CN116264169A - 晶圆临时键合方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种晶圆临时键合方法，包括：1)在载体晶圆的第一主面的边缘刻蚀出凹槽；2)提供一器件晶圆，将器件晶圆与载体晶圆的第一主面对准后放入治具，基于凹槽使器件晶圆与载体晶圆之间形成键合槽，治具包含晶圆载室、键合胶池和真空管路，键合胶池与晶圆载室连通，晶圆载室的侧壁与器件晶圆和载体晶圆的边缘贴合密闭；3)通过真空管路对键合槽进行抽气处理，使键合胶池中的键合胶由于气压差而沿键合槽流动并最终充满键合槽；4)固化键合胶，以实现器件晶圆与载体晶圆的临时键合。本发明可以提升键合过程的产能，增加键合稳定性及键合精度。本发明该发明可广泛应用于不同尺寸晶圆的键合，且效率较高，易于大面积推广，具有很高的经济价值。

Description

晶圆临时键合方法

技术领域

本发明半导体集成电路制造领域，特别是涉及一种晶圆临时键合方法。

背景技术

在MEMS和IC制造领域，晶圆临时黏着键合工艺有着重要的地位，凭借其键合温度低，衬底多样性，对晶圆表面洁净度以及形貌要求低等优势，广泛应用于3D-IC(三维集成电路),薄片晶圆承载，先进封装以及MEMS器件制造等领域。

常规晶圆临时黏着键合工艺流程一般步骤包括：(1)清洗甩干晶圆。(2)晶圆表面旋涂或者喷涂临时键合胶水。(3)软烤带有胶水的晶圆，挥发有机溶剂以及水分。(4)两片晶圆在一个夹具上进行对位。(5)晶圆置于密闭真空腔室，加热加压进行键合。(6)晶圆受热受压一段时间之后，冷却晶圆使键合胶水固化，完成黏着键合工艺。(7)经过其它工艺(比如器件晶圆减薄工艺)之后，给键合晶圆加热且施加反向拉力，使其分开。(8)化学溶剂清洗晶圆表面，除去键合胶水。

此流程在实际工艺操作中，由于晶圆本身翘曲或者涂布等问题，键合晶圆在拆解键合过程中极易发生损伤，且此工艺对温度有一定要求，高温容易造成晶圆器件的损伤，且升降温度过程也会极大地浪费产能，使得产品在量产过程中遭遇难以逾越的瓶颈。另外，由于晶圆表面涂布键合胶水，晶圆在受压键合过程极易发生滑移，对晶圆的精度产生负面的作用，增加键合工艺不稳定因素。此外，临时黏着键合清洗过程中，黏合剂是否容易被清洗掉也显得十分重要，对器件的寿命以及稳定性起着至关重要的作用。

通常的解决方式，就是管控前制程晶圆来料的质量，调节涂布工艺以及优化拆键合以及清洗工艺，要求整个制程保持一定的稳定范围之内。但这样就无形之中给各个制成增加很多负担，对设备机台的要求更加苛刻，且表面空腔结构的晶圆不适宜采用涂布的模式，使很多结构无法构建，造成产品生产过程中成本大大的增加。

应该注意，上面对技术背景的介绍只是为了方便对本申请的技术方案进行清楚、完整的说明，并方便本领域技术人员的理解而阐述的。不能仅仅因为这些方案在本申请的背景技术部分进行了阐述而认为上述技术方案为本领域技术人员所公知。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种晶圆临时键合方法，用于解决现有技术中晶圆临时键合容易造成晶圆污染或损坏的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种晶圆临时键合方法，所述晶圆临时键合方法包括：1)提供一载体晶圆，所述载体晶圆包含相对的第一主面和第二主面，在所述载体晶圆的第一主面的边缘刻蚀出凹槽；2)提供一器件晶圆，将所述器件晶圆与所述载体晶圆的第一主面对准后放入治具，基于所述凹槽使所述器件晶圆与所述载体晶圆之间形成键合槽，所述治具包含晶圆载室、键合胶池和真空管路，所述键合胶池与所述晶圆载室连通，所述晶圆载室的侧壁与所述器件晶圆和载体晶圆的边缘贴合密闭；3)通过所述真空管路对所述键合槽进行抽气处理，使所述键合胶池中的键合胶由于气压差而沿所述键合槽流动并最终充满所述键合槽；4)固化所述键合胶，以实现所述器件晶圆与所述载体晶圆的临时键合。

