專利名稱：晶圓背面減薄工藝的制作方法
技術領域：
本發明涉及三維封裝工藝，特別涉及三維封裝工藝中的晶圓背面減薄工藝背景技術眾所周知，封裝技術其實就是一種將芯片打包的技術，這種打包對于芯 片來說是必須的。因為芯片必須與外界隔離，以防止空氣中的雜質對芯片電 路的腐蝕而造成電氣性能下降。另一方面，封裝后的芯片也更便于安裝和運 輸。由于封裝技術的好壞還直接影響到芯片自身性能的發揮和與之連接的PCB (印制電路板)的設計和制造，因此它是至關重要的。封裝也可以說是安 裝半導體集成電路芯片用的外殼，它不僅起著安放、固定、密封、保護芯片和增強導熱性能的作用，而且還是溝通芯片內部世界與外部電路的橋梁。簡 單來說，封裝就是將芯片上的接點通過導線連接到封裝外殼的引腳上，這些 引腳又通過印刷電路板上的導線與其他器件建立連接。因此，封裝技術是集 成電路產業中非常關鍵的一環。目前，經過多年的發展，封裝技術經歷了從最初的針腳插入式實裝技術 到表面貼裝技術再到球柵陣列端子BGA (ball grid array)型封裝技術再到最 新的三維封裝技術(3D Package)。其中，三維封裝技術又可分為封裝疊層的 三維封裝、芯片疊層的三維封裝以及晶圓疊層的三維封裝三種類型。三維封 裝的優點在于可以提高互連線的密度，降低器件外形的總體高度。由于有可 能將不同類型的芯片層疊在一起，而又具有較高的互連線密度，因此三維封 裝技術具有很好的應用前景。在三維系統級封裝技術中，硅通孔(TSV,Through-Silicon-Via)電極的連接路徑可以縮短至只有一個芯片的厚度，所以 能夠實現路徑最短和集成度最高的互連。通過硅通孔實現互連的系統級集成 方案，能夠在減少芯片面積的同時緩解互連延遲問題。如果用垂直方向的短 互連線來代替二維結構中大量的長互連線，就能夠使邏輯電路的性能大大提 高。例如，通過將關鍵路徑上的邏輯門放置在多個有源層上，就能夠將它們 非常緊密地排布起來。也可以將電壓和/或性能要求不同的電路放置在不同的 層上。基于TSV制造技術的三維封裝的關鍵工藝包括高高寬比(>5:1 )的TSV 鉆蝕，TSV絕緣介質及導電材料填充，晶圓的減薄，芯片到芯片、芯片到晶 圓或晶圓到晶圓之間的精確對準，低溫的粘結性鍵合方法等。其中晶圓的減 薄工藝常采用化學機械研磨的方法，例如，專利號為02140151.9的中國專利 提供了一種化學機械研磨的方法，包括，提供基底，該基底上已形成有金屬 層，且該金屬層下方形成有障礙層；提供障礙層研磨漿及化學助劑，用以研 磨該金屬層；以及僅提供障礙層研磨漿，用以研磨該障礙層；其中該化學助 劑是由至少一種氧化劑、至少一種螯合劑和酸堿緩沖液所組成。但是，在三 維封裝工藝中，晶圓的厚度至少需要減薄到70um以下，而當晶圓減薄到 100um以下時，晶圓就會變得極其易碎，如圖1圏中所示，在對于晶圓的研 磨過程中就可能使得晶圓的邊緣發生彎曲甚至斷裂。發明內容本發明即是為了解決現有技術在對晶圓背面減薄時容易使晶圓邊緣發生 彎曲甚至斷裂的問題。為解決上述問題，本發明提供了一種晶圓背面減薄工藝，包括在對于晶 圓減薄之前，在兩片晶圓的邊緣間隙或晶圓與支撐載體的邊緣間隙填入填充 物質，然后對于晶圓背面進行研磨來減薄晶圓厚度，并在研磨完成后對于晶 圓背面進行拋光。與現有技術相比，上述方案具有以下優點上述方案晶圓背面減薄工藝 通過在晶圓背面減薄之前，在兩片晶圓的邊緣間隙或晶圓與支撐載體的邊緣 間隙填入填充物質，防止對于晶圓背面進行研磨時使用的研磨漿顆粒進入邊 緣間隙，并且對于晶圓的邊緣進行支撐，從而使得在對于晶圓背面進行減薄 時，晶圓邊緣不致發生彎曲或者斷裂，提高了晶圓減薄的質量。


圖l是現有晶圓背面減薄工藝后晶圓邊緣示意圖； 圖2是本發明實施例晶圓背面減薄工藝流程圖； 圖3A至圖3H是本發明實施例晶圓背面減薄工藝示意圖； 圖4是本發明實施例晶圓背面減薄工藝后晶圓邊緣示意圖。
具體實施方式
