专利名称：用于处理暂时接合的产品晶片的方法
技术领域：
本发明涉及根据权利要求I的方法和根据权利要求13或14的用于处理暂时接合的产品晶片的设备。
背景技术：
新型的三维集成电路需要用于处置薄晶片的可靠方法，以便通过在晶片背面上的必要的制造处理成功地运送所述薄晶片。为此在过去几年中建立了暂时接合的方法。在此，借助于适当的方法、尤其是借助于粘合技术产品晶片以完全或部分完成的第一主面安装到载体晶片上。在此，该第一主面指向载体晶片的方向。产品晶片接着借助于已知的研磨技术被磨薄。在该磨薄处理之后，在薄晶片的背面上执行另外的制造步骤。在此，在过去在晶片中产生高热应力的处理、例如突然的加热和/或冷却导致问题。晶片在此常常得到凹坑 (英语dimple)，所述凹坑使得不可能进行进一步的处理。这些凹坑同时也是用于固定薄晶片的粘合剂流入并且因此粘合剂厚度不均匀的位置。已知晶片在背磨胶带(BG Tape，BG带)、也就是不稳定的载体衬底上磨薄。这里，晶片大多仅仅借助于研磨方法被磨薄。对晶片背面不再进行进一步的处理。至少在该情况下不再制造如接线线路等等的复杂结构。在该领域中常见的是，借助于连续的粗磨处理和细磨处理来磨薄晶片。但是，这些研磨处理一般给所研磨的晶片表面上的晶体结构留下损伤。这些损伤导致应力。因此在该领域中，在过去几年里研究了消除受损层的可能性。结果是所谓的“应力减轻处理”。但是，为了能够绕开所述处理，例如日本Disco公司的研磨设备和研磨工具制造商还致力于研究消除该应力减轻的必要性的研磨轮。在该领域中非常受欢迎的产品例如是所谓的Polygrind研磨轮，其使得能够直接在磨薄之后将晶片锯开并且装入到最终的芯片封装中。(在工业中以概念“Packaging (包装)”已知)。第二个重要的领域是磨薄安装在刚性的载体衬底上的晶片的领域。在该领域中，晶片同样借助于粗磨方法和细磨方法被磨薄到期望的目标厚度。典型地，力求小于lOOym的目标厚度。但是最近，晶片优选地被磨薄到75 或50 ym。未来期望晶片还更剧烈地被磨薄到30、20或者甚至IOy m。在该领域中，在磨薄晶片时的详细处理顺序通常通过所需的表面品质来确定。常常地，背面磨薄处理在使用Polygrind研磨轮的情况下以使用细磨处理结束。在该领域中直至今日还没有应用有意选择的处理来改善尤其是在热应用情况下用于进一步处理的表面质量。这也尤其是因为刚性的载体被视作是在随后的处理期间足以充分支持薄晶片并且将薄晶片保持得平坦的工具。
发明内容
因此，本发明的任务是说明一种设备和一种方法，利用它们在越来越薄的、暂时固定的产品晶片的情况下促进或首先使得能够进行进一步处置，尤其是在随后的热处理中。该任务利用权利要求I、13和14的特征来解决。本发明的有利扩展在从属权利要求中说明。由在说明书、权利要求书和/或附图中说明的特征中的至少两个组成的全部组合也落入到本发明的范围内。对于所说明的值域，位于所提到的极限内的值也应被公开为极限值并且可以以任意的组合被要求保护。本发明涉及一种在磨薄晶片时避免上述凹坑并且因此在处理流程期间确保暂时接合的晶片的质量的方法。如果没有避免表面缺陷，则在进一步的处理时导致上述技术问题。因此，通过在研磨和/或背面磨薄之后有针对性地进行表面处理以减少产品晶片的固有应力，可以对产品晶片的进一步处理产生积极影响。因为至少部分由于上述凹坑引起的结构上的固有应力在固有应力过高时、尤其是在晶片越来越薄时由于其更小的固有硬度而引起所列出的在进一步处理时的技术问题。