晶圆键合衬底减薄方法

摘要

本发明提供了一种晶圆键合衬底减薄方法，涉及半导体产品制备的技术领域，晶圆键合衬底减薄方法包括步骤：提供一衬底和一晶圆，所述衬底具有与晶圆贴合的圆形的端面；在端面上粘贴环形的吸蜡滤纸，所述吸蜡滤纸与端面同轴，且所述吸蜡滤纸的外径小于端面的直径，所述吸蜡滤纸与端面外沿之间形成复合蜡区；将衬底加热至第一温度范围内，将第一蜡施蜡于复合蜡区，并固化第一蜡；将衬底加热至第二温度范围内，且第二温度范围的最高温度小于第一温度范围的最低温度；在吸蜡滤纸的环内加入液态的第二蜡，并以第一转速转动衬底，从而使第二蜡由内向外流动并覆盖复合蜡区的第一蜡膜，固化第二蜡，第二蜡的熔点低于第一蜡的熔点。

权利要求

1.一种晶圆键合衬底减薄方法，其特征在于，包括步骤：

步骤S1.提供一衬底（5）和一晶圆，所述衬底（5）具有与晶圆贴合的圆形的端面；

步骤S2.在端面上粘贴环形的吸蜡滤纸（1），所述吸蜡滤纸（1）与端面同轴，且所述吸蜡滤纸（1）的外径小于端面的直径，所述吸蜡滤纸（1）与端面外沿之间形成复合蜡区（2）；

步骤S3.将衬底（5）加热至第一温度范围内，将第一蜡施蜡于复合蜡区（2），并固化第一蜡以形成第一蜡膜（3）；

步骤S4. 将衬底（5）的温度调节至第二温度范围，且第二温度范围的最高温度小于第一温度范围的最低温度；在吸蜡滤纸（1）的环内加入液态的第二蜡，并以第一转速转动衬底（5），从而使第二蜡由内向外流动并覆盖复合蜡区（2）的第一蜡膜（3），固化第二蜡以形成第二蜡膜（4），第二蜡的熔点低于第一蜡的熔点；

步骤S5.衬底（5）与晶圆真空烘烤键合；

步骤S6.减薄晶圆。

2.根据权利要求1所述的晶圆键合衬底减薄方法，其特征在于，所述将第一蜡施蜡于复合蜡区（2）的步骤具体为：通过喷嘴（6）喷涂的方式将液态的第一蜡施蜡在复合蜡区（2）上，然后以第二转速旋转衬底（5），所述第二转速小于第一转速。

3.根据权利要求2所述的晶圆键合衬底减薄方法，其特征在于，所述第二转速的取值范围为300r/min‑550r/min。

4.根据权利要求2所述的晶圆键合衬底减薄方法，其特征在于，所述喷嘴（6）的喷射压力为4.5‑5.0atm，所述喷嘴（6）到端面的距离为小于1.5mm，所述喷嘴（6）呈扁平状，且其喷射出口的宽度为2.0‑2.5mm。

5.根据权利要求1所述的晶圆键合衬底减薄方法，其特征在于，所述第一蜡膜（3）的厚度为蜡层总厚度的30%‑50%。

6.根据权利要求1所述的晶圆键合衬底减薄方法，其特征在于，所述第一蜡的材料为聚乙烯蜡，所述第一温度范围为140℃‑170℃。

7.根据权利要求1所述的晶圆键合衬底减薄方法，其特征在于，所述吸蜡滤纸（1）的下表面通过第一蜡相同的材料与端面连接。

8. 根据权利要求7所述的晶圆键合衬底减薄方法，其特征在于，所述吸蜡滤纸（1）的上表面与端面之间的距离为0.2 mm ‑0.3mm；所述端面的直径大于6英寸，所述吸蜡滤纸（1）的内外半径差为1cm‑2cm。

9. 根据权利要求1所述的晶圆键合衬底减薄方法，其特征在于，所述第二蜡的材料为酚醛树脂型蜡，所述第二温度范围为75℃‑95℃，所述第一转速的取值范围为1800 r/min ‑

3900r/min。

10.根据权利要求1所述的晶圆键合衬底减薄方法，其特征在于，所述步骤S5中，真空度控制在0.9mBar以下，温度为100℃‑120℃，施加0.2‑0.3MPa压力进行烘烤去除第一蜡膜（3）和第二蜡膜（4）中有机挥发物。

