一种键合晶片的单面减薄方法技术

本发明专利技术涉及半导体制造工艺领域，具体涉及一种键合晶片的单面减薄方法，包括下列步骤：

【技术实现步骤摘要】
一种键合晶片的单面减薄方法


[0001]本专利技术涉及半导体制造工艺领域，具体涉及一种键合晶片的单面减薄方法
。

技术介绍

[0002]随着半导体器件的小型化与高频化的发展趋势，集成电路存在着对键合晶片超薄化的发展要求
。
一般情况下现有晶片材料属脆性材料，机械强度低，且键合晶片是由两个晶片键合形成的，键和结构易受外力影响，若直接一次使用减薄机将键合晶片进行减薄，晶片本身机械强度承受不了减薄机的机械加工，还容易出现边缘脆性破坏
、
键和结构破坏等异常
。
此外，当晶片厚度相对较薄时，长时间的机械加工也可能会导致晶片翘曲度不良
、
产生亚表面损伤层，对晶片电性能产生较大的负面影响，因此，在减薄晶片过程中，会使用化学腐蚀手段以去除晶片减薄面的亚表面损伤层，获得晶片去除量的同时，保证表面质量
。
在化学腐蚀过程中，通常会使用翻涌
、
摇臂
、
超声波震动等辅助措施来保证化学腐蚀的均匀性，以避免腐蚀不均产生的晶片本身
TTV
异常，但对于厚度较薄的键合晶片而言，晶片在腐蚀加工的机械震动往往会使晶片出现由边缘开始的脆性断裂，或产生键合晶片偏移，降低键合强度，鉴于此类情况，有必要提出一种键合晶片的单面减薄工艺，既能满足键合晶片超薄化需求，又能避免键合晶片表面损伤和脆性断裂
、
键和结构破坏的问题
。
[0003]专利号为
CN102820218B
的专利技术专利公开了一种晶片的减薄方法，该方法可以将晶片厚度减薄至
100
μ
m
以下，该方法中使用光刻胶的直接目的是用于配合湿法刻蚀处理晶片，在湿法刻蚀前已经将晶片边缘光刻胶去除；此外，湿法刻蚀喷涂晶片边缘时单纯依靠晶片旋转，会导致腐蚀不均匀的问题产生，从而导致晶片
TTV
不良，会直接导致二次减薄时晶片不良；使用喷涂工艺，除需要单件流作业外，腐蚀效率也明显低于直接浸蚀
。
[0004]专利号为
CN104733300B
的专利技术专利公开了一种键合晶片的减薄方法，该方法可以将键合晶片厚度减薄至
50
μ
m
以下，其为了避免键合晶片边缘在减薄过程中出现尖角，导致后续晶片边缘破裂，选择先将晶片边缘弧边磨去再减薄，这样直接减少了键合晶片之间的贴合面积，增加了小尺寸晶片减薄过程中错位的风险，泛用性较差；此项工艺对减薄机精度要求较高，尤其当减薄晶片本身厚度较薄时，可能会导致晶片边缘在去圆弧过程中产生裂纹；此外对晶片边缘进行磨削，也会极大增加键合晶片边缘解键合的风险，对后续减薄产生不良影响
。
[0005]综上所述，现有技术中的减薄工艺方法都存在相应的问题和缺陷，因此，需要一种更为高效高质量的键合晶片单面减薄方法，以解决现有技术中存在的问题
。

