用于超薄晶圆解键合的分离装置及分离方法与流程

1.本发明属于半导体设计及制造领域，特别是涉及一种用于超薄晶圆解键合的分离装置及分离方法。


背景技术：

2.半导体器件制造过程中，为了获得较好的导热性能、电性能，以及后续加工工艺的需要，一般需要将晶圆片减薄，一般减少至200微米以下，称为薄片。而对于一些特殊的半导体器件，尤其是一些功率半导体器件，为了获得更薄的芯片，或者为了满足更优电性能的要求，需要将晶圆片的厚度减到100微米以下，甚至50微米以下，即加工成所谓的超薄片。
3.通常超薄晶圆需要临时键合在载片(carrier)上对衬底进行减薄，然后再将减薄后的超薄晶圆片与载片解键合分离(debonder)。通常采取的分离工艺包括激光解键合工艺、机械解键合工艺、热推移解键合工艺等，当具有背面通孔的inp晶圆减薄到厚度为25微米～75微米的超薄片时，解键合分离(debonder)过程中超薄晶圆对应力十分敏感，如果晶圆为脆性材料则极易受力不均匀而碎裂，所以传统意义上的这些解键合分离(debonder)工艺并不适合带背孔脆性材料超薄晶圆的解键合分离，超薄晶圆的结键合分离工艺成为器件工艺的难点，会极大的影响了器件良率。