说明书

晶圆键合衬底减薄方法

技术领域

[0001] 本发明涉及半导体产品制备技术领域，尤其是涉及一种晶圆键合衬底减薄方法。

背景技术

[0002] 晶圆键合蓝宝石衬底减薄工艺过程中，需将晶圆和蓝宝石衬底之间施加蜡层进行贴片工艺。

[0003] 施蜡过程中通常采用蜡旋转涂覆工艺，蜡旋转涂覆时随着离心力的作用蜡膜由内向外铺开，容易在晶圆边缘形成蜡膜堆积，外高内低的凹型蜡膜，蜡层不均匀分布，贴覆后形成边缘突起，磨削、抛光加工完成后则晶圆出现边缘较薄、晶圆边缘破裂等缺陷。

发明内容

[0004] 本发明的目的在于提供一种晶圆键合衬底减薄方法，以缓解现有的施蜡过程中，容易在晶圆边缘形成蜡膜堆积，造成贴覆后边缘突起，导致减薄后晶圆出现边缘较薄、晶圆边缘破裂等技术问题。

[0005] 本发明实施例提供的一种晶圆键合衬底减薄方法，包括步骤：

[0006] 步骤S1.提供一衬底和一晶圆，所述衬底具有与晶圆贴合的圆形的端面；

[0007] 步骤S2.在端面上粘贴环形的吸蜡滤纸，所述吸蜡滤纸与端面同轴，且所述吸蜡滤纸的外径小于端面的直径，所述吸蜡滤纸与端面外沿之间形成复合蜡区；

[0008] 步骤S3.将衬底加热至第一温度范围内，将第一蜡施蜡于复合蜡区，并固化第一蜡以形成第一蜡膜；

[0009] 步骤S4. 将衬底的温度调节至第二温度范围，且第二温度范围的最高温度小于第一温度范围的最低温度；在吸蜡滤纸的环内加入液态的第二蜡，并以第一转速转动衬底，从而使第二蜡由内向外流动并覆盖复合蜡区的第一蜡膜，固化第二蜡，第二蜡的熔点低于第一蜡的熔点；

[0010] 步骤S5.衬底与晶圆真空烘烤键合；

[0011] 步骤S6.减薄晶圆。

[0012] 进一步的，所述将第一蜡施蜡于复合蜡区的步骤具体为：

[0013] 通过喷嘴喷涂的方式将液态的第一蜡施蜡在复合蜡区上，然后以第二转速旋转衬底，所述第二转速小于第一转速。

[0014] 进一步的，所述第二转速的取值范围为300r/min‑550r/min。

[0015] 进一步的，所述喷嘴的喷射压力为4.5‑5.0atm，所述喷嘴到端面的距离为小于1.5mm，所述喷嘴呈扁平状，且其喷射出口的宽度为2.0‑2.5mm。

[0016] 进一步的，所述第一蜡膜的厚度为蜡层总厚度的30%‑50%。

[0017] 进一步的，所述第一蜡的材料为聚乙烯蜡，所述第一温度范围为140℃‑170℃。

[0018] 进一步的，所述吸蜡滤纸的下表面通过第一蜡与端面连接。

[0019] 进一步的，所述吸蜡滤纸的上表面与端面之间的距离为0.2 mm‑0.3mm；所述端面的直径大于6英寸，所述吸蜡滤纸的内外半径差为1cm‑2cm。

[0020] 进一步的，所述第二蜡的材料为酚醛树脂型蜡，所述第二温度范围为75℃‑95℃，所述第一转速的取值范围为1800 r/min ‑3900r/min。

[0021] 进一步的，所述步骤S5中，真空度控制在0.9mBar以下，温度为100℃‑120℃，施加0.2‑0.3MPa压力进行烘烤去除第一蜡膜和第二蜡膜中有机挥发物。

