一种晶圆临时键合方法与流程

本发明涉及半导体制造技术领域，尤其涉及一种晶圆临时键合方法。

背景技术：

随着半导体制造技术复杂度与集成度的不断提高，三维集成(3d)电路制造技术，得到越来越广泛的应用。三维集成电路能够实现更小的芯片面积、更短的芯片间互连、更高的数据传输带宽以及不同工艺技术的集成，从而大幅度降低芯片功耗，减小延时，提高性能，扩展功能，并为实现复杂功能的片上系统(soc)提供可能。

三维集成电路制造技术使得晶圆键合与解离工艺成为一个非常重要的工艺步骤，通过对晶圆键合与解离完成实现复杂的工艺要求，从而得到三维集成电路所需要的晶圆。现有技术中通常是通过涂布一层或多层键合胶实现键合，键合胶的消耗较高，并且键合胶因为热膨胀特征可能导致发生翘曲，同时在解离时因为所述一层或多层键合胶层的存在，需要消除键合胶所提供的键合力，解离工艺也比较繁琐。

技术实现要素：

本发明的目的在于，通过多个真空槽来实现键合，解决键合胶消耗较高的问题。

本发明提供的晶圆临时键合方法，包括：步骤1、提供一载片，在所述载片的第一面上开设多个真空槽；步骤2、提供一晶圆，在真空环境下将所述晶圆的键合面与所述载片的第一面贴合，并通过键合胶将所述键合面的边缘与所述载片的第一面键合形成键合片；步骤3、进行所述晶圆的背面工艺；步骤4、将所述晶圆从所述载片上解离。

优选的，在所述晶圆临时键合方法中，所述载片的材料为硅片或玻璃。

优选的，在所述晶圆临时键合方法中，所述载片的直径比所述晶圆的直径大0～2mm。

优选的，在所述晶圆临时键合方法中，所述载片的厚度为0.4mm～1mm。

优选的，在所述晶圆临时键合方法中，所述真空槽通过干法刻蚀或湿法刻蚀的方式制作。

优选的，在所述晶圆临时键合方法中，多个所述真空槽的面积为所述载片的面积的20％～80％。

优选的，在所述晶圆临时键合方法中，单个所述真空槽的宽度为10μm～1000μm，

优选的，在所述晶圆临时键合方法中，单个所述真空槽的深度为10μm～100μm。

优选的，在所述晶圆临时键合方法中，在所述载片的第一面或所述晶圆的键合面的边缘涂布一圈键合胶，所述键合胶的宽度为2～5mm，所述键合胶的厚度为10μm～50μm。

优选的，在所述晶圆临时键合方法中，在所述载片的第一面开设一圈涂胶凹槽，在所述涂胶凹槽内填充键合胶，所述涂胶凹槽的宽度为2～5mm，所述涂胶凹槽的深度为10μm～50μm。

优选的，在所述晶圆临时键合方法中，在所述晶圆的键合面与所述载片的第一面贴合后，用边缘注入的方式将所述键合胶注入到所述晶圆与所述载片交接处的缝隙中。

优选的，在所述晶圆临时键合方法中，所述晶圆的键合面上设置有凸起的器件结构，在所述载片上与所述器件结构相应的位置开设有可容纳所述器件结构的凹槽。

优选的，在所述晶圆临时键合方法中，所述键合胶的材料为加热固化胶材、紫外光照射固化胶材、加热分解型胶材或激光分解型胶材中的一种。

优选的，在所述晶圆临时键合方法中，所述真空环境的真空度小于等于10pa。

优选的，在所述晶圆临时键合方法中，所述背面工艺包括减薄工艺、 刻蚀工艺、物理气相沉积、化学气相沉积、离子注入工艺和清洗工艺中的一种或多种。

优选的，在所述晶圆临时键合方法中，步骤5所述的将所述晶圆从所述载片上解离具体为，先通过激光或紫外光照射的方式分解所述键合胶，去除所述键合胶的粘着力，再使所述真空槽破真空。

优选的，在所述晶圆临时键合方法中，步骤5所述的将所述晶圆从所述载片上解离具体为，先通过激光或刀片切割所述晶圆与所述载片交界处的键合胶，再使所述真空槽破真空。

优选的，在所述晶圆临时键合方法中，步骤5所述的将所述晶圆从所述载片上解离具体为，先通过激光或刀片沿所述载片的第二面的边缘切割一圈，并在所述载片的第二面贴覆保护膜，再将切割后的内圈和外圈分离，最后使位于内圈中的真空槽破真空，其中所述第二面与所述第一面相对。

