专利名称：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，业界通常采用临时键合/解离的工艺方法，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)在硅片的键合面涂布粘合剂，并对其进行烘烤；(2)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)硅片和载片的解离和清洗。传统的临时键合/解离的方法有一个缺点如图2所示，在硅片100和载片200的键合过程中，由于压力和温度的关系，粘合剂300容易被“挤”到载片200边缘的侧面，从而在载片200边缘侧面形成粘合剂残留(如图2所示的载片边缘的粘合剂302)，这样在硅片和载片的解离过程中，容易发生粘连而使薄硅片破裂。
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，以解决传统工艺中解离过程时发生的硅片周边破裂的问题。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)在载片上制作一环形开槽；(2)在硅片的键合面涂布粘合剂，并对其进行烘烤；(3)将硅片和带有环形开槽的载片进行临时键合；(4)将硅片背面研磨减薄； (5)进行硅片背面工艺；(6)将减薄后的硅片从带有环形开槽的载片上解离。
在步骤(I)中，所述的载片材料是玻璃、蓝宝石或硅中的任一种；所述的载片直径比硅片直径大0 2毫米，所述的载片的厚度为200-2000微米。优选的，所述的载片是直径为201毫米，厚度为500微米的玻璃圆片。在步骤(I)中，所述的环形开槽，通过机械切割，或干法刻蚀，或湿法刻蚀的方法形成；所述的环形开槽的宽度为1-10毫米，深度为10-100微米，且所述环形开槽的外边框到载片边缘的距离为1-10毫米。优选的，所述的环形开槽通过机械切割的方法形成，所述的环形开槽的宽度为5毫米，深度为30微米，且所述环形开槽的外边框到载片边缘的距离为5毫米。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；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,所述的粘合剂是Brewer Scinece公司的热分解型粘合剂WaferBOND HT 10. 10 ;所述涂布粘合剂的涂布方式采用旋涂方式；所述的涂布粘合剂在烘烤后的厚度为25微米。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0. 01毫帕，加热温度为160°C，在载片的一侧施加1000牛顿的压力，键合时间为5分钟。在步骤(3)完成后，硅片边缘的粘合剂会被挤到载片的环形开槽内，从而防止在载片边缘的侧面残留粘合剂。在步骤(4)中，所述的硅片背面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带有环形开槽的载片上滑移解离。和现有技术相比，本发明具有以下有益效果通过在载片上制作一环形开槽，在键合过程中使粘合剂被“挤”到该环形开槽内，防止在载片边缘的侧面残留粘合剂，从而解决了传统工艺中硅片和载片解离过程时发生的由于粘合剂残留而引起的硅片周边破裂的问题，以提高成品率。
图1是传统的临时键合/解离工艺流程图；图2是传统的临时键合/解离工艺中载片边缘侧面粘合剂残留示意图；图3是本发明的临时键合/解离工艺流程图；图4(A)是本发明方法的步骤(I)完成后的俯视示意图；图4(B)是图4(A)沿X-X，方向的剖面示意图4(C)是本发明方法的步骤(2)完成后的剖面示意图；图4(D)是本发明方法的步骤(3)完成后的剖面示意图；图4(E)是本发明方法的步骤(4)完成后的剖面示意图；图4(F)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-硅片，IOOa-减薄后的硅片，200-载片，300-粘合剂，302-载片边缘的粘合剂，400-载片上的环形开槽，a-环形开槽的宽度，b-环形开槽的深度，C-环形开槽的外边框到载片边缘的距离。
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3所示，其特征是在传统的临时键合和解离工艺基础上，通过在载片上制作一环形开槽，在键合过程中使粘合剂被“挤”到该开槽内，防止在载片边缘的侧面残留粘合剂，从而解决了传统工艺中解离过程时发生的硅片周边破裂的问题。如图3和图4(A)-图4(F)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4(A)和图4(B)所示，在载片200上制作一环形开槽400 :图4 (A)是制作完环形开槽400后 载片200的俯视图，图4(B)是图4(A)沿X-X，方向的剖面示意图，所述的载片200是一直径比需键合的硅片直径大0-2毫米，厚度为100-2000微米的圆片，载片200采用的材料是玻璃、蓝宝石或硅中的任一种；优选地，本实施例选用的是直径为201毫米，厚度为500微米的玻璃圆片作为载片。如图4(B)所示，所述环形开槽400的宽度a为1-10毫米，深度b为10-100微米，且所述环形开槽400的外边框到载片200边缘的距离c为1-10毫米；环形开槽400的利记博彩app可以是机械切割法，或干法刻蚀法，或湿法刻蚀法；优选地，本实施例使用机械切割法，即使用金刚砂刀轮在上述载片200上切割出一宽度为5毫米，深度为30微米的环形开槽400，该环形开槽400的外边框到载片200边缘的距离c为5毫米。(2)如图4(C)所示，在硅片100的键合面涂布粘合剂300，并对其进行烘烤所述粘合剂300是指加热分解型粘合剂(如Brewer Scinece公司的WaferBOND HT 10. 