CN104733300B

CN104733300B - 一种键合晶片的减薄方法

Info

Publication number: CN104733300B
Application number: CN201310717819.5A
Authority: CN
Inventors: 王娉婷; 奚民伟
Original assignee: Semiconductor Manufacturing International Shanghai Corp
Current assignee: Semiconductor Manufacturing International Shanghai Corp
Priority date: 2013-12-23
Filing date: 2013-12-23
Publication date: 2018-09-25
Anticipated expiration: 2033-12-23
Also published as: CN104733300A

Abstract

本发明提供一种键合晶片的减薄方法，在对器件晶片进行减薄之前，先使用磨轮对其边缘进行磨削，以去除其弧形边缘。本发明中在减薄工序之前使用磨轮对键合晶片进行了处理，磨去了器件晶片弧形的边缘，这就有效避免了键合晶片减薄过程中出现尖角，进而杜绝了器件晶片边缘破裂问题的发生，可以在保证器件晶片边缘不破裂的前提下，将其减薄至50μm以下，以满足后续制备工艺的需要，保证随后制作的半导体器件的性能。与现有减薄工艺相比，本发明不会对减薄机台和后续工艺造成任何污染，且所使用的设备简单，易于操作，工序简洁，大大提高了生产效率，降低了生产成本和设备成本。

Description

一种键合晶片的减薄方法

技术领域

本发明涉及一种半导体制造工艺，特别是涉及一种键合晶片的减薄方法。

背景技术

随着集成电路对芯片的超薄化要求越来越高，加之在许多半导体制造领域内，例如智能卡(Smart Card)、微机电***(MEMS)、LED芯片、CMOS图像传感芯片(CIS)、光伏电池(photovoltaic cells)、堆迭晶粒(stacked die)和多芯片封装(Multi chip package)等都为超薄芯片(芯片厚度小于50μm)，但这些超薄芯片不能从超薄晶片制造工艺而获得，而是通过常规芯片制造工艺得到的晶片，通过减薄工艺来实现。因此，晶片减薄工艺在集成电路制造工艺中占有着越来越重要的地位。

参照图1a-1b所示，其给出现有最常用的晶片减薄工艺流程中各步骤的剖视图。如图1a所示，通过胶合等工艺将待减薄晶片12固定在处理晶片11上；如图1b所示，对待减薄晶片12进行研磨抛光。但采用该工艺将器件晶片减薄的尺寸有限，当将其减薄到100μm以下时，待减薄晶片的边缘区域就会出现破裂现象。由于晶片通常为晶体，当晶片的边缘出现破裂时，裂纹会沿晶向逐渐延伸，最终可能会导致整个晶片的断裂。为了使半导体器件具有良好的性能，当待减薄的晶片目标厚度小于100μm时，采用该技术的方法则无法实现。

为了将晶片减薄到更小的目标厚度，对上述原有工艺上进行了改进，图2a-2c示出了改进后的晶片减薄工艺其流程中各步骤的剖视图。其相对于上述晶片减薄工艺的改进之处在于：将待减薄晶片22固定在处理晶片21上后，在其边角的缝隙中填充粘结剂材料23，然后再对待减薄晶片22进行减薄。该工艺虽然在一定程度上避免了晶片边缘的破裂，但并不能从根本上杜绝该问题的发生。而且，由于在键合晶片的边角填充了有机粘结剂，一旦晶片边缘破裂，必定会对减薄机台和后续工艺造成污染。

在申请号为CN200910197079的中国专利申请中，还可以发现一种晶片减薄工艺相关的技术方案。图3a-3c示出了该技术方案中所述晶片减薄工艺流程中各步骤的剖视图。如图3a所示，提供待减薄晶片31,；如图3b所示，对待减薄晶片31进行研磨减薄，直至停止厚度；如图3c所示，通过湿法刻蚀设备的喷雾嘴32对待减薄晶片31进行喷雾腐蚀减薄，直至预定减薄厚度。通过上述两步晶片减薄工艺，能够得到满足厚度要求的晶片。然而，在该技术方案中仍然存在如下几个问题：1.由于使用到了湿法刻蚀工艺，在晶片中就要预先设置蚀刻停止层，由此需要使用基底高浓度掺杂的晶片，从而使晶片的成本增加；2.由于使用了湿法刻蚀工艺，这就需要使用成本较高的专门的湿法刻蚀机台，从而也增加了设备成本；相较于磨削、化学机械研磨工艺，去除相同厚度的膜层，湿法刻蚀工艺所需的工艺时间更长，由此使得生产效率降低，提高了生产成本。

