CN108242393B - 一种半导体器件的制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种半导体器件的制造方法，所述方法包括：提供器件晶圆，所述器件晶圆具有彼此相对的正面和背面；对所述器件晶圆的边缘部分进行处理，以形成可使胶黏剂易脱落的表面；提供支撑晶圆，通过胶黏剂将所述支撑晶圆和所述器件晶圆的正面进行临时键合；对所述器件晶圆的背面进行背面处理工艺；进行解键合，使所述器件晶圆和所述支撑晶圆分离。通过本发明的制造方法有效减少在键合过程中的胶黏剂对器件晶圆边缘部分斜的粘结力，从而避免解键合过程中造成的器件晶圆碎裂。
Description
技术领域
本发明涉及半导体制造领域，具体而言涉及一种半导体器件的制造方法。
背景技术
随着人们对电子产品小型化、高性能化的要求逐步提升，电子芯片朝向越来越薄的方向发展。针对半导体晶圆厚度在400微米或以下尺寸的加工，由于减薄后的晶圆移送和处理困难，通常采用临时键合和解键合工艺以辅助晶圆制造过程中的转移和处理。临时键合和解键合工艺中通常采用将具有器件结构的器件晶圆与支撑晶圆先进行键合粘为一体，再对晶圆进行减薄，TSV制造，重布线层等集成电路制造工艺形成内部电路互联，最后将晶圆与载片进行解键合分离，并对其进行后处理。
现有技术中，因键合晶圆的器件晶圆正面具有正面结构，在键合过程中常采用在特定条件下可迅速固化的液态有机材料作为胶黏剂涂覆于器件晶圆正面，以控制后续键合晶圆处理中的总厚度变异(TTL)。器件晶圆表面涂覆胶黏剂的过程中，无法避免对晶圆边缘产生包裹，如图1所示，支撑晶圆102与器件晶圆100之间的胶黏剂101对器件晶圆边缘斜面产生包裹。这个包裹导致胶黏剂在器件晶圆边缘粘结力较大，因而在解键合过程中，支撑晶圆与器件晶圆的分离过程中，以及后续采用去胶胶带对胶黏剂进行去除过程中发生晶圆边缘拉起而产生晶圆碎裂。
如何在半导体晶圆的临时键合的解键合的制造过程中，减少晶圆碎裂是半导体制造厂商长期关注的问题。
发明内容
在发明内容部分中引入了一系列简化形式的概念，这将在具体实施方式部分中进一步详细说明。本发明的发明内容部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。
为了在半导体晶圆的临时键合和解键合的制造过程中，减少晶圆碎裂，本发明提供了一种半导体器件的制造方法，所述方法包括：
提供器件晶圆，所述器件晶圆具有彼此相对的正面和背面；
对所述器件晶圆的边缘部分进行处理，以形成可使胶黏剂易脱落的表面；
提供支撑晶圆，通过胶黏剂将所述支撑晶圆和所述器件晶圆的正面进行临时键合；
对所述器件晶圆的背面进行背面处理工艺；
进行解键合，使所述器件晶圆和所述支撑晶圆分离。
示例性的，所述胶黏剂为亲水性胶黏剂，对所述器件晶圆的边缘部分进行疏水性处理。
示例性的，所述胶黏剂为疏水性胶黏剂，对所述器件晶圆的边缘部分进行亲水性处理。
示例性的，所述对器件晶圆的边缘部分进行处理包括在所述器件晶圆的边缘部分涂覆或沉积一层材料层，所述材料层为疏水性材料层。
示例性的，所述对器件晶圆的边缘部分进行处理包括在所述器件晶圆的边缘部分涂覆或沉积一层材料层，所述材料层为亲水性材料层
示例性的，所述对器件晶圆的边缘部分进行处理包括使用溶液浸泡所述器件晶圆的边缘部分以形成疏水性表面。
示例性的，所述对器件晶圆的边缘部分进行处理包括使用溶液浸泡所述器件晶圆的边缘部分以形成亲水性表面。
示例性的，所述背面处理工艺包括减薄工艺。
示例性的，所述减薄工艺采用研磨工艺。
示例性的，还包括在键合之前在所述支撑晶圆待键合的表面涂覆一层释放层的步骤。
示例性的，还包括在解键合之前对所述释放层进行处理释放所述释放层的步骤。
示例性的，所述支撑晶圆采用玻璃，所述释放层为光-热转化膜层，所述释放所述释放层的步骤采用激光处理。
示例性的，所述解键合步骤包括：
移除所述支撑晶圆；
在所述器件晶圆正面布置去胶胶带；
移除所述器件晶圆正面的所述去胶胶带，同时去除所述器件晶圆表面的胶黏剂。
根据本发明所描述的半导体器件的制造方法，通过在键合前对器件晶圆边缘部分进行处理，以形成可使胶黏剂易脱落的表面，从而减小键合胶黏剂对器件晶圆边缘部分的粘结力，从而减少解键合过程中因胶黏剂对器件晶圆边缘部分的粘结力过大而将边缘带起导致器件晶圆碎裂的现象。同时，本发明操作简单，处理位置远离晶圆有效区域，不会对晶圆产生任何损伤。
附图说明
本发明的下列附图在此作为本发明的一部分用于理解本发明。附图中示出了本发明的实施例及其描述，用来解释本发明的原理。
附图中：
图1为现有技术中键合晶圆的胶黏剂对器件晶圆的边缘的包裹示意图；
图2为现有技术中涉及键合与解键合过程的半导体器件的制造过程示意性流程图；
图3A～3H为本发明一个实施例中半导体器件的制造过程中相关步骤中形成的结构的剖视图；