技术实现要素：

4.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用于超薄晶圆解键合的分离装置及分离方法，用于解决现有技术中超薄晶圆的解键合分离容易造成超薄晶圆碎裂的问题。
5.为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种用于超薄晶圆解键合的分离装置，所述分离装置包括：分离腔，所述分离腔的上下两端设置为开口，所述分离腔内设置有第一插槽以及第二插槽，所述第一插槽位于所述第二插槽之上；第一载板，所述第一载板上具有贯穿所述第一载板的多个第一通孔，所述第一载板通过键合材料与所述超薄晶圆键合，通过所述第一通孔显露所述键合材料，所述第一载板通过所述第一插槽固定于所述分离腔内，所述超薄晶圆朝下放置；第二载板，所述第二载板具有贯穿第二载板的多个第二通孔，通过所述第二插槽固定于所述分离腔内；将所述分离装置浸泡于化学药液，化学药液通过所述第一通孔将所述键合材料溶解去除，使所述超薄晶圆与所述第一载板分离并下沉至所述第二载板上。
6.可选地，所述键合材料包括键合胶及键合蜡中的一种，所述键合材料的耐温大于180℃。
7.可选地，所述键合材料溶于丙酮及n
‑
甲基吡咯烷酮中的一种，所述化学药液为丙酮及n
‑
甲基吡咯烷酮中的一种。
8.可选地，所述第一载板、第二载板的径向尺寸大于所述超薄晶圆的径向尺寸。
9.可选地，所述第二载板上具有贯穿所述第二载板的多个第二通孔。
10.可选地，所述分离腔的侧面具有开槽，以供第一载板从侧面插入至所述第一插槽及供所述第二载板从侧面插入所述第二插槽。
11.可选地，所述第一载板与所述第二载板的间距小于5cm。
12.可选地，所述超薄晶圆的衬底材料为inp及gaas中的一种，所述薄片晶圆的厚度为25微米～75微米。
13.本发明还提供一种用于超薄晶圆解键合的分离方法，所述分离方法基于如上所述的用于超薄晶圆解键合的分离装置实现，所述分离方法包括步骤：1)将晶圆键合于所述第一载板，并对所述晶圆进行背面工艺，获得键合于所述第一载板的超薄晶圆；2)将所述第一载板通过所述第一插槽固定于所述分离腔上，所述超薄晶圆朝下放置。将所述第二载板通过所述第二插槽固定于所述分离腔上；3)将所述分离装置浸泡于化学药液，化学药液通过所述第一通孔将所述键合材料溶解去除，使所述超薄晶圆与所述第一载板分离并下沉至所述第二载板上，完成所述超薄晶圆的键合分离；4)抽出载有所述超薄晶圆的所述第二载板，并对所述超薄晶圆进行分离后清洗。
14.可选地，对所述晶圆进行的背面工艺包括：对所述晶圆进行减薄以形成超薄晶圆；对所述超薄晶圆进行通孔刻蚀；对所述超薄晶圆进行背面金属化；于所述超薄晶圆背面形成切割道。
15.可选地，在步骤4)之后还包括基于所述切割道对所述超薄晶圆进行切割的步骤。
16.如上所述，本发明的用于超薄晶圆解键合的分离装置及分离方法，具有以下有益效果：
17.本发明用于超薄晶圆解键合的分离装置，通过将晶圆键合于具有通孔的第一载板上进行背面工艺，然后采用化学药液通过所述通孔去除键合材料，使超薄晶圆从第一载板上剥离并下沉到其下方的第二载板上，在下沉过程中，由于化学药液的阻力，可以使超薄晶圆的下沉速度非常缓慢，并通过控制第一载板和第二载板的间距，保证超薄晶圆下沉到第二载板的过程中不会造成任何的损伤，从而大大提高了工艺稳定性和良率。本发明具有工艺简单、容易实现及成品率高的优点。
附图说明
18.图1～图4显示为本发明实施例的用于超薄晶圆解键合的分离方法步骤1)～步骤4)所呈现的结构示意图，其中，图3显示为本发明实施例的用于超薄晶圆解键合的分离装置的结构示意图。
19.元件标号说明
20.101
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第一载板
21.102
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第一通孔
22.103
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键合材料
23.104
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晶圆
24.105
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超薄晶圆
25.106
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分离腔
26.107
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第一插槽
27.108
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第二插槽
28.109
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第二载板
29.110
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第二通孔
具体实施方式
30.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。
31.如在详述本发明实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本发明保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。
32.为了方便描述，此处可能使用诸如“之下”、“下方”、“低于”、“下面”、“上方”、“上”等的空间关系词语来描述附图中所示的一个元件或特征与其他元件或特征的关系。将理解到，这些空间关系词语意图包含使用中或操作中的器件的、除了附图中描绘的方向之外的其他方向。此外，当一层被称为在两层“之间”时，它可以是所述两层之间仅有的层，或者也可以存在一个或多个介于其间的层。
33.在本技术的上下文中，所描述的第一特征在第二特征“之上”的结构可以包括第一和第二特征形成为直接接触的实施例，也可以包括另外的特征形成在第一和第二特征之间的实施例，这样第一和第二特征可能不是直接接触。
34.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，遂图示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。
35.如图3所示，本实施例提供一种用于超薄晶圆105解键合的分离装置，所述分离装置包括：分离腔106，所述分离腔106的上下两端设置为开口，所述分离腔106上设置有第一插槽107以及第二插槽108，所述第一插槽107位于所述第二插槽108之上；第一载板101，所述第一载板101上具有贯穿所述第一载板101的多个第一通孔102，所述第一载板101通过键合材料103与所述超薄晶圆105键合，所述通过显露所述键合材料103，所述第一载板101通过所述第一插槽107固定于所述分离腔106上，所述超薄晶圆105朝下放置；第二载板109，所述第二载板109上具有贯穿所述第二载板109的多个第二通孔110，所述第二载板109通过所述第二插槽108固定于所述分离腔106上；将所述分离装置浸泡于化学药液，化学药液通过所述第一通孔102将所述键合材料103溶解去除，使所述超薄晶圆105与所述第一载板101分离并下沉至所述第二载板109上。