综上所述可知，上述现有几种减薄工艺方法都存在相应的问题和缺陷，因此，需要一种更为高效便捷的减薄方法，以解决现有技术中存在的问题。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种键合晶片的减薄方法，用于解决现有技术中采用常规晶片减薄工艺使晶片减薄到一定厚度后出现的边缘破裂的问题，以及相应改进减薄工艺中采用在键合晶片之间涂覆粘结剂材料造成的对减薄机台、后续工艺的污染和使用湿法刻蚀对晶片进行第二次减薄造成的生产效率降低，生产成本和设备成本增加的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种键合晶片的减薄方法，所述方法至少包括：

1）提供一载片及器件晶片；将所述载片和器件晶片进行键合，形成键合晶片；

2）使用磨轮对所述键合晶片中的器件晶片进行切割或磨削，以去除其弧形边缘；

3）将所述去除弧形边缘的器件晶片减薄到所需尺寸。

可选地，所述载片和器件晶片键合方式为金属键合、黏着键合、阳极键合、低温共晶键合、玻璃浆料键合几种键合方式中的一种。

可选地，所述载片为晶片或玻璃。

步骤2）中，所述使用磨轮对器件晶片进行切割或磨削，至少包括以下步骤：

a）键合晶片被真空吸附在卡盘表面，以一定的速度旋转，且器件晶片位于载片上方；

b）磨轮被垂直固定在驱动轴上，以一定的速度转动；

c）调整磨轮位置，设定磨轮切割或磨削器件晶片边缘的磨削宽度，磨轮沿设定好的磨削宽度由上至下对键合晶片的器件晶片边缘进行切割直至去除其弧形边缘；或者调整磨轮位置，设定磨轮磨削器件晶片边缘的磨削深度，磨轮沿设定好的磨削深度由外至内对键合晶片的器件晶片边缘进行磨削直至去除其弧形边缘。

可选地，设定的磨轮磨削器件晶片边缘的所需磨削宽度小于等于5mm，更为优选地，所需磨削宽度的范围介于1mm至5mm之间。

可选地，磨轮由器件晶片向载片磨削，直至磨至器件晶片和载片的接触面边缘。

可选地，使用磨轮对键合晶片的器件晶片进行的切割或磨削是通过一次切割或磨削方法或者多次切割或磨削方法来实现。

可选地，采用研磨抛光法对所述去除弧形边缘的器件晶片进行减薄。

可选地，对所述去除弧形边缘的器件晶片进行减薄的尺寸小于等于50μm，更为优选地，减薄的尺寸范围介于5μm至50μm之间。

如上所述，本发明的键合晶片的减薄方法，具有以下有益效果：本发明中在减薄工序之前使用磨轮对键合晶片进行了处理，磨去了器件晶片弧形的边缘，这就有效避免了键合晶片减薄过程中出现尖角，进而杜绝了器件晶片边缘破裂问题的发生，可以在保证器件晶片边缘不破裂的前提下，将其减薄至50μm以下，以满足后续制备工艺的需要，保证随后制作的半导体器件的性能。同时，与现有减薄工艺相比，本发明不会对减薄机台和后续工艺造成任何污染，且所使用的设备简单，易于操作，工序简洁，大大提高了生产效率，降低了生产成本和设备成本。

附图说明

图1a-1b显示为现有技术中一种晶片减薄工艺流程中各步骤的结构示意图。

图2a-2c显示为现有技术中另一种晶片减薄工艺流程中各步骤的结构示意图。

图3a-3c显示为现有技术中再一种晶片减薄工艺流程中各步骤的结构示意图。

图4显示为本发明的键合晶片的减薄方法的流程图。

图5a-5d显示为本发明键合晶片的减薄方法在各步骤中的结构示意图。

元件标号说明

11、21 处理晶片

12、22、31 待减薄晶片

23 粘结剂材料

32 喷雾嘴

41 载片

42 器件晶片

411 载片和器件晶片接触面

421 另一案例中载片和器件晶片接触面

43 磨轮

d₁ 器件晶片边缘至键合晶片接触面边缘的宽度

d₂ 载片被磨削掉的尺寸

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

请参阅图4至图5d。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，虽图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

