TWI783530B

TWI783530B - 暫時接著積層體及應用彼之晶圓薄化製備方法

Info

Publication number: TWI783530B
Application number: TW110122269A
Authority: TW
Inventors: 李志雄
Original assignee: 李志雄
Priority date: 2021-06-18
Filing date: 2021-06-18
Publication date: 2022-11-11
Also published as: TW202301449A

Abstract

本發明涉及一種暫時接著積層體及應用彼之晶圓薄化製備方法，該暫時接著積層體係於一薄膜層兩側表面分設有一熱塑膨脹層，其應用於一晶圓之薄化，其製備方法包含有提供一載體；將至少一暫時接著積層體結合於該載體上；執行一晶圓結合於暫時接著積層體上；執行一晶圓壓合；執行至少一薄化技術於該晶圓上；以及提供一熱源移除該暫時接著積層體而將該晶圓自該載體上分離，藉此，使得該晶圓於進行薄化時具有良好的支撐與緩衝，可確保該晶圓在薄化或製程中不致破裂，同時應用暫時接著積層體中熱塑膨脹層受熱膨脹的特性，使得該熱塑膨脹層不和晶圓與載體黏在一起，可減少載體及晶圓後續殘膠之處理。

Description

暫時接著積層體及應用彼之晶圓薄化製備方法

本發明係隸屬一種晶圓超薄薄化之技術領域，具體而言係指一種暫時接著積層體及應用彼之晶圓薄化製備方法，藉以提高晶圓的薄化效率，且降低晶圓薄化成本，同時能減少破損率。

按，積體電路係形成於半導體晶圓上，再將半導體晶圓切割成晶片，供進行封裝。而積體電路的形成包括許多製程步驟，例如沈積、化學機械研磨〔chemical mechanical polish,CMP〕、電鍍或蝕刻等。而隨著記憶體和功率裝置等應用朝著更小尺寸、更高性能的方向發展，對薄化晶圓的需求也日益增長。更薄的晶圓能夠帶來眾多好處，包括超薄的封裝，以及由此帶來更小的尺寸外形，還包括改善的電氣性能和更好的散熱性能。但是，在晶圓的正面完成半導體元件後，要有再對晶圓背面進行加工的需要時，例如：離子植入、高溫退火、形成背電極等，就需要先對晶圓的背面進行薄化製程。

某些應用，如存儲器和功率器件，它們的微型化朝著更小的尺寸、更高的性能以及更低的成本方向發展，這些應用的薄晶圓厚度小於100μm或甚至小於50μm。然而厚度低於100μm的矽晶圓會變得非常柔軟有彈性，受迫於大批量加工製造的壓力，僅憑藉標準的磨削方法將厚度小於100μm的矽晶圓進一步減薄，是非常具有挑戰性的，如晶片斷裂、破片、晶片強度低、其它待處理問題和切割破損。目前業界解決方式：

其一是利用載體來使總厚度增加，其係於載體與晶圓之間藉由一暫時黏著層〔Temporary Bonding Layer〕來執行結合，如我國專利第I310583號之「薄化晶圓之方法」。而一般暫時黏著層之膠帶使用傳統紫外線可硬化膠帶〔UV膠帶；UV Tape〕或熱溶解膠帶，其製造廠商無法保證厚度在100um以下使用狀況且製造流程未配合，且在移除膠帶時需使用機械剝離或雷射剝離，還是會有晶片反翹損壞崩裂的現象會引起晶片斷裂。因此雖然其可使用即有的研磨設備，使得其製程成本較低，但破損率太高，每次研磨狀況不同無法保證良率。

其二是利用TAIKO技術的減薄精加工研磨，TAIKO技術是由迪思科科技有限公司開發的晶圓背面磨削技術，這項技術和以往的背面磨削不同，在對晶片進行磨削時，將保留晶片週邊的邊緣部分，只對圓內進行磨削薄型化，如我國專利第I588880號之「晶圓薄化製程」。通過導入這項技術，可實現降低薄型晶片的搬運風險和減少翹曲的作用。但是，IC頂層結構還有較多的製造步驟，例如功率器件需要覆蓋大約5μm厚的聚醯亞胺，在晶圓薄化至100μm時幾乎都會出現破裂。除了前述的問題，TAIKO技術更具有製程複雜，且無法使用原有研磨設備，而需另外建置新的專用設備，故其製程成本極高。

