CN216773189U - 用于晶圆临时键合的键合设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种用于晶圆临时键合的键合设备，包括：晶圆载室、键合胶池和真空管路，键合胶池与晶圆载室连通，真空管路连接于晶圆载室的侧壁，晶圆载室用于承载待临时键合的晶圆叠片，晶圆叠片包括第一晶圆和第二晶圆，第一晶圆包含相对的第一主面和第二主面，第一晶圆的第一主面的边缘具有凹槽，第二晶圆与第一晶圆的第一主面对准后，基于凹槽使第二晶圆与第一晶圆之间形成键合槽，晶圆载室的侧壁与第二晶圆和第一晶圆的边缘贴合密闭，键合胶池用于承载键合胶，并在真空管路抽气时，键合胶池中的键合胶由于气压差沿键合槽流动并最终充满键合槽。本实用新型可以提升键合过程的产能，增加键合稳定性及键合精度。

Description

用于晶圆临时键合的键合设备

技术领域

本实用新型半导体集成电路制造领域，特别是涉及一种用于晶圆临时键合的键合设备。

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需要在晶圆表面旋涂或者喷涂临时键合胶水，并将晶圆置于密闭真空腔室，加热加压进行键合。经过其它工艺(比如第二晶圆减薄工艺)之后，给键合晶圆加热且施加反向拉力，使其分开，最后通过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。

实用新型内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本实用新型的目的在于提供一种用于晶圆临时键合的键合设备，用于解决现有技术中晶圆临时键合精度较低的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本实用新型提供一种用于晶圆临时键合的键合设备，所述键合设备包括：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，所述真空管路连接于所述晶圆载室的侧壁，所述晶圆载室用于承载待临时键合的晶圆叠片，所述晶圆叠片包括第一晶圆和第二晶圆，所述第一晶圆包含相对的第一主面和第二主面，所述第一晶圆的第一主面的边缘具有凹槽，所述第二晶圆与所述第一晶圆的第一主面对准后，基于所述凹槽使所述第二晶圆与所述第一晶圆之间形成键合槽，所述晶圆载室的侧壁与所述第二晶圆和第一晶圆的边缘贴合密闭，所述键合胶池用于承载键合胶，并在所述真空管路抽气时，所述键合胶池中的键合胶由于气压差沿所述键合槽流动并最终充满所述键合槽。

可选地，所述第二晶圆包含相对的第一主面和第二主面，所述第二晶圆的第一主面还具有凹槽，所述第二晶圆的凹槽与所述第一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微米～3毫米。

可选地，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。

可选地，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第二晶圆与所述第一晶圆的边缘，并嵌入所述第二晶圆与所述第一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，所述第二晶圆与所述第一晶圆为气密连接，以使所述第二晶圆与所述第一晶圆的贴合界面不会填入所述键合胶。

可选地，所述键合设备还包括一热压装置，用于固化所述键合槽内的键合胶。

如上所述，本实用新型的用于晶圆临时键合的键合设备，具有以下有益效果：

本实用新型对键合设备进行改装，加入密闭的键合胶水池子以及气体管路，对键合设备进行密闭改装，使得第二晶圆与第一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。本实用新型可以提升键合过程的产能，增加键合稳定性及键合精度。本实用新型该实用新型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。

本实用新型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及图2显示为本实用新型实施例的用于晶圆临时键合的键合设备的结构示意图。

图3及图4显示为本实用新型的用于晶圆临时键合的键合设备用于晶圆临时键合的晶圆结构示意图。

元件标号说明

10 键合设备

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 第一晶圆

108 第二晶圆

109 键合槽

110 键合胶

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本实用新型的实施方式，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实用新型的其他优点与功效。本实用新型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，在没有背离本实用新型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。

如在详述本实用新型实施例时，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，其在此不应限制本实用新型保护的范围。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实用新型的基本构想，遂图示中仅显示与本实用新型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。

本实用新型提供一种用于晶圆临时键合的键合设备10，所述键合设备10包括：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，所述真空管路连接于所述晶圆载室101的侧壁，所述晶圆载室101用于承载待临时键合的晶圆叠片，所述晶圆叠片包括第一晶圆107和第二晶圆108，所述第一晶圆107包含相对的第一主面和第二主面，所述第一晶圆107的第一主面的边缘具有凹槽，所述第二晶圆108与所述第一晶圆107的第一主面对准后，基于所述凹槽使所述第二晶圆108与所述第一晶圆107之间形成键合槽109，所述晶圆载室101的侧壁与所述第二晶圆108和第一晶圆107的边缘贴合密闭，所述键合胶池102用于承载键合胶110，并在所述真空管路抽气时，所述键合胶池102中的键合胶110由于气压差沿所述键合槽109流动并最终充满所述键合槽109。

