TW201546892A - 積層晶圓之形成方法 - Google Patents

Abstract

本發明的課題為提供可以形成更平坦的積層晶圓的積層晶圓之形成方法。解決手段為一種積層晶圓之形成方法，其特徵在於包括貼合晶圓形成步驟、第一晶圓側保持步驟、第二晶圓磨削步驟、第二晶圓側保持步驟及第一晶圓磨削步驟。該貼合晶圓形成步驟是將第二晶圓的表面貼附在具有均一厚度的第一晶圓的表面上而形成貼合晶圓，該第一晶圓側保持步驟是在實施該貼合晶圓形成步驟後，將該貼合晶圓的該第一晶圓側以工作夾台保持，該第二晶圓磨削步驟是在實施該第一晶圓側保持步驟後，將被該工作夾台所保持的該貼合晶圓的該第二晶圓予以磨削以薄化到預定的厚度並且平坦化，該第二晶圓側保持步驟是在實施該第二晶圓磨削步驟後，將該貼合晶圓的該第二晶圓側以工作夾台保持，該第一晶圓磨削步驟是在實施該第二晶圓側保持步驟後，將被該工作夾台所保持的該貼合晶圓的該第一晶圓予以磨削以薄化至預定的厚度並且平坦化。

Description

積層晶圓之形成方法 發明領域

本發明是有關於一種將複數片晶圓貼合而成的積層晶圓之形成方法。

發明背景

在半導體元件的製造程序中，是在半導體著晶圓表面上透過被稱為切割道的分割預定線所劃分成的各個區域中形成IC或LSI等元件。然後，會藉由沿著分割預定線將半導體晶圓分割成晶片，以製造出一個個的半導體元件。以這樣的方式被製造出來的半導體元件被廣泛地利用在各種電子機器上。

近年來，為了謀求電子機器的小型化、薄型化及高性能化，將半導體元件積層複數個而構成的積層型半導體元件已被實用化。這種積層型半導體元件，是將例如形成有各自不同的元件的複數個晶圓積層而成的積層晶圓薄化至預定的厚度之後，再藉由切削裝置等進行分割而被製造出來。

先前技術文獻 專利文獻

專利文獻1：日本專利特開2012-134231號公報

發明概要

為了達成積層型半導體元件的薄型化、高性能化，會有將積層晶圓的表面粗糙度做得更加平坦而控制在例如0.1μm以下的要求。

本發明是鑒於這樣的問題點而作成的發明，其目的在於提供能夠形成更平坦的積層晶圓的積層晶圓之形成方法。

依據本發明所提供的積層晶圓之形成方法，特徵在於該積層晶圓之形成方法包括：貼合晶圓形成步驟，將第二晶圓的表面貼附在具有均一厚度的第一晶圓的表面上，而形成貼合晶圓；第一晶圓側保持步驟，實施該貼合晶圓形成步驟後，將該貼合晶圓的該第一晶圓側以工作夾台保持；第二晶圓磨削步驟，實施該第一晶圓側保持步驟後，將被該工作夾台所保持的該貼合晶圓的該第二晶圓予以磨削以薄化到預定的厚度並且平坦化；第二晶圓側保持步驟，實施該第二晶圓磨削步驟後，將該貼合晶圓的該第二晶圓側以工作夾台保持；以及第一晶圓磨削步驟，實施該第二晶圓側保持步驟後，將被該工作夾台所保持的該貼合晶圓的該第一晶圓予以磨 削以薄化到預定的厚度並且平坦化。

較理想的是，積層晶圓之形成方法還包括：第三晶圓貼合步驟，實施該第一晶圓磨削步驟後，將第三晶圓的表面貼合到該貼合晶圓上，而形成三層晶圓；第三晶圓露出步驟，實施該第三晶圓貼合步驟後，將該第一晶圓的已被磨削過之背面以工作夾台保持，而使第三晶圓的背面露出；以及第三晶圓磨削步驟，實施該第三晶圓露出步驟後，將露出的該第三晶圓的背面予以磨削以薄化到預定的厚度並且平坦化。

本發明的積層晶圓之形成方法，是在將第二晶圓貼合到具有均一厚度的第一晶圓上之後，以將具有均一厚度的第一晶圓側以工作夾台保持的狀態將第二晶圓磨削而平坦化。由於第二晶圓能夠仿照第一晶圓而做成平坦化，因而可以形成更加平坦的積層晶圓。

