴方向延伸，则所述基座25沿Y轴方向平移运动，使得所述切割线26横向切割所述第一晶圆21；再例如：所述切割线26沿Y轴方向延伸，则所述基座25沿X轴方向平移运动，使得所述切割线26横向切割所述第一晶圆21。所述基座25沿X轴方向或者Y轴方向的平移运动也可以通过与其连接的导轨驱动实现。
优选的，保持所述切割线26与所述第一晶圆21相对运动的具体步骤包括：
驱动所述切割线26沿第一方向运动，并同时驱动所述基座沿第二方向平移，所述第一方向与所述第二方向均平行于所述第一键合面，且所述第一方向垂直于所述第二方向。
具体来说，在对所述第一晶圆21进行横向切割时，所述第一吸盘23与所述第二吸盘24保持固定不动，即所述第一晶圆21保持固定不动，所述切割线26与所述基座25运动，且所述切割线26的运动方向与所述基座25的运动方向垂直，例如：所述切割线26沿X轴方向延伸并沿X轴方向传动，所述基座25沿Y轴方向运动；再例如：所述切割线沿Y轴方向延伸并沿Y轴方向传动，所述基座25沿X轴方向运动。
优选的，保持所述切割线26与所述第一晶圆21相对运动的具体步骤包括：
驱动所述切割线26沿第一方向运动，并同时驱动所述第一吸盘23和所述第二吸盘24同步沿所述第二方向平移，所述第一方向与所述第二方向均平行于所述第一键合面，且所述第一方向垂直于所述第二方向。
具体来说，在对所述第一晶圆21进行横向切割时，所述切割线26与所述第一晶圆同时运动、且保持两者之间发生相对运动，从而实现对所述第一晶圆21的切割。例如：所述切割线26沿X轴方向延伸并沿X轴方向传动、所述基座25保持固定不动，所述第一吸盘23和所述第二吸盘24同步沿Y轴方向平移运动；再例如：所述切割线沿Y轴方向延伸且沿Y轴方向传动、所述基座25保持固定不动，所述第一吸盘23和所述第二吸盘24同步沿X轴方向平移运动。
本具体实施方式中，所述切割线26的形状，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，本具体实施方式对此不作限定，只要能实现对所述第一晶圆21的横向切割即可。为了进一步简化所述第一晶圆21的减薄方法，优选的，所述切割线26为直线型或环型。
为了进一步改善所述切割线26切割所述第一晶圆21的效果，同时避免支撑所述切割线26的所述基座25与所述第一晶圆21发生碰撞，优选的，所述切割线26为直线型，且所述切割线26的长度大于所述第一晶圆21的直径。
本具体实施方式提供的晶圆减薄方法，在晶圆键合之后，采用切割线切割的方式从背面实现晶圆的减薄，相对于传统依靠研磨减薄的方式，本发明操作简单，能够极大的缩短减薄时间，从而实现对半导体生产效率的提高；而且，切割的方式能够避免大量碎屑的产生，切割掉的部分能够回收利用，从而减少了资源的浪费；另外，相较于研磨的方式，本发明切割后的晶圆表面的平整度较高，改善了减薄后晶圆表面的性能。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种晶圆减薄方法，其特征在于，包括如下步骤：
提供第一晶圆，所述第一晶圆包括第一键合面以及与所述第一键合面相对的第一背面，所述第一键合面与第二晶圆键合；
采用一切割线沿平行于所述第一键合面的方向切割所述第一晶圆，以减薄所述第一晶圆至预设厚度。
2.根据权利要求1所述的晶圆减薄方法，其特征在于，采用一切割线沿平行于所述第一键合面的方向切割所述第一晶圆的具体步骤包括：
固定一线锯于所述第一晶圆外部，所述线锯包括所述切割线以及用于承载所述切割线的基座；
保持所述切割线与所述第一晶圆相对运动，使得所述切割线沿平行于所述第一键合面的方向切割所述第一晶圆。
3.根据权利要求2所述的晶圆减薄方法，其特征在于，采用一切割线沿平行于所述第一键合面的方向切割所述第一晶圆之前，还包括如下步骤：
沿所述第一晶圆的轴向方向，分别向所述第一晶圆和所述第二晶圆施加压力，以固定所述第一晶圆和所述第二晶圆。
4.根据权利要求3所述的晶圆减薄方法，其特征在于，所述第二晶圆包括与所述第一键合面键合的第二键合面以及与所述第二键合面相对的第二背面；分别向所述第一晶圆和所述第二晶圆施加压力的具体步骤包括：
采用第一吸盘吸附所述第一背面并向所述第一晶圆施加第一压力、同时采用第二吸盘吸附所述第二背面并向所述第二晶圆施加第二压力。
5.根据权利要求4所述的晶圆减薄方法，其特征在于，保持所述切割线与所述第一晶圆相对运动的具体步骤包括：
驱动所述第一吸盘与所述第二吸盘同步自转，并同时驱动所述第一吸盘和所述第二吸盘沿平行于所述第一键合面的方向平移。
6.根据权利要求4所述的晶圆减薄方法，其特征在于，保持所述切割线与所述第一晶圆相对运动的具体步骤包括：
驱动所述第一吸盘与所述第二吸盘同步自转，并同时驱动所述基座沿平行于所述第一键合面的方向平移。
7.根据权利要求4所述的晶圆减薄方法，其特征在于，保持所述切割线与所述第一晶圆相对运动的具体步骤包括：
驱动所述切割线沿第一方向运动，并同时驱动所述基座沿第二方向平移，所述第一方向与所述第二方向均平行于所述第一键合面，且所述第一方向垂直于所述第二方向。
8.根据权利要求4所述的晶圆减薄方法，其特征在于，保持所述切割线与所述第一晶圆相对运动的具体步骤包括：
驱动所述切割线沿第一方向运动，并同时驱动所述第一吸盘和所述第二吸盘同步沿所述第二方向平移，所述第一方向与所述第二方向均平行于所述第一键合面，且所述第一方向垂直于所述第二方向。
9.根据权利要求1所述的晶圆减薄方法，其特征在于，所述切割线为直线型或环型。
10.根据权利要求1所述的晶圆减薄方法，其特征在于，所述切割线为直线型，且所述切割线的长度大于所述第一晶圆的直径。
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