36.所述超薄晶圆105的衬底材料为inp及gaas中的一种，所述薄片晶圆的厚度为25微米～75微米。在本实施例中，所述超薄晶圆105的衬底材料为inp，所述超薄晶圆105为完成了背面工艺的超薄晶圆105，所述背面工艺例如可以包括晶圆减薄、晶圆背面通孔刻蚀、晶圆背面金属化以及晶圆背面形成切割道等。
37.所述分离腔106的材料选用为耐腐蚀性的刚性材料，例如可以为石墨、不锈钢等。所述分离腔106的形状与所述第一载板101和第二载板109的形状优选为保持一致，例如，所
述分离腔106的俯视形状可以为矩形、圆形等。在本实施例中，所述分离腔106的俯视形状为矩形。
38.所述分离腔106的侧面具有开槽，以供第一载板101从侧面插入至所述第一插槽107及供所述第二载板109从侧面插入所述第二插槽108。所述开槽可以为去除所述分离腔106的一个侧面或两个侧面形成，也可以为仅去除侧面上与所述第一插槽107与第二插槽108对应的区域形成的开口，所述开口的大小形状设置为大于所述第一载板101和第二载板109的宽度，以供所述第一载板101和第二载板109在所述第一插槽107与第二插槽108的放入和抽出，所述第一插槽107与第二插槽108设置为环绕所述分离腔106，或设置于所述分离腔106的两侧。
39.所述键合材料103包括键合胶及键合蜡中的一种，所述键合材料103的耐温大于180℃。在本实施例中，所述键合材料103为不溶于去胶液(去除光刻胶的腐蚀液或显影液等)，可溶于丙酮及n
‑
甲基吡咯烷酮中的一种，所述化学药液为丙酮及n
‑
甲基吡咯烷酮中的一种。
40.所述第一载板101和所述第二载板109的材料选用为耐腐蚀性的材料，尤其是不与所述化学药液反应的材料，例如可以为蓝宝石、石英、碳化硅等。所述第一载板101的径向尺寸大于所述超薄晶圆105的径向尺寸。例如，可以将4英寸的晶圆键合于6英寸的第一载板101上。
41.所述第一通孔102的设置原则为一方面保证所述第一载板101与所述超薄晶圆105的键合强度，另一方面保证采用化学药液通过所述第一通孔102能较高效率地将键合材料103去除。所述第一通孔102等间距分布于所述第一载板101，以提高所述键合材料103能够较高效率的去除。在本实施例中，所述第一通孔102的孔径可以为0.5厘米～2厘米等，相邻两第一通孔102的间距可以为1厘米～5厘米等。
42.在本实施例中，所述第一载板101与所述第二载板109的间距小于5cm，例如为2厘米。在所述超薄晶圆105下沉过程中，由于化学药液的阻力，可以使超薄晶圆105的下沉速度非常缓慢，并通过控制第一载板101和第二载板109的间距，保证超薄晶圆105下沉到第二载板109的过程中不会造成任何的损伤，从而大大提高了工艺稳定性和良率。
43.所述第二载板109上具有贯穿所述第二载板109的多个第二通孔110，一方面可以降低所述分离装置浸入所述化学药液中的阻力，另一方面，在所述超薄晶圆105下沉到所述第二载板109后，可以比较容易将所述超薄晶圆105从所述第二载板109上分离下来，以避免分离过程中的碎片现象。
44.如图1～图4所示，本实施例还提供一种用于超薄晶圆105解键合的分离方法，所述分离方法基于如上所述的用于超薄晶圆105解键合的分离装置实现，所述分离方法包括步骤：
45.如图1～图2所示，首先进行步骤1)，将晶圆104键合于所述第一载板101，并对所述晶圆104进行背面工艺，获得键合于所述第一载板101的超薄晶圆105。
46.作为示例，对所述晶圆104进行的背面工艺包括：对所述晶圆104进行减薄以形成超薄晶圆105；对所述超薄晶圆105进行通孔刻蚀；对所述超薄晶圆105进行背面金属化；于所述超薄晶圆105背面形成切割道。
47.所述超薄晶圆105的衬底材料为inp及gaas中的一种，所述薄片晶圆的厚度为25微
米～75微米。在本实施例中，所述超薄晶圆105的衬底材料为inp，所述超薄晶圆105为完成了背面工艺的超薄晶圆105，所述背面工艺例如可以包括晶圆减薄、晶圆背面通孔刻蚀、晶圆背面金属化以及晶圆背面形成切割道等。
48.所述键合材料103包括键合胶及键合蜡中的一种，所述键合材料103的耐温大于180℃。在本实施例中，所述键合材料103为不溶于去胶液(去除光刻胶的腐蚀液或显影液等)，可溶于丙酮及n
‑
甲基吡咯烷酮中的一种。
49.所述第一载板101和所述第二载板109的材料选用为耐腐蚀性的材料，尤其是不与所述化学药液反应的材料，例如可以为蓝宝石、石英、碳化硅等。所述第一载板101的径向尺寸大于所述超薄晶圆105的径向尺寸。例如，可以将4英寸的晶圆键合于6英寸的第一载板101上。
50.所述第一通孔102的设置原则为一方面保证所述第一载板101与所述超薄晶圆105的键合强度，另一方面保证采用化学药液通过所述第一通孔102能较高效率地将键合材料103去除。所述第一通孔102等间距分布于所述第一载板101，以提高所述键合材料103能够较高效率的去除。在本实施例中，所述第一通孔102的孔径可以为0.5厘米～2厘米等，相邻两第一通孔102的间距可以为1厘米～5厘米等。
51.如图3所示，然后进行步骤2)，将所述第一载板101通过所述第一插槽107固定于所述分离腔106上，所述超薄晶圆105朝下放置。将所述第二载板109通过所述第二插槽108固定于所述分离腔106上。
52.如图4所示，然后进行步骤3)，将所述分离装置浸泡于化学药液，化学药液通过所述第一通孔102将所述键合材料103溶解去除，使所述超薄晶圆105与所述第一载板101分离并下沉至所述第二载板109上。
53.最后进行步骤4)，抽出载有所述超薄晶圆105的所述第二载板109，以完成所述超薄晶圆105的分离。
54.在本实施例中，在步骤4)之后还包括基于所述切割道对所述超薄晶圆105进行切割的步骤，例如，可以基于所述切割道，对所述超薄晶圆105进行机械切割或激光切割，获得多个独立的单元。
55.如上所述，本发明的用于超薄晶圆105解键合的分离装置及分离方法，具有以下有益效果：
56.本发明的用于超薄晶圆105解键合的分离装置，通过将晶圆键合于具有通孔的第一载板101上进行背面工艺，然后采用化学药液通过所述通孔去除键合材料103，使超薄晶圆105从第一载板101上剥离并下沉到其下方的第二载板109上，在下沉过程中，由于化学药液的阻力，可以使超薄晶圆105的下沉速度非常缓慢，并通过控制第一载板101和第二载板109的间距，保证超薄晶圆105下沉到第二载板109的过程中不会造成任何的损伤，从而大大提高了工艺稳定性和良率。本发明具有工艺简单、容易实现及成品率高的优点。
57.所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
58.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。