图4为本发明一个实施例中半导体器件的制造过程示意性流程图；
图5A～5H为本发明另一个实施例中半导体器件的制造过程中相关步骤中形成的结构的剖视图。
具体实施方式
在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。
为了彻底理解本发明，将在下列的描述中提出详细的描述，以说明本发明所述半导体器件的制造方法。显然，本发明的施行并不限于半导体领域的技术人员所熟习的特殊细节。本发明的较佳实施例详细描述如下，然而除了这些详细描述外，本发明还可以具有其他实施方式。
应予以注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施例，而非意图限制根据本发明的示例性实施例。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式。此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在所述特征、整体、步骤、操作、元件和/或组件，但不排除存在或附加一个或多个其他特征、整体、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组合。
现在，将参照附图更详细地描述根据本发明的示例性实施例。然而，这些示例性实施例可以多种不同的形式来实施，并且不应当被解释为只限于这里所阐述的实施例。应当理解的是，提供这些实施例是为了使得本发明的公开彻底且完整，并且将这些示例性实施例的构思充分传达给本领域普通技术人员。在附图中，为了清楚起见，夸大了层和区域的厚度，并且使用相同的附图标记表示相同的元件，因而将省略对它们的描述。
下面将以绝缘栅双极性晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor，简称IGBT)制造过程中涉及到的为便于减薄后晶圆的传送而进行临时键合和解键合的工艺为具体实施例来解释本发明所涉及的原理。实施例以绝缘栅双极性晶体管制造过程为示例，其并不是要对本发明的技术方案进行限定，显然本发明的技术方案还可以应用于其它采用胶黏剂进行临时键合和解键合的工艺中。
在以绝缘栅双极性晶体管制造过程工艺中，出于降低能量损失及提高散热性等目的，往往需要对IGBT器件进行减薄至100um以下，同时在减薄后的晶圆上完成背面工艺。制造过程中因减薄造成的在后续半导体制成过程中的移送与搬运困难，为此，通常采用临时键合及解键合辅助处理晶圆。图2示出了现有技术中涉及键合与解键合过程的半导体器件的制造过程示意性流程图，首先执行步骤S201，提供器件晶圆，所述器件晶圆具有彼此相对的正面和背面；接着执行步骤S202，提供支撑晶圆，通过胶黏剂将所述支撑晶圆和所述器件晶圆的正面进行临时键合；接着执行步骤S203，对所述器件晶圆的背面进行减薄；接着执行步骤S204，器件晶圆背面其他工艺，形成电路互联；接着执行步骤S205，进行解键合，使所述器件晶圆和所述支撑晶圆分离。
在晶圆的临时键合和解键合过程中常采用胶黏剂涂覆于晶圆正面以处理器件晶圆表面因形成芯片导致的表面高低不同，从而形成器件晶圆表面的全面支撑，然后与支撑晶圆进行临时键合。由于胶黏剂的涂覆过程中，无法避免产生胶黏剂涂覆到晶圆边缘对晶圆边缘斜面有一个包裹，如图1所示，以致研磨工艺以后，对晶圆进行解键合的过程中，因为胶黏剂对晶圆边缘斜面的包裹导致边缘粘结力较大(超过2.5N/inch)，因而在解键合过程中，支撑晶圆与器件晶圆的分离过程中，以及后续采用去胶胶带对胶黏剂进行去除过程中发生晶圆边缘拉起而产生晶圆碎裂。
为了在半导体晶圆的临时键合和解键合的制造过程中，减少晶圆碎裂，本发明提供了一种半导体器件的制造方法，所述方法包括：
提供器件晶圆，所述器件晶圆具有彼此相对的正面和背面；
对所述器件晶圆的边缘部分进行处理，以形成可使胶黏剂易脱落的表面；
提供支撑晶圆，通过胶黏剂将所述支撑晶圆和所述器件晶圆的正面进行临时键合；
对所述器件晶圆的背面进行背面处理工艺；
进行解键合，使所述器件晶圆和所述支撑晶圆分离。
根据本发明所描述的半导体器件的制造方法，通过在键合前对器件晶圆边缘部分进行处理，以形成可使胶黏剂易脱落的表面，从而减小键合胶黏剂对器件晶圆边缘部分的粘结力，从而减少解键合过程中因胶黏剂对器件晶圆边缘部分的粘结力过大而将边缘带起导致器件晶圆碎裂的现象。同时，本发明操作简单，处理位置远离晶圆有效区域，不会对晶圆产生任何损伤。
实施例一
图3A～3H和图4示出了本发明的另一个实施例提出的一种半导体器件的制造方法，其中，图3A～3H为本发明实施例的半导体器件制造过程中相关步骤形成的结构的剖视图，图4为实施例中半导体器件的制造过程的示意性流程图。
首先执行步骤S1：提供器件晶圆，所述器件晶圆具有彼此相对的正面和背面；
