专利名称：一种硅片的临时键合方法
技术领域：
本发明属于半导体集成电路制造工艺，涉及一种薄硅片的工艺方法，尤其涉及一种应用于薄娃片的临时键合方法。
背景技术：
随着半导体芯片对各种元器件集成度和功能越来越高的要求，传统的二维集成电路已难以满足其需求，因此一种新的技术，三维集成电路(3DIC)应运而生，其主要原理就是通过将娃片和娃片(Wafer to Wafer)或芯片和娃片(Chip to Wafer)上下层层堆叠的方式来提高芯片或各种电子元器件的集成度。在3DIC工艺中，需要对硅片进行减薄，一是为了减少封装厚度，二是通过减薄来暴露出用于链接上下两硅片的通孔(Via)金属塞。另外，近年来，绝缘栅双极晶体管(IGBT)逐渐成为国内半导体分立器件的研究热点，该类晶体管的集电极是在硅片的背面形成的，因此为了满足IGBT产品对结深、击穿电压以及散热的要求，也需要对硅片背面进行减薄。根据3DIC或IGBT产品的要求不同，所需硅片减薄后的厚度也不同(10-200微米)，最低甚至只有IOum (微米)，对于这样薄如纸的硅片，由于其机械强度的降低以及翘曲度/弯曲度的增加，普通的半导体设备几乎难以完成支撑和传输动作，碎片率非常高。为了解决这种薄硅片的支撑和传输问题，临时键合/解离法是业界通常采用的工艺方法之一，其主要原理就是将硅片临时键合在一直径相仿的载片(玻璃、蓝宝石或硅材料)上，利用该载片来实现对薄硅片的支撑和传输，同时可以防止薄硅片变形，在完成相关工艺后再将载片从薄硅片上解离，其工艺流程如图1所示，包括如下步骤(I)在硅片的键合面或/和载片的键合面涂布粘合剂，并对其进行烘烤；(2)将所述硅片和载片进行临时键合；(3)将所述硅片背面研磨减薄；(4)进行硅片背面工艺；(5)将减薄后的硅片从载片上解离。在这种临时键合/解离的方法中，所使用的载片直径通常都比硅片直径大O. 5-2毫米，主要是基于三点原因一是使用较大直径的载片，在硅片和载片的键合过程中，粘合剂就不容易被“挤”到载片边缘的侧面，从而可以防止解离时硅片破裂；二是在键合的研磨和传输过程中，较大直径的载片可以起到更好的支撑作用；三是使用较大直径的载片后，键合过程中的稍许偏移也不至于使键合后的硅片边缘偏离出载片边缘。但使用较大直径的载片又会引入一个新的问题，那就是设备的兼容性问题，因为我们现有设备都是按照硅片的直径来设计的，对于200毫米直径的硅片，多数设备兼容的直径范围为200+/-0. 5毫米，而如果使用直径比硅片直径大O. 5毫米(即200. 5毫米)以上的载片来和娃片键合，那么键合以后的娃片就不可能在现有设备上完成后续的工艺，除非对现有设备进行改造或购买新设备，也即是说要在键合后的硅片和键合前的普通硅片上完成相同的工艺，需要使用两套设备，这就大大降低了生产线上设备的兼容性和利用率。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种硅片的临时键合方法，以解决现有工艺中因载片直径比硅片直径大而导致的设备兼容性问题，以提高设备的利用率。为解决上述技术问题，本发明提供一种硅片的临时键合方法，包括步骤如下(I)将需要键合的硅片切割去除一外环，使其直径变小；(2)在所述硅片的键合面或/和载片的键合面涂布粘合剂，并对其进行烘烤；(3)将所述硅片和载片进行临时键合；(4)将所述硅片背面研磨减薄；(5)进行硅片背面工艺；(6)将减薄后的硅片从载片上解离。在步骤⑴中，所述的外环的宽度为O. 25-1毫米，即硅片直径减少了 O. 5-2毫米。所述的外环使用金刚砂刀轮进行机械切除。在步骤(2)中，所述的粘合剂是指加热分解型粘合剂，或激光分解型粘合剂，或溶剂溶解型粘合剂。优选的，所述的粘合剂是Brewer Scinece公司的热分解型粘合剂WaferBOND HT10. 10。在步骤(2)中，所述的涂布粘合剂，是指只在已切除外环的硅片的键合面涂布粘合剂，或只在载片的键合面涂布粘合剂，或在已切除外环的硅片的键合面和载片的键合面都涂布粘合剂；所述涂布粘合剂的涂布方式采用旋涂方式或喷淋方式；所述的涂布粘合剂在烘烤后的厚度为5-100微米。