一种翘曲晶圆应力消除方法

摘要

本发明公开了一种翘曲晶圆应力消除方法，包括如下步骤：在室温下对翘曲晶圆进行曲率测试得到晶圆的翘曲度；根据晶圆的翘曲度选择粘附层和应力层的种类；在晶圆的背面依次形成粘附层和应力层，使得粘附层和应力层形成的应力与晶圆的应力平衡，从而使室温下的晶圆表面平整；器件工艺完成后，对粘附层和应力层进行第一段温度下的加热，所述第一段温度为25℃～75℃，然后对粘附层和应力层进行第二段温度下的加热，所述第二段温度为‑55℃～10℃，使粘附层和应力层从晶圆背面剥离，并使晶圆背面出现断裂，从而消除晶圆内部的应力。本发明能够消除晶圆翘曲对器件工艺的不利影响，并且能够消除翘曲晶圆内部的应力，防止碎片风险。

权利要求

1.一种翘曲晶圆应力消除方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤S1：在室温下对翘曲晶圆进行曲率测试得到晶圆的翘曲度；

步骤S2：根据晶圆的翘曲度选择粘附层和应力层的种类；

步骤S3：在晶圆的背面依次形成粘附层和应力层，使得粘附层和应力层形成的应力与晶圆的应力平衡，从而使室温下的晶圆表面平整；

步骤S4：器件工艺完成后，对粘附层和应力层进行第一段温度下的加热，所述第一段温度为25℃～75℃，然后对粘附层和应力层进行第二段温度下的加热，所述第二段温度为‑55℃～10℃，使粘附层和应力层从晶圆背面剥离，并使晶圆背面出现断裂，从而消除晶圆内部的应力。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述应力层和所述粘附层是金属材料，所述应力层的金属材料包括Ni、Fe、Cu、W或Au中的一种或多种，所述粘附层的金属材料是Ti、AlCu、TiW或NiV。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述应力层的金属材料的厚度为6um～50um，所述粘附层的金属材料的厚度为0.02um～1um。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述应力层是介电材料，包括氧化硅和氮化硅，所述粘附层是高分子材料，包括聚酰亚胺、聚氨酯、聚酯、聚烯烃、聚烯烃酸酯和聚氯乙烯。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述应力层和粘附层的厚度为100um～

300um。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述应力层是蓝膜或压力敏感胶带，所述粘附层是缩醛或缩酮二环氧化物基粘合剂或丙烯酸基粘合剂。

7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤S3中，进一步在应力层上形成薄膜层，使得粘附层、应力层和薄膜层形成的应力与翘曲晶圆的应力平衡，从而使室温下的晶圆表面平整；在步骤S4中，使粘附层、应力层和薄膜层从晶圆背面剥离。

8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，薄膜层为金属材料、介电材料或高分子材料。

9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤S4中，消除了晶圆内部应力的断裂使晶圆背面的一部分与粘附层和应力层一同剥离。

说明书

一种翘曲晶圆应力消除方法

技术领域

[0001] 本发明属于半导体制造技术领域，具体涉及一种翘曲晶圆应力消除方法。

背景技术

[0002] 在半导体制造中，在经历了多道制造工艺后，晶圆上不可避免地会积累大量的应力，导致晶圆发生翘曲变形。翘曲的存在会使晶圆变形从而在进行光刻时光刻精度会变差。为了降低晶圆的翘曲度对器件工艺的不利影响，CN103871837A公开了一种改善晶圆翘曲度的方法，是利用具有不同热膨胀系数的贴膜材料（如蓝膜），借助热胀冷缩的方式来改善晶圆的翘曲，并且在器件工艺完成后将贴膜材料去除。关于贴膜材料的去除，CN104966675A公开了一种使用蓝膜保护硅片表面部分二氧化硅膜的方法。但是，在去除蓝膜后，如果翘曲晶圆存留的应力过大，仍需进一步处理以消除存留的应力，防止晶圆的输送或划片过程中的碎片风险。

发明内容

[0003] 本发明的目的是提供一种翘曲晶圆应力消除方法，能够消除晶圆翘曲对器件工艺的不利影响，并且能够消除翘曲晶圆内部的应力，防止碎片风险。

[0004] 本发明的一个方面提供一种翘曲晶圆应力消除方法，包括如下步骤：

[0005] 步骤S1：在室温下对翘曲晶圆进行曲率测试得到晶圆的翘曲度；

[0006] 步骤S2：根据晶圆的翘曲度选择粘附层和应力层的种类；

[0007] 步骤S3：在晶圆的背面依次形成粘附层和应力层，使得粘附层和应力层形成的应力与晶圆的应力平衡，从而使室温下的晶圆表面平整；

[0008] 步骤S4：器件工艺完成后，对粘附层和应力层进行第一段温度下的加热，所述第一段温度为25℃～75℃，然后对粘附层和应力层进行第二段温度下的加热，所述第二段温度为‑55℃～10℃，使粘附层和应力层从晶圆背面剥离，并使晶圆背面出现断裂，从而消除晶圆内部的应力。

