CN111834280A - 临时键合方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种临时键合方法，包括：提供器件晶圆以及承载片，并通过键合胶将所述器件晶圆和所述承载片键合形成键合片；对所述器件晶圆进行减薄，并暴露出所述键合片边缘的键合胶；除去暴露出的键合胶。即在器件晶圆进行减薄之后，除去暴露出的键合胶，使得键合胶的面积不大于器件晶圆键合面积，从而减少后续制程的缺陷来源，同时，除胶步骤放在减薄之后可降低破边风险。
Description
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，特别涉及一种临时键合方法。
背景技术
随着半导体器件向着高集成度、高性能化方向的发展，三维集成电路(3D IC)应运而生。此工艺中需要对晶圆进行减薄，晶圆减薄到100um甚至更薄之后，在直接进行后续工艺时很容易发生变形甚至破裂。而临时键合技术可以很好的解决这一问题，尤其是在多片晶圆堆叠中，将临时键合用于转移超薄晶圆，实现承载片的重复利用，既有利于后续工艺的进行，同时还能在很大程度上降低成本。
目前最常见的临时键合方法就是使用键合胶将器件晶圆和承载晶圆粘合在一起，然后在进行减薄和一系列背面工艺后，再使用一定方法(包括机械法、化学溶剂等)解键合。为了给晶圆边缘提供足够的承载力以保证其在减薄时不破碎，键合胶的涂抹面积会大于器件晶圆的键合面，在对临时键合的器件晶圆进行减薄后，边缘的键合胶会直接暴露出来，成为后续工艺中缺陷的来源，不利于后续制程的进行，甚至影响后续制程的机台或者产品。
发明内容
本发明的目的在于提供一种临时键合方法，以减少后续制程的缺陷来源，同时，除胶步骤放在减薄之后可降低破边风险。
为解决上述技术问题，本发明提供一种临时键合方法，包括：
步骤S1：提供器件晶圆以及承载片，并通过键合胶将所述器件晶圆和所述承载片键合形成键合片；
步骤S2：对所述器件晶圆进行减薄，并暴露出所述键合片边缘的键合胶；
步骤S3：除去暴露出的键合胶。
可选的，在所述的临时键合方法中，在所述的步骤S1中，在通过键合胶将所述器件晶圆与所述承载片进行键合的步骤之前，还包括对所述器件晶圆进行修边。
可选的，在所述的临时键合方法中，在所述的步骤S3中，所述除去暴露出的键合胶的方法为：采用化学溶剂对所述暴露出的键合胶进行洗边处理。
可选的，在所述的临时键合方法中，所述化学溶剂包括有机溶剂。
可选的，在所述的临时键合方法中，在所述的步骤S3中，在采用化学溶剂对所述暴露出的键合胶进行洗边处理之前，还包括对所述化学溶剂进行加热处理。
可选的，在所述的临时键合方法中，在所述的步骤S3中，在采用化学溶剂对所述暴露出的键合胶进行洗边处理之后，还包括去离子水清洗。
可选的，在所述的临时键合方法中，在所述的步骤S3中，通过所述键合片的旋转速度和化学溶剂的喷涂量来控制除去的键合胶的宽度。
可选的，在所述的临时键合方法中，在所述的步骤S3中，采用化学溶剂对所述暴露出的键合胶进行洗边的时间为1min～3min。
可选的，在所述的临时键合方法中，在所述的步骤S3中，所述键合片的旋转速度为100r/min～2000r/min。
可选的，在所述的临时键合方法中，所述临时键合方法还包括：
步骤S4：对所述器件晶圆进行后续的背面制造工艺；
步骤S5：将所述器件晶圆从所述承载片上解键合。
在本发明提供的临时键合方法中，通过在器件晶圆减薄之后，增加除去暴露出的键合胶的步骤，使得所述键合胶的面积不大于器件晶圆键合面积，从而减少后续制程的缺陷来源以及降低破边风险。
