[發明專利]硅片的臨時鍵合工藝方法

在審

• 申請號: 201310566916.9
• 申請日: 2013-11-14
• 公開（公告）號: CN104637853A
• 公開（公告）日: 2015-05-20
• 發明（設計）人: 郭曉波;許剛
• 申請（專利權）人: 上海華虹宏力半導體制造有限公司
• 主分類號: H01L21/683
• 分類號: H01L21/683
• 代理公司: 上海浦一知識產權代理有限公司 31211
• 代理人: 王函

技術領域

本發明屬于半導體集成電路制造工藝，涉及兩種硅片的臨時鍵合工藝方法，尤其涉及兩種改善鍵合后載片和硅片翹曲度的臨時鍵合工藝方法。

背景技術

隨著半導體芯片對各種元器件集成度和功能越來越高的要求，傳統的二維集成電路已難以滿足其需求，因此一種新的技術，三維集成電路(3DIC)應運而生，其主要原理就是通過將硅片和硅片(Wafer?to?Wafer)或芯片和硅片(Chip?to?Wafer)上下層層堆疊的方式來提高芯片或各種電子元器件的集成度。在3DIC工藝中，需要對硅片進行減薄，一是為了減少封裝厚度，二是通過減薄來暴露出用于鏈接上下兩硅片的通孔(Via)金屬塞。

另外，近年來國內半導體分立器件的研究熱點，絕緣柵雙極晶體管(IGBT)，該類晶體管的集電極是在硅片的背面形成的，因此為了滿足IGBT產品對結深和擊穿電壓的要求，也需要對硅片背面進行減薄。

根據3DIC或IGBT產品的要求不同，所需硅片減薄后的厚度也不同(10-200微米)，最低甚至只有10微米，對于這樣薄如紙的硅片，由于其機械強度的降低以及翹曲度/彎曲度的增加，普通的半導體設備幾乎難以完成支撐和傳輸動作，碎片率非常高。為了解決這種薄硅片的支撐和傳輸問題，臨時鍵合/解離法是業界通常采用的工藝方法之一，其主要原理就是將硅片臨時鍵合在一直徑相仿的載片(玻璃、藍寶石或硅材料)上，利用該載片來實現對薄硅片的支撐和傳輸，同時可以防止薄硅片變形，在完成相關工藝后再將載片從薄硅片上解離，其工藝流程如圖1所示，包括如下步驟：(1)在硅片的鍵合面或/和載片的鍵合面涂布粘合劑，并對其進行烘烤；(2)將所述硅片和載片進行臨時鍵合；(3)將所述硅片背面研磨減薄；(4)進行硅片背面工藝；(5)將減薄后的硅片從載片上解離并清洗。在通常這種臨時鍵合/解離的方法中，根據步驟(5)中解離方法的不同，臨時鍵合和解離工藝可以分為以下三種：化學溶劑解離法(Chemical?Release)、激光或紫外光照射解離法(Laser/UV?Light?Release)以及加熱分解解離法(Thermal?Decomposition?Release)，無論是以上哪種方法，在上述步驟(2)的臨時鍵合過程中，都需要使用加熱的方法使載片和硅片進行鍵合，這就會產生一個問題：當載片采用玻璃材質時，由于普通玻璃的CTE(Coefficient?of?Thermal?Expansion:熱膨脹系數)為7.1x10^-16/℃，而硅的CTE為2.5x10^-16/℃，兩者相差較大，在加熱鍵合的過程中，由于加熱而導致的玻璃載片的膨脹程度大于硅片的膨脹程度，因此就會產生如圖2所示的翹曲情況，即硅片100a和玻璃載片200a都向上彎曲，也即產生一個向著硅片100a的非鍵合面的翹曲，該翹曲度可以用玻璃載片200a的中間位置和周邊位置的高度差(即翹曲度a)來表示，嚴重時，翹曲度a可以達到1-2毫米。這種翹曲將會導致兩個問題：一是后續工藝設備無法正常吸附和傳輸該鍵合后的硅片100a和玻璃載片200a，從而導致掉片、破片的問題；二是這種翹曲影響后續光刻工藝的聚焦準確性以及套刻精度。

發明內容

本發明要解決的技術問題是提供硅片的臨時鍵合工藝方法，以解決傳統的臨時鍵合和解離工藝中鍵合后的載片和硅片的翹曲問題。

為解決上述技術問題，本發明提供一種硅片的臨時鍵合工藝方法，該方法包括步驟如下：

(1)提供一需鍵合的硅片，一第一載片和一第二載片；

(2)在硅片的第一表面，和/或在第一載片的第一表面涂布第一粘合劑，并對其烘烤；

(3)在第二載片的第一表面涂布第二粘合劑，并對其烘烤；

(4)將硅片、第一載片和第二載片按照一定的疊放順序進行臨時鍵合，硅片位于第一載片和第二載片的中間，形成“三明治”結構；

(5)將第二載片從硅片的第二表面上解離，清洗去除第二粘合劑。

在步驟(1)中，所述第一載片和第二載片的材料為玻璃，且所述第一載片和第二載片的熱膨脹系數都大于硅片的熱膨脹系數，如果后續步驟(5)的解離使用化學溶劑溶解法，在所述第二載片上預先形成多孔結構，該多孔結構貫穿第二載片且均勻分布于第二載片上。

在步驟(2)中，所述第一粘合劑是激光照射分解型粘合劑、溶劑溶解型粘合劑或加熱分解型粘合劑，所述第一粘合劑在烘烤后要能夠完全覆蓋硅片的第一表面上的圖形臺階高度。

在步驟(3)中，所述第二粘合劑是激光照射分解型粘合劑或溶劑溶解型粘合劑。