11‧‧‧第一晶圓

11A‧‧‧第二晶圓

11B‧‧‧第三晶圓

11a‧‧‧表面

11b‧‧‧背面

11e‧‧‧倒角部

12‧‧‧貼合晶圓

13‧‧‧分割預定線

14‧‧‧工作夾台

15‧‧‧元件

16‧‧‧磨削單元

17‧‧‧元件區域

18‧‧‧主軸

19‧‧‧外周剩餘區域

20‧‧‧輪座

21‧‧‧缺口

22‧‧‧磨削輪

24‧‧‧輪基台

26‧‧‧磨削磨石

30‧‧‧積層晶圓

a、b‧‧‧箭頭

圖1是第一晶圓(半導體晶圓)的表面側立體圖。

圖2是顯示貼合晶圓形成步驟的剖面圖。

圖3是顯示第一晶圓側保持步驟的局部剖面側視圖。

圖4是顯示第二晶圓磨削步驟的局部剖面側視圖。

圖5是顯示第二晶圓側保持步驟的局部剖面側視圖。

圖6是顯示第一晶圓磨削步驟的局部剖面側視圖。

圖7是顯示第三晶圓貼合步驟的剖面圖。

圖8是顯示第三晶圓露出步驟的局部剖面側視圖。

圖9是顯示第三晶圓磨削步驟的局部剖面側視圖。

圖10是積層晶圓的剖面圖。

用以實施發明之形態

以下，參照圖式詳細地說明本發明之實施形態。參照圖1，所示為第一晶圓的表面側立體圖。第一晶圓11是由厚度均一的矽晶圓所構成，於表面11a將複數條分割預定線13形成為格子狀，並且在藉由複數條分割預定線13所劃分出的各個區域中形成有IC、LSI等元件15。

如此所構成的第一晶圓11於其表面包括有形成有元件15的元件區域17，以及圍繞元件區域17的外周剩餘區域19。第一晶圓11的外周部形成有圓弧狀的倒角部11e。21是作為表示矽晶圓的結晶方位之標記的缺口。

在本發明的積層晶圓之形成方法中，首先是如圖2所示，實施貼合晶圓形成步驟，其為將第二晶圓11A的表面11a貼附在具有均一厚度的第一晶圓11的表面11a上，而形成貼合晶圓12。

第二晶圓11A具有與第一晶圓11相同的直徑，並用與第一晶圓11相同的圖案結構(patterning)在相同的位置上形成有元件15。但是，第二晶圓11A的元件15與第一晶圓11的元件15不一定是相同的元件，也存有為不同元件的情形。

在本貼合晶圓形成步驟中，所使用的是不使用接 著劑而將晶圓彼此直接接合的晶圓直接接合技術，來將第二晶圓11A的表面11a貼附在第一晶圓11的表面11a上。

這個晶圓直接結合技術，是使第一晶圓11的表面11a與第二晶圓11A的表面11a形成為數nm以下的等級的平坦程度，也就是說必須經過鏡面加工。

首先一開始，使用酸等化學藥品及純水實施第一及第二晶圓的洗淨及表面處理。經由這個處理以使第一及第二晶圓的表面被稍微氧化而形成薄的氧化膜(SiO₂)，同時使大量的氫氧基附著在表面上。像這樣處理過的表面，因為顯示出使水在親和性極為良好的表面上擴散的性質，也就是親水性，因此將這種處理方式稱之為親水化處理。

接著，將已親水化處理過的第一及第二晶圓的表面重疊在一起而直接接合。若對重疊的第一及第二晶圓的局部輕微按壓而使其相互接觸就會形成接合部，且可使接合部擴散到整個晶圓。

這種現象是源自於會使晶圓的表面彼此互相吸附在一起的作用力(表面間引力)而自動地形成接合，所以僅在如同矽晶圓之類將表面研磨到非常地平滑的情況中被觀察到。這種自動的接合的形成會成為晶圓直接接合的重要特徵，並可使幾乎無加壓下的接合變得可行。

實施貼合晶圓形成步驟後，如圖3所示，實施將貼合晶圓12的第一晶圓11側以磨削裝置的工作夾台14保持的第一晶圓側保步驟。在第一晶圓側保持步驟中，是將具有均一厚度的第一晶圓11的背面11b以工作夾台14直接保 持。

在實施此第一晶圓側保持步驟之前，會預先以磨削輪對工作夾台14的保持面進行自動研磨以事先使工作夾台14的保持面與磨削磨石的磨削面平行。

實施第一晶圓側保持步驟後，如圖4所示，實施對被工作夾台14所保持的貼合晶圓12的第二晶圓11A的背面11b進行磨削，以將第二晶圓11A薄化到預定的厚度並且平坦化的第二晶圓磨削步驟。

在圖4中，磨削單元16包含有：藉由馬達而被旋轉驅動的主軸18、固定在主軸18的前端的輪座20，及可拆裝地裝設在輪座20上的磨削輪22。磨削輪22是由環狀的輪基台24、以及於輪基台24的下表面外周部固接成環狀的複數個磨削磨石26所構成。