附图说明
图1是一种键合片的结构示意图；
图2是一种器件晶圆减薄后的键合片的结构示意图；
图3是一种器件晶圆的边缘发生翘曲变形的示意图；
图4是一种键合胶上沉积的薄膜发生劈裂的示意图；
图5是本发明一实施例的键合方法流程图；
图6是本发明一实施例的键合片的结构示意图；
图7是本发明一实施例的器件晶圆减薄后的键合片的结构示意图；
图8是本发明一实施例的除去暴露出的键合胶后的键合片的结构示意图；
图9是本发明一实施例的化学溶剂洗边处理的示意图；
图10是本发明一实施例的去离子水清洗的示意图；
其中，图1～图4中：
01-器件晶圆，02-承载片，03-键合胶，0101-变形区；
图5～图10中：
10-器件晶圆，20-承载片，30-键合胶，40-化学溶剂喷嘴，50-去离子水喷嘴。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明提出的临时键合方法作进一步详细说明。根据下面实施例，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
应予以注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施例，而非意图限制根据本发明的示例性实施例。还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在所述特征、整体、步骤、操作、元件和/或组件，但不排除存在或附加一个或多个其他特征、整体、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组合。
参阅图1，目前最常见的临时键合方法包括：首先，提供器件晶圆01以及承载片02，并对所述器件晶圆01进行修边；其次，通过键合胶03将所述承载片02和所述器件晶圆01键合形成键合片；然后，对所述器件晶圆01进行背面制造工艺，包括减薄、薄膜沉积、光刻以及混合键合等制程；最后，采用机械法或者化学溶剂法等将所述器件晶圆01从所述承载片02上解键合，即解键合。
由于所述器件晶圆01在键合前会进行修边，而且为了给晶圆边缘提供足够的承载以保证其在减薄时不破碎，键合胶的涂抹面积会大于器件晶圆的键合面，因此在对临时键合的器件晶圆01进行减薄后，边缘的键合胶会直接暴露出来(请参阅图2)，成为后续工艺中缺陷的来源。例如在后续的薄膜沉积制程中，边缘的键合胶直接暴露于等离子体下，而键合胶在高温下容易发生膨胀，因此部分边缘位置会由于高温发生膨胀形变，顶起键合在所述承载片02上的所述薄器件晶圆的边缘，使边缘发生翘曲变形形成变形区0101，请参阅图3，非常不利于后续制程的进行，尤其是后续的混合键合；同时，暴露出来的键合胶上沉积的薄膜由于胶的膨胀有可能发生劈裂，影响后续制程的机台或者产品，请参阅图4。
为了解决上述问题，本发明提供了一种临时键合方法，请参阅图5～图10，包括：
步骤S1：提供器件晶圆10以及承载片20，并通过键合胶30将所述承载片20和所述器件晶圆10键合形成键合片；
步骤S2：对所述器件晶圆10进行减薄，并暴露出所述键合片边缘的键合胶；
步骤S3：除去暴露出的键合胶。
在所述的步骤S1中，所述器件晶圆10可以为以下所提到的材料中的至少一种：硅、绝缘体上硅(SOI)、绝缘体上层叠硅(SSOI)、绝缘体上层叠锗化硅(S-SiGeOI)以及绝缘体上锗化硅(SiGeOI)等。所述器件晶圆10包括彼此相对的正面和背面，所述器件晶圆10的正面可以为包含有构成各种器件结构的结构，例如基区、发射区、栅极氧化层、栅极和发射极，所述器件可以为MOSFET器件，IGBT器件等。