优选的，所述的涂布粘合剂采用旋涂方式在已切除外环的硅片的键合面和载片的键合面都涂布粘合剂，在烘烤后，涂布在硅片的键合面上的粘合剂以及涂布在载片的键合面上 的粘合剂的厚度均为25微米。在步骤⑵中，所述的载片材料是玻璃、蓝宝石或硅中的任一种；所述的载片直径和切去外环前的硅片直径一样，所述的载片的厚度为200-2000微米。优选的，所述的载片采用直径为200毫米，厚度为500微米的玻璃圆片。在步骤(3)中，所述的临时键合过程在一真空度为O. 001-0.1毫帕的密闭腔体中完成，且需将硅片和载片加热至80-250°C，并在硅片或载片的一侧施加100-5000牛顿的压力，键合时间为1-20分钟。优选的，所述真空度为O. 01毫帕，加热温度为160°C，在载片的一侧施加的压力为1000牛顿，键合时间为5分钟。在步骤(4)中，所述的硅片研磨减薄方法包括如下三个步骤粗磨、细磨和抛光；所述粗磨和细磨采用不同目数的金刚砂刀轮通过机械研磨方式完成，所述抛光采用化学机械研磨法、干法刻蚀法或湿法刻蚀法；所述的研磨减薄后硅片的厚度为10-400微米。优选的，所述抛光采用湿法刻蚀法；所述的研磨减薄后硅片的厚度为80微米。在步骤(5)中，所述的硅片背面工艺包括刻蚀、光刻、离子注入、去胶或清洗工艺中的一种或多种工艺。在步骤(6)中，所述的解离是指化学溶剂解离法，或加热解离法，或激光照射解离法。优选的，所述的解离采用加热解离法，即将键合后减薄后的硅片和载片加热到200-350°C，粘合剂在此温度下发生热分解而失去粘性，从而将减薄后的硅片从载片上滑移解离。和现有技术相比，本发明具有以下有益效果在键合前将需要键合的硅片切割去除一外环，使其直径变小，而载片直径和切割前的硅片直径一样，因此键合后载片的直径就比硅片直径大，在满足现有键合/解离工艺要求的同时，也解决了现有键合/解离工艺中因载片直径比硅片直径大而导致的设备兼容性问题，提高了设备的利用率。
图1是传统的硅片临时键合/解离工艺流程图；图2是本发明的硅片临时键合/解离工艺流程图；图3是本发明方法的步骤⑴完成前后硅片直径的对比示意图；图4是本发明的硅片临时键合/解离工艺流程剖面示意图；其中，图4㈧是本发明方法的步骤(I)完成后的剖面示意图；图4 )是本发明方法的步骤(2)完成后的剖面示意图；图4(0是本发明方法的步骤(3)完成后的剖面示意图；图4(0)是本发明方法的步骤
(4)完成后的剖面示意图；图4(E)是本发明方法的步骤(6)完成后的剖面示意图。图中附图标记说明如下100-切去外环以后的硅片，101-切割去除的外环，IOOa-减薄后的硅片，200-载片，300-粘合剂，a-切去的外环的宽度，b-切去外环以前硅片的直径，C-切去外环以后硅片的直径，d-载片的直径。
具体实施例方式下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细的说明。本发明一种硅 片的临时键合方法，其工艺流程如图2所示，其特征是在传统的临时键合和解离工艺基础上，通过在键合前将硅片切割去除一外环，使其直径减小，而载片直径和切割前的硅片直径一样，因此键合后载片的直径就比硅片直径大，在满足现有键合/解离工艺要求的同时，也解决了现有键合/解离工艺中因载片直径比硅片直径大而导致的设备兼容性问题，提高了设备的利用率。如图2所示，本发明的一种硅片的临时键合方法，其详细工艺步骤如下(I)如图3和图4(A)所示，将需要键合的硅片切割去除一外环101，使其直径变小；所述的外环101的宽度a为O. 25-1毫米，即切去外环101后的硅片100的直径c减少了 O. 5-2毫米，所述的外环101可以使用金刚砂刀轮进行机械切除，优选地，在本实施例中，切去外环101前硅片的直径b为200毫米，所述外环101的宽度a为O. 5毫米，因此切去外环101后硅片100的直径c为199毫米。需要说明的是，因为一般硅片周边3毫米以外都没有有效的芯片(chip)，因此切去O. 25-1毫米的外环101不会减少硅片上的有效芯片数量。(2)在硅片100的键合面或/和载片200的键合面涂布粘合剂300，并对其进行烘烤；图4 )所示的是只在硅片100的键合面涂布粘合剂300，根据不同的工艺需求，也可以只单独在载片200的键合面涂布粘合剂300，或在硅片100的键合面和载片200的键合面都涂布粘合剂300 ;所述粘合剂300是指加热分解型粘合剂(如Brewer Scinece公司的WaferBOND HT10. 