本發明晶圓背面減薄工藝的實質是在兩片晶圓的邊緣間隙或晶圓與支撐 載體的邊緣間隙填入填充物質，防止對于晶圓背面進行研磨時使用的研磨漿 顆粒進入兩片晶圓的邊緣間隙，并且對于晶圓的邊緣進行支撐。本發明晶圓背面減薄工藝通過較佳的實施例來進行詳細說明已使得本發 明晶圓背面減薄工藝更加清楚。如圖2所示，本發明實施例晶圓背面減薄工藝包括下列步驟， 步驟sl,在兩片晶圓的邊緣間隙填入填充物質。 步驟s2,對于填充物質進行固化工藝。步驟s3,對于晶圓背面進行研磨，并在研磨完成后對于晶圓背面進行拋光。在三維封裝工藝中，可以先對于晶圓背面進行減薄，再將晶圓與晶圓進 行粘合，也可以先將晶圓與晶圓進行粘合，再對于晶圓背面進行減薄，下面 結合附圖首先對于已經過粘合的兩片晶圓進行晶圓背面減薄的過程進行詳細描述。實施例1結合圖2和圖3A所示，在對于晶圓IO和晶圓12背面進行減薄之前，首 先通過機械手臂將已粘合的晶圓IO和晶圓12豎起，接著通過點膠機將填充 物質11,例如硅膠填入兩片晶圓的圓周邊緣間隙，并且在填入^e圭膠的同時， 緩慢旋轉兩片晶圓，使得硅膠均勻被填入兩片晶圓的邊緣間隙。并且，填入 的硅膠的厚度為0.5 - 2mm,例如0.5mm或2mm或lmm。當然，所述填充物 質11不僅僅限于硅膠，也可以是其他不會與研磨漿發生反應的物質。結合圖2和圖3B所示，在完成填充物質11的填入之后，就需要對于填 充物質11進行固化來增加填充物質11的硬度。常用的固化手段就是對于填 充物質11進行烘烤，本發明實施例的固化工藝是在120-400。C的溫度下，例 如120'C或200'C或40CTC,對于填充物質11進行持續時間為1至10分鐘的 烘烤，例如1分鐘或4分鐘或10分鐘。當然，固化的手段不僅限于烘烤，也 可采用例如外線照射的方法等。結合圖2和圖3C所示，在完成固化工藝之后，就需要對于晶圓12背面 進行減薄了。由于晶圓12背面并沒有器件，因此減薄的只是硅襯底的厚度， 一般減薄可分為兩步，研磨和拋光。研磨可采用本領域技術人員公知的機械 研磨方法，例如用金剛砂輪加壓研磨晶圓背面使硅襯底減薄，當然，機械研 磨的方法并不僅限于用金剛砂輪加壓研磨，本領域技術人員可以根據公知常 識應用適合的機械研磨方法。完成研磨的晶面表面非常粗糙，所以需要表面 拋光，拋光時晶圓12固定在旋轉機臺上， 一個旋轉研磨墊被加壓在晶圓12 表面上，含炭化硅顆粒的研磨漿流過旋轉機臺和晶圓12表面，由于炭化硅的 硬度較高，因而晶圓表面粗糙的凸起更容易被研磨掉，所以研磨后可以得到 較光滑的表面，實現晶圓表面拋光。而由于在兩片晶圓之間已填入了填充物 質11,因此研磨漿就不會流入兩片晶圓的間隙，避免了邊緣間隙內的研磨漿顆粒在研磨壓力的作用下導致晶圓邊緣斷裂的問題。同時填充物也起到了支 撐邊緣的作用，避免了研磨過程中邊緣彎曲對晶圓造成缺陷的問題。當完成研磨之后，如圖3D所示，晶圓12的厚度被減薄至要求的厚度，并且在完成了拋光之后，晶圓12的邊緣也依然保持平整，對于所述晶圓的背 面減薄工藝就完成了，如圖4所示，晶圓的邊緣非常平整。而之后，如圖3E所示，還會繼續在完成減薄的晶圓12上再粘上一片晶 圓13,并重復上述步驟，即在兩片晶圓的邊緣間隙填入填充物質，并對于填 充物質進行固化，然后如圖3F所示，使用機械研磨來對于晶圓背面進行減薄， 并在研磨完成后，對于晶圓表面進行拋光。依次類推，不斷重復所述的晶圓 背面減薄方法，直到多片晶圓達到一定厚度后，再將多片晶圓翻轉，并對于 最下面的那片晶圓IO進行與上述方法相同的晶圓背面減薄方法，并且，所述 厚度最少應能滿足在進行研磨拋光時，不致使晶圓產生破裂。如圖3G所示， 晶圓IO、 12、 13、 14疊加的厚度能滿足在進行研磨拋光時，不致使晶圓產生 破裂，就將晶圓翻轉。如圖3H所示，在翻轉晶圓后，對于晶圓IO進行所述 的晶圓背面減薄方法。如前所述，三維封裝工藝中，也可以先進行晶圓背面減薄，再將晶圓與 晶圓進行粘合。