所述承载片20的材料可以为硅晶圆、玻璃或者陶瓷材料，用于对所述器件晶圆10起支撑作用，便于对所述器件晶圆10的背面进行操作。当所述承载片20使用透明材料时，例如玻璃，能够直接看到所述器件晶圆10的键合面，能够对所述器件晶圆10进行双面对准，由于没有阻挡，光学成像质量高，从而可实现较高的精准度。当所述承载片20与所述器件晶圆10使用相同的材料，能够使所述承载片20的热膨胀系数与所述器件晶圆10的热膨胀系数一致，从而消除在后续工艺中的热应力、翘曲等由于材料不同带来的副作用。需要说明的是，所述承载片20的材料可根据形成键合片后进行的工艺作选择，其中硅晶圆、玻璃或者陶瓷材料为较为通用的材料。在其它实施例中，其它与半导体制造工艺匹配的材料例如硅的化合物或锗的化合物也可以作为所述承载片20的材料。
所述键合胶30主要起保持所述器件晶圆10与所述承载片20之间密封的作用，所以所述键合胶30的胶材的选用范围较广，可以为加热固化胶材、紫外光照射固化胶材、加热分解型胶材或激光分解型胶材中的一种。
参阅图6，所述键合胶30可涂布在所述器件晶圆10上或所述承载片20上，也可同时涂布在所述器件晶圆10上和所述承载片20上。优选的，所述键合胶30在所述承载片20上涂布，然后与所述器件晶圆10的正面进行键合形成键合片，即所述器件晶圆10进行键合的面为键合面。需要理解的是，本实施例中采用键合胶将器件晶圆和承载片进行键合的步骤仅仅是示例性的，其他任何采用键合胶将器件晶圆和承载片键合的工艺都可以应用于本发明中。
为了给所述器件晶圆10的边缘提供足够的承载以保证其在减薄时不破碎，所述键合胶30的涂覆面积需要大于所述器件晶圆10的键合面。而在通过所述键合胶30进行所述器件晶圆10与所述承载片20键合之前，还可以包括对所述器件晶圆10进行修边。由于器件晶圆减薄后边缘位置容易出现尖角，该尖角容易破裂脱落，使所述器件晶圆出现破边，而脱落的颗粒还可能造成其他缺陷的产生，因此，在所述器件晶圆进行减薄之前进行修边，以降低在后续的减薄过程中出现破边的风险。
参阅图7，在步骤S2中，对所述器件晶圆10进行减薄，并暴露出所述键合片边缘的键合胶。所述减薄方法可以选用本领域常用的方法，例如可以采用机械研磨、化学机械抛光(CMP)、化学腐蚀、等离子刻蚀等方法。例如研磨减薄是在大气环境中进行的，在此过程中，所述键合片受到平行于所述器件晶圆表面的剪切力，由于所述键合片内外的气压差将所述承载片与所述器件晶圆压合在一起，所述器件晶圆和所述承载片之间的静摩擦力和垂直于所述键合片表面的气压力成正比，有效的保证了在承受研磨剪切力时，所述器件晶圆和所述承载片位置保持恒定不变，同时所述承载片能够有效的支撑所述器件晶圆，保证所述晶圆研磨后的厚度一致。
所述键合胶30的涂覆面积需要大于所述器件晶圆10的键合面，因此，在对临时键合的器件晶圆进行减薄后，键合片边缘的键合胶会直接暴露出来，若不除去，会成为后续工艺中缺陷的来源，同时，暴露出来的键合胶上沉积的薄膜由于键合胶的膨胀有可能发生劈裂，影响后续制程的机台或者产品。
参阅图8，在步骤S3中，除去暴露出的键合胶。所述除去暴露出的键合胶的方法为采用化学溶剂对所述暴露出的键合胶进行洗边处理。在减薄过程中，器件晶圆10的边缘会受到压力，如果在减薄之前洗边，器件晶圆10下方悬空没有支撑，容易破边，因此，将洗边处理放在减薄之后可以降低由此带来的破边风险，同时，通过除去暴露出的键合胶可以减少后续制程的缺陷来源。