[0009] 优选地，所述应力层和所述粘附层是金属材料，所述应力层的金属材料包括Ni、Fe、Cu、W或Au中的一种或多种，所述粘附层的金属材料是Ti、AlCu、TiW或NiV。

[0010] 优选地，所述应力层的金属材料的厚度为6um～50um，所述粘附层的金属材料的厚度为0.02um～1um。

[0011] 优选地，所述应力层是介电材料，包括氧化硅和氮化硅，所述粘附层是高分子材料，包括聚酰亚胺、聚氨酯、聚酯、聚烯烃、聚烯烃酸酯和聚氯乙烯。

[0012] 优选地，所述应力层和粘附层的厚度为100um～300um。

[0013] 优选地，所述应力层是蓝膜或压力敏感胶带，所述粘附层是缩醛或缩酮二环氧化物基粘合剂或丙烯酸基粘合剂。

[0014] 优选地，在步骤S3中，进一步在应力层上形成薄膜层，使得粘附层、应力层和薄膜层形成的应力与翘曲晶圆的应力平衡，从而使室温下的晶圆表面平整；在步骤S4中，使粘附层、应力层和薄膜层从晶圆背面剥离。

[0015] 优选地，薄膜层为金属材料、介电材料或高分子材料。

[0016] 优选地，在步骤S4中，消除了晶圆内部应力的断裂使晶圆背面的一部分与粘附层和应力层一同剥离。

[0017] 本发明上述方面的翘曲晶圆应力消除方法能够消除晶圆翘曲对器件工艺的不利影响，并且能够消除翘曲晶圆内部的应力，防止碎片风险。

附图说明

[0018] 为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对本发明实施例的描述中所使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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：

[0019] 图1是本发明一种实施方式的翘曲晶圆应力消除方法的流程图。

[0020] 图2是本发明一种实施方式的翘曲晶圆的示意图。

[0021] 图3是本发明一种实施方式的形成有粘附层和应力层的翘曲晶圆的示意图。

[0022] 图4是本发明一种实施方式的粘附层和应力层从晶圆背面剥离的示意图。

具体实施方式

[0023] 为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅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。

[0024] 本发明的实施方式提供一种翘曲晶圆应力消除方法，图1是本发明一种实施方式的翘曲晶圆应力消除方法的流程图。如图1所示，本发明实施方式的翘曲晶圆应力消除方法包括步骤S1‑S4。

[0025] 在步骤S1中，在室温下对翘曲晶圆进行曲率测试得到翘曲晶圆的翘曲度。图2是本发明一种实施方式的翘曲晶圆的示意图，其中，11为翘曲晶圆。翘曲晶圆11可以是Si、InP、GaN、GaAs、SiC、ZnO、AlN、LiTaO3和LiNbO3等。

[0026] 在步骤S2中，根据翘曲晶圆11的翘曲度选择在后续的步骤S3中要形成的粘附层和应力层的种类。在该步骤中，翘曲晶圆11的翘曲度与所使用的应力层以及粘附层的种类的关系通过实验确定。

[0027] 在步骤S3中，在翘曲晶圆的背面依次形成粘附层和应力层，使得粘附层和应力层形成的应力与翘曲晶圆的应力平衡，从而使室温下的晶圆表面平整。图3是本发明一种实施方式的形成有粘附层和应力层的翘曲晶圆的示意图。如图3所示，在翘曲晶圆11的背面形成粘附层12，再在粘附层12上形成应力层13，从而使室温下的晶圆11表面平整，即粘附层12、应力层13形成的应力与翘曲晶圆11的应力平衡。形成粘附层12是为了增加翘曲晶圆11的背面与应力层13间的粘附力。

[0028] 优选地，可以进一步在应力层13上再形成薄膜层以实现进一步控制翘曲，使得粘附层12、应力层13和薄膜层形成的应力与翘曲晶圆11的应力平衡，最终使室温下的晶圆表面平整。薄膜层用于进一步改善翘曲以及在后续步骤中进一步控制断裂，材料可以为金属材料、介电材料或高分子材料，厚度例如为1um～10mm。

[0029] 优选地，翘曲晶圆11的背面具有一定的表面粗糙度，表面粗糙度为1～10nm，优选地为1～8nm，最优选地为5nm。

[0030] 优选地，应力层13和粘附层12形成方法为侵涂、旋涂、印刷涂、电镀、溅镀、化学气相沉积、原子层沉积等方法。

[0031] 在步骤S4中，器件工艺完成后，去除翘曲晶圆11背面上的粘附层12和应力层13。在进一步形成了薄膜层的情况下，器件工艺完成后，去除翘曲晶圆背面的粘附层、应力层和薄膜层。这里的器件工艺例如是光刻工艺、划片工艺等半导体制造过程中的工艺。图4是本发明一种实施方式的粘附层和应力层从晶圆背面剥离的示意图。剥离了粘附层12和应力层13后的晶圆11由于消除了应力而变得平整。

