CN112951713A - 一种小尺寸晶圆的加工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及半导体芯片加工制造领域。本发明提供一种小尺寸晶圆的加工方法，利用化学键键合的方式，将小尺寸晶圆键合到大尺寸晶圆上；通过使用高精准键合设备，同时改造机台兼容性以满足不同尺寸晶圆键合；进而将小尺寸晶圆在大尺寸晶圆设备上进行加工。可以实现第三代小尺寸晶圆的高端工艺开发以及量产，这样可以完全改变小尺寸晶圆芯片的性能，在验证第三代半导体材料以及小尺寸晶圆实验上具有非常大的意义。
Description
技术领域
本发明涉及半导体芯片加工制造领域，具体涉及一种小尺寸晶圆的加工方法。
背景技术
目前随着半导体加工制造工艺的不断提升，现在主流的晶圆制造已经为12inch，线宽也不断的缩小到纳米级别。不过有些小尺寸晶圆加工还在制造着，其中8inch认为主要利用尺寸，6inch或者更小尺寸利润很小而且主要集中在功率器件以及大线宽工艺加工。目前高端芯片加工设备也主要集中在12inch以及8inch，其中12inch尖端工艺线宽可以做到5nm甚至更低，8inch的线宽也受限于光刻机能力仅能做到0.11um左右。6inch和更小尺寸的工艺仅能实现亚微米级的加工，而且有很多尖端设备已经不生产小尺寸设备。这就导致很多小尺寸晶圆希望用大尺寸机台加工的需求，现在有已有贴片的方式将小尺寸晶圆粘贴在大尺寸晶圆上进行加工，但是这种方法无法应用在高温制程以及高精准制程，同时还有有机物脏污的风险。本专利发明是将小尺寸晶圆在大尺寸晶圆设备上加工的一种方法。
由于半导体工艺技术的飞速发展，线宽从微米级，亚微米级，到纳米级再到10nm一下不断的更新进步，芯片以及主流到12inch尺寸，做为工艺依托设备的更新换代必须在工艺的前面。所以小尺寸晶圆就无法用到高端技术，但是很多晶圆，比如InP、GaN、SiC等第三代半导体材料还完全实现8/12inch晶圆量产，为了将这些小尺寸晶圆可以应用到高端技术直接降级高端设备的成本太高，有些非高温的后端制程已经可以用胶粘贴的方式将小尺寸晶圆贴合到大尺寸晶圆上，不过这种方法受到很多的限制仍然不能进行高温的制程以及高对准精度的工艺。这样就导致很多小尺寸晶圆无法完成高端工艺。
发明内容
针对上述问题，本发明提出了一种小尺寸晶圆的加工方法，可以实现第三代小尺寸晶圆的高端工艺开发以及量产。
本发明提供一种小尺寸晶圆的加工方法，利用化学键键合的方式，将小尺寸晶圆键合到大尺寸晶圆上；通过使用高精准键合设备，同时改造机台兼容性以满足不同尺寸晶圆键合；进而将小尺寸晶圆在大尺寸晶圆设备上进行加工。
优选地，所述化学键键合方式为利用-OH键进行晶圆键合。
优选地，工艺流程包括：
S1：进行小尺寸晶圆表面化处理；
S2：通过晶圆之间的临时键合进行表面平坦度优化。
优选地，步骤S1所述小尺寸晶圆表面化处理为，在小尺寸晶圆表面沉积高羟基二氧化硅，再利用化学机械抛光工艺将小尺寸晶圆表面磨平优化表面粗糙度。
优选地，步骤S2所述通过晶圆之间的临时键合进行表面平坦度优化具体为，将小尺寸晶圆临时键合到大尺寸承载晶圆上进行表面平坦度优化；达到表面粗糙度小于3nm，翘曲度在50um以下。
优选地，工艺流程还包括：
S3：对小尺寸晶圆和大尺寸晶圆进行表面活性处理；
S4：小尺寸晶圆清洗；
S5：利用常温常压键合设备将小尺寸晶圆和大尺寸晶圆键合。
优选地，步骤S3所述表面活性处理具体为，利用高能等离子体将两晶圆表面充分打开，以增加两晶圆之间的键合力。
优选地，步骤S4所述小尺寸晶圆清洗，使用标准1号液清洗，去除小尺寸晶圆表面脏污以及增加表面羟基含量。
优选地，所述步骤S5还包括：通过加热方式将临时键合的两晶圆解离开来并去除承载片；再经过高温退火工艺增强键合强度，完成小尺寸晶圆和大尺寸晶圆的键合。
优选地，所述步骤S5还包括：完成键合后，可直接在小尺寸晶圆上利用大尺寸晶圆设备进行高端工艺的操作。
本发明能够得到以下有益效果：
本发明可以实现第三代小尺寸晶圆的高端工艺开发以及量产，这样可以完全改变小尺寸晶圆芯片的性能，在验证第三代半导体材料以及小尺寸晶圆实验上具有非常大的意义。
附图说明
图1是本发明的一种小尺寸晶圆的加工方法的小尺寸晶圆键合实物展示图；
图2是本发明的一种小尺寸晶圆的加工方法的常温常压键合设备实物展示图；
图3是本发明的一种小尺寸晶圆的加工方法的6寸兼容模具图；
图4是本发明的一种小尺寸晶圆的加工方法的基本键合原理图；
图5是本发明的一种小尺寸晶圆的加工方法的打开的晶圆表面优化处理图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，而不构成对本发明的限制。
下面将结合实施例对本发明提供的一种小尺寸晶圆的加工方法进行详细说明。