所述洗边处理的化学溶剂优选为对有机物有良好的溶解性的溶剂，进一步优选为有机溶剂，例如高纯度的柠檬烯。在采用所述化学溶剂对所述暴露出的键合胶进行洗边处理之前，可以先对所述化学溶剂进行加热，来提高所述化学溶剂对所述键合胶的溶解能力，进而提高所述化学溶剂对键合胶的去除能力。所述化学溶剂的加热温度与选择的化学溶剂有关，一般情况下，加热温度越高所述化学溶剂对所述键合胶的去除能力越强，但是所述加热温度不能超过所述化学溶剂的沸点，且可以根据实际需要进行适当调整。例如，所述化学溶剂选择柠檬烯，为了减少挥发，加热的温度一般不超过50℃。
所述化学溶剂的喷涂量与选择的化学溶剂对键合胶的溶解能力有关。所述化学溶剂的喷涂量即为喷涂速度，所述化学溶剂对键合胶的溶解能力越强(即所述键合胶越易溶于所述化学溶剂)，需要的喷涂量就越少。所述喷涂量过多，容易侵蚀到所述器件晶圆下方，造成侵蚀过度，对后续的背面工艺产生影响；而所述化学溶剂的喷涂量太少，造成裸露出的键合胶被完全除去所花费的时间增多，甚至造成裸露出的键合胶不能完全除去。而所述化学溶剂的喷涂量需要根据实际情况进行调整，具体的，所述化学溶剂的喷涂量可以根据键合片的旋转速度以及洗边时间进行动态调整，例如，在一定的键合片的旋转速度下，通过不断调整所述化学溶剂的喷涂量使得所述裸露出来的键合胶能在一定的洗边时间内被完全除去。
所述键合片的旋转速度优选为100r/min～2000r/min，具体的键合片的旋转速度可以根据所述化学溶剂的喷涂量来调整。所述键合片旋转会产生离心力，所述化学溶剂在离心力的作用下会向外扩散，因此，需要通过调整所述键合片的旋转速度使得所述化学溶剂的扩散的范围不侵蚀到所述器件晶圆10的下方。即通过所述键合片的旋转速度和所述化学溶剂的喷涂量来达到控制洗胶宽度的目的。
当所述裸露出来的键合胶完全溶解时停止洗边处理，得到洗边时间，即所述洗边时间为所述裸露出的键合胶完全溶解的时间。所述洗边时间优选控制在0.5分钟～5分钟，具体洗边时间与化学溶剂的喷涂量以及键合片的旋转速度有关。
采用化学溶剂对所述裸露出的键合胶进行洗边处理，可以保证键合胶不露出键合界面。通过控制洗边时晶圆的旋转速度和溶剂的喷涂量，来达到控制洗胶宽度和清洗时间的目的，使得最终裸露出的键合胶被去除完全，并不会侵蚀到所述器件晶圆下方，同时还可以在规定的清洗时间内完成。
采用化学溶剂对所述裸露出的键合胶进行洗边处理可以采用化学溶剂喷淋的方法。参阅图9，将化学溶剂喷嘴40置于所述裸露的键合胶上方，进一步，置于所述裸露的键合胶的中心，在受到键合片旋转产生的离心力时，所述化学溶剂能够更快的覆盖住所有裸露出的键合胶，同时也可以节省化学溶剂的量。
在采用化学溶剂对所述暴露出的键合胶进行洗边处理的步骤之后，还可以包括清洗处理。所述清洗处理的作用主要是清除残余的溶剂。所述清洗处理可采用本领域技术人员熟知的任何清洗的方法，例如，所述清洗处理采用的溶剂为去离子水，清洗时间为30s～1min，且在清洗之后，以500～2000r/min进行高速甩干。优选的，将去离子水喷嘴50置于所述裸露出的键合胶的上方(参阅图10)，优选的置于所述裸露的键合胶的中心。对所述裸露的键合胶进行去离子水喷涂，直至化学溶剂去除干净为止。
所述化学溶剂和去离子水的喷涂可以采用常规的喷涂设备，例如键合机台和解键合机台中本身具有喷涂模块、常规清洗机台以及显影的机台里具有的喷涂模块。
在除去所述暴露出的键合胶后，所述键合方法还包括：
步骤S4：对所述器件晶圆10进行后续的背面制造工艺；
步骤S5：将所述器件晶圆10从所述承载片20上解键合。