凹坑现象在最近的过去才成为严重的问题。对此的主要原因应该在于现在才针对薄晶片力求达到非常小的目标厚度(参见上面的实施方式)的情况。当晶片变得更薄时，薄晶片的固有硬度降低，由此只会随着较不稳定的晶片而对根据申请人的认识由于晶体缺陷而产生的应力(固有应力)形成更大的反作用。更确切地说，晶片在该厚度范围中是非常易弯和柔韧的。应当指出，在最近才将这种载体技术用于超薄晶片的处理，以尤其是制造堆叠的压模或所谓的“3D包装”。与凹坑形成相关联的特别不利的特性在以下情况时产生，在晶片厚度降低时这些晶片也在正面具有增加的、应嵌入到位于载体与产品晶片之间的粘合剂中的拓扑结构。所述拓扑结构对于具有较少拓扑结构的晶片来说为小于10 U m,典型地小于20 u m,这在该情况下导致10至30 y m的粘合剂厚度。在这种情况下观察到，粘合剂厚度通常大约被选择为比拓扑结构的闻度大10 u nio对于具有闻拓扑结构的晶片来说，可以考虑> 30 u m、常常>50 u m、但典型地> 70 ii m并且在许多情况下> 100 u m的拓扑结构高度。与非常薄的晶片相结合的更高的粘合剂厚度导致，晶片中的轻微应力就已经足以 引起凹坑。这是一种尤其是针对热塑性粘合剂出现的现象，所述热塑性粘合剂在温度提高时失去粘滞性。这代表了在BG带上进行常见(现有技术)的背磨的情况下不会被得到的要求。更高的粘合剂厚度使得粘合剂能够更容易流动，这与产品晶片的非常小的固有硬度相结合有利于凹坑形成。新的发明的优点在于，可以在对暂时接合的晶片进行背面磨薄时完全避免表面缺陷，这导致最终产品的决定性的质量改善。此外因此带来生产过程的性能改善，因为凹坑在晶片在生产过程中大多数仍要经历的更高的温度时也不再出现。
因为凹坑形成也与温度有关(因为随着温度升高，热塑性粘合剂的粘滞性降低)，所以通过所提到的发明可以扩展在其中对晶片进行处理的温度范围。尤其是在PECVD处理时，其中使用更高温度并且通过等离子体作用将附加的热能引入到晶片中，必须完全阻止凹坑形成。已经证实了所提到的发明实际上阻止了凹坑形成。具有这种堆叠结构的超薄晶片大多在50°C以上、尤其是在75V以上并且特别在100°C以上被处理，由此为避免凹坑形成所提到的发明变得不可省略。因此本发明所基于的思想是，在研磨之后有针对性地调整薄晶片的应力。在此借助于已知方法将薄晶片安装到载体上。该载体晶片原则上可以由具有相应机械特性的任何材料构成。但是，优选使用硅、玻璃和确定的陶瓷材料。在这里，主要目标在于，载体晶片具有这样的热膨胀系数，该热膨胀系数既逐点地又在该系数在温度范围上的分布方面与产品晶片(例如硅)的热膨胀系数匹配/尽可能相同。作为优选的实施变型在这里应当提到，在使用热塑性粘合剂或至少主要为热塑性的粘合剂的情况下产品晶片以其已被处理过的侧面粘贴到载体晶片上。这种粘合剂的示例是美国密苏里州，Rolla, Brewer Science公司的HT 10. 10材料。接着借助于研磨方法磨薄该晶片。该磨薄处理由粗磨处理和细磨处理的相互配合来完成。本发明的决定性部分现在是，使晶片经受适当的进一步的处理，所述进一步的处理使得具有受损晶体结构的层能够完全地或者以受控的方式部分地被移除。此外应当指出，所述晶体结构可能不仅在表面上而且还直至表面下方几微米都有缺陷，因此缺陷在大的深度范围内存在，尤其是深于0. 