如图3A所示，提供器件晶圆300，所述器件晶圆具有彼此相对的正面301和背面，所述衬底300可以为以下所提到的材料中的至少一种：硅、绝缘体上硅(SOI)、绝缘体上层叠硅(SSOI)、绝缘体上层叠锗化硅(S-SiGeOI)以及绝缘体上锗化硅(SiGeOI)等。进一步地，所述衬底还可以为N型衬底或P型衬底。还可以为N型轻掺杂衬底。示例性的，本实施例中，采用硅衬底。
在衬底中正面包含有构成各种器件结构的结构例如基区、发射区、栅极氧化层、栅极和发射极，所述器件可以为MOSFET器件，IGBT器件等。示例性的，本实施例中以IGBT器件为例进行进一步说明。
接着，执行步骤S2：对所述器件晶圆边缘部分进行处理，以形成可使胶黏剂易脱落的表面。
具体的，根据所选用的胶黏剂的类型，选择器件晶圆边缘部分进行处理。示例性的，选用亲水性胶黏剂时，对器件晶圆边缘部分进行疏水性处理；选用疏水性胶黏剂时，对器件晶圆边缘部分进行亲水性处理。因对器件晶圆边缘部分进行疏水性处理形成疏水性边缘斜面，使得键合过程中在器件晶圆边缘部分包裹的亲水性胶黏剂更容易脱落，从而减小键合胶黏剂对器件晶圆边缘部分的粘结力，从而减少解键合过程中因胶黏剂对器件晶圆边缘部分的粘结力过大而将边缘带起导致器件晶圆碎裂的现象；反之，因对器件边缘进行亲水性处理形成了亲水性边缘斜面，使得在器件晶圆键合过程中在器件晶圆边缘部分包裹的疏水性胶黏剂更容易脱落，从而减小键合胶黏剂对器件晶圆边缘部分的粘结力，从而减少解键合过程中因胶黏剂对器件晶圆边缘部分的粘结力过大而将边缘带起导致器件晶圆碎裂的现象。
示例性的，对所述器件晶圆边缘部分进行处理的方式采用在器件晶圆边缘部分涂覆或沉积一层材料层，所述材料层根据所选用的胶黏剂的性质不同而不同。具体的，选用亲水性胶黏剂时，在所述器件晶圆边缘部分涂覆或沉积一层疏水性材料层；选用疏水性胶黏剂时，在所述器件晶圆边缘部分涂覆或沉积一层亲水性材料层。
示例性的，选用亲水性胶黏剂，对器件晶圆边缘部分进行疏水性处理，所述疏水性处理的方法采用在器件晶圆边缘部分涂覆或沉积一层疏水性材料在器件晶圆边缘部分涂覆或沉积的疏水性材料可以是任何改变边缘区域特性为疏水性的材料，示例性的，采用氟硅烷材料涂覆于器件晶圆边缘部分或在器件边缘沉积一层氟碳聚合物以对器件晶圆边缘部分进行疏水性处理。所述涂覆方法可采用机械或手工或任何可将疏水性材料涂覆于器件晶圆边缘部分的方法，所述沉积方法可以采用等离子体沉积技术或任何可在器件晶圆边缘部分形成疏水性材料层的方法，所述涂覆和沉积方法为本领域技术人员所熟知的技术，在此不再赘述。
如图3B所示，示出了对器件晶圆边缘部分进行疏水性处理后的器件晶圆边缘部分的局部放大图。如图3B所示，器件晶圆300边缘有边缘斜面302，以对所述器件晶圆边缘部分进行疏水性处理，示例性的，在所述器件晶圆300的边缘斜面302上涂覆或沉积一层疏水性材料303，以形成器件晶圆边缘部分的疏水性斜面。在器件晶圆边缘部分斜面涂覆或沉积一层疏水性材料，形成晶圆边缘部分的疏水性特性，从而使得在后续键合过程中涂覆的胶黏剂对晶圆边缘部分的粘结力减小，进一步使得在后续晶圆解键合过程中，胶黏剂更容易从晶圆边缘部分脱落。对器件晶圆边缘部分进行疏水性处理的位置原理器件晶圆有效区，如距离边缘2～3mm，因而不会对器件晶圆上的器件造成任何损伤。
示例性的，对器件晶圆边缘部分进行疏水性处理，所述疏水性处理的方法采用在器件晶圆边缘部分涂覆或沉积一层疏水性材料，在器件晶圆边缘部分涂覆或沉积的疏水性材料可以是任何改变边缘区域特性为疏水性的材料，示例性的，采用聚乙烯醇材料涂覆于器件晶圆边缘部分。所述涂覆方法可采用机械或手工或任何可将疏水性材料涂覆于器件晶圆边缘部分的方法。
选用疏水性胶黏剂时采用在器件晶圆边缘部分涂覆或沉积一层亲水性材料层以形成可使胶黏剂易脱落的晶圆边缘部分，与选用亲水性胶黏剂时采用在器件晶圆边缘部分涂覆或沉积一层疏水性材料层以形成可使胶黏剂易脱落的晶圆边缘部分的原理相似，在此不再赘述。需要理解的是，本实施例选用在器件晶圆涂覆或沉积一层材料层的方式，对器件晶圆边缘部分进行疏水性处理为实施例并不是要对本发明进行限定，任何可形成使胶黏剂易脱落的器件晶圆边缘部分的处理方式均使用于本发明。
接着，执行步骤S3：提供支撑晶圆，通过胶黏剂将所述支撑晶圆和所述器件晶圆的正面进行临时键合，形成键合晶圆。
如图3C所示，示出了提供支撑晶圆和器件晶圆键合后的键合晶圆边缘部分的局部放大图。提供支撑晶圆306，进行临时键合，通过胶黏剂304将所述支撑晶圆306和所述器件晶圆的正面301进行临时键合，形成键合晶圆。具体地，所述支撑晶圆306可以为硅晶圆、玻璃或者陶瓷材料。用于对器件晶圆起支撑作用，便于对器件晶圆的背面进行操作。示例性的，本实施例中采用玻璃作为支撑晶圆，进行进一步说明。