优选的，在所述晶圆临时键合方法中，其特征在于，多个所述真空槽之间保持连通。

优选的，在所述晶圆临时键合方法中，使所述真空槽破真空具体为，在所述晶圆与所述载片的交界处插入楔子，使空气渗入所述真空槽内，之后所述晶圆与所述载片无应力分离。

优选的，在所述晶圆临时键合方法中，使所述真空槽破真空具体为，在所述载片的无效区域上使用激光或机械方式开设一通气孔，使空气渗入所述真空槽内，之后所述晶圆与所述载片无应力分离。

优选的，在所述晶圆临时键合方法中，使所述真空槽破真空具体为，将所述键合片放入真空环境中，所述晶圆和载片可无应力的分离。

优选的，在所述晶圆临时键合方法中，在将所述晶圆从所述载片上解离之前还包括：在所述键合片上设置支撑膜，所述支撑膜用于支撑所述晶圆，所述支撑膜安装在支撑膜框架上。

优选的，在所述晶圆临时键合方法中，在将所述晶圆贴合在所述载片上之前，还包括在所述晶圆的键合面涂覆保护层。

本发明提供的晶圆临时键合方法中，通过键合片中的真空槽来实现键合，相比现有技术需要在载片或晶圆上涂一整层键合胶，本发明只需要在 载片和/或晶圆外围涂少量键合胶即可，大幅的减少了键合胶的用量。此外，所述晶圆临时键合方法的工艺简单，从而能够提高生产效率，由于键合胶主要起密封作用，因此对键合胶的胶材的强度等材料特性要求降低，使键合胶的选择范围更广，本发明对键合胶处理简单方便，减少了工艺成本，从而提高了生产效率。

附图说明

图1为本发明实施例的键合片的剖视图；

图2为本发明实施例的载片的俯视图；

图3为图1中虚线圈本发明实施例包含器件结构的放大示意图；

图4为本发明实施例的键合胶注入方式的示意图；

图5为图1中虚线圈本发明实施例包含保护层的放大示意图；

图6为本发明实施例的解离方法的结构示意图；

图7为本发明实施例的解离方法的结构示意图；

图8为本发明实施例的解离方法的结构示意图；

图9为本发明实施例的解离方法的结构示意图；

图10为本发明实施例的解离方法的支撑膜的结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、特征和优点能够更加明显易懂，请参阅附图。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。

如图1所示，本发明提供的一种晶圆临时键合方法，包括：

步骤1、提供一载片10，在所述载片10的第一面上开设多个真空槽11；

步骤2、提供一晶圆20，在真空环境下将所述晶圆20的键合面与所述 载片10的第一面贴合，并通过键合胶30将所述键合面的边缘与所述载片10的第一面键合形成键合片；

步骤3、进行所述晶圆20的背面工艺；

步骤4、将所述晶圆20从所述载片10上解离。

优选的，所述载片10的材料为硅片或玻璃，硅片或玻璃具有较佳的物理和化学特性。当所述载片10使用透明材料时，例如玻璃，能够直接看到所述晶圆20的键合面，能够对所述晶圆20进行双面对准，由于没有阻挡，光学成像质量高，从而可实现较高的精准度。优选方案中，所述载片10与所述晶圆20使用相同的材料，能够使所述载片10的热膨胀系数与所述晶圆20的热膨胀系数一致，从而消除在后续工艺中的热应力、翘曲等由于材料不同带来的副作用。需要说明的是，所述载片10的材料可根据形成键合片后进行的工艺作选择，其中硅片或玻璃材料为较为通用的材料。在其它实施例中，其它与半导体制造工艺匹配的材料例如硅的化合物或锗的化合物也可以作为所述载片10的材料。