5 ii m、I ii m、3 ii m、5 ii m并且甚至直到10 y m。通过用于减小固有应力的装置，层厚度S被磨蚀，该层厚度S的值可依据在产品晶片被背面磨薄或研磨之后该产品晶片的产品晶片厚度D来确定。层厚度S与产品晶片厚度D的比例在此处于I比300与I比10之间，尤其是在I比150与I比20之间，优选在I比100与I比30之间。因此，仅磨蚀几个原子层是不足以移除近表面缺陷的。在部分移除的情况下可能的是，有针对性地调整晶片的应力并且因此补偿晶片的、例如由于位于活性侧上的层而可能存在的可能的固有应力。因此，晶片在后续处理期间不再随着闻的热应力而拱起。
用于移除所述受损层的适当处理是
一磨光处理。一例如Disco的“干磨光处理”
一湿蚀刻处理，其借助于适当的化学制剂来执行 一干蚀刻处理
一之前所提到的处理的组合。本发明在于一种处理流程，其特征在于，
一载体晶片经由粘附材料暂时地与结构晶片接合 一在背面磨薄之后对结构晶片进行后续处理
—对结构晶片的后续处理是由清洁和机械化学磨光(CMP)构成的组合，其特征在于，在CMP时，由脆性断裂产生的表面粗糙、裂缝以及所引入的固有应力被减小或被完全消除一由于因此达到的更平整的表面而存在更少的结构缺陷，这些结构缺陷最后在更高的温度时用作上述表面缺陷(英语dimple (凹坑))的出发点
一通过CMP，结构晶片中的固有应力比通过研磨而被磨薄的结构晶片中的固有应力显著更小
一由于更小的固有应力，尤其是在更高的温度时阻止了非常薄的结构晶片局部地弹性弯折到和/或塑性变形到位于该结构晶片下方的粘附层中
一在没有所述表面缺陷(凹坑)的情况下，结构晶片的质量被大幅提高 —控制因数为 0.5iim、liim、3iim、5iim 和 lOiim。根据本发明方法的另一实施方式，这样调整所述应力，即未来出现的、由稍后被施加到晶片上的层引起的应力已经在调整应力时被一同考虑。根据另一实现方式，所述应力被调整为使得晶片优选在热处理期间朝向载体晶片拱起，并且因此对于分层(Delaminieren)起反作用。该方法因此对于与所有已知的粘合剂系统一起使用是有利的。有利地，该方法可以与以热方式或通过UV光照射交联的类硅树脂粘合剂一起使用。同样有利地，该方法可以对于所有热固性粘合剂使用。但是，该方法与热塑性粘合剂相组合被证实为特别有利的，其中热塑性粘合剂的粘滞性在温度升高时下降。该粘合剂在过去、尤其是在真空中执行处理的沉积系统中易于导致问题。这是由于对安装在载体上的薄晶片的加热在这种系统中特别不均匀地进行而引起的，因为晶片堆叠中的热主要通过热传导被引入。在此使用的夹具(Chuck)的温度在100至400°C的范围中、但是尤其在150至300°C的范围中并且优选在180至250°C的范围中变化，在这些温度范围中通过热辐射的热传输还没有起那么重要的作用。因此，晶片堆叠在该情况下从用夹具接触晶片堆叠时起特别突然地在短时间内被加热。因为晶片从来不全面地与夹具接触，因此热传输优选在接触存在的位置处进行。
本发明的另外的优点、特征和细节由对优选实施例的以下描述以及借助附图得出；所述附图 图I示出根据现有技术的在研磨处理之后的暂时接合的产品晶片的表面(C-SAM照
片)，
图2示出根据本发明的在处理之后的暂时接合的产品晶片的表面(C-SAM照片)。
具体实施例方式这些图示出根据图I的产品晶片具有明显的凹坑，并且从图2中获悉，根据本发明处理的晶片具有明显更均匀的表面结构。相应地，根据图2的晶片具有更小的固有应力。