示例性的，通过胶黏剂将所述支撑晶圆和所述器件晶圆的正面进行临时键合的步骤包括：将所述胶黏剂涂覆于所述器件晶圆的正面，以实现器件晶圆正面的全面平坦化；将所述涂覆有胶黏剂的器件晶圆与所述支撑晶圆待键合的表面进行键合。所述支撑晶圆待键合的表面和所述涂覆有胶黏剂的器件晶圆表面可形成稳定的键合界面以保证后续研磨过程中对器件晶圆的全面平衡支撑以及解键合过程中的稳定脱离。在所述采用胶黏剂涂覆于器件晶圆正面，是为了处理器件晶圆表面因形成芯片导致的表面高低不同，从而形成器件晶圆表面的全面平坦化，从而可与后续支撑晶圆进行键合。示例性的，所述支撑晶圆待键合的表面涂覆有一层释放层以形成可在键合过程中对器件晶圆全面平衡支撑以及后续解键合过程中支撑晶圆的稳定分离。
继续参看图3C，在所述器件晶圆表面301涂覆有胶黏剂304，所述支撑晶圆306表面涂覆有释放层305，将所述器件晶圆涂覆有胶黏剂304的面与所述支撑晶圆303涂覆有释放层305的面进行键合形成键合晶圆。所述胶黏剂304可以是但不限于是有机高分子材料或可紫外变性的可以形成表面平坦化并在特定条件下可迅速固化的液态有机材料，液态胶黏剂对总厚度变异(TTL)控制更佳，根据步骤S2中对器件晶圆边缘的处理形成的亲水性或疏水性的器件晶圆边缘部分，选择亲水性或疏水性的胶黏剂。示例性的，可选用的亲水性的胶黏剂有聚丙烯酰胺，聚丙烯酸等，可选用的疏水性的胶黏剂有全氢聚硅氮烷、聚四氟乙烯等。在所述支撑晶圆306表面涂覆的释放层304可在键合过程中对器件晶圆和支撑晶圆界面形成全面、平衡稳定的键合界面，进一步形成对器件晶圆的全面平衡支撑，在后续解键合过程中经过光、加热或化学处理后，通过释放层的分解变化使支撑晶圆与器件晶圆稳定分离，所述释放层可以为任何经过加热、光或化学处理后形成熔融或挥发性物质的材料。示例性的，在本实施例中采用玻璃作为支撑晶圆材料时，采用光-热转换膜作为涂覆在玻璃支撑晶圆待键合表面的释放层。需要理解的是，本实施例中采用胶黏剂和释放层将器件晶圆和支撑晶圆进行键合的步骤仅仅是示例性的，其他任何采用胶黏剂将器件晶圆和支撑晶圆键合的工艺都可以应用于本发明中。
继续参看图3C，通过胶黏剂304将所述支撑晶圆和器件晶圆正面进行临时键合。键合过程中，一般采用胶黏剂304涂覆于晶圆正面与支撑晶圆进行临时键合，由于胶黏剂的涂覆过程中无法避免产生胶黏剂涂覆到晶圆边缘部分对晶圆边缘部分斜面有一个包裹，在本发明中，由于在步骤S2中对器件晶圆边缘部分做了疏水性处理，胶黏剂将包裹于器件晶圆边缘部分疏水性斜面上。图3C示出了涂覆后位于晶圆边缘部分斜面处的胶黏剂对晶圆斜面包裹的局部放大示意图，胶黏剂304包裹于器件晶圆边缘部分斜面上，即包裹于器件晶圆边缘部分涂覆有疏水或亲水性材料的易使胶黏剂脱落的器件边缘部分的斜面上，从而大大减小胶黏剂304对晶圆边缘部分的粘结力。
接着，执行步骤4：对所述器件晶圆的背面进行背面处理工艺。
具体的，对所述器件晶圆的背面执行的背面处理工艺可以是减薄工艺、TSV工艺等其他任何可以形成集成电路互联结构的工艺。示例性的，本实施例中，对器件晶圆的背面执行减薄工艺。
如图3D所示，对所述器件晶圆的衬底层300背面进行减薄。在该步骤中，所述减薄方法可以选用本领域常用的方法，例如可以采用机械研磨、化学机械抛光(CMP)、化学腐蚀、等离子刻蚀等方法。示例性的，本实施例中采用晶圆研磨工艺对衬底层进行研磨减薄，晶圆研磨工艺研磨时仅研磨硅片中心部分，而在硅片边缘留3mm-5mm的区域不做研磨，从而在硅片边缘形成一个比器件硅片厚度要厚得多的支撑环307。晶圆研磨工艺因在器件晶圆边缘部分形成一个支撑环，从而使减薄后晶圆在后续的传送、制造和搬运过程中发生形变和破裂的情况进一步减小。晶圆研磨工艺后，在键合过程中产生的胶黏剂对晶圆边缘部分斜面302的包裹，成为对减薄后的器件晶圆边缘部分支撑环307边缘斜面继续包裹，如图3D所示，在现有技术中，胶黏剂对器件晶圆边缘部分的粘结力大，同时器件晶圆边缘部分支撑环厚而中部薄，从而更容易发生在解键合过程中，因边缘粘结力大而发生器件晶圆碎裂。在本发明中，胶黏剂304对支撑环307边缘斜面的包裹实际上是胶黏剂304包裹于边缘斜面上涂覆的材料之上，由于器件晶圆涂覆的材料形成易使胶黏剂脱落的斜面，从而使胶黏剂对边缘斜面的粘结力大大减小。
在研磨工艺后，基于键合晶圆的支撑作用，还可进一步根据需要在器件晶圆的背面执行半导体工艺，如TSV工艺等，形成其他互联结构。示例性的，在IGBT器件制程中，可进一步执行在器件晶圆背面形成集电区的工艺。在研磨工艺后，在器件晶圆背面执行工艺，本领域技术人员可根据需要和通用技术进行进一步拓展，并非本发明的发明点，在此不再赘述。
接着，执行步骤S5：进行解键合，使所述器件晶圆和所述支撑晶圆分离。
具体地，可采用本领域技术人员熟知的任何解键合的方法，分离器件晶圆和支撑晶圆，例如，通过光、热和化学反应等对键合晶圆进行处理，再机械分离器件晶圆和支撑晶圆。
