硅片的临时键合工艺方法
【技术领域】
[0001]本发明属于半导体集成电路制造工艺，涉及两种硅片的临时键合工艺方法，尤其涉及两种改善键合后载片和硅片翘曲度的临时键合工艺方法。
【背景技术】
[0002]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。
[0003]另外，近年来国内半导体分立器件的研究热点，绝缘栅双极晶体管(IGBT)，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产品对结深和击穿电压的要求，也需要对硅片背面进行减薄。
[0004]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10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:(1)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并清洗。在通常这种临时键合/解离的方法中，根据步骤(5)中解离方法的不同，临时键合和解离工艺可以分为以下三种:化学溶剂解离法(Chemical Release)、激光或紫外光照射解离法(Laser/UV Light Release)以及加热分解解离法(Thermal Decomposit1nRelease)，无论是以上哪种方法，在上述步骤(2)的临时键合过程中，都需要使用加热的方法使载片和硅片进行键合，这就会产生一个问题:当载片采用玻璃材质时，由于普通玻璃的 CTE(Coefficient of Thermal Expans1n:热膨胀系数)为 7.lxlCT16/°C,而娃的 CTE为2.5X10_16/°C，两者相差较大，在加热键合的过程中，由于加热而导致的玻璃载片的膨胀程度大于硅片的膨胀程度，因此就会产生如图2所示的翘曲情况，即硅片10a和玻璃载片200a都向上弯曲，也即产生一个向着硅片10a的非键合面的翘曲，该翘曲度可以用玻璃载片200a的中间位置和周边位置的高度差(即翘曲度a)来表示，严重时，翘曲度a可以达到1-2毫米。这种翘曲将会导致两个问题:一是后续工艺设备无法正常吸附和传输该键合后的硅片10a和玻璃载片200a，从而导致掉片、破片的问题；二是这种翘曲影响后续光刻工艺的聚焦准确性以及套刻精度。
【发明内容】
[0005]本发明要解决的技术问题是提供硅片的临时键合工艺方法，以解决传统的临时键合和解离工艺中键合后的载片和硅片的翘曲问题。
[0006]为解决上述技术问题，本发明提供一种硅片的临时键合工艺方法，该方法包括步骤如下:
[0007](I)提供一需键合的娃片,一第一载片和一第二载片；
[0008](2)在娃片的第一表面,和/或在第一载片的第一表面涂布第一粘合剂,并对其烘烤；
[0009](3)在第二载片的第一表面涂布第二粘合剂，并对其烘烤；
[0010](4)将娃片、第一载片和第二载片按照一定的叠放顺序进行临时键合,娃片位于第一载片和第二载片的中间，形成“三明治”结构；
[0011](5)将第二载片从硅片的第二表面上解离，清洗去除第二粘合剂。
[0012]在步骤(I)中，所述第一载片和第二载片的材料为玻璃，且所述第一载片和第二载片的热膨胀系数都大于硅片的热膨胀系数，如果后续步骤(5)的解离使用化学溶剂溶解法，在所述第二载片上预先形成多孔结构，该多孔结构贯穿第二载片且均匀分布于第二载片上。
[0013]在步骤(2)中，所述第一粘合剂是激光照射分解型粘合剂、溶剂溶解型粘合剂或加热分解型粘合剂，所述第一粘合剂在烘烤后要能够完全覆盖硅片的第一表面上的图形台阶高度。
[0014]在步骤(3)中，所述第二粘合剂是激光照射分解型粘合剂或溶剂溶解型粘合剂。
[0015]在步骤(4)中，所述的叠放顺序是指:硅片位于第一载片和第二载片的中间，其中娃片的第一表面和第一载片的第一表面相邻，娃片的第二表面和第二载片的第一表面相邻，所述临时键合过程在一真空度为0.001-0.1毫帕、温度为150-350°c的密闭腔体中完成，并在第一载片和/或第二载片的非键合面一侧施加100-5000牛顿的压力，键合时间为1-20分钟。
[0016]在步骤(5)中，所述解离采用激光照射解离法或化学溶剂解离法，所述清洗方法采用化学溶剂槽式清洗法、化学溶剂喷淋清洗法、氧气等离子体灰化或胶带粘贴法。
[0017]此外，本发明还提供另一种硅片的临时键合工艺方法，该方法包括步骤如下:
[0018](I)提供一需键合的娃片，一第三载片和一第四载片；
[0019](2)在娃片的第一表面涂布第三粘合剂,并对其烘烤；
[0020](3)在第三载片的第二表面涂布第四粘合剂，并对其烘烤；
[0021](4)将硅片、第三载片和第四载片按照一定的叠放顺序进行临时键合，第三载片位于硅片和第四载片的中间，形成“三明治”结构；
[0022](5)将第四载片从第三载片的第二表面上解离，清洗去除第四粘合剂。
[0023]在步骤⑴中，所述第三载片材料为玻璃，第四载片的材料为硅，且所述硅片和第四载片的热膨胀系数都大于第三载片的热膨胀系数，在所述第四载片上预先形成多孔结构，该多孔结构贯穿第四载片且均匀分布于第四载片上。
[0024]在步骤(2)中，所述第三粘合剂是激光照射分解型粘合剂、溶剂溶解型粘合剂或加热分解型粘合剂，所述第三粘合剂在烘烤后要能够完全覆盖硅片的第一表面上的图形台阶高度。
[0025]在步骤(3)中，所述第四粘合剂是溶剂溶解型粘合剂。
[0026]在步骤⑷中，所述的叠放顺序是指:第三载片位于硅片和第四载片的中间，其中第三载片的第一表面和娃片的第一表面相邻，第三载片的第二表面和第四载片的第一表面相邻，所述临时键合过程在一真空度为0.001-0.1毫帕、温度为150-350°c的密闭腔体中完成，并在硅片和/或第四载片的非键合面一侧施加100-5000牛顿的压力，键合时间为1-20分钟。
[0027]在步骤(5)中，所述解离采用化学溶剂解离法，在步骤(5)中，所述清洗方法采用化学溶剂槽式清洗法、化学溶剂喷淋清洗法、氧气等离子体灰化或胶带粘贴法。
[0028]和现有技术相比，本发明方法具有以下有益效果:在加热键合过程中，将硅片、两片载片按照一定顺序叠放，形成上层、中层和下层的“三明治”结构，使上层和下层因加热产生的翘曲方向相反，从而抵消彼此的翘曲力量，因此硅片及两片载片都不会因为加热而产生翘曲，解决了传统工艺中键合后硅片和载片的翘曲问题。
【附图说明】
[0029]图1是传统的临时键合和解离工艺流程图；
[0030]图2是传统工艺中键合后载片和硅片的翘曲示意图；
[0031]图3是本发明实施例一的硅片临时键合工艺流程图；
[0032]图4A-图4E是本发明实施例一的硅片临时键合工艺流程的每一步骤完成后的示意图；其中，图4A是本发明实施例一中的一种第二载片的俯视示意图；图48是本发明实施例一的步骤(2)完成后的截面示意图；图4(:是本发明实施例一的步骤(3)完成后的截面示意图；图40是本发明实施例一的步骤(4)完成后的截面示意图；图4E是本发明实施例一的步骤(5)完成后的截面示意图。
[0033]图5是本发明