可选地，步骤2)所述器件晶圆包含相对的第一主面和第二主面，还包括在所述器件晶圆的第一主面的边缘刻蚀出凹槽的步骤，所述器件晶圆的凹槽与所述载体晶圆的凹槽共同组成所述键合槽。

可选地，所述键合槽的宽度为2毫米～3毫米，所述键合槽的高度为10微米～200微米。

可选地，所述真空管路的开口设置于所述晶圆载室的侧壁，且所述开口位于所述键合槽的区域内，所述真空管路包括间隔设置的吸气管路和吹气管路。

可选地，所述键合槽呈环形围绕于所述器件晶圆与所述载体晶圆的边缘，并嵌入所述器件晶圆与所述载体晶圆所组成结构的侧壁中，所述键合槽的外侧开口与所述晶圆载室的侧壁形成气密性连接。

可选地，步骤2)所述器件晶圆与所述载体晶圆的第一主面对准后，所述器件晶圆与所述载体晶圆为气密连接，以保证步骤3)中所述器件晶圆与所述载体晶圆的贴合界面不会填入所述键合胶。

可选地，所述器件晶圆与所述载体晶圆的第一主面对准后，所述器件晶圆与所述载体晶圆为气密连接。

可选地，步骤4)固化所述键合胶的方法包括热压工艺。

可选地，所述器件晶圆与所述载体晶圆临时键合后，还包括对所述器件晶圆的第二主面进行减薄或/及刻蚀的步骤。

可选地，还包括步骤：将临时键合后的所述器件晶圆与所述载体晶圆放解键合液体池，并进行超声波浸泡处理，以将所述键合槽内的键合胶去除，使所述器件晶圆与所述载体晶圆分离。

如上所述，本发明的晶圆临时键合方法，具有以下有益效果：

本发明对键合治具进行改装，加入密闭的键合胶水池子以及气体管路，对键合治具进行密闭改装，使得器件晶圆与载体晶圆组成的叠片可以精准嵌入治具的边缘区域，通过真空抽气使叠片的边缘真空度降低，之后键合胶池内的键合胶由于真空压力的作用均匀地灌入到两片晶圆之间的键合槽内，且不会污染晶圆内部的器件。本发明可以提升键合过程的产能，增加键合稳定性及键合精度。本发明该发明可广泛应用于不同尺寸晶圆的键合，且效率较高，易于大面积推广，具有很高的经济价值。

本发明在拆分器件圆片和载体圆片时，仅需把叠片放进解键合液体池里面，超声波浸泡处理，便可使得叠片分离，而无需采用专门的解键合机台对其强制分离，从而有效的保证圆片器件的功能，以及降低产品开发成本。

附图说明

所包括的附图用来提供对本申请实施例的进一步的理解，其构成了说明书的一部分，用于说明本申请的实施方式，并与文字描述一起来阐释本申请的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例。

图1～图10显示为本发明实施例的晶圆临时键合方法各步骤所呈现的结构示意图。

图11及图12显示为本发明实施例的晶圆临时键合方法所采用的治具的结构示意图。

元件标号说明

10 治具

101 晶圆载室

102 键合胶池

103 吸气管路

104 吹气管路

105 真空腔室

106 真空管口

107 键合胶

201 载体晶圆

202 载体晶圆的凹槽

203 器件晶圆

204 器件晶圆的凹槽

205 键合槽

206 键合胶

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

应该强调，术语“包括/包含”在本文使用时指特征、整件、步骤或组件的存在，但并不排除一个或更多个其它特征、整件、步骤或组件的存在或附加。

针对一种实施方式描述和/或示出的特征可以以相同或类似的方式在一个或更多个其它实施方式中使用，与其它实施方式中的特征相组合，或替代其它实施方式中的特征。

如在详述本发明实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本发明保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。