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(如图4 (D))，粘合齐Li 300能充分覆盖娃片100键合面的台阶高度(Topography,图中未示出)；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 HT 10.10，采用旋涂的方式在硅片100的键合面进行涂布，且烘烤以后的厚度为25微米。(3)如图4(D)所示，将硅片100和带有环形开槽400的载片200进行临时键合硅该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0. 01毫帕，加热温度160°C，在载片200 一侧施加的压力为1000牛顿，键合时间为5分钟；如图4(D)所示，键合后，由于压力和温度的关系，硅片100边缘的粘合剂300会被“挤”到载片200的环形开槽400内，从而防止在载片200边缘的侧面残留粘合剂(即图2所示的载片边缘的粘合剂302)。(4)如图4(E)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。减薄后的硅片IOOa厚度取决于产品需求，一般为10-400微米，本实施例优选的减薄后的硅片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(F)所示，将减薄后的硅片IOOa从带有环形开槽400的载片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从带有环形开槽400的载片200上滑移解离，由上述步骤(3)可知，在载片200边缘的侧面因为没有残留粘合剂，所以可以解决传统 工艺中解离过程时因边缘粘合剂残留而发生的硅片周边破裂的问题。
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)在载片上制作一环形开槽； (2)在硅片的键合面涂布粘合剂，并对其进行烘烤； (3)将硅片和带有环形开槽的载片进行临时键合； (4)将硅片背面研磨减薄； (5)进行硅片背面工艺； (6)将减薄后的硅片从带有环形开槽的载片上解离。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤(I)中，所述的载片材料是玻璃、蓝宝石或硅中的任一种；所述的载片直径比硅片直径大O 2毫米，所述的载片的厚度为200-2000 微米。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在步骤(I)中，所述的载片是直径为201毫米，厚度为500微米的玻璃圆片。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤(I)中，所述的环形开槽，通过机械切割，或干法刻蚀，或湿法刻蚀的方法形成；所述的环形开槽的宽度为ι- ο毫米，深度为10-100微米，且所述环形开槽的外边框到载片边缘的距离为1-10毫米。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，在步骤(I)中，所述的环形开槽通过机械切割的方法形成；所述的环形开槽的宽度为5毫米，深度为30微米，且所述环形开槽的外边框到载片边缘的距离为5毫米。
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；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，所述的粘合剂是BrewerScinece公司的热分解型粘合剂WaferBOND HT 10. 10 ;所述涂布粘合剂的涂布方式采用旋涂方式；所述的涂布粘合剂在烘烤后的厚度为25微米。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤(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。
9.根据权利要求8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1000牛顿的压力，键合时间为5分钟。
10.根据权利要求1或9所述的方法，其特征在于，在步骤(3)完成后，硅片边缘的粘合剂会被挤到载片的环形开槽内，从而防止在载片边缘的侧面残留粘合剂。
11.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤(4)中，所述的硅片背面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。
12.根据权利要求11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。
13.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。
14.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。
15.根据权利要求14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带有环形开槽的载片上滑移解离。
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)在载片上制作一环形开槽；2)在硅片的键合面涂布粘合剂，并对其烘烤；3)将硅片和带有环形开槽的载片进行临时键合；4)将硅片背面研磨减薄；5)进行硅片背面工艺；6)将减薄后的硅片从带有环形开槽的载片上解离。本发明能防止在载片边缘的侧面残留粘合剂，从而在硅片和载片的解离过程中，可以解决传统工艺中因这种粘合剂残留而引起的硅片破裂问题，提高成品率。
文档编号H01L21/02GK103035482SQ20121029071
公开日2013年4月10日 申请日期2012年8月15日 优先权日2012年8月15日
发明者郭晓波 申请人:上海华虹Nec电子有限公司