[0032] 在该步骤中，通过调整温度的方式将翘曲晶圆11与粘附层12和应力层13分离，在该步骤中，将调整温度分为两段温度，首先对粘附层12和应力层13进行第一段温度下的加热，第一段温度为25℃～75℃；然后对粘附层12和应力层13进行第二段温度下的加热，第二段温度为‑55℃～10℃，优选地为‑55℃～0℃。

[0033] 通过第一段温度和第二段温度形成的应力差导致粘附层12和应力层13沿着晶圆11的背面剥离下来，并导致晶圆11背面发生一定深度的断裂，所述断裂释放了晶圆11内部的应力。

[0034] 在该步骤中，粘附层12、应力层13（以及可选的薄膜层）的构成、厚度和应力不会在第一段温度时导致晶圆11内部出现断裂，而在第二段温度时所述粘附层12、应力层13（以及可选的薄膜层）分离形成的应力仅会导致晶圆11内部出现需要的断裂深度。

[0035] 在一个实施例中，释放了晶圆11内部的应力的断裂导致晶圆11的极少一部分与粘附层12和应力层13一同分离。

[0036] 应力层13的材料可以是金属材料、介电材料或高分子材料，粘附层12的材料可以是金属或高分子胶。

[0037] 在一个实施例中，应力层13的材料是金属材料，包括但不限于Ni、Fe、Cu、W或Au中的一种或多种，粘附层12的材料是金属材料，例如Ti、AlCu、TiW或NiV。应力层13的金属材料的厚度为6um～50um，粘附层12的金属材料的厚度为0.02um～1um。

[0038] 在另一个实施例中，应力层13的材料是介电材料，例如是氧化硅或氮化硅，可以通过调整气压、电浆功率、温度、载气比例、沉积循环时间等调整应力层13对翘曲晶圆11的作用力大小和类型。粘附层12的材料是高分子材料，包括但不限于聚酰亚胺、聚氨酯、聚酯、聚烯烃、聚烯烃酸酯和聚氯乙烯，应力层13和粘附层12的厚度为100um～300um。

[0039] 在另一个实施例中，应力层13的材料是高分子材料，例如是蓝膜或压力敏感胶带，粘附层12是缩醛或缩酮二环氧化物基粘合剂或丙烯酸基粘合剂。在该实施例中，还可以通过调整溶剂的方式分离粘附层12和应力层13。所述的溶剂可以是无机酸或无机碱。所述无机酸可以是硫酸、盐酸或硝酸中的一种，所述无机碱可以是氨水。优选地，无极酸的pH≤2，温度为25°C～30°C；无机碱的质量浓度为10～14%，温度为55～60°C。

[0040] 缩醛或缩酮二环氧化物基粘合剂或丙烯酸基粘合剂不与制程中其他溶剂反应，但缩醛或缩酮二环氧化物基粘合剂与酸反应发生聚合反应导致粘着性降低很多，丙烯酸基粘合剂与碱发生分解反应导致粘性降低很多，利用这些特点，在工艺结束后，把贴有粘附层12和应力层13的晶圆11浸入对晶圆11影响小且在制程中大量用到的常用酸或碱溶液中，发生反应后，粘附层12和应力层13与晶圆11背面脱离。为了提高剥离速度，可以对酸或碱溶液加热，加热温度为25°C～30°C或55～65°C，优选25°C或58°C。

[0041] 如上所述，本发明实施方式的翘曲晶圆应力消除方法，对要改善翘曲度的晶圆沉积粘附层和应力层，然后在工艺结束后通过温度方式使其脱落，既能降低翘曲晶圆对器件工艺的不利影响，又能够消除翘曲晶圆内部的应力，防止碎片风险。具体地，本发明的方法是在翘曲的晶圆背面沉积粘附层12、应力层13以及可选的薄膜层，使得整体的应力与晶圆的应力相互抵消，得到平整的复合衬底，从而消除晶圆翘曲对工艺的不利影响；并且，本发明的方法消除翘曲晶圆内部的应力后得到的平整复合衬底能够安全地被机械手搬运，降低了晶圆的输送或划片过程中的碎片风险。

[0042] 以上只通过说明的方式描述了本发明的某些示范性实施例，毋庸置疑，对于本领域的普通技术人员，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以用各种不同的方式对所描述的实施例进行修正。因此，上述附图和描述在本质上是说明性的，不应理解为对本发明权利要求保护范围的限制。