[0022] 本发明实施例提供的一种晶圆键合衬底减薄方法，包括步骤：步骤S1.提供一衬底和一晶圆，所述衬底具有与晶圆贴合的圆形的端面；步骤S2.在端面上粘贴环形的吸蜡滤纸，所述吸蜡滤纸与端面同轴，且所述吸蜡滤纸的外径小于端面的直径，所述吸蜡滤纸与端面外沿之间形成复合蜡区；步骤S3.将衬底加热至第一温度范围内，将第一蜡施蜡于复合蜡区，并固化第一蜡以形成第一蜡膜；步骤S4. 将衬底的温度调节至第二温度范围，且第二温度范围的最高温度小于第一温度范围的最低温度；在吸蜡滤纸的环内加入液态的第二蜡，并以第一转速转动衬底，从而使第二蜡由内向外流动并覆盖复合蜡区的第一蜡膜，固化第二蜡以形成第二蜡膜，第二蜡的熔点低于第一蜡的熔点；步骤S5.衬底与晶圆真空烘烤键合；步骤S6.减薄晶圆。为了避免晶圆边缘形成蜡膜堆积，膜层不均匀性的问题，本方案中，在端面上设置吸蜡滤纸，并在复合蜡区上制备第一蜡膜，第一蜡膜可以在端面上形成一个阶梯结构。具有一定厚度的吸蜡滤纸在第二蜡施加成膜过程中，具有吸收第二蜡以及增加第二蜡向衬底外边缘流动的阻力。同时，第一蜡膜形成的阶梯结构同样可以增加第二蜡朝向衬底外边缘流动的阻力，使第二蜡在离心运动时受到一定阻力，从而使第二蜡在复合蜡区、吸蜡滤纸表面、吸蜡滤纸的环内等不同区域具有不同的流动速率和流动能力，尤其是增加在吸蜡滤纸的环内留存时间以及留存量，提高中心区域成膜厚度，增加复合蜡区、吸蜡滤纸表面的第二蜡流动阻力，减少复合蜡区等边缘区域膜厚增加的趋势，从而避免晶圆边缘形成蜡膜堆积，显著改善膜层的不均匀性问题。

附图说明

[0023] 为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

[0024] 图1为本发明实施例提供的晶圆键合衬底减薄方法的步骤S2的侧视图；

[0025] 图2为本发明实施例提供的晶圆键合衬底减薄方法的步骤S2的衬底的俯视图；

[0026] 图3为本发明实施例提供的晶圆键合衬底减薄方法的步骤S3的侧视图；

[0027] 图4为本发明实施例提供的晶圆键合衬底减薄方法的步骤S4的侧视图。

[0028] 图标：1‑吸蜡滤纸；2‑复合蜡区；3‑第一蜡膜；4‑第二蜡膜；5‑衬底；6‑喷嘴。

具体实施方式

[0029] 下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

[0030] 图1‑图4仅为示意图，第一蜡、第二蜡和吸蜡滤纸之间画有明显的分界线，而实际中，吸蜡滤纸具有吸蜡功能，因此，吸蜡滤纸分别与第一蜡和第二蜡之间不存在明显的分界线。

[0031] 本发明实施例提供的晶圆键合衬底减薄方法，包括步骤：

[0032] 步骤S1.提供一衬底5和一晶圆，所述衬底5具有与晶圆贴合的圆形的端面。

[0033] 衬底5的材料可以为蓝宝石，衬底5与晶圆结合时，可以先对衬底5的端面进行施蜡，从而形成蜡层。

[0034] 步骤S2.在端面上粘贴环形的吸蜡滤纸1，所述吸蜡滤纸1与端面同轴，且所述吸蜡滤纸1的外径小于端面的直径，所述吸蜡滤纸1与端面外沿之间形成复合蜡区2。

[0035] 如图1和图2所示，吸蜡滤纸1呈环状，吸蜡滤纸1的外边沿与端面的外边沿之间具有间隙，为后续施加第一蜡做准备。吸蜡滤纸1与端面之间可以常用的胶合剂进行连接，而本实施例中，可以利用第一蜡进行粘贴连接，因此，可以尽量减少其他材料的引入，并且在后续的晶圆与衬底5分离时，通过加热的方式可以将吸蜡滤纸1去除，方便不留痕。

[0036] 进一步的，所述吸蜡滤纸1的上表面与端面之间的距离为0.2 mm ‑0.3mm；所述端面的直径可以为6英寸，所述吸蜡滤纸1的内外半径差为1cm‑2cm。