技术实现思路

[0006]本专利技术目的在于研发一种键合晶片的单面减薄方法，用于降低键合晶片减薄过程中边缘存在的脆性断裂
、
键和结构破坏风险，缓解亚表面损伤层过深等晶片表面损伤问题以及翘曲度不良
。
本专利技术提供一种键合晶片的单面减薄方法，具体包含以下步骤：
a) 将晶片与载片键合为键合晶片后，对键合晶片中的晶片层进行单面减薄，减薄
后进行清洗；
b) 预烘后，在晶片层的减薄面上涂覆正性光刻胶，之后经过前烘
、
对准
、
曝光
、
后烘
、
显影，通过显影去除晶片中间区域光刻胶，保留晶片外侧圆周的光刻胶；
c) 对键合晶片进行化学腐蚀，之后对键合晶片进行超声波清洗；
d) 采用激光裂片去除光刻胶涂覆区域的外环键合晶片部分，主要是以键合晶片圆心为中心，在光刻胶边缘处进行激光打孔，之后进行超声波振洗，将键合晶片中部区域与光刻胶涂覆区域的外环键合晶片部分振洗至分离
。
[0007]作为一种优选，上述步骤
a
）中，晶片材质为压电材料或半导体材料，优选的，晶片为单晶硅
、
碳化硅
、
石英
、
铌酸锂
、
磷化铟或砷化镓，晶片直径为
4~12
英寸，晶片的翘曲度应小于
10
μ
m
；作为一种优选，上述步骤
a
）中，根据待键合材料需选择相应可保证键合质量的键合方法，键合方法为阳极键合
、
金属键合或紫外光活化键合；作为一种优选，上述步骤
a)
中，使用树脂结合剂金刚石砂轮对键合晶片的晶片层进行三段式减薄，砂轮直径在
200mm
以上，第一阶段将键合晶片的晶片层减薄至
200
±
20
μ
m
，第二阶段将键合晶片的晶片层减薄至
100
±
10
μ
m
，第三阶段将键合晶片的晶片层减薄至
70~80
μ
m
；作为一种优选，上述步骤
a)
中，各阶段减薄完成后，分别使用氟化氢铵与
RO
水的混合溶液进行清洗，氟化氢铵与
RO
水质量占比
4:1~5:1。
[0008]作为一种优选，上述步骤
b
）中，键合晶片涂胶条件是温度
20~25℃
，温度稳定性为
±
1℃
，相对空气湿度为
35~50%
，旋涂转速为
2000~4000rpm
；预烘后，为增强光刻胶附着力，于减薄面涂敷增强剂，增强剂为六甲基二硅烷
、AR300
‑
80
中的一种；通过显影去除键合晶片中间区域光刻胶，保留距晶片外侧圆周5±
0.1mm
宽的光刻胶
。
[0009]作为一种优选，上述步骤
c
）中，化学腐蚀所用的化学试剂由氢氟酸
、
硝酸组成，或由二甲基甲酰胺
、
氢氟酸组成，腐蚀量为
3~50
μ
m
，采用
RO
水与无水乙醇进行超声波清洗，使用无水乙醇浓度为
75~90%。
[0010]作为一种优选，键合晶片化学腐蚀后，当键合晶片的晶片层最终减薄至
10~50
μ
m
时，减少晶片边缘脆性破裂情况最为明显
。
[0011]作为一种优选，上述步骤
d
）中，在距光刻胶边缘5±
0.1mm
处进行激光打孔，孔的直径为
0.8~1.2
μ
m
，孔的圆心间距
8.5~9.5
μ
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种键合晶片的单面减薄方法，其特征在于，包括下列具体步骤：
a) 将晶片与载片进行键合后形成键合晶片，对键合晶片中的晶片层进行单面减薄，减薄后进行清洗；
b) 预烘后，在晶片层的减薄面上涂覆正性光刻胶，之后经过前烘
、
对准
、
曝光
、
后烘
、
显影，通过显影去除键合晶片中间区域光刻胶，保留晶片外侧圆周边缘的光刻胶；
c) 对键合晶片进行化学腐蚀，之后对键合晶片进行超声波清洗；
d) 采用激光裂片去除光刻胶涂覆区域的外环键合晶片部分，主要是以键合晶片圆心为中心，在光刻胶边缘处进行激光打孔，之后进行超声波振洗，将键合晶片中部区域与光刻胶涂覆区域的外环键合晶片部分振洗至分离
。2.
如权利要求1所述的一种键合晶片的单面减薄方法，其特征在于，所述步骤
a
）中，晶片材质为压电材料或半导体材料，可以为单晶硅
、
碳化硅
、
石英
、
铌酸锂
、
磷化铟或砷化镓，晶片直径为
4~12
英寸，晶片的翘曲度应小于
10
μ
m。3.
如权利要求1所述的一种键合晶片的单面减薄方法，其特征在于，所述步骤
a
）中，键合方法为阳极键合
、
金属键合或紫外光活化键合
。4.
如权利要求1所述的一种键合晶片的单面减薄方法，其特征在于，所述步骤
a)
中，使用树脂结合剂金刚石砂轮对键合晶片进行三段式减薄，砂轮直径在
200mm
以上，第一阶段将键合晶片中的晶片层减薄至
200
±
20
μ
m
，第二阶段将键合晶片中的晶片层减薄至
100
±
10
μ
m
，第三阶段将键合晶片中的晶片层减薄至
70~80
μ
m。5.
如权利要求1所述的一种键合晶片的单面减薄方法，其特征在于，所述步骤
a
）中，各阶段减薄完成后，分别使用为氟化氢铵与
RO
...

【专利技术属性】
技术研发人员：潘正强，徐耀辉，徐秋峰，张忠伟，沈浩，钱煜，孔辉，
申请(专利权)人：天通控股股份有限公司，
类型：发明
国别省市：