如图4至图5d所示，本发明提供键合晶片的减薄方法，所述方法至少包括：

1）提供一载片41及器件晶片42；将所述载片41和器件晶片42进行键合，形成键合晶片；

2）使用磨轮43对所述器件晶片42进行切割或磨削，以去除其弧形边缘；

3）将所述去除弧形边缘的器件晶片42减薄到所需尺寸。

具体的，在步骤1）中，请参阅图4的S1步骤及图5a，提供一载片41及器件晶片42；将所述载片41和器件晶片42进行键合，形成键合晶片。本实施例中，所述器件晶片位于所述载片41上方，众所周知，现有的器件晶片及载片边缘均为弧形，（即边缘厚度小于中部厚度，从而在边缘形成弧形），所述载片41和器件晶片42键合后会形成一接触面411，由于载片41和器件晶片42均是边缘厚度小于中部厚度，所以该接触面边缘的所述载片41和器件晶片42形成狭缝，该狭缝横截面大致为“V”形。

本实施例中，器件晶片42可以是以下材料中的任意一种：硅、绝缘体上层叠硅、绝缘体上硅、绝缘体上锗化硅，绝缘体上锗以及绝缘体上层叠锗化硅等。虽然图5a中未示出，但是器件晶片42上通常继续形成MEMS器件和/或CMOS器件等。其中MEMS器件可以为未制备完成的器件结构或者完整的器件，CMOS器件例如是晶体管（例如，NMOS和/或PMOS）等。此外，器件晶片42上还可以包括与晶体管相关的电路，例如互联层和层间介电层等。

本实施例中，所述载片41用于承载器件晶片42，以防止后续的减薄等工艺过程中由于器件晶片42的厚度较薄而损坏。载片41可以是任意晶片或玻璃。载片41的材料可以是以下所提到的材料中的至少一种：玻璃、硅、绝缘体上硅、绝缘体上层叠硅、绝缘体上层叠锗化硅、绝缘体上锗化硅以及绝缘体上锗等。载片41和器件晶片42的材料可以相同，也可以不同。虽然图5a中示出的载片41与器件晶片42具有相同的尺寸，但是载片41和器件晶片42也可以具有不同的尺寸。当载片41和器件晶片42尺寸不同时，优选地，器件晶片42的尺寸（直径）小于载片41的尺寸（直径）。例如图5b所示。同样在该实施例中，所述器件晶片42位于所述载片41上方，所述载片41和器件晶片42键合后也会形成一接触面421。由于载片41和器件晶片42均是边缘厚度小于中部厚度，该接触面边缘处就出现载片41和器件晶片42形成的狭缝。该实施例中，所述载片41和器件晶片42’键合后的后续处理和减薄工艺与该发明中所详述实例中的完全相同，具体实施步骤可参考下文所述。

本实施例中，载片41和器件晶片42的键合方法可以是目前所使用的或可能出现的多种键合方式中的一种，如金属键合、黏着键合、阳极键合、低温共晶键合、玻璃浆料键合等等。作为示例，器件晶片42是粘接到载片41的表面上的。

在步骤2）中，请参阅图4的S2步骤及图5c，使用磨轮43对所述器件晶片42进行切割或磨削，以去除其弧形边缘。当载片41和已知尺寸（直径）的器件晶片42键合后，由于载片41和器件晶片42均是边缘厚度小于中部厚度（越到边缘越薄），所以两者之间的狭缝即从其接触面的最边缘开始变大，本实施例中，确定好器件晶片42后亦即确定好需要磨削的弧形边缘（即自狭缝最小处，即接触面的边缘开始切削）。

具体的，使用磨轮43对器件晶片42进行边缘磨削，至少包括以下步骤：

a）键合晶片被真空吸附在卡盘（未示出）表面，以一定的速度旋转，且器件晶片42位于载片41上方；

b）磨轮43被垂直固定在驱动轴（未示出）上，以一定的速度转动；

c）调整磨轮43位置，设定磨轮43切割或磨削器件晶片42边缘的磨削宽度，磨轮43沿设定好的磨削宽度由上至下对键合晶片的器件晶片42边缘进行切割直至去除其弧形边缘；或者调整磨轮43位置，设定磨轮43切割或磨削器件晶片42边缘的磨削深度，磨轮43沿设定好的磨削深度由外至内对键合晶片的器件晶片42边缘进行磨削直至去除其弧形边缘。