[0037] 步骤S3.将衬底5加热至第一温度范围内，将第一蜡施蜡于复合蜡区2，并固化第一蜡以形成第一蜡膜3。

[0038] 如图3所示，第一蜡的材料可以为聚乙烯蜡，又称高分子蜡，其熔点随分子量变化，本实施例中选择熔点为96°C ‑115°C的聚乙烯蜡，黏度（CPS140℃）为120‑300cps。施蜡前，将衬底5加热至140℃以上，优选140℃‑170℃。可以通过旋转衬底5并喷涂第一蜡的方式，在环形的复合蜡区2上完成施蜡。具体的，在该步骤中，利用喷嘴6喷射液态的第一蜡，然后，以300r/min‑550r/min的转速旋转衬底5。为了使第一蜡布满复合蜡区2，可以将一部分第一蜡喷涂到吸蜡滤纸1上。所述喷嘴6的喷射压力为4.5‑5.0atm，所述喷嘴6到端面的竖向距离小于1.5mm，所述喷嘴6呈扁平状，且其喷射出口的宽度为2.0‑2.5mm，喷嘴6的径向移动速度可以为1.1‑1.4cm/s，从而覆盖复合蜡区2。喷涂一定时间后，预计第一蜡的厚度为蜡层总厚度的30%‑50%时，停止喷涂，停止加热后固化第一蜡，从而使第一蜡冷却成第一蜡膜3，此时第一蜡膜3的顶面高于吸蜡滤纸1的顶面。

[0039] 为了避免旋转速度过高导致边缘处第一蜡少或缺失，以及实现不同蜡的良好复合等问题，可以先喷涂聚乙烯蜡，然后低速旋转衬底形成第一蜡膜，或者在衬底低速旋转的状态下喷涂聚乙烯蜡，然后再高速旋转形成第一蜡膜3。由于旋转速度低（300r/min‑550r/min），第一蜡膜表面的光滑程度较低，与第二蜡之间提供更大的结合面积，第一蜡膜3和第二蜡结合成一体，可避免第二蜡易于脱离衬底5等问题，实现第二蜡与第一蜡膜3的良好结合以及避免衬底5边缘蜡层的缺失，提高膜层均匀性。

[0040] 吸蜡滤纸1的上表面与端面之间的距离，即吸蜡滤纸1的高度的取值范围可以为0.2‑0.3mm。高度过高，第二蜡越过吸蜡滤纸1与第一蜡膜复合难度增大，导致不均匀成膜；
而吸蜡滤纸1的厚度过低，提供阻力过小，失去吸收第二蜡，并调整第二蜡流动能力的效果。

[0041] 针对熔点为96°C‑115°C的聚乙烯蜡（第一蜡），衬底5加热至140℃以上，优选140‑170℃，聚乙烯蜡流动性更好，温度过高，聚乙烯蜡流动性过高，导致边缘出现蜡缺失、膜层过厚等问题；温度过低，聚乙烯蜡流动性欠佳，涂覆效果不好。

[0042] 在制备第一蜡膜3时，如果采用单独喷涂施蜡，涂覆不均匀，而采用单独旋转施蜡不能实现局部环形施蜡，由此，本实施例中，采用喷涂后低速旋转衬底5匀蜡的复合施蜡方式，可实现局部区域的精确均匀施加设定厚度的第一蜡。该步骤中，以转速300‑550r/min旋转施蜡，旋转速度过高，聚乙烯蜡边缘厚度变厚，不均匀性增加；旋转速度过低，喷涂的聚乙烯蜡无法铺展。

[0043] 固化后的第一蜡的厚度为用于键合的蜡层总厚度的30%‑50%，低于上述厚度，第一蜡不易实现局部涂覆；高于上述厚度，第一蜡低速涂覆时表面不均匀，厚度过高，无法通过第二蜡覆盖完全弥补涂覆不均匀，导致蜡层总体均匀性降低。

[0044] 喷涂过程中，通过增大压缩空气压力，短距离（距离为小于1.5mm）以及适应环形喷涂的小喷嘴6喷涂，可尽量避免第一蜡喷涂的不均匀性，提高与衬底5的结合程度。

[0045] 步骤S4. 将衬底5的温度调节至第二温度范围，且第二温度范围的最高温度小于第一温度范围的最低温度；在吸蜡滤纸1的环内加入液态的第二蜡，并以第一转速转动衬底5，从而使第二蜡由内向外流动并覆盖复合蜡区2的第一蜡膜，固化第二蜡以形成第二蜡膜
4，第二蜡的熔点低于第一蜡的熔点。