为了方便描述，此处可能使用诸如“之下”、“下方”、“低于”、“下面”、“上方”、“上”等的空间关系词语来描述附图中所示的一个元件或特征与其他元件或特征的关系。将理解到，这些空间关系词语意图包含使用中或操作中的器件的、除了附图中描绘的方向之外的其他方向。此外，当一层被称为在两层“之间”时，它可以是所述两层之间仅有的层，或者也可以存在一个或多个介于其间的层。

在本申请的上下文中，所描述的第一特征在第二特征“之上”的结构可以包括第一和第二特征形成为直接接触的实施例，也可以包括另外的特征形成在第一和第二特征之间的实施例，这样第一和第二特征可能不是直接接触。

需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图示中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

传统上晶圆临时键合一般采用涂布方式，对晶圆进行全部涂布或者区域涂布键合胶，待工艺完成使用解键合机台进行分离，最后再使用去胶液对残留的键合胶水进行清洗。该过程并不仅制程复杂，且残留的键合胶水清洗也会对器件本身产生负面影响，更重要的是，键合胶本身在键合过程中极易使晶圆滑移，造成对位精度无法进一步提升，极大的限制粘贴键合工艺的发展和应用。

如图1～图12所示，本实施例提供一种晶圆临时键合方法，所述晶圆临时键合方法包括：

如图1～图2所示，首先进行步骤1)，提供一载体晶圆201，所述载体晶圆201包含相对的第一主面和第二主面，在所述载体晶圆201的第一主面的边缘刻蚀出凹槽202。

在一个实施例中，所述载体晶圆201可以为硅晶圆、玻璃、绝缘物、聚合物、金属等。可以通过光刻工艺和干法刻蚀工艺在所述载体晶圆201的第一主面的边缘刻蚀出凹槽202，所述凹槽202的宽度可以为2毫米～3毫米，一方面，其宽度范围内，对应的器件晶圆203通常为没有器件的区域，从而不会对器件晶圆203上的器件区域造成影响，另一方面，该宽度范围可以保证后续有足够的键合胶107与所述载体晶圆201和器件晶圆203接触，保证键合的强度。

在一个实施例中，所述凹槽202为环形围绕于所述载体晶圆201的边缘区域。

如图3～图6、图11所示，然后进行步骤2)，提供一器件晶圆203，将所述器件晶圆203与所述载体晶圆201的第一主面对准后放入治具10，基于所述凹槽202使所述器件晶圆203与所述载体晶圆201之间形成键合槽205，所述治具10包含晶圆载室101、键合胶池102和真空管路，所述键合胶池102与所述晶圆载室101连通，所述晶圆载室101的侧壁与所述器件晶圆203和载体晶圆201的边缘贴合密闭。在实际操作过程中，除了所述真空管路以外，所述晶圆载室101和所述键合胶池102为一气密性腔体。

在一个实施例中，步骤2)所述器件晶圆203包含相对的第一主面和第二主面，所述器件晶圆203的第一主面包括器件区域以及没有器件的边缘区域，本步骤还包括在所述器件晶圆203的第一主面的边缘区域刻蚀出凹槽204的步骤，该凹槽204不会造成器件区域的浪费，后续工艺中，所述器件晶圆203的凹槽204与所述载体晶圆201的凹槽共同组成键合槽205。