在步骤S4中，对所述器件晶圆10进行后续的背面制造工艺。所述背面工艺包括薄膜沉积工艺、光刻工艺、离子注入工艺、清洗工艺等其中的一种或多种。由于所述键合片边缘裸露出的键合胶被除去，因此，在薄膜沉积工艺中键合片的边缘位置并不会由于高温发生膨胀形变，也不会顶起键合在承载片上的薄器件晶圆的边缘，使边缘发生翘曲变形，沉积的薄膜也不会发生劈裂，因此，并不会影响后续制程的机台或者产品。
在步骤S5中，进行解键合，使所述器件晶圆10和所述承载片20分离。
具体地，可采用本领域技术人员熟知的任何解键合的方法，分离所述器件晶圆10和承载片20，例如，通过光、热和化学反应等对键合片进行处理，再机械分离器件晶圆10和承载片20。例如，本实施例中解键合步骤包括：移除所述承载片；在所述器件晶圆10正面布置一层去胶胶带；移除所述器件晶圆10正面的所述去胶胶带，同时去除所述器件晶圆10表面的键合胶30。
在实际生产中，完成晶圆的键合和解键合步骤之后，将对器件晶圆进行进一步处理，包括清洗，切割等工艺，这些工艺都是本领域技术人员所熟知的工艺，在此不再赘述。
综上可见，本发明提供的一种临时键合方法，包括：提供器件晶圆以及承载片，并通过键合胶将所述器件晶圆和所述承载片键合形成键合片；对所述器件晶圆进行减薄，并暴露出所述键合片边缘的键合胶；除去暴露出的键合胶；对所述器件晶圆进行后续的背面制造工艺；将所述器件晶圆从所述承载片上解键合。即在器件晶圆进行减薄之后，进行除去暴露出的键合胶的步骤，使得键合胶的面积不大于器件晶圆键合面积，从而减少后续制程的缺陷来源以及降低破边风险。
上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。
Claims (10)
1.一种临时键合方法，其特征在于，包括：
步骤S1：提供器件晶圆以及承载片，并通过键合胶将所述器件晶圆和所述承载片键合形成键合片；
步骤S2：对所述器件晶圆进行减薄，并暴露出所述键合片边缘的键合胶；
步骤S3：除去暴露出的键合胶。
2.如权利要求1所述的临时键合方法，其特征在于，在所述的步骤S1中，在通过键合胶将所述器件晶圆与所述承载片进行键合的步骤之前，还包括对所述器件晶圆进行修边。
3.如权利要求1所述的临时键合方法，其特征在于，在所述的步骤S3中，所述除去暴露出的键合胶的方法为：采用化学溶剂对所述暴露出的键合胶进行洗边处理。
4.如权利要求3所述的临时键合方法，其特征在于，所述化学溶剂包括有机溶剂。
5.如权利要求3所述的临时键合方法，其特征在于，在所述的步骤S3中，在采用化学溶剂对所述暴露出的键合胶进行洗边处理之前，还包括对所述化学溶剂进行加热处理。
6.如权利要求3所述的临时键合方法，其特征在于，在所述的步骤S3中，在采用化学溶剂对所述暴露出的键合胶进行洗边处理之后，还包括去离子水清洗。
7.如权利要求3所述的临时键合方法，其特征在于，在所述的步骤S3中，通过所述键合片的旋转速度和化学溶剂的喷涂量来控制除去的键合胶的宽度。
8.如权利要求3所述的临时键合方法，其特征在于，在所述的步骤S3中，采用化学溶剂对所述暴露出的键合胶进行洗边的时间为0.5min～5min。
9.如权利要求3所述的临时键合方法，其特征在于，在所述的步骤S3中，所述键合片的旋转速度为100r/min～2000r/min。
10.如权利要求1所述的临时键合方法，其特征在于，所述临时键合方法还包括：
步骤S4：对所述器件晶圆进行后续的背面制造工艺；
步骤S5：将所述器件晶圆从所述承载片上解键合。
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