继续参考图2所示，在本实施例的载片10的第一面上设置有真空槽11，所述真空槽11形成键合片后成为真空的腔体结构，即一真空腔。优选的，所述载片10的直径比所述晶圆20的直径大0～2mm，从而所述载片10为所述晶圆20边缘提供有效支撑，并能够为设置键合胶30提供区域。优选的，所述载片10的厚度为0.4mm～1mm，在此厚度内所述载片10能够提供足够的刚性支撑。优选的，所述真空槽11的面积为所述载片10的面积的20％～80％，在此面积的范围内实现所述载片10的支撑力和与所述晶圆20的键合力之间的均衡。所述真空槽11在所述键合片内形成真空腔，所述真空槽11在大气环境下可为所述键合片提供键合力。优选的，所述真空槽11的宽度为10μm～1000μm，所述真空槽11的深度为10μm～100μm，在对所述晶圆20进行有效支撑的同时，还可避免所述载片10上设置的所述晶圆20变形。

在具体的实施方式中，所述载片10上的所述真空槽11可通过在所述载片10上涂覆光刻胶后，经过光刻并曝光所述载片10，然后干法刻蚀或湿法刻蚀的方式制作，所述真空槽11可以设计为任意形状。

优选的，在所述载片10的第一面或所述晶圆20的键合面的边缘涂布一圈键合胶，所述键合胶30的宽度为2～5mm，所述键合胶30的厚度为10μm～50μm。优选的，在所述载片10的第一面开设一圈涂胶凹槽，在所述涂胶凹槽内填充键合胶30，所述涂胶凹槽的宽度为2～5mm，所述涂胶凹槽的深度为10μm～50μm。优选的，在所述晶圆20的键合面与所述载片10的第一面贴合后，用边缘注入的方式将所述键合胶30注入到所述晶圆20与所述载片10交接处的缝隙中。

在具体的实施方式中，所述载片10边缘可保留一圈平整的涂胶凹槽，用于与所述晶圆20边缘密封使用，所述载片10边缘一圈的涂胶凹槽的宽度可根据具体应用需求制作，此涂胶凹槽的宽度较佳的为2～5mm，所述载片10边缘一圈的涂胶凹槽与所述载片10最高平面保持一定高度差，用以容纳起密封作用的键合胶，所述高度差较佳的为10μm～50μm。

优选的，所述晶圆20的键合面上设置有凸起的器件结构21，在所述载片10上与所述器件结构21相应的位置开设有可容纳所述器件结构21的真空槽11。如图3所示，在具体实施例中，所述晶圆20的键合面设置有器件结构21，所述器件21结构包括电容、电阻、电感、mos管、放大器、逻辑电路中一个或多个组成。在具体实施例中，所述器件结构21设置在所述真空槽11内，从而使所述载片10在所述晶圆20上的平整部位提供支撑，从而避免了在现有的键合技术中，必须通过涂布涂层将晶圆上凸出的的器件结构填平的要求，避免了埋入涂层的器件结构与涂层之间的热膨胀特性不一致导致部分工艺无法进行的问题。所述载片10上的所述凸槽11可根据所述晶圆20上的所述器件结构21的形貌进行定制，使所述真空槽11可以容纳所述晶圆20上凸出的所述器件结构21。

在本实施例中，所述真空槽11的数量为多个，可根据所述晶圆20的尺寸及形貌等实际情况来设置所述真空槽11的数量。优选的，多个所述真空槽11保持连通，使保持连通的所述真空槽11在大气环境下产生一致的键合力，并且便于解离时破除密封状态。

在本申请实施例中，所述键合胶30为加热固化胶材、紫外光照射固化胶材、加热分解型胶材或激光分解型胶材中的一种。所述键合胶30主 要起保持所述晶圆20与所述载片30之间密封的作用，所以所述键合胶30的胶材的选用范围较广。

优选的，在所述晶圆20的键合面与所述载片10的第一面贴合后，用边缘注入的方式将所述键合胶30注入到所述晶圆20与所述载片10交接处的缝隙中。具体实施方式中，所述键合胶30可涂布在所述载片10上或所述晶圆20上，所述键合胶30的涂布方式采用边缘旋涂的方式或边缘喷涂的方式，最优的，所述键合胶30在所述载片10上涂布。如图4所示，优选方案中，所述键合胶30通过注胶头50注入方式涂布到所述载片10与所述晶圆20交接处，通过在键合片边缘点一圈键合胶来实现键合。优选的，键合胶涂布完成的厚度优选10μm～50μm。