示例性的，本实施例中解键合步骤包括：移除所述支撑晶圆；在所述移除支撑晶圆后的所述器件晶圆背面布置一层芯片去胶胶带；移除所述器件晶圆背面的芯片去胶胶带，以除去所述器件晶圆表面的胶黏剂。因在步骤S2中，对键合晶圆边缘部分进行处理，形成易使胶黏剂脱落的器件晶圆边缘部分，在采用胶黏剂将器件晶圆和支撑晶圆进行键合的过程中，胶黏剂包裹于器件晶圆边缘部分斜面之上，使得胶黏剂对器件晶圆边缘部分的粘结力减小，从而在移除支撑晶圆过程中，减少支撑晶圆与键合晶圆的边缘在分离过程中对器件晶圆边缘部分的损坏。更进一步，在后续采用去胶胶带对器件晶圆正面的胶黏剂去除的过程中，因器件晶圆边缘部分胶黏剂去除，减小了胶黏剂对器件晶圆边缘部分的粘结力，从而使去胶胶带在带起胶黏剂的过程中不至于将器件晶圆边缘部分拉起而产生晶圆碎裂。
示例性的，在键合过程中采用涂覆有释放层的支撑晶圆进行键合的过程，在解键合过程中还包括，对键合晶圆进行处理，以释放释放层的步骤。释放层在解键合过程中释放对器件晶圆和支撑晶圆之间产生张力，这种张力在晶圆界面间平衡均匀分布，可促进器件晶圆和支撑晶圆之间的稳定分离，可进一步减小在支撑晶圆移除过程中因胶黏剂对器件边缘粘结力大于中部而对器件晶圆可能造成损坏。
在本实施例中，采用光-热转化膜涂覆于玻璃支撑晶圆表面进行键合的过程，在解键合过程中，采用激光对键合晶圆进行处理释放释放层，再移除支撑晶圆并进行后续去除胶黏剂的步骤。具体过程，参看图3E～3H，首先对经边缘处理后的键合晶圆进行激光处理，如3E所示，所述激光处理可将支撑晶圆303表面的释放层进行分解释放。接着，移除支撑晶圆，如图3F所示，移除支撑晶圆后的器件晶圆正面301上还粘附有胶黏剂304。接着，在器件晶圆表面的胶黏剂上布置去胶胶带，用于去除器件晶圆正面上的胶黏剂，如图3G所述，在器件晶圆正面301表面的胶黏剂304上布置一层去胶胶带308。最后，去胶胶带308在去胶棒309的作用下从器件晶圆边缘部分开始撕开，同时带动胶粘剂从器件晶圆边缘部分脱离，如图3H所示，胶黏剂304粘结疏水性材料303在去胶胶带308的带动下从器件晶圆边缘部分开始脱离，从而使胶黏剂从器件晶圆上脱离。至此，器件晶圆和支撑晶圆之间的解键合工艺完成，器件晶圆不发生碎裂。需要理解的是，本实施例中采用移除器件晶圆后采用去胶棒和去胶胶带将胶黏剂从器件晶圆表面移除的方法进行器件晶圆和支撑晶圆进行解键合的步骤仅仅是示例性的，其他任何采用可将支撑晶圆、胶黏剂从器件晶圆表面脱离的方法均适用于本发明器件晶圆和支撑晶圆解键合的步骤。
在实际生产中，完成晶圆的键合和步骤之后，将对器件晶圆进行进一步处理，包括清洗，切割等工艺，这些工艺都是本领域技术人员所熟知的工艺，在此不再赘述。
实施例二
图4和图5A～5H示出了本发明的另一个实施例提出的一种半导体器件的制造方法，其中，图4为实施例中半导体器件的制造过程的示意性流程图，图5A～5H为本发明实施例的半导体器件制造过程中相关步骤形成的结构的剖视图。
本实施例与实施例一给出的实施方式基本相同，均包括以下步骤：S1：提供器件晶圆，所述器件晶圆具有彼此相对的正面和背面(参看图5A)；S2：对所述器件晶圆边缘部分进行处理，以形成可使胶黏剂易脱落的晶圆边缘部分(参看图5B)；S3：提供支撑晶圆，通过胶黏剂将所述支撑晶圆和所述器件晶圆的正面进行临时键合(参看图5C)；S4：对所述器件晶圆的背面进行背面工艺(参看图5D)；S5：进行解键合，使所述器件晶圆和所述支撑晶圆分离(参看图5E～5H)。两者的不同之处在于，本实施例在执行S2步骤，对器件晶圆边缘部分进行处理的方法采用溶液浸泡所述器件晶圆边缘部分以形成可使胶黏剂易脱落的晶圆边缘部分。
下面将具体描述本实施例所提出的一种半导体器件的制造方法。
首先执行步骤S1：提供器件晶圆，所述器件晶圆具有彼此相对的正面和背面；
如图5A所示，提供器件晶圆500，所述器件晶圆具有彼此相对的正面501和背面，所述衬底500可以为以下所提到的材料中的至少一种：硅、绝缘体上硅(SOI)、绝缘体上层叠硅(SSOI)、绝缘体上层叠锗化硅(S-SiGeOI)以及绝缘体上锗化硅(SiGeOI)等。进一步地，所述衬底还可以为N型衬底或P型衬底。还可以为N型轻掺杂衬底。示例性的，本实施例中，采用硅衬底。
在衬底中正面包含有构成各种器件结构的结构例如基区、发射区、栅极氧化层、栅极和发射极，所述器件可以为MOSFET器件，IGBT器件等。示例性的，本实施例中以IGBT器件为例进行进一步说明。
接着，执行步骤S2：对所述器件晶圆边缘部分进行处理，以形成可使胶黏剂易脱落的表面。