換言之，現行的超薄晶圓之薄化技術上並無法完全滿足需求，分別存在有製程複雜，製備成本太高，以及破損率高良率低的問題，而如何解決前述的問題係業界所期待者，亦為本發明所欲解決的技術課題。

緣是，本發明人乃針對現有超薄晶圓之薄化問題深入探討，並藉由近年來技術發展的需求，經不斷努力的改良與試作，終於成功開發出一種暫時接著積層體及應用彼之晶圓薄化製備方法，藉以克服現有因破損率高所造成的缺點與不便。

因此，本發明之主要目的係在提供一種暫時接著積層體及應用彼之晶圓薄化製備方法，藉以能減少熱膨脹變異之技術，而提供研磨時較佳的緩壓作用，以減少破損之機率。

又，本發明之次一主要目的係在提供一種暫時接著積層體及應用彼之晶圓薄化製備方法，其能經多道壓合，使超薄晶圓能被為平整，以提高研磨的均勻度，減少後續製程中的破損率，進而提高整體製程的良率。

基於此，本創作主要係透過下列的技術手段，來具體實現前述之目的及功效：其具有一薄膜層及黏佈於該薄膜層兩側表面之熱塑膨脹層，而該等熱塑膨脹層包含有熱塑性樹脂、溶劑及發泡劑，其中發泡劑膨脹率為10~100倍、且不可逆。

且應用該暫時接著積層體之晶圓薄化製備方法，其應用於一晶圓之薄化，該晶圓具有相對平行之一第一表面及一第二表面，該製備方法包含有；

提供一載體；將至少一如前述之暫時接著積層體疊合於該載體上；執行一晶圓結合於暫時接著積層體上；執行一晶圓壓合；執行至少一薄化技術於該晶圓上；以及提供一熱源移除該暫時接著積層體而將該晶圓自該載體上分離。

藉此，透過上述技術手段的具體實現，本發明利用該暫時接著積層體具有可發泡膨脹之熱塑膨脹層的設計，使其可進一步利用壓合技術，對該晶圓進行一次或多次的壓合，供將該暫時接著積層體之熱塑膨脹層壓實，在此狀況下，該晶圓於進行薄化時具有良好的支撐與緩衝，可減少晶圓薄化研磨時的變異，以確保該晶圓在薄化或製程中不致破裂，使其薄化可直接使用現有的典型研磨設備，同時應用暫時接著積層體中熱塑膨脹層受熱膨脹的特性，使得該熱塑膨脹層不和晶圓與載體黏在一起，可減少載體及晶圓後續殘膠之處理，讓整體製程更為簡化，可大幅降低成本，以提高其附加價值，進一步可提高其經濟效益。

為使貴審查委員能進一步了解本發明的構成、特徵及其他目的，以下乃舉本發明之較佳實施例，並配合圖式詳細說明如後，同時讓熟悉該項技術領域者能夠具體實施。

10:載體

20:暫時接著積層體

21:薄膜層

22:熱塑膨脹層

22A:受熱膨脹之熱塑膨脹層

30:晶圓

32:第一表面

34:第二表面

40.金屬沉積層

50:干涉儀

60:研磨設備

80:熱源

第一圖：本發明暫時接著積層體之剖面示意圖。

第二圖：本發明暫時接著積層體及應用彼之晶圓薄化製備方法的流程架構示意圖。

第三圖之(A)~(H)：本發明暫時接著積層體及應用彼之晶圓薄化製備方法的加工意象示意圖。

本發明係一種暫時接著積層體及應用彼之晶圓薄化製備方法，隨附圖例示本發明之具體實施例及其構件中，所有關於前與後、左與右、頂部與底部、上部與下部、以及水平與垂直的參考，僅用於方便進行描述，並非限制本發明，亦非將其構件限制於任何位置或空間方向。圖式與說明書中所指定的尺寸，當可在不離開本發明之申請專利範圍內，根據本發明之具體實施例的設計與需求而進行變化。