本发明提供一种小尺寸晶圆的加工方法，利用化学键键合的方式，将小尺寸晶圆键合到大尺寸晶圆上；通过使用高精准键合设备，同时改造机台兼容性以满足不同尺寸晶圆键合；进而将小尺寸晶圆在大尺寸晶圆设备上进行加工。如图1-2所示，为本发明所需设备实物展示图。
其中化学键键合方式为利用-OH键进行晶圆键合。如图4所示，晶圆表面Si-O-Si化学键被等离子体打开，再经过清洗过程使晶圆表面挂上-OH键。在晶圆键合过程中，晶圆相互接近，接触面上Si-OH键形成水和硅氧键，达到两片晶圆键合到一起。经过加热方式将临时键合解离开来去除承载片。再经过高温退火工艺增强键合强度，
本发明的小尺寸晶圆的加工方法，工艺流程包括：
S1：进行小尺寸晶圆表面化处理；
S2：通过晶圆之间的临时键合进行表面平坦度优化。
在步骤S1中小尺寸晶圆表面化处理为：在小尺寸晶圆表面沉积高羟基二氧化硅，再利用化学机械抛光工艺将小尺寸晶圆表面磨平优化表面粗糙度。如图5所示。
步骤S2所述通过晶圆之间的临时键合进行表面平坦度优化具体为，临时键合主要采用热解黏性薄膜晶圆间的黏性粘合，将小尺寸晶圆临时键合到大尺寸承载晶圆上进行表面平坦度优化。如图3所示的6寸兼容模具，此步工艺需要利用兼容模具，已减少6寸晶圆与与承载晶圆间的落差，改善研磨过程中边缘的去除量，从而优化后续键合效果；达到表面粗糙度小于3nm，翘曲度在50um以下。
工艺流程还包括：
S3：对小尺寸晶圆和大尺寸晶圆进行表面活性处理；
S4：小尺寸晶圆清洗；
S5：利用常温常压键合设备将小尺寸晶圆和大尺寸晶圆键合。
步骤S3所述表面活性处理具体为，利用高能等离子体将两晶圆表面充分打开，以增加两晶圆之间的键合力。
步骤S4所述小尺寸晶圆清洗，使用标准1号液清洗，去除小尺寸晶圆表面脏污以及增加表面羟基含量。此部工艺需要在很快的时间内完成，以免晶圆活化的表面化学键重新复合，降低键合效果。
所述步骤S5还包括：通过加热方式将临时键合的两晶圆解离开来并去除承载片；再经过高温退火工艺增强键合强度，完成小尺寸晶圆和大尺寸晶圆的键合。键合强度需要达到2J/m2以上。本过程后可以实现小尺寸晶圆与大尺寸晶圆键合到一起，可以晶圆后续大尺寸工艺。
步骤S5还包括：完成键合后，可直接在小尺寸晶圆上利用大尺寸晶圆设备进行高端工艺的操作。
针对其他工艺可以进行晶圆减薄及表面处理，针对不同用处可以将表面晶圆减薄到指定厚度，满足后续高端工艺的需求。如果不需要晶圆减薄，直接在小尺寸晶圆上利用大尺寸晶圆设备进行工艺。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
以上本发明的具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何根据本发明的技术构思所作出的各种其他相应的改变与变形，均应包含在本发明权利要求的保护范围内。
Claims (10)
1.一种小尺寸晶圆的加工方法，其特征在于，利用化学键键合的方式，将小尺寸晶圆键合到大尺寸晶圆上；通过使用高精准键合设备，同时改造机台兼容性以满足不同尺寸晶圆键合；进而将小尺寸晶圆在大尺寸晶圆设备上进行加工。
2.如权利要求1所述的小尺寸晶圆的加工方法，其特征在于，所述化学键键合方式为利用-OH键进行晶圆键合。
3.如权利要求1所述的小尺寸晶圆的加工方法，其特征在于，工艺流程包括：
S1：进行小尺寸晶圆表面化处理；
S2：通过晶圆之间的临时键合进行表面平坦度优化。
4.如权利要求3所述的小尺寸晶圆的加工方法，其特征在于，步骤S1所述小尺寸晶圆表面化处理为，在小尺寸晶圆表面沉积高羟基二氧化硅，再利用化学机械抛光工艺将小尺寸晶圆表面磨平优化表面粗糙度。
5.如权利要求3所述的小尺寸晶圆的加工方法，其特征在于，步骤S2所述通过晶圆之间的临时键合进行表面平坦度优化具体为，将小尺寸晶圆临时键合到大尺寸承载晶圆上进行表面平坦度优化；达到表面粗糙度小于3nm，翘曲度在50um以下。
6.如权利要求3所述的小尺寸晶圆的加工方法，其特征在于，工艺流程还包括：
S3：对小尺寸晶圆和大尺寸晶圆进行表面活性处理；
S4：小尺寸晶圆清洗；
S5：利用常温常压键合设备将小尺寸晶圆和大尺寸晶圆键合。
7.如权利要求6所述的小尺寸晶圆的加工方法，其特征在于，步骤S3所述表面活性处理具体为，利用高能等离子体将两晶圆表面充分打开，以增加两晶圆之间的键合力。
8.如权利要求6所述的小尺寸晶圆的加工方法，其特征在于，步骤S4所述小尺寸晶圆清洗，使用标准1号液清洗，去除小尺寸晶圆表面脏污以及增加表面羟基含量。
9.如权利要求6所述的小尺寸晶圆的加工方法，其特征在于，所述步骤S5还包括：通过加热方式将临时键合的两晶圆解离开来并去除承载片；再经过高温退火工艺增强键合强度，完成小尺寸晶圆和大尺寸晶圆的键合。
10.如权利要求9所述的小尺寸晶圆的加工方法，其特征在于，所述步骤S5还包括：完成键合后，可直接在小尺寸晶圆上利用大尺寸晶圆设备进行高端工艺的操作。
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