具体的，根据所选用的胶黏剂的类型，选择器件晶圆边缘部分进行处理。示例性的，选用亲水性胶黏剂时，对器件晶圆边缘部分进行疏水性处理；选用疏水性胶黏剂时，对器件晶圆边缘部分进行亲水性处理。因对器件晶圆边缘部分进行疏水性处理形成疏水性边缘斜面，使得键合过程中在器件晶圆边缘部分包裹的亲水性胶黏剂更容易脱落，从而减小键合胶黏剂对器件晶圆边缘部分的粘结力，从而减少解键合过程中因胶黏剂对器件晶圆边缘部分的粘结力过大而将边缘带起导致器件晶圆碎裂的现象；反之，因对器件边缘进行亲水性处理形成了亲水性边缘斜面，使得在器件晶圆键合过程中在器件晶圆边缘部分包裹的疏水性胶黏剂更容易脱落，从而减小键合胶黏剂对器件晶圆边缘部分的粘结力，从而减少解键合过程中因胶黏剂对器件晶圆边缘部分的粘结力过大而将边缘带起导致器件晶圆碎裂的现象。
示例性的，对所述器件晶圆边缘部分进行处理的方式使用溶液浸泡的方法以形成器件晶圆边缘部分不同性质的表面，所述浸泡的溶液根据所选用的胶黏剂的性质不同而不同。具体的，选用亲水性胶黏剂时，使用溶液浸泡所述器件晶圆的边缘部分以形成疏水性表面；选用疏水性胶黏剂时，使用溶液浸泡所述器件晶圆的边缘部分以形成亲水性表面。
示例性的，选用亲水性胶黏剂时，使用溶液浸泡所述器件晶圆的边缘部分以形成疏水性表面，从而形成使胶黏剂易脱落的器件晶圆边缘部分。示例性的，采用氢氟酸溶液浸泡器件晶圆边缘部分以形成疏水性表面，从而形成使胶黏剂易脱落的器件晶圆边缘部分。采用氢氟酸溶液对器件晶圆边缘部分区域进行处理，可去除器件晶圆边缘部分表面的自然氧化层，从而形成疏水性表面。所发生的化学反应为：
Si-O-Si+HF→F-Si+Si-OH
如图5B所示，示出了采用氢氟酸处理后的器件晶圆边缘部分区域斜面后的局部放大图。采用氢氟酸处理后的器件晶圆边缘部分由原始亲水性Si-O键变为疏水性Si-F键，从而使器件晶圆边缘部分变为疏水性，其中图5B中503标示器件晶圆边缘部分斜面502上形成的疏水性Si-F键，从而边缘斜面502成为疏水性斜面。本实施例采用氢氟酸对器件晶圆边缘部分进行疏水性处理并不是要对疏水性处理的方式进行限定。任何可用来对器件晶圆边缘部分进行疏水性处理的溶液均可应用于本发明中。
示例性的，本实施例选用疏水性胶黏剂，使用溶液浸泡所述器件晶圆的边缘部分以形成亲水性表面，从而形成使胶黏剂易脱落的器件晶圆边缘部分。示例性的，采用浓H2SO4和H2O2的混合溶液浸泡所述器件晶圆的边缘部分以形成亲水性表面，从而形成使胶黏剂易脱落的器件晶圆边缘部分。采用浓H2SO4和H2O2的混合溶液浸泡所述器件晶圆的边缘部分后可在器件晶圆边缘部分形成SiOx过渡层，从而获得Si-O键，从而使器件晶圆边缘部分变为亲水性。
选用亲水性胶黏剂时采用使用溶液浸泡所述器件晶圆的边缘部分以形成疏水性表面，与选用疏水性胶黏剂时采用使用溶液浸泡所述器件晶圆的边缘部分以形成亲水性表面，从而形成使胶黏剂易脱落的器件晶圆边缘部分的原理相似，在此不在赘述。需要理解的是，本实施例选用使用溶液浸泡所述器件晶圆的边缘部分以形成使胶黏剂易脱落的器件晶圆边缘部分为实施例并不是要对本发明进行限定，任何可形成使胶黏剂易脱落的器件晶圆边缘部分的处理方式均使用于本发明。
接着，执行S3步骤，提供支撑晶圆，通过胶黏剂将所述支撑晶圆和所述器件晶圆的正面进行临时键合，形成键合晶圆。
参看图5C，采用胶黏剂504对支撑晶圆506和器件晶圆500进行键合。过程中，胶黏剂对器件晶圆边缘部分的经处理后的形成的胶黏剂易脱落的表面粘结力大大减小，从而减小减少解键合过程中因胶黏剂对器件晶圆边缘部分的粘结力过大而将边缘带起导致器件晶圆碎裂的现象。
具体地，所述支撑晶圆506可以为硅晶圆、玻璃或者陶瓷材料。用于对器件晶圆起支撑作用，便于对器件晶圆的背面进行操作。示例性的，本实施例中采用玻璃作为支撑晶圆，进行进一步说明。
示例性的，通过胶黏剂将所述支撑晶圆和所述器件晶圆的正面进行临时键合的步骤包括：将所述胶黏剂涂覆于所述器件晶圆的正面，以实现器件晶圆正面的全面平坦化；将所述涂覆有胶黏剂的器件晶圆与所述支撑晶圆待键合的表面进行键合。所述支撑晶圆待键合的表面和所述涂覆有胶黏剂的器件晶圆表面可形成稳定的键合界面以保证后续研磨过程中对器件晶圆的全面平衡支撑以及解键合过程中的稳定脱离。在所述采用胶黏剂涂覆于器件晶圆正面，是为了处理器件晶圆表面因形成芯片导致的表面高低不同，从而形成器件晶圆表面的全面平坦化，从而可与后续支撑晶圆进行键合。示例性的，所述支撑晶圆待键合的表面涂覆有一层释放层以形成可在键合过程中对器件晶圆全面平衡支撑以及后续解键合过程中支撑晶圆的稳定分离。