10)，或激光分解型粘合剂(如3M公司的LC3200和LTHC)，或溶剂溶解型粘合剂(如TOK公司的A0006和A4001)，也即这些粘合剂300的材料在加热到一定温度，或经一定功率的激光照射，或被特定的有机溶剂溶解以后，会因为发生了化学分解而降低或失去其粘性；粘合剂300的涂布方式有两种，一是旋涂(Spin Coat)方式，另一种是喷淋(Spray)方式；所述粘合剂300经烘烤后的厚度为5-100微米，以保证在硅片100和载片200键合后，粘合剂300能充分覆盖硅片100键合面的台阶高度；优选地，本实施例中所选用的粘合剂300是Brewer Scinece公司的热分解型粘合剂WaferBOND HT10. 10，采用旋涂的方式分别在硅片100的键合面和载片200的键合面进行涂布，且烘烤以后两者的厚度均为25微米。另外，所述载片200的直径d和切去外环101前硅片的直径b大一样，其厚度为200-2000微米，且所述载片200的材料是玻璃、蓝宝石或硅中的任一种。优选地，本实施例采用直径d为200毫米，厚度为500微米的玻璃圆片作为载片200。(3)如图4(C)所示，将硅片100和载片200进行临时键合该键合过程在一真空度为O. 001-0.1毫帕的密闭腔体中完成，且需加热硅片100和载片200至80-250°C，并在硅片100或载片200的一侧施加100-5000牛顿的压力，键合时间为1_20分钟，优选地，本实施例的上述键合条件分别为真空度O. 01毫帕，加热温度160°C，在载片200 —侧施加的压力为1000牛顿，键合时间为5分钟。图4(C)所示的键合后的硅片100因为已经切去一外环，所以其直径c为199毫米，而载片200的直径d为200毫米。(4)如图4(D)所示，对硅片100进行研磨减薄；所述的研磨减薄被实施在键合面的另一面，研磨减薄方法一般包括三个步骤粗磨、细磨和抛光，粗磨和细磨一般用不同目数的金刚砂刀轮通过机械研磨方式完成，而抛光步骤则可用化学机械研磨(CMP)、干法刻蚀或湿法刻蚀等方法来完成。优选地，本实施例采用湿法刻蚀的方法来进行研磨后的抛光。研磨后的娃片IOOa的厚度取决于产品需求,一般为10-400微米,本实施例优选的研磨后娃片IOOa的厚度为80微米。(5)进行硅片背面工艺，所述的背面工艺包括刻蚀、光刻、离子注入、去胶或清洗等工艺中的一种或多种业界常用工艺。(6)图4(E)所示，将减薄后 的硅片IOOa从载片200上解离；所述的解离主要有化学溶剂解离法，加热解离法，激光照射解离法等，优选地，本实施例采用加热解离法，即将键合后减薄后的硅片IOOa和载片200加热到一定温度(如200-350°C )，粘合剂在此温度下发生热分解而失去粘性，从而可以将减薄后的硅片IOOa从载片200上滑移解离。
权利要求
1.一种硅片的临时键合方法，其特征在于，包括步骤如下(1)将需要键合的硅片切割去除一外环，使其直径变小；(2)在所述硅片的键合面或/和载片的键合面涂布粘合剂，并对其进行烘烤；(3)将所述娃片和载片进打临时键合；(4)将所述硅片背面研磨减薄；(5)进行硅片背面工艺；(6)将减薄后的硅片从载片上解离。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤(I)中，所述的外环的宽度为O.25-1毫米，即切割后硅片直径减少了 O. 5-2毫米。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在步骤(I)中，所述的外环使用金刚砂刀轮进行机械切除。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤(2)中，所述的粘合剂是指加热分解型粘合剂，或激光分解型粘合剂，或溶剂溶解型粘合剂。