在此第二晶圓磨削步驟中，是在使保持有貼合晶圓12的工作夾台14朝箭頭a所示之方向以例如300rpm的轉速旋轉時，使磨削輪22朝箭頭b所示之方向以例如6000rpm的轉速旋轉，並且驅動圖未示的磨削單元進給機構使磨削輪22的磨削磨石26接觸於貼合晶圓12的第二晶圓11A的背面11b。

然後，藉由以預定的磨削進給速度將磨削輪22磨削進給預定量，以對第二晶圓11A的背面11b進行磨削而將第二晶圓11A薄化並且平坦化。

已實施第二晶圓磨削步驟之後，如圖5所示，可實施第二晶圓側保持步驟，其為將貼合晶圓12翻轉，並將 貼合晶圓12之已被磨削過的第二晶圓12A側以工作夾台14保持。

已實施第二晶圓側保持步驟後，如圖6所示，可實施第一晶圓磨削步驟，其為將已保持在工作夾台14上的貼合晶圓12的第一晶圓11的背面11b予以磨削以薄化至預定的厚度並且平坦化。此第一晶圓磨削步驟的磨削條件，與已經參照圖4說明過的第二晶圓磨削步驟的磨削條件是相同的。

實施第一晶圓磨削步驟後，如圖7所示，可實施第三晶圓貼合步驟，其為將第三晶圓11B的背面11b載置於例如作業平台之上，將第三晶圓11B的表面11a貼合(接合)於已被薄化之貼合晶圓12的第二晶圓11A的背面11b，而形成三層晶圓。

此第三晶圓貼合步驟是使用上述的晶圓直接接合技術而實施。再者，第三晶圓貼合步驟也可做成將第三晶圓11B的表面11a貼合在已經薄化之貼合晶圓12的第一晶圓11的背面11b。

已實施第三晶圓貼合步驟後，如圖8所示，可實施第三晶圓露出步驟，其為將第一晶圓11的背面11b以磨削裝置的工作夾台14保持，而使第三晶圓11B的背面11b露出。

已實施第三晶圓露出步驟後，如圖9所示，可實施第三晶圓磨削步驟，其為將露出的第三晶圓11B的背面11b以磨削輪22磨削而薄化至預定的厚度並平坦化。此第三 晶圓磨削步驟的磨削條件，與已經參照圖4說明過的第二晶圓磨削步驟的磨削條件是相同的。

一旦實施第三晶圓磨削步驟後，就可以形成以晶圓直接結合技術接合，並進一步藉磨削步驟進行磨削以薄化至預定的厚度而平坦化之如圖10所示之由第一晶圓11、第二晶圓11A及第三晶圓11B所構成的積層晶圓30。

11‧‧‧第一晶圓

11A‧‧‧第二晶圓

11b‧‧‧背面

14‧‧‧工作夾台

15‧‧‧元件

16‧‧‧磨削單元

18‧‧‧主軸

20‧‧‧輪座

22‧‧‧磨削輪

24‧‧‧輪基台

26‧‧‧磨削磨石

a、b‧‧‧箭頭

Claims (2)

1. 一種積層晶圓之形成方法，特徵在於該積層晶圓之形成方法包括：貼合晶圓形成步驟，將第二晶圓的表面貼附在具有均一厚度的第一晶圓的表面上，而形成貼合晶圓；第一晶圓側保持步驟，實施該貼合晶圓形成步驟後，將該貼合晶圓的該第一晶圓側以工作夾台保持；第二晶圓磨削步驟，實施該第一晶圓側保持步驟後，將被該工作夾台所保持的該貼合晶圓的該第二晶圓予以磨削以薄化至預定的厚度並且平坦化；第二晶圓側保持步驟，實施該第二晶圓磨削步驟後，將該貼合晶圓的該第二晶圓側以工作夾台保持；以及第一晶圓磨削步驟，實施該第二晶圓側保持步驟後，將被該工作夾台所保持的該貼合晶圓的該第一晶圓予以磨削以薄化到預定的厚度並且平坦化。
2. 如請求項1的積層晶圓之形成方法，其還包括：第三晶圓貼合步驟，實施該第一晶圓磨削步驟後，將第三晶圓的表面貼到該貼合晶圓上，而形成三層晶圓；第三晶圓露出步驟，實施該第三晶圓貼合步驟後，將該第一晶圓的已被磨削過的背面以工作夾台保持，而使第三晶圓的背面露出；以及第三晶圓磨削步驟，實施該第三晶圓露出步驟後， 將露出的該第三晶圓的背面予以磨削以薄化至預定的厚度並且平坦化。