同樣參照圖3A至圖3D,此時，將晶圓12放置于支撐載體 10上，所述的支撐載體可以是上述的晶圓，也可以是其他用以放置晶圓的硬 質載體。然后在晶圓12與支撐載體10的邊緣間隙填入填充物質11，再參照 上述的步驟對于填充物質11進行固化，隨后進行研磨和拋光來完成晶圓12 背面減薄的工藝。由于在晶圓與支撐載體之間已填入了填充物質，因此研磨 漿就不會流入晶圓與支撐載體的間隙，避免了邊緣間隙內的研磨漿顆粒在研 磨壓力的作用下導致晶圓邊緣斷裂的問題。同時填充物也起到了支撐邊緣的 作用，避免了研磨過程中邊緣彎曲對晶圓造成缺陷的問題。并且，在完成了 晶圓背面的減薄之后，就可以按照工藝需要將經減薄的多片晶圓 一 片 一 片進行粘合。當然，本發明晶圓背面減薄工藝不僅僅適用于三維封裝工藝，也適用于 其他需進行晶圓背面減薄的工藝。再次參照圖3A，例如，當進行單片晶圓減薄的時候，只需將晶圓12放置于支撐載體IO上，所述的支撐載體可以是實施例1中所述的晶圓，也可以是其他用以放置晶圓的硬質載體。然后通過點膠機在晶圓12與支撐載體IO之間的邊緣圓周間隙填入填充物質11。再次參 照圖3B,在填充完成后，對于填充物質11進行固化。再次參照圖3C,在固 化之后再使用機械研磨的方法對于晶圓12背面進行研磨。再次參照圖3D, 在研磨完成之后再對于晶圓12表面進行拋光，并且，由于在晶圓12與支撐 載體IO的邊緣間隙填入了填充物質，在進行拋光時，研磨漿就不會流入晶圓 12與支撐載體10的邊緣間隙，避免了邊緣間隙內的研磨漿顆粒在研磨壓力的 作用下導致晶圓邊緣斷裂的問題。同時填充物也起到了支撐邊緣的作用，避免了研磨過程中邊緣彎曲對晶圓造成缺陷的問題，提高了晶圓背面減薄的質量。綜上所述，本發明晶圓背面減薄工藝通過在晶圓背面減薄之前，在兩片 晶圓的邊緣間隙或晶圓與支撐載體的邊緣間隙填入填充物質，因此研磨漿就 不會流入邊緣的間隙，避免了邊緣間隙內的研磨漿顆粒在研磨壓力的作用下 導致晶圓邊緣斷裂的問題。同時填充物也起到了支撐邊緣的作用，避免了研 磨過程中邊緣彎曲對晶圓造成缺陷的問題。提高了晶圓減薄的質量。
權利要求
1.一種晶圓背面減薄工藝，其特征在于，在兩片晶圓的邊緣間隙或晶圓與支撐載體的邊緣間隙填入填充物質，然后對于晶圓背面進行研磨來減薄晶圓厚度，并在研磨完成后對于晶圓背面進行拋光。
2. 如權利要求1所述的晶圓背面減薄工藝，其特征在于，所述填充物質為不 與研磨漿發生反應的物質。
3. 如權利要求1至3任一項所述的晶圓背面減薄工藝，其特征在于，所述填 充物質為硅膠。
4. 如權利要求3所述的晶圓背面減薄工藝，其特征在于，所述填充物質通過 點膠機填入晶圓邊緣間隙。
5. 如權利要求1所述的晶圓背面減薄工藝，其特征在于，填入填充物質的厚 度為0.5至2mm。
6. 如權利要求1所述的晶圓背面減薄工藝，其特征在于，在對于晶圓背面進 行研磨之前采用烘烤的方法來對于填充物質進行固化。
7. 如權利要求6所述的晶圓背面減薄工藝，其特征在于，所述烘烤的溫度為 120-400°C。
8. 如權利要求1所述的晶圓背面減薄工藝，其特征在于，所述對于晶圓背面 進行研磨使用金剛砂輪。
9. 如權利要求1所述的晶圓背面減薄工藝，其特征在于，所述對于晶圓進行 拋光使用含炭化硅顆粒的研磨漿。
全文摘要
本發明公開了一種晶圓背面減薄工藝，包括在兩片晶圓的邊緣間隙或晶圓與支撐載體的邊緣間隙填入填充物質，然后對于晶圓背面進行研磨來減薄晶圓厚度，并在研磨完成后對于晶圓背面進行拋光。本發明晶圓背面減薄工藝使得晶圓邊緣不致發生彎曲或者斷裂，提高了晶圓減薄的質量。
文檔編號B24B37/04GK101327572SQ200710042458
公開日2008年12月24日 申請日期2007年6月22日 優先權日2007年6月22日
發明者毛劍宏, 陳建華, 高大為, 河 黃 申請人:中芯國際集成電路制造(上海)有限公司