继续参看图5C，在所述器件晶圆500表面涂覆有胶黏剂504，所述支撑晶圆506表面涂覆有释放层505，将所述器件晶圆涂覆有胶黏剂504的面与所述支撑晶圆506涂覆有释放层505的面进行键合形成键合晶圆。所述胶黏剂504可以是但不限于是有机高分子材料或可紫外变性的可以形成表面平坦化并在特定条件下可迅速固化的液态有机材料，液态胶黏剂对总厚度变异(TTL)控制更佳，根据步骤S2中对器件晶圆边缘的处理形成的亲水性或疏水性的器件晶圆边缘部分，选择亲水性或疏水性的胶黏剂。示例性的，可选用的亲水性的胶黏剂有聚丙烯酰胺，聚丙烯酸等，可选用的疏水性的胶黏剂有全氢聚硅氮烷、聚四氟乙烯等。在所述支撑晶圆506表面涂覆的释放层504可在键合过程中对器件晶圆和支撑晶圆界面形成全面、平衡稳定的键合界面，进一步形成对器件晶圆的全面平衡支撑，在后续解键合过程中经过光、加热或化学处理后，通过释放层的分解变化使支撑晶圆与器件晶圆稳定分离，所述释放层可以为任何经过加热、光或化学处理后形成熔融或挥发性物质的材料。示例性的，在本实施例中采用玻璃作为支撑晶圆材料时，采用光-热转换膜作为涂覆在玻璃支撑晶圆待键合表面的释放层。需要理解的是，本实施例中采用胶黏剂和释放层将器件晶圆和支撑晶圆进行键合的步骤仅仅是示例性的，其他任何采用胶黏剂将器件晶圆和支撑晶圆键合的工艺都可以应用于本发明中。
继续参看图5C，通过胶黏剂504将所述支撑晶圆和器件晶圆正面进行临时键合。键合过程中，一般采用胶黏剂504涂覆于晶圆正面与支撑晶圆进行临时键合，由于胶黏剂的涂覆过程中无法避免产生胶黏剂涂覆到晶圆边缘部分对晶圆边缘部分斜面有一个包裹，在本发明中，由于在步骤S2中对器件晶圆边缘部分做了疏水性处理，胶黏剂将包裹于器件晶圆边缘部分疏水性斜面上。图5C示出了涂覆后位于晶圆边缘部分斜面处的胶黏剂对晶圆斜面包裹的局部放大示意图，胶黏剂504包裹于器件晶圆边缘部分斜面上，即包裹于器件晶圆边缘部分进行了疏水或亲水性处理后的的易使胶黏剂脱落的器件边缘部分的斜面上，从而大大减小胶黏剂504对晶圆边缘部分的粘结力。
接着，对所述对所述器件晶圆的背面进行背面工艺。
具体的，对所述器件晶圆的背面执行的背面处理工艺可以是减薄工艺、TSV工艺等其他任何可以形成集成电路互联结构的工艺。示例性的，本实施例中，对器件晶圆的背面执行减薄工艺。
如图5D所示，对所述器件晶圆的衬底层500背面进行减薄。在该步骤中，所述减薄方法可以选用本领域常用的方法，例如可以采用机械研磨、化学机械抛光(CMP)、化学腐蚀、等离子刻蚀等方法。示例性的，本实施例中采用晶圆研磨工艺对衬底层进行研磨减薄，晶圆研磨工艺研磨时仅研磨硅片中心部分，而在硅片边缘留3mm-5mm的区域不做研磨，从而在硅片边缘形成一个比器件硅片厚度要厚得多的支撑环507。晶圆研磨工艺因在器件晶圆边缘部分形成一个支撑环，从而使减薄后晶圆在后续的传送、制造和搬运过程中发生形变和破裂的情况进一步减小。晶圆研磨工艺后，在键合过程中产生的胶黏剂对晶圆边缘部分斜面502的包裹，成为对减薄后的器件晶圆边缘部分支撑环507边缘斜面继续包裹，如图5D所示。在现有技术中，胶黏剂对器件晶圆边缘部分的粘结力大，同时器件晶圆边缘部分支撑环厚而中部薄，从而更容易发生在解键合过程中，因边缘粘结力大而发生器件晶圆碎裂。在本发明中，胶黏剂504对支撑环507边缘斜面的包裹实际上是胶黏剂504包裹于进行了疏水性或亲水性处理的器件晶圆边缘斜面上，由于器件晶圆边缘进行了疏水性或亲水性处理形成易使胶黏剂脱落的斜面，从而使胶黏剂对边缘斜面的粘结力大大减小。
在研磨工艺后，基于键合晶圆的支撑作用，还可进一步根据需要在器件晶圆的背面执行半导体工艺，如TSV工艺等，形成其他互联结构。示例性的，在IGBT器件制程中，可进一步执行在器件晶圆背面形成集电区的工艺。在研磨工艺后，在器件晶圆背面执行工艺，本领域技术人员可根据需要和通用技术进行进一步拓展，并非本发明的发明点，在此不再赘述。
接着，执行步骤S5：进行解键合，使所述器件晶圆和所述支撑晶圆分离。
具体地，可采用本领域技术人员熟知的任何解键合的方法，分离器件晶圆和支撑晶圆，例如，通过光、热和化学反应等对键合晶圆进行处理，再机械分离器件晶圆和支撑晶圆。
示例性的，本实施例中解键合步骤包括：移除所述支撑晶圆；在所述移除支撑晶圆后的所述器件晶圆背面布置一层芯片去胶胶带；移除所述器件晶圆背面的芯片去胶胶带，以除去所述器件晶圆表面的胶黏剂。因在步骤S2中，对键合晶圆边缘部分进行处理，形成易使胶黏剂脱落的器件晶圆边缘部分，在采用胶黏剂将器件晶圆和支撑晶圆进行键合的过程中，胶黏剂包裹于器件晶圆边缘部分斜面之上，使得胶黏剂对器件晶圆边缘部分的粘结力减小，从而在移除支撑晶圆过程中，减少支撑晶圆与键合晶圆的边缘在分离过程中对器件晶圆边缘部分的损坏。更进一步，在后续采用去胶胶带对器件晶圆正面的胶黏剂去除的过程中，因器件晶圆边缘部分胶黏剂去除，减小了胶黏剂对器件晶圆边缘部分的粘结力，从而使去胶胶带在带起胶黏剂的过程中不至于将器件晶圆边缘部分拉起而产生晶圆碎裂。
示例性的，在键合过程中采用涂覆有释放层的支撑晶圆进行键合的过程，在解键合过程中还包括，对键合晶圆进行处理，以释放释放层的步骤。释放层在解键合过程中释放对器件晶圆和支撑晶圆之间产生张力，这种张力在晶圆界面间平衡均匀分布，可促进器件晶圆和支撑晶圆之间的稳定分离，可进一步减小在支撑晶圆移除过程中因胶黏剂对器件边缘粘结力大于中部而对器件晶圆可能造成损坏。