本实施例中，磨轮43的材质可以是目前半导体行业中正在使用或未来可能使用的磨轮材质的任意一种，作为示例，本发明中磨轮43的材质优选为金刚石。

本实施例中，卡盘（未示出）用于安装并固定键合晶片，并使之与其一起旋转。卡盘可以是真空卡盘或静电卡盘，并通过电动机带动起旋转。

本实施例中，磨轮43和键合晶片的转动方向都具有可调性，二者可以以相同的方向转动，也可以以相反的方向转动。

本实施例中，磨轮需要设定的磨削宽度可以根据器件晶片42的斜角尺寸来确定，即键合晶片的狭缝最小处到器件晶片42的外沿的距离d₁。根据器件晶片尺寸和类型的不同，设定的磨轮43.磨削器件晶片42边缘的所需磨削宽度小于等于5mm，更为优选地，所需磨削宽度范围介于1mm至5mm之间。

具体的，磨轮43由器件晶片42向载片41磨削，直至磨至器件晶片42和载片41的接触面411；优选地，磨轮43磨削至接触面411后继续向载片41磨削，直至将载片41磨削掉一定的尺寸d₂；更为优选地，载片41被磨削掉的尺寸d₂为20μm至30μm左右，以确保器件晶片的弧形边缘被全部去除。

需要指出的是，使用磨轮43对所述器件晶片42进行切割或磨削的方法应不仅限于步骤c）所述一次切割或磨削的方法，还可以包括以下几种多次切割或磨削的方法：（1）调整磨轮43位置，先设定一个磨削宽度，磨轮43沿设定好的磨削宽度由上至下对键合晶片的器件晶片42边缘进行磨削，直至磨削至所需深度；调整磨轮43位置，再设定一个磨削宽度，磨轮43沿设定好的磨削宽度由上至下对键合晶片的器件晶片42边缘进行磨削，直至磨削至相同深度；重复上述动作，直至磨至器件晶片42和载片41的接触面411。（2）调整磨轮43位置，先设定一个磨削宽度，磨轮43沿设定好的磨削宽度由上至下对键合晶片的器件晶片42边缘进行磨削，磨削至一定深度；调整磨轮43位置，再设定一个磨削宽度，磨轮43沿设定好的磨削宽度由上至下对键合晶片的器件晶片42边缘进行磨削，直至磨削至相同深度；重复上述动作，直至磨至器件晶片42和载片41的接触面411；调整磨轮43位置，设定磨轮43磨削器件晶片42边缘所需的磨削深度，磨轮43沿设定好的磨削深度由外至内对键合晶片的器件晶片42边缘进行磨削，直至磨至器件晶片42和载片41的接触面411。（3）调整磨轮43位置，先设定一个磨削深度，磨轮43沿设定好的磨削深度由外至内对键合晶片的器件晶片42边缘进行磨削，直至磨至器件晶片42和载片41的接触面411；调整磨轮43位置，再先设定一个磨削深度，磨轮43沿设定好的磨削深度由外至内对键合晶片的器件晶片42边缘进行磨削，直至磨至器件晶片42和载片41的接触面411，重复上述动作，直至磨至所需磨削深度。磨削或切削完成后的器件晶片42边缘即为规则的垂直于接触面。

在步骤3）中，请参阅图4的S3步骤及图5d，将所述去除弧形边缘的器件晶片42减薄到所需尺寸。

具体的，使用研磨抛光法对器件晶片42进行减薄，所述传统研磨抛光法应包括以下步骤：将键合晶片在进行粗磨，然后进行精磨；将精磨后的所述键合晶片进行化学机械抛光。

具体的，将键合晶片在聚氨酯抛光垫上进行粗磨，然后进行精磨，粗磨和精磨所用的磨料包括氧化铝，或者氧化铝和碳化硼的混合物，或者使氧化铝和碳化硅的混合物，或者是氧化铝、碳化硼和碳化硅的混合物，当所述磨料为混合物时，所述氧化铝占所述混合物的重量分数大于80%。

具体的，粗磨和精磨采用的磨料5～30wt%，磨削液0.1～0.5wt%，余量为去离子水，研磨液流量为1～50ml/min，研磨压力50～150g/cm²，转速40～80r/min，粗磨采用的研磨液的粒度为W7，精磨采用的研磨液的粒度为W1.5。