在一个实施例中，所述第一晶圆107可以为载体晶圆，所述第二晶圆108为器件晶圆。在一个实施例中，所述第一晶圆107可以为硅晶圆、玻璃、绝缘物、聚合物、金属等。

如图3所示，在一个实施例中，所述第二晶圆108包含相对的第一主面和第二主面，所述第二晶圆108的第一主面包括器件区域以及没有器件的边缘区域，所述第二晶圆108的第一主面的边缘区域还具有凹槽，所述第二晶圆108的凹槽与所述第一晶圆107的凹槽共同组成所述键合槽109。

在一个实施例中，所述键合槽109的宽度为2微米～3毫米，所述键合槽109的高度为10微米～200微米。一方面，在该宽度范围内，对应的第二晶圆108通常为没有器件的区域，从而不会对第二晶圆108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110与所述第一晶圆107和第二晶圆108接触，保证键合的强度。

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109的区域内。在一个实施例中，所述真空管路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，如图3所示，所述键合槽109呈环形围绕于所述第二晶圆108与所述第一晶圆107的边缘，并嵌入所述第二晶圆108与所述第一晶圆107所组成结构的侧壁中，所述键合槽109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，所述第二晶圆108与所述第一晶圆107为气密连接，以使所述第二晶圆108与所述第一晶圆107的贴合界面不会填入所述键合胶，以避免键合胶110对第二晶圆108的器件区域造成影响，并大大降低后续的剥离难度，如图4所示。

在一个实施例中，所述键合设备还包括一热压装置，用于固化所述键合槽109内的键合胶。

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，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第二晶圆108与所述第一晶圆107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110具有较低粘附强度的材料，以便于所述键合胶110固化后，所述第二晶圆108和所述第一晶圆107所组成的叠片与所述晶圆载室101的分离。

如图2所示，在所述治具的键合胶池内注入键合胶110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109进行抽气处理的效果，所述键合胶池102中的键合胶110由于气压差而沿所述键合槽109流动并最终充满所述键合槽109。

如上所述，本实用新型的用于晶圆临时键合的键合设备，具有以下有益效果：

本实用新型对键合设备进行改装，加入密闭的键合胶水池子以及气体管路，对键合设备进行密闭改装，使得第二晶圆与第一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。本实用新型可以提升键合过程的产能，增加键合稳定性及键合精度。本实用新型该实用新型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。

本实用新型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，本实用新型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实用新型的原理及其功效，而非用于限制本实用新型。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本实用新型的精神及范畴下，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实用新型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，仍应由本实用新型的权利要求所涵盖。

Claims (9)

1.一种用于晶圆临时键合的键合设备，其特征在于，所述键合设备包括：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，所述真空管路连接于所述晶圆载室的侧壁，所述晶圆载室用于承载待临时键合的晶圆叠片，所述晶圆叠片包括第一晶圆和第二晶圆，所述第一晶圆包含相对的第一主面和第二主面，所述第一晶圆的第一主面的边缘具有凹槽，所述第二晶圆与所述第一晶圆的第一主面对准后，基于所述凹槽使所述第二晶圆与所述第一晶圆之间形成键合槽，所述晶圆载室的侧壁与所述第二晶圆和第一晶圆的边缘贴合密闭，所述键合胶池用于承载键合胶，并在所述真空管路抽气时，所述键合胶池中的键合胶由于气压差沿所述键合槽流动并最终充满所述键合槽。

2.根据权利要求1所述的用于晶圆临时键合的键合设备，其特征在于：所述第二晶圆包含相对的第一主面和第二主面，所述第二晶圆的第一主面还具有凹槽，所述第二晶圆的凹槽与所述第一晶圆的凹槽共同组成所述键合槽。

3.根据权利要求1所述的用于晶圆临时键合的键合设备，其特征在于：所述键合槽的宽度为2微米～3毫米。

4.根据权利要求1所述的用于晶圆临时键合的键合设备，其特征在于：所述键合槽的高度为10微米～200微米。

5.根据权利要求1所述的用于晶圆临时键合的键合设备，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。

6.根据权利要求1所述的用于晶圆临时键合的键合设备，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。

7.根据权利要求1所述的用于晶圆临时键合的键合设备，其特征在于：所述键合槽呈环形围绕于所述第二晶圆与所述第一晶圆的边缘，并嵌入所述第二晶圆与所述第一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。

8.根据权利要求1所述的用于晶圆临时键合的键合设备，其特征在于：所述第二晶圆与所述第一晶圆为气密连接，以使所述第二晶圆与所述第一晶圆的贴合界面不会填入所述键合胶。

9.根据权利要求1所述的用于晶圆临时键合的键合设备，其特征在于：还包括一热压装置，用于固化所述键合槽内的键合胶。

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