在本实施例中，采用光-热转化膜涂覆于玻璃支撑晶圆表面进行键合的过程，在解键合过程中，采用激光对键合晶圆进行处理释放释放层，再移除支撑晶圆并进行后续去除胶黏剂的步骤。具体过程，参看图5E～5H，首先对经边缘处理后的键合晶圆进行激光处理，如5E所示，所述激光处理可将支撑晶圆503表面的释放层进行分解释放。接着，移除支撑晶圆，如图5F所示，移除支撑晶圆后的器件晶圆正面501上还粘附有胶黏剂504。接着，在器件晶圆表面的胶黏剂上布置去胶胶带，用于去除器件晶圆正面上的胶黏剂，如图5G所述，在器件晶圆正面501表面的胶黏剂504上布置一层去胶胶带508。最后，去胶胶带508在去胶棒509的作用下从器件晶圆边缘部分开始撕开，同时带动胶粘剂从器件晶圆边缘部分脱离，如图5H所示，胶黏剂504在去胶胶带508的带动下从器件晶圆边缘部分开始脱离，从而使胶黏剂从器件晶圆上脱离。至此，器件晶圆和支撑晶圆之间的解键合工艺完成，器件晶圆不发生碎裂。需要理解的是，本实施例中采用移除器件晶圆后采用去胶棒和去胶胶带将胶黏剂从器件晶圆表面移除的方法进行器件晶圆和支撑晶圆进行解键合的步骤仅仅是示例性的，其他任何采用可将支撑晶圆、胶黏剂从器件晶圆表面脱离的方法均适用于本发明器件晶圆和支撑晶圆解键合的步骤。
在实际生产中，完成晶圆的键合和步骤之后，将对器件晶圆进行进一步处理，包括清洗，切割等工艺，这些工艺都是本领域技术人员所熟知的工艺，在此不再赘述。
综上所述，根据本发明所描述的半导体器件的制造方法，通过在键合前对器件晶圆边缘部分进行处理，以形成可使胶黏剂易脱落的表面，从而减小键合胶黏剂对器件晶圆边缘部分的粘结力，从而减少解键合过程中因胶黏剂对器件晶圆边缘部分的粘结力过大而将边缘带起导致器件晶圆碎裂的现象。同时，本发明操作简单，处理位置远离晶圆有效区域，不会对晶圆产生任何损伤。
本发明已经通过上述实施例进行了说明，但应当理解的是，上述实施例只是用于举例和说明的目的，而非意在将本发明限制于所描述的实施例范围内。此外本领域技术人员可以理解的是，本发明并不局限于上述实施例，根据本发明的教导还可以做出更多种的变型和修改，这些变型和修改均落在本发明所要求保护的范围以内。本发明的保护范围由附属的权利要求书及其等效范围所界定。
Claims (9)
1.一种半导体器件的制造方法，其特征在于，所述方法包括：
提供器件晶圆，所述器件晶圆具有彼此相对的正面和背面；
对所述器件晶圆的边缘部分进行处理，以形成可使胶黏剂易脱落的表面，以减少所述胶黏剂对所述器件晶圆的边缘部分的粘结力；
提供支撑晶圆，通过胶黏剂将所述支撑晶圆和所述器件晶圆的正面进行临时键合；
对所述器件晶圆的背面进行背面处理工艺；
进行解键合，使所述器件晶圆和所述支撑晶圆分离；其中，所述胶黏剂为疏水性胶黏剂，对所述器件晶圆的边缘部分进行亲水性处理。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对器件晶圆的边缘部分进行处理包括在所述器件晶圆的边缘部分涂覆或沉积一层材料层，所述材料层为亲水性材料层。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对器件晶圆的边缘部分进行处理包括使用溶液浸泡所述器件晶圆的边缘部分以形成亲水性表面。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述背面处理工艺包括减薄工艺。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述减薄工艺采用研磨工艺。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括在键合之前在所述支撑晶圆待键合的表面涂覆一层释放层的步骤。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，还包括在解键合之前对所述释放层进行处理释放所述释放层的步骤。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述支撑晶圆采用玻璃，所述释放层为光-热转化膜层，所述释放所述释放层的步骤采用激光处理。
9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述解键合步骤包括：
移除所述支撑晶圆；
在所述器件晶圆正面布置去胶胶带；
移除所述器件晶圆正面的所述去胶胶带，同时去除所述器件晶圆表面的胶黏剂。
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