在一个实施例中，所述器件晶圆203与所述载体晶圆201的第一主面对准，该对准过程可在对位机台内部完成，也可在键合机台内部完成，可视具体情况而定。

在一个实施例中，所述器件晶圆203与所述载体晶圆201的第一主面对准后，所述器件晶圆203与所述载体晶圆201为气密连接。

在一个实施例中，所述真空管路的开口设置于所述晶圆载室101的侧壁，且所述开口位于所述键合槽205的区域内，例如，所述真空管路可以包括间隔设置的吸气管路103和吹气管路104。

在一个实施例中，步骤2)所述器件晶圆203与所述载体晶圆201的第一主面对准后，所述器件晶圆203与所述载体晶圆201为气密连接，以保证步骤3)中所述器件晶圆203与所述载体晶圆的贴合界面不会填入所述键合胶107，以避免键合胶107对器件晶圆203的器件区域造成影响，并大大降低后续的剥离难度。

在一个实施例中，所述键合槽205呈环形围绕于所述器件晶圆203与所述载体晶圆201的边缘，并嵌入所述器件晶圆203与所述载体晶圆201所组成结构的侧壁中，所述键合槽205的外侧开口与所述晶圆载室101的侧壁形成气密性连接。

在一个实施例中，所述晶圆载室101的侧壁可以为金属材料等，也可以在金属材料表现涂覆密封材料层，该密封材料层可以与所述器件晶圆203与所述载体晶圆201的侧壁形成气密连接，同时，该密封材料优选为与所述键合胶107具有较低粘附强度的材料，以便于所述键合胶107固化后，所述器件晶圆203和所述载体晶圆201所组成的叠片与所述晶圆载室101的分离。

如图7及图12所示，接着进行步骤3)，通过所述真空管路对所述键合槽205进行抽气处理，使所述键合胶池102中的键合胶由于气压差而沿所述键合槽205流动并最终充满所述键合槽205。

在一个实施例中，所述键合胶池102内的键合胶的顶面超过所述键合槽205的顶面。

在一个实施例中，所述键合槽205的宽度为2毫米～3毫米，所述键合槽205的高度为10微米～200微米。

如图12所示，在所述治具的键合胶池内注入键合胶206后，也可以将所述治具10放入一真空腔室105中，通过真空管口106对所述真空腔室105进行抽气处理，随着所述真空腔室105气压的降低，通过所述真空管路向所述晶圆载室101传递气压，以达到对所述键合槽205进行抽气处理的效果，所述键合胶池102中的键合胶206由于气压差而沿所述键合槽205流动并最终充满所述键合槽205。

然后进行步骤4)，固化所述键合胶107，以实现所述器件晶圆203与所述载体晶圆201的临时键合。

在一个实施例中，步骤4)固化所述键合胶107的方法包括热压工艺。

如图8所示，然后进行步骤5)，所述器件晶圆203与所述载体晶圆201临时键合后，还包括对所述器件晶圆203的第二主面进行减薄或/及刻蚀的步骤。本实施例的键合胶107环绕在所述载体晶圆201和器件晶圆203所形成的键合槽205内，且为嵌入式结构，可以大大增强所述载体晶圆201和所述器件晶圆203的键合强度，在减薄和刻蚀的过程中，晶圆之间不会发生相对滑动，可以显著地增加键合稳定性及键合精度。

如图9～图10所示，最后进行步骤6)，将临时键合后的所述器件晶圆203与所述载体晶圆201放解键合液体池，并进行超声波浸泡处理，以将所述键合槽205内的键合胶107去除，使所述器件晶圆203与所述载体晶圆201分离。本发明在拆分器件圆片和载体圆片时，仅需把叠片放进解键合液体池里面，超声波浸泡处理，便可使得叠片分离，而无需采用专门的解键合机台对其强制分离，从而有效的保证圆片器件的功能，以及降低产品开发成本。

