硅片的临时键合和解离工艺方法
【技术领域】
[0001]本发明属于半导体集成电路制造工艺，涉及一种硅片的临时键合和解离工艺方法，尤其涉及一种改善键合后载片和硅片翘曲度的临时键合和解离工艺方法。
【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，即玻璃载片200X和硅片300都向上弯曲，也即产生一个向着硅片300的非键合面的翘曲，该翘曲度可以用玻璃载片200X的中间位置和周边位置的高度差(即图2中的翘曲度a)来表示，严重时，翘曲度a可以达到I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玻璃载片200X和硅片300，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一种硅片的临时键合和解离工艺方法，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，本发明提供一种一种硅片的临时键合和解离工艺方法，其特征在于，包括步骤如下:
[0007](I)提供一第一载片；
[0008](2)提供一第二载片，并在第二载片的第一表面涂布第一粘结剂,和/或在第一载片的键合面涂布第一粘结剂，并对其烘烤；
[0009](3)将第一载片和第二载片进行临时键合，形成翘曲的第二载片；
[0010](4)将第一载片和第二载片进行解离，清洗去除第一粘结剂；
[0011](5)在翘曲的第二载片的第二表面涂布第二粘结剂，和/或在一硅片的键合面涂布第二粘结剂，并对其烘烤；
[0012](6)将翘曲的第二载片和硅片进行临时键合，翘曲的第二载片恢复平整状态；
[0013](7)将硅片的非键合面减薄，并在非键合面进行所需工艺；
[0014](8)将第二载片和减薄后的硅片进行解离，清洗去除第二粘结剂
[0015]在步骤(I)中，所述第一载片的材料为硅，且所述第一载片的热膨胀系数小于步骤(2)所述的第二载片的热膨胀系数，可选地，如步骤(4)的解离使用化学溶剂解离法，则在步骤(I)中，在所述第一载片，预先形成多孔结构，该多孔结构均匀分布于所述第一载片上。
[0016]在步骤(2)中，所述第二载片的材料为玻璃，所述第二载片的热膨胀系数大于步骤(I)所述的第一载片以及步骤(5)所述的硅片的热膨胀系数；所述的第一粘合剂是激光照射分解型粘合剂或溶剂溶解型粘合剂。
[0017]在步骤(3)中，所述的临时键合过程在一真空度为0.001-0.1毫帕的密闭腔体中完成，且需加热第一载片和第二载片至150-350°C,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，优选地，所述真空度为0.01毫帕，加热温度为250°C，在第二载片的一侧施加的压力为1000牛顿，键合时间为5分钟。
[0018]在步骤(4)中，所述的解离采用激光照射解离法或化学溶剂解离法。所述的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。
[0019]在步骤(5)中，所述第二粘结剂是激光照射分解型粘合剂或加热分解型粘合剂，所述第二粘结剂烘烤后的厚度为5-100微米，且所述第二粘结剂烘烤后要能够完全覆盖硅片键合面上的图形的台阶高度。
[0020]在步骤(6)中，所述临时键合过程在一真空度为0.001-0.1毫帕的密闭腔体中完成，且需加热翘曲的第二载片和硅片至150-350°C，并在翘曲的第二载片和/或硅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，优选地，所述真空度0.01毫帕，加热温度250°C，在硅片一侧施加的压力为1000牛顿，键合时间为5分钟。
[0021]在步骤(7)中，所述减薄方法包括三个步骤:粗磨、细磨和抛光，所述在非键合面进行所需工艺包括刻蚀、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。
[0022]在步骤(8)中，所述的解离采用激光照射解离法或加热分解解离法，所述的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。
[0023]和现有技术相比，本发明具有以下有益效果:本发明在第二载片和硅片临时键合之前，先让第二载片经历另一个临时键合/解离过程，通过临时键合过程中的高温使第二载片产生翘曲，因此在第二载片和硅片300临时键合(也即第二次临时键合)过程中，同样由于高温会使第二载片产生翘曲，但两步临时键合过程中产生的翘曲方向相反，因此两种翘曲可以相互抵消，获得平整的第二载片，解决了传统临时键合和解离工艺中的翘曲问题，从而能避免翘曲会导致的后续工艺设备无法正常吸附和传输该键合后的玻璃载片和硅片的掉片、破片的问题；提高后续光刻工艺的聚焦准确性以及套刻精度。
【附图说明】
[0024]图1是传统的临时键合和解离工艺流程图；
[0025]图2是传统的临时键合和解离工艺中载片和硅片的翘曲示意图；
[0026]图3是本发明的临时键合和解离工艺流程图；
[0027]图4 (A) -图4 (H)是本发明的临时键合和解离工艺流程示意图；其中，图4㈧是本发明方法中的一种第一载片俯视示意图；图4?)是本发明方法的步骤(2)完成后的示意图；图4(0是本发明方法的步骤(3)完成后的示意图；图4(0)是本发明方法的步骤(4)完成后的示意图；图4?)是本发明方法的步骤(5)完成后的示意图；图4(的是本发明方法的步骤(6)完成后的示意图；图4(6)是本发明方法的步骤(7)完成后的示意图；图401)是本发明方法的步骤(8)完成后的示意图。
[0028]图中附图标记说明如下:
[0029]100-第一载片，101-第一载片中的多孔结构，200-第二载片，200a_翘曲的第二载片，201-第二载片的第一表面，202-第二载片的第二表面，200X-玻璃载片，300-硅片，300a-减薄后的硅片，301-硅片的键合面上的图形，401-第一粘合剂，402-第二粘合剂；a_传统临时键合和解离工艺中的翘曲度。
【具体实施方式】
[0030]下面结合附图以及实施例对本发明作进一步详细的说明。
[0031]本发明一种硅片的临时键合和解离工艺，其工艺流程如图3所示，其特征在于能解决传统工艺中键合后的载片和硅片的翘曲问题，包括如图4 (A)-图4 (H)所示的具体步骤，详细说明如下:
[0032](I)步骤一,提供一第一载片100 ;所述第一载片100的材料为娃，且所述第一载片100的热膨胀系数小于后续步骤(2)所述的第二载片200的热膨胀系数。如果后续步骤
(4)的解离使用化学溶剂解离法，则需在所述第一载片100上，预先形成多孔结构101 (如图4(A))，该多孔结构101由若干个直径为0.5-10毫米的小孔组成，均匀分布于第一载片100上。
[0033](2)步骤二，如图4(B)所示，提供一第二载片200，并在第二载片的第一表面201涂布第一粘结剂401，和/或在第一载片100的键合面涂布第一粘结剂401，并对其烘烤；所述第二载片200的材料为玻璃，所述第二载片200的热膨胀系数大于上述步骤(I)所述的第一载片100以及后续步骤(5)所述的硅片300的热膨胀系数，所述的第一粘合剂401是激光照射分解型粘合剂，也即在经过激光照射以后，会因为发生了化学分解而降低或失去其粘性，如3M公司的LTHC，或所述的第一粘合剂401也可以是溶剂溶解型粘合剂，也即在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，如TOK公司的A0006和A4001 ;所述的涂布可以采用旋涂方式(Spin Coating)或喷淋方式(Spray Coating),优选地，本实施例采用旋涂方式。
[0034](3)步骤三，如图4(C)所示，将第一载片100和第二载片200进行临时键合；该临时键合过程在一真空度为0.001-0.1毫帕的密闭腔体中完成，且需加热第一载片100和第二载片200至150-350°c，并在第一载片100和/或第二载片200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，优选地，本实施例的上述键合条件分别为:真空度0.01毫帕，加热