[0046] 如图4所示，本实施例中，相比而言，第一蜡为高熔点蜡，第二蜡为低熔点蜡，在施加第二蜡时，将衬底5温度调整至100℃以下，需要考虑到步骤S3中第一蜡固化后的衬底5温度，可以通过加热或者冷却等手段将衬底5温度调整至100℃以下，优选75‑95℃，此时第一蜡仍为固体。在端面的圆心处加入液态的第二蜡，可以以1800‑3900r/min，优选2100‑3600r/min的转速旋转衬底5，第二蜡由内向外逐渐铺满吸蜡滤纸1环内部分、吸蜡滤纸1表面和第一蜡表面，使蜡层成为均匀的层结构，蜡层总厚度为0.6‑0.9mm。需要说明的，在吸蜡滤纸1的环内侧，蜡层的总厚度指的就是第二蜡膜4的厚度，而在复合蜡区2内，指的是第一蜡膜3和其上方固化的第二蜡膜4的厚度和。

[0047] 晶圆的直径可以大于15.24cm（6英寸），大尺寸的晶圆减薄时更容易受到震动等外界影响而发生裂片。本实施例中，通过在高温下，在衬底5的复合蜡区2施加聚乙烯蜡，之后降低温度至聚乙烯蜡处于熔融状态或固态状态，由此，使聚乙烯蜡紧贴于衬底5的端面之上并形成第一蜡膜3，第二蜡通过旋转施加至聚乙烯蜡的上层，从而在复合蜡区2形成聚乙烯蜡和第二蜡共存的结构，固化的聚乙烯蜡起到支撑作用，通过两种不同蜡的施加，在端面的边缘区域提供更好的减震缓冲效果以及提高边缘蜡层的支撑作用。环形设置的复合蜡区2键合后可提供周向的支撑，进一步避免贯穿晶圆两边的贯穿裂纹产生的可能。进而为晶圆提供更优的防震动裂片性能，尤其是可避免6英寸以上超薄片晶圆裂片的可能。

[0048] 具有一定厚度的吸蜡滤纸1在第二蜡施加成膜过程中，具有吸收第二蜡以及增加第二蜡向衬底5外边缘流动的阻力，同时，第一蜡膜形成的阶梯结构同样可以增加第二蜡朝向衬底外边缘流动的阻力，使第二蜡在离心运动时受到一定阻力，从而使第二蜡在复合蜡区2、吸蜡滤纸1表面、吸蜡滤纸1的环内等不同区域具有不同的流动速率和流动能力，尤其是增加在吸蜡滤纸1的环内留存时间以及留存量，提高中心区域成膜厚度，增加复合蜡区2、吸蜡滤纸1表面的第二蜡流动阻力，减少复合蜡区2等边缘区域膜厚增加的趋势，从而避免晶圆边缘形成蜡膜堆积，显著改善膜层的不均匀性问题。

[0049] 圆心处加入第二蜡，可实现第二蜡均匀涂覆，温度过高，流动性过大，在边缘厚度增加；温度过低，流动性不足，形成不了多区蜡涂覆。高速旋转（1800‑3900r/min，优选2100‑3600r/min），使第二蜡膜4成为均匀的层结构，工艺时间缩短，提高生产效率，速度过高，第二蜡边缘厚度增加，不利于均匀性提高，速度过低，第二蜡流动速率低，生产效率不高。涂覆蜡总厚度可以为0.6‑0.9mm，提供更优的粘结效果，厚度过厚或过低均显著影响粘结效果。

[0050] 第二蜡可以为酚醛树脂型液体蜡，提供更好的流动性，包括以下组分（重量份）：酚醛树脂65‑74份，氢化松香6‑7份，小分子醇26‑35份，黏度为室温下70‑85cps，提供更优的流动性，成蜡膜均匀性好，易于旋涂均匀。

[0051] 步骤S5.衬底5与晶圆真空烘烤键合。

[0052] 抽真空时，真空度控制在0.9mBar以下，升温至100℃‑120℃，优选的，110‑115℃，施加0.2‑0.3MPa压力进行烘烤去除蜡中有机挥发物等实现衬底5与晶圆键合；通过上述真空度、温度、键合压力控制，可实现衬底5单面均匀涂蜡基础上晶圆不涂蜡条件下，晶圆与衬底5的有效键合，形成蜡层均匀度高，结合力强，不会在后续工序中分离等问题，有效减少晶圆成品的翘曲度，避免裂片等问题发生。

[0053] 步骤S6.减薄晶圆。

[0054] 可以通过磨削和抛光的手段对晶圆进行减薄。

[0055] 还包括步骤S7.除蜡工艺，通过加热、施加除蜡剂等工序去除蜡层，获得晶圆。加热衬底5至温度为80‑90℃，实现低温下第二蜡膜4融化分离，对晶圆影响较小，同时减少分离时边缘裂片等风险。

[0056] 最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。