具体的，将精磨后的所述键合晶片在合成革抛光垫上进行化学机械抛光，化学机械抛光所用抛光液包括：纳米磨料1～15wt%，氧化剂为1～3wt%，表面活性剂0.01wt%，PH调整剂，余量为去离子水。抛光液的粒度的大小为20～60nm，PH值为9.5，抛光压力为60～120g/cm2，转速60～100r/min。

需要指出的是，粗磨、精磨以及抛光中所使用的磨料配比，流量、压力和转速等参数可以由熟悉此技术的人士根据实际需要进行相应的调整，在此特地说明，不应过分限制本发明的保护范围。

具体的，器件晶片42经化学机械抛光后的减薄尺寸小于等于50μm，更为优选地，器件晶片42的减薄的尺寸范围介于5至50μm之间。

综上所述，本发明中在减薄工序之前使用磨轮对键合晶片进行了处理，磨去了器件晶片弧形的边缘，这就有效避免了键合晶片减薄过程中出现尖角，进而杜绝了器件晶片边缘破裂问题的发生，可以在保证器件晶片边缘不破裂的前提下，将其减薄至50μm以下，以满足后续制备工艺的需要，保证随后制作的半导体器件的性能。与现有减薄工艺相比，本发明不会对减薄机台和后续工艺造成任何污染，且所使用的设备简单，易于操作，工序简洁，大大提高了生产效率，降低了生产成本和设备成本。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims

1.一种键合晶片的减薄方法，其特征在于，至少包括以下步骤：

1)提供一载片及一器件晶片；将所述载片和器件晶片进行键合，形成键合晶片；

2)使用磨轮对所述键合晶片中的器件晶片进行切割或磨削，以去除其弧形边缘；使用磨轮对器件晶片进行切割或磨削，至少包括以下步骤：

a)键合晶片被真空吸附在卡盘表面，以一定的速度旋转，且器件晶片位于载片上方；

b)磨轮被垂直固定在驱动轴上，以一定的速度转动；

c)调整磨轮位置，设定磨轮切割或磨削器件晶片边缘的磨削宽度，磨轮沿设定好的磨削宽度由上至下对键合晶片的器件晶片边缘进行切割至器件晶片和载片的接触面后继续向载片磨削，直至将载片磨削掉预设尺寸；其中，设定的磨轮切割或磨削器件晶片边缘的磨削宽度为键合晶片的狭缝最小处到器件晶片的外沿的距离；

3)将所述去除弧形边缘的器件晶片减薄到所需尺寸。

2.根据权利要求1所述的键合晶片的减薄方法，其特征在于：步骤1)中，所述载片和器件晶片键合方式为金属键合、黏着键合、阳极键合、低温共晶键合、玻璃浆料键合方式中的一种。

3.根据权利要求1所述的键合晶片的减薄方法，其特征在于：步骤1)中，所述载片为晶片或玻璃。

4.根据权利要求1所述的键合晶片的减薄方法，其特征在于：所述步骤c)中，设定的磨轮磨削器件晶片边缘的所需磨削宽度小于等于5mm。

5.根据权利要求4所述的键合晶片的减薄方法，其特征在于：步骤c)中，设定的磨轮磨削器件晶片边缘的所需磨削宽度范围介于1mm至5mm之间。

6.根据权利要求1所述的键合晶片的减薄方法，其特征在于：步骤2)中，所述磨轮由器件晶片向载片切割或磨削，直至所述器件晶片和载片的接触面边缘。

7.根据权利要求1所述的键合晶片的减薄方法，其特征在于：所述步骤c)中，使用磨轮对键合晶片的器件晶片进行的切割或磨削是通过一次切割或磨削方法或者多次切割或磨削方法来实现。

8.根据权利要求1所述的键合晶片的减薄方法，其特征在于：步骤3)中，采用研磨抛光法对所述去除弧形边缘的器件晶片进行减薄。

9.根据权利要求1所述的键合晶片的减薄方法，其特征在于：步骤3)中，对所述去除弧形边缘的器件晶片进行减薄的尺寸小于等于50μm。

10.根据权利要求9所述的键合晶片的减薄方法，其特征在于：步骤3)中，对所述去除弧形边缘的器件晶片进行减薄的尺寸范围介于5μm至50μm之间。