如上所述，本发明的晶圆临时键合方法，具有以下有益效果：

本发明对键合治具10进行改装，加入密闭的键合胶水池子以及气体管路，对键合治具进行密闭改装，使得器件晶圆203与载体晶圆201组成的叠片可以精准嵌入治具的边缘区域，通过真空抽气使叠片的边缘真空度降低，之后键合胶池内的键合胶由于真空压力的作用均匀地灌入到两片晶圆之间的键合槽205内，且不会污染晶圆内部的器件。本发明可以提升键合过程的产能，增加键合稳定性及键合精度。本发明该发明可广泛应用于不同尺寸晶圆的键合，且效率较高，易于大面积推广，具有很高的经济价值。

本发明在拆分器件圆片和载体圆片时，仅需把叠片放进解键合液体池里面，超声波浸泡处理，便可使得叠片分离，而无需采用专门的解键合机台对其强制分离，从而有效的保证圆片器件的功能，以及降低产品开发成本。

所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种晶圆临时键合方法，其特征在于，所述晶圆临时键合方法包括：

1)提供一载体晶圆，所述载体晶圆包含相对的第一主面和第二主面，在所述载体晶圆的第一主面的边缘刻蚀出凹槽；

2)提供一器件晶圆，将所述器件晶圆与所述载体晶圆的第一主面对准后放入治具，基于所述凹槽使所述器件晶圆与所述载体晶圆之间形成键合槽，所述治具包含晶圆载室、键合胶池和真空管路，所述键合胶池与所述晶圆载室连通，所述晶圆载室的侧壁与所述器件晶圆和载体晶圆的边缘贴合密闭；

3)通过所述真空管路对所述键合槽进行抽气处理，使所述键合胶池中的键合胶由于气压差而沿所述键合槽流动并最终充满所述键合槽；

4)固化所述键合胶，以实现所述器件晶圆与所述载体晶圆的临时键合。

2.根据权利要求1所述的晶圆临时键合方法，其特征在于：步骤2)所述器件晶圆包含相对的第一主面和第二主面，还包括在所述器件晶圆的第一主面的边缘刻蚀出凹槽的步骤，所述器件晶圆的凹槽与所述载体晶圆的凹槽共同组成所述键合槽。

3.根据权利要求1所述的晶圆临时键合方法，其特征在于：所述键合槽的宽度为2毫米～3毫米，所述键合槽的高度为10微米～200微米。

4.根据权利要求1所述的晶圆临时键合方法，其特征在于：所述真空管路的开口设置于所述晶圆载室的侧壁，且所述开口位于所述键合槽的区域内。

5.根据权利要求1所述的晶圆临时键合方法，其特征在于：所述真空管路包括间隔设置的吸气管路和吹气管路。

6.根据权利要求1所述的晶圆临时键合方法，其特征在于：所述键合槽呈环形围绕于所述器件晶圆与所述载体晶圆的边缘，并嵌入所述器件晶圆与所述载体晶圆所组成结构的侧壁中，所述键合槽的外侧开口与所述晶圆载室的侧壁形成气密性连接。

7.根据权利要求1所述的晶圆临时键合方法，其特征在于：步骤2)所述器件晶圆与所述载体晶圆的第一主面对准后，所述器件晶圆与所述载体晶圆为气密连接，以保证步骤3)中所述器件晶圆与所述载体晶圆的贴合界面不会填入所述键合胶。

8.根据权利要求1所述的晶圆临时键合方法，其特征在于：步骤4)固化所述键合胶的方法包括热压工艺。

9.根据权利要求1所述的晶圆临时键合方法，其特征在于：所述器件晶圆与所述载体晶圆临时键合后，还包括对所述器件晶圆的第二主面进行减薄或/及刻蚀的步骤。

10.根据权利要求1所述的晶圆临时键合方法，其特征在于：还包括步骤：将临时键合后的所述器件晶圆与所述载体晶圆放解键合液体池，并进行超声波浸泡处理，以将所述键合槽内的键合胶去除，使所述器件晶圆与所述载体晶圆分离。

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