优选的，所述真空环境的真空度小于等于10pa，在此真空度下排掉所述真空槽11内的空气。具体实施方式中，所述载片10和所述晶圆20先分隔开一定间距，待环境达到设定的真空度后，再将所述晶圆10的第一面和所述载片20的第一面贴合在一起，从而使形成的所述真空槽11内均达到设定的真空度。所述晶圆20和所述载片10贴合后，再施加一定的压力和温度，保证所述晶圆20和所述载片10的充分贴合，然后通过所述键合胶30进行密封。在具体的实施例中，当所述真空槽11需要容纳所述器件结构21时，所述载片10与所述晶圆20键合前需要精确对位，从而保证对应的位置匹配。

优选的，所述背面工艺包括减薄工艺、刻蚀工艺、物理气相沉积、化学气相沉积、离子注入工艺、清洗工艺中的一种或多种。在大气环境下的工艺过程，如减薄工艺、刻蚀工艺、清洗工艺等，键合片中的真空槽为真空状态，键合片内外的气压差将晶圆与载片牢固的压合在一起，同时由于真空槽的尺度微小，可有效的避免气压对真空槽上部晶圆施加压力造成的晶圆变形。所述晶圆的减薄工艺，例如研磨减薄是在大气环境中进行的，在此过程中，所述键合片受到平行于所述晶圆表面的剪切力，由于所述键合片内外的气压差将所述载片与所述晶圆压合在一起，所述晶圆和所述载片之间的静摩擦力和垂直于所述键合片表面的气压力成正比，有效的保证了在承受研磨剪切力时，所述晶圆和所述载片位置保持恒定不变，同时所 述载片能够有效的支撑所述晶圆，保证所述晶圆研磨后的厚度一致，在研磨过程中，所述载片边缘的键合胶可为所述晶圆的边缘提供支撑。在真空环境下进行的工艺，如化学气相沉积、干法刻蚀、离子注入等工艺，所述键合片不受剪切力，在此状况下，由所述键合胶可为所述晶圆提供支撑。

如图5所示，优选的，在将所述晶圆20贴合在所述载片10上之前，还包括在所述晶圆20的键合面涂覆保护层60，通过所述保护层60保护所述晶圆20的键合面上的敏感结构，防止所述敏感结构受键合力的破坏。优选的，所述保护层60的材料为二氧化硅，二氧化硅具有稳定的化学性质。

本发明还提供一种解离的方法，首先，提供由上述晶圆临时键合方法形成的键合片，然后，通过物理方式或化学方式将所述晶圆从所述载片上解离。

如图6所示，优选的，步骤5所述的将所述晶圆20从所述载片10上解离具体为，先通过激光或刀片70切割所述晶圆20与所述载片10交界处的键合胶30，再使所述真空槽11破真空。在本实施例的解离方法中，所述物理方式为在所述键合胶30的位置设置激光或刀片70，通过激光或刀片70进行切割来切开所述键合胶30。具体的实施方式中，所述激光或刀片70不作移动，使键合片旋转一圈或多圈后，解除所述键合片内所述真空槽11内的密封状态，所述晶圆20与所述载片10可实现无应力的分离。

优选的，步骤5所述的将所述晶圆20从所述载片10上解离具体为，先通过激光或刀片70沿所述载片10的第二面的边缘切割一圈，并在所述载片10的第二面贴覆保护膜，再将切割后的内圈和外圈分离，最后使位于内圈中的真空槽11破真空，其中所述第二面与所述第一面相对。如图7所示，在本实施例的解离方法中，所述物理方式为在所述晶圆的第二面设置激光或刀片70，通过激光或刀片70对所述晶圆20进行切割。具体的实施方式中，所述激光或刀片70设置在所述晶圆20的第二面的边缘位置，先通过激光或刀片70沿所述载片10的第二面的边缘切割一圈，并在所述载片10的第二面贴覆保护膜，再将切割后的内圈和外圈分离，最后使位于内圈中的真空槽11破真空，通过转动键合片，通过所述激光或刀片70 将具有所述键合胶30的部分切除，使所述载片10与所述晶圆20实现解离。需要说明的是，在其它的实施例中，能通过所述激光或刀片70直接切割所述晶圆20得到所需要的部分，例如直接切割出单个的单元。备选方案中，所述物理方式也可以通过直接作用于所述载片10，例如，通过激光或刀片70对所述载片10进行切割。