而本發明暫時接著積層體之詳細構成，則請參看第一圖所示，該暫時接著積層體(20)具有一薄膜層(21)及黏佈於該薄膜層(21)兩側表面之熱塑膨脹層(22)，其中該薄膜層(21)可為各種軟性有機材料、塑膠、纖維、複合材料等，例如PET〔Polyethylene Terephthalate，聚對苯二甲酸乙二酯〕，而該等熱塑膨脹層(22)則包含有熱塑性樹脂、溶劑及發泡劑，其中發泡劑膨脹率為10~100倍、且不可逆，供利用該暫時接著積層體(20)暫時性接合兩元件，如載體(10)及晶圓(30)〔如第三圖所示〕，而該暫時接著積層體(20)在溫度高於其分離溫度時會喪失其黏性，且當暫時接著積層體(20)受熱後能因兩側熱塑膨脹層(22)含有發泡劑而膨脹，使得該熱塑膨脹層(22)不和相黏著之晶圓(30)與載體(10)黏在一起，以減少黏合元件〔如載體(10)或晶圓(30)〕表面之殘膠。

又本發明暫時接著積層體應用於晶圓薄化製程時，則係如第二圖及第三圖之(A)~(H)所示，其係用於針對一晶圓(30)之薄化，該晶圓(30)具有相對平行之一第一表面(32)及一第二表面(34)，而其製備方法包含提供一載體；將至少一暫時接著積層體疊合於該載體上；執行一晶圓結合於暫時接著積層體上；執行一晶圓壓合；執行至少一薄化技術於該晶圓上；執行至少一製程步驟；提供一熱源移除該暫時接著積層體而將該晶圓自該載體上分離；以及執行該晶圓之清洗。

首先，提供一載體：如第三圖之(A)所示，將一載體(10)放置以一工作平台上，該工作平台可以是固定或可移動之硬性表面，且該載體(10)可以選自玻璃、不鏽鋼、矽晶圓、藍寶石、陶瓷或其他硬質材料之板材，並將該載體(10)表面清洗保持潔淨；

接著，將至少一暫時接著積層體疊合於該載體上：在對該載體(10)表面潔淨之後，如第三圖之(B)，將一暫時接著積層體(20)結合於該載體(10)的一側表面，其中該暫時接著積層體(20)具有一薄膜層(21)及設於該薄膜層(21)兩側表面之熱塑膨脹層(22)，其中該熱塑膨脹層(22)熱塑膨脹層 (22)則包含有熱塑性樹脂、溶劑及發泡劑，其中發泡劑膨脹率為10~100倍、且不可逆之黏著接合材料，且該暫時接著積層體(20)可以是單層、雙層或多層之疊層結構；

之後，執行一晶圓接合於暫時接著積層體上：當該暫時接著積層體(20)結合於該載體(10)後，如第三圖之(C)，可以提供一包含有一第一表面(32)與一第二表面(34)之晶圓(30)，並將該晶圓(30)以第一表面(32)接合於該暫時接著積層體(20)異於載體(10)的一側表面。根據某些實施例，該晶圓(30)可以經過初步薄化製程，藉由初步薄化製程，該晶圓(30)之厚度可被縮減至一般製程機台可固定傳送之厚度，例如約100至150微米。再者該晶圓(30)之初步薄化製程可為一般習知研磨、化學機械研磨或化學蝕刻等製程；

緊接著，執行一晶圓壓合：如第三圖之(C)所示，在該晶圓(30)接合於該載體(10)之暫時接著積層體(20)上後，可利用一壓合技術由該晶圓(30)之第二表面(34)向載體(10)一側進行壓合動作，其中該壓合技術可以是接觸壓合或真空壓合，且該晶圓壓合可以是一次壓合或多次壓合，供將該暫時接著積層體(20)之熱塑膨脹層(22)壓實，以減少晶圓(30)薄化研磨時的變異，並提供緩壓作用，以減少晶圓(30)薄化研磨時的破損。根據某些實施例，該晶圓壓合可以配合至少一干涉儀(50)來監測該晶圓(30)一部分或全部之厚度，依據不同該載體(10)、暫時接著積層體(20)及晶圓(30)的總厚度給予不同位置壓合力道，以保持該晶圓(30)於載體(10)上的平整度；