5.根据权利要求4所述的方法,其特征在于,在步骤(I)中，所述的粘合剂是Brewer Scinece公司的热分解型粘合剂WaferBOND HT10. 10。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤(2)中，所述的涂布粘合剂，是指只在已切除外环的硅片的键合面涂布粘合剂，或只在载片的键合面涂布粘合剂，或在已切除外环的硅片的键合面和载片的键合面都涂布粘合剂；所述涂布粘合剂的涂布方式采用旋涂方式或喷淋方式；所述的涂布粘合剂在烘烤后的厚度为5-100微米。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，在步骤(2)中，所述的涂布粘合剂采用旋涂方式在已切除外环的娃片的键合面和载片的键合面都涂布粘合剂，在供烤后，涂布在娃片的键合面上的粘合剂以及涂布在载片的键合面上的粘合剂的厚度均为25微米。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤(2)中，所述的载片材料是玻璃、蓝宝石或娃中的任一种；所述的载片直径和切去外环前的娃片直径一样，所述的载片的厚度为200-2000微米。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，在步骤(2)中，所述的载片采用直径为 200毫米，厚度为500微米的玻璃圆片。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤(3)中，所述的临时键合过程在一真空度为O. 001-0.1毫帕的密闭腔体中完成，且需将硅片和载片加热至80-250°C，并在硅片或载片的一侧施加100-5000牛顿的压力，键合时间为1-20分 钟。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，在步骤(3)中，所述真空度为O.01毫帕，加热温度为160°C，在载片的一侧施加的压力为1000牛顿，键合时间为5分钟。
12.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤(4)中，所述的硅片研磨减薄方法包括如下三个步骤粗磨、细磨和抛光；所述粗磨和细磨采用不同目数的金刚砂刀轮通过机械研磨方式完成，所述抛光采用化学机械研磨法、干法刻蚀法或湿法刻蚀法；所述的研磨减薄后硅片的厚度为10-400微米。
13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，在步骤(4)中，所述抛光采用湿法刻蚀法；所述的研磨减薄后硅片的厚度为80微米。
14.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤(5)中，所述的硅片背面工艺包括刻蚀、光刻、离子注入、去胶或清洗工艺中的一种或多种工艺。
15.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤(6)中，所述的解离是指化学溶剂解离法，或加热解离法，或激光照射解离法。
16.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，在步骤(6)中，所述的解离采用加热解离法，即将键合后减薄后的硅片和载片加热到200-350°C，粘合剂在此温度下发生热分解而失去粘性，从而将减薄后的硅片从载片上滑移解离。
全文摘要
本发明公开了一种硅片的临时键合方法，包括步骤如下1)将需要键合的硅片切割去除一外环，使其直径变小，2)在所述硅片的键合面或/和载片的键合面涂布粘合剂，并对其烘烤，3)将所述硅片和载片进行临时键合，4)将所述硅片背面研磨减薄，5)进行硅片背面工艺，6)将减薄后的硅片从载片上解离。本发明因使用了和硅片直径一样的载片进行键合，使键合后的硅片在其背面进行传统的半导体工艺时，所使用的设备能和键合前的设备兼容，解决了传统键合/解离工艺中因必须使用较硅片直径更大的载片而引起的设备兼容性问题，提高了设备的利用率。
文档编号H01L23/00GK103035581SQ20121025812
公开日2013年4月10日 申请日期2012年7月24日 优先权日2012年7月24日
发明者郭晓波 申请人:上海华虹Nec电子有限公司