优选的，步骤5所述的将所述晶圆20从所述载片10上解离具体为，先通过激光或紫外光照射的方式分解所述键合胶30，去除所述键合胶30的粘着力，再使所述真空槽11破真空。在具体实施方式中，所述化学方式为通过激光或紫外光照射的方式分解所述键合胶30，去除所述键合胶的粘着力，再使所述真空槽破真空。具体的实施方式中，通过激光或紫外光照射所述键合胶30，使所述键合胶30分解，从而解除所述键合片内所述真空槽11内的密封状态，所述晶圆20与所述载片10可实现无应力的分离。

优选的，在本实施例的解离方法中，所述化学方式为通过化学液与所述键合胶30进行反应。具体的实施方式中，通过化学液浸泡所述键合胶30，使所述化学液与所述键合胶30进行化学反应，解除所述键合片内所述真空槽11内的密封状态，所述晶圆20与所述载片10可实现无应力的分离。

在上述的解离方法中，当多个所述真空槽11保持连通时，使所述真空槽11破真空可选为，在所述晶圆20与所述载片10的交界处插入楔子80，使空气渗入所述真空槽11内，之后所述晶圆20与所述载片11无应力分离。如图8所示，在本实施例的解离方法中，所述物理方式为在所述载片10与所述晶圆20的交界处插入楔子80，使空气渗入所述真空槽内，之后所述晶圆与所述载片无应力分离。具体的实施方式中，通过所述楔子80插入所述键合胶30形成微小的间隙，使空气进入所述真空槽11中，解除键合片内所述真空槽11内的密封状态，所述晶圆20与所述载片10可实现无应力的分离。

在上述的解离方法中，当多个所述真空槽11保持连通时，使所述真空槽11破真空可选为，在所述载片10的无效区域上使用激光或机械方式开 设一通气孔90，使空气渗入所述真空槽11内，之后所述晶圆20与所述载片10无应力分离。如图9所示，在本实施例的解离方法中，所述物理方式为在所述晶圆20上使用激光或机械方式开一个或多个通气孔90，使空气渗入所述真空槽内，之后所述晶圆与所述载片无应力分离。具体的实施方式中，所述通气孔90可选在所述晶圆20上的无效区域，最佳的为所述晶圆20的外缘区域，通过所述通气孔90使空气进入所述真空槽11中，解除键合片内所述真空槽11内的密封状态，所述晶圆20与所述载片10可实现无应力的分离。备选方案中，所述物理方式也可以通过直接作用于所述载片10，例如，在所述载片10上使用激光或机械方式开一个或多个通气孔90。

在上述的解离方法中，当多个所述真空槽11不互通时，使所述真空槽11破真空可选为，将所述键合片放入真空环境中，所述晶圆20和载片11可无应力的分离。在具体实施例中，当所述键合片内有多个不互相连通的真空槽11时，当所述键合片上的所述键合胶30解除后，将所述键合片放入到真空环境中，使所述载片10与所述晶圆20实现分离，既可完成解离。

如图10所示，优选的，所述解离的方法还包括：在所述键合片上设置支撑膜110，所述支撑膜110用于支撑所述晶圆20，所述支撑膜110安装在支撑膜框架120上。当所述晶圆20的背面工艺完成后，需将所述晶圆20与所述载片10进行解离，由于所述晶圆20厚度非常薄，容易损坏，可将所述键合片贴附到所述支撑膜110上，以保证所述晶圆20在解离过程中均有可靠支撑。

当所述键合片完成解离后，所述晶圆由于只有边缘区域可能有少量键合胶残留，可实现无需清洗，直接进行后续工艺，例如划片后成为成品，节省了生产工艺，拉高了生产效率。所述载片使用完成后，通过相应的清洗工艺后即可重复使用，节省了生产成本。

本发明提供的晶圆临时键合方法中，通过键合片中的真空槽来实现键合，相比现有技术需要在载片或晶圆上涂一整层键合胶，本发明只需要在载片和/或晶圆外围涂少量键合胶即可，大幅的减少了键合胶的用量。此外，所述晶圆临时键合方法的工艺简单，从而能够提高生产效率，由于键合胶 主要起密封作用，因此对键合胶的胶材的强度等材料特性要求降低，使键合胶的选择范围更广，本发明对键合胶处理简单方便，减少了工艺成本，从而提高了生产效率。

上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。