权利要求
1.一种用于处理暂时接合在载体晶片上的产品晶片的方法，具有如下步骤 一将产品晶片在背向载体晶片的平坦侧上研磨和/或背面磨薄到< 150 ym、尤其是< 100 u m、优选< 75 u m、更优选< 50 u m、特别优选< 30 y m的产品晶片厚度D， 一在所述研磨和/或背面磨薄之后，利用用于减小产品晶片的固有应力、尤其是结构上的固有应力的装置来对所述平坦侧进行表面处理。
2.根据权利要求I的方法， 其特征在于， 所述表面处理在独立的、与背面磨薄分开的、尤其是空间上分开的过程中进行。
3.根据权利要求I或2之一的方法， 其特征在于， 所述用于减小固有应力的装置的特征在于以下所述特征中的至少一个 一对平坦侧进行干磨光 一对平坦侧进行湿蚀刻 一对平坦侧进行干蚀刻。
4.根据上述权利要求之一的方法， 其特征在于， 能通过所述用于减小固有应力的装置来调整产品晶片的固有应力。
5.根据上述权利要求之一的方法， 其特征在于， 尤其是在载体晶片的特定温度时和/或在载体晶片的温度范围内，所述载体晶片具有与产品晶片的膨胀系数基本上相同的膨胀系数。
6.根据上述权利要求之一的方法， 其特征在于， 在使用至少部分为、尤其是主要为热塑性的粘合剂的情况下，产品晶片以其与所述平坦侧相对的接触侧与载体晶片暂时连接。
7.根据上述权利要求之一的方法， 其特征在于， 所述用于减小固有应力的装置这样构成，即所述装置至少部分地移除平坦侧的、尤其是通过研磨和/或背面磨薄而受损的晶体结构的定义层厚度S。
8.根据上述权利要求之一的方法， 其特征在于， 产品晶片的固有应力通过用于减小固有应力的装置被调整为使得产品晶片在随后的热处理期间朝向载体晶片拱起。
9.根据权利要求6的方法， 其特征在于， 接触侧的产品晶片具有尤其是嵌入到粘合剂中的拓扑结构。
10.根据前述权利要求之一的方法， 其特征在于， 在所述表面处理之后尤其是在温度> 50°C、有利地> 75°C、优选> 10(TC时进行热方法步骤。
11.根据前述权利要求之一的方法， 其特征在于， 所述热方法步骤是气相沉积方法步骤，尤其是化学的气相沉积方法步骤。
12.根据权利要求7的方法， 其特征在于， 所述层厚度S < 10 ii m、尤其是< 5 ii m、优选< 3 ii m、更优选< I U m、特别优选< 0. 5 u m0
13.一种用于处理暂时接合在载体晶片上的产品晶片的设备，具有如下特征 一用于对产品晶片进行研磨和/或背面磨薄的装置， 一用于减小产品晶片的固有应力、尤其是结构上的固有应力的装置。
14.一种用于执行根据权利要求I至11之一的方法的设备。
全文摘要
本发明涉及一种用于处理暂时接合在载体晶片上的产品晶片的方法，具有如下步骤－将产品晶片在背向载体晶片的平坦侧上研磨和/或背面磨薄到＜150μm、尤其是＜100μm、优选＜75μm、更优选＜50μm、特别优选＜30μm的产品晶片厚度D，－在所述研磨和/或背面磨薄之后，利用用于减小产品晶片的固有应力、尤其是结构上的固有应力的装置来对所述平坦侧进行表面处理。
文档编号H01L21/683GK102725838SQ201080063106
公开日2012年10月10日 申请日期2010年11月23日 优先权日2010年2月5日
发明者H.韦斯鲍尔, J.布格拉夫, M.温普林格 申请人:Ev 集团 E·索尔纳有限责任公司