再之後，執行至少一薄化技術於該晶圓上：在將該晶圓(30)壓合於該載體(10)之暫時接著積層體(20)後，如第三圖之(D)、(E)所示，可以透過對該晶圓(30)之第二表面(34)執行至少一道薄化技術，該薄化技術可以是典型的研磨設備(60)、化學機械研磨、溼式蝕刻、乾式蝕刻或乾溼式蝕刻併行，使得該晶圓(30)在薄化後厚度可縮減至100微米之下，同時由於該晶圓(30)係透過經壓合之暫時接著積層體(20)固定於該載體(10)上，因此該晶圓(30)在薄化過程中不致破裂，且該晶圓(30)並可利用該載體(10)進行固定與傳送；

接著，執行至少一製程步驟：在完成該晶圓(30)之薄化後，如第三圖之(F)所示，依該晶圓(30)後續需求，於該晶圓(30)之第二表面(34)執行至少一製程步驟，如執行金屬沉積、背面電極等等。而根據某些實施例，在執行製程步驟如金屬沉積時，可在金屬沉積前先做預處理〔Pre-clean〕，預處理可為電漿蝕刻、離子蝕刻，可減少一層材料的熱膨脹系數，以減少製程中破損的機率；

最後，提供一熱源移除該暫時接著積層體而將該晶圓自該載體上分離：當該晶圓(30)之製程步驟完成後，如第三圖之(G)所示，提供一相對該暫時接著積層體(20)分離溫度之熱源(80)，而利該超過該分離溫度之熱源移除該暫時接著積層體(20)，該熱源(80)可以是熱板、UV光、IR光源，而該暫時接著積層體(20)在溫度高於其分離溫度時，其熱塑膨脹層(22)會喪失其黏性，且由於熱塑膨脹層(22)含有發泡劑而膨脹，使得該受熱膨脹之熱塑膨脹層(22A)不和相黏著之晶圓(30)與載體(10)黏在一起，可減少載體(10)及晶圓(30)後續殘膠處理之流程。根據某些實施例，移除該暫時接著積層體(20)以分離該晶圓(30)與該載體(10)之步驟，也可以於該晶圓(30)第二表面(34)之金屬沉積前先做，再做金屬沉積；以及

進一步，執行該晶圓之清洗：在完成該暫時接著積層體(20)移除而分離該晶圓(30)與該載體(10)後，如第二圖之(H)所示，可依製程需求，給予該晶圓(30)清洗，以去除該晶圓(30)上的污染物，如微粒或殘膠。

而由上述可知，本發明暫時接著積層體及應用彼之晶圓薄化製備方法的主要特徵在於利用一暫時接著積層體(20)將一晶圓(30)結合於一載體(10)上，透過該暫時接著積層體(20)具有可發泡膨脹之熱塑膨脹層(22)的設計，使其可進一步利用壓合技術，對該晶圓(30)進行一次或多次的壓合，供將該暫時接著積層體(20)之熱塑膨脹層(22)壓實，接著再利用執行至少一薄化步驟於該晶圓(30)上，以薄化該晶圓(30)之厚度，在此狀況下，該晶圓(30)於進行薄化時具有良好的固定與支撐，並可減少晶圓(30)薄化研磨時的變異，可確保該晶圓(30)在薄化或製程中不致破裂，相較於習知技術直接進行晶圓薄化之方法，本發明可大幅提升晶圓薄化之極限，並有效避免應力集中與晶圓翹曲〔Warpage〕等問題。

再者，應用本發明之暫時接著積層體(20)中熱塑膨脹層(22)受熱膨脹的特性，使得該熱塑膨脹層(22)不和相黏著之晶圓(30)與載體(10)黏在一起，可減少載體(10)及晶圓(30)後續處理殘膠之流程，且除了具有前述功效外，其可直接使用現有的典型研磨設備，而無採如TAIKO技術需採購專用設備，且相較於TAIKO技術更具有製程簡化之效，故相較之下可大幅降低其製程流程及製程成本。

綜上所述，可以理解到本發明為一創意極佳之發明，除了有效解決習式者所面臨的問題，更大幅增進功效，且在相同的技術領域中未見相同或近似的產品創作或公開使用，同時具有功效的增進，故本發明已符合發明專利有關「新穎性」與「進步性」的要件，乃依法提出申請發明專利。