CN105552017A - 一种用于临时键合的载片结构、键合及解键合方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于临时键合的载片结构，其包括器件晶圆和玻璃载片，所述玻璃载片设有若干穿孔，所述器件晶圆与玻璃载片之间设有由临时键合胶固化而成的键合层。本载片结构结构简单，仅在玻璃载片上开设若干穿孔，即可实现解键的可靠性和低成本。另外，本载片结构的解键合方法无需借助特殊设备，且操作简单、易操作；此外，本载片结构的解键合方法能保证解键合的可靠性，并能降低破片的风险，同时降低经济成本。

Description

一种用于临时键合的载片结构、键合及解键合方法
技术领域
本发明涉及一种载片结构，尤其涉及一种用于临时键合的载片结构；本发明还涉及一种载片结构的键合及解键合方法。
背景技术
近年来，为了促使电子产品朝着小型化、高性能化等方向发展，对电子产品的改进方法之一是降低芯片厚度。尤其是目前的堆叠结构的2.5DIC、3DIC技术的发展，需要晶圆厚度降低到100微米以下，薄晶圆的处理成为主要的挑战。而超薄晶圆具有柔性和易碎性、容易翘曲和起伏等特点，因此通常先将器件晶圆用临时键合材料键合到较厚的载体上，经过背部减薄得到最终产品。
常见的解键合手段有机械剥离法，激光辅助法等，机械剥离法利用辅助物和器件晶圆相对的旋转以及向上的拉力，将辅助物和晶圆分离。但是该方法可靠性比较差，有时候会使得器件晶圆破裂。激光辅助法是通过激光照射可光降解的临时键合胶层，使其脱落，然后实现解键合。但是激光解键合设备成本较高，而且存在破片的风险。
发明内容
本发明的目的之一是提供一种载片结构，本载片结构用于临时键合，且便于解键合。
本发明的目的之二是提供一种载片结构的键合方法，其操作方便、易实现。
本发明的目的之三是提供一种载片结构的解键合方法，本方法操作方便、易实现，同时保证了解键合的可靠性。
本发明所述的用于临时键合的载片结构，包括器件晶圆和玻璃载片，所述玻璃载片设有若干穿孔，所述器件晶圆与玻璃载片之间设有由临时键合胶固化而成的键合层。
优选的，所述玻璃载片的厚度为400～700μm，优选为450～650μm，进一步优选为500～600μm。例如，所述玻璃载片的厚度为420μm、430μm、440μm、460μm、470μm、480μm、490μm、510μm、520μm、530μm、540μm、550μm、560μm、570μm、580μm、590μm、610μm、620μm、630μm、640μm、650μm、660μm、670μm、680μm或690μm。
在玻璃载片上开设穿孔的设计原理为：在解键合工艺中，键合层的聚合物与解键合溶液的接触面积越大，解聚合(即解键)的速率越高。因此可通过提高穿孔周长提高接触面积，从而提高解聚合的速率。当穿孔的孔径大小固定时，其穿孔的总周长计算如下：
其中，C为总周长，为开孔率，S为玻璃载片的面积，d为穿孔的直径。
有上述推导可知，当穿孔的直径d越小时，其总周长越大，从而提高解聚合的速率。但当穿孔的直接d过低时，由于解键合溶液的表面张力过小，解键合溶液不能通过穿孔进入到键合层中。因此，孔径的临界值为：
d c = 4 γ s i n θ ρ g h
γ为解键合溶液的表面张力，θ为解键合溶液与玻璃载片的接触角，ρ为解键合溶液的密度，g为重力加速度，h为玻璃载片的厚度。
优选的，所述穿孔的孔径为500～4000μm，优选为1000～3000μm，进一步优选为1500～2500μm，更进一步优选为2000～2500μm。例如，穿孔的孔径可以为550μm、600μm、630μm、680μm、700μm、780μm、830μm、950μm、1000μm、1350μm、1430μm、1520μm、1842μm、1920μm、2030μm、2540μm、3040μm、3450μm或3680μm。
只有穿孔的孔径在上述范围内，才能保证键合层的聚合物与解键合溶液有较大的接触面积，同时获得较佳的解键速率。
优选的，所述临时键合胶中起粘合作用的聚合物为能在酸作用下解聚成低分子化合物和/或线性低聚体的高聚物；
优选的，所述高聚物为二胺化合物与脂肪醛进行缩聚反应而生成的网状聚合物，其分子结构由主体为六元碳氮杂环的重复单元所构成，其重复单元结构为：
其中，R1为C1～4的脂肪烃基或芳香烃基，R2为C1～4的脂肪烃基或芳香烃基。
本发明所述的用于临时键合的载片结构的键合方法，包括如下步骤：
(1)提供玻璃载片，在所述玻璃载片的表面开设若干穿孔；
(2)在玻璃载片的上表面涂覆临时键合胶，将器件晶圆通过临时键合胶与玻璃载片的上表面键合；
(3)加热所述临时键合胶使之固化形成键合层，制得用于临时键合的载片结构；
优选的，所述临时键合胶中起粘合作用的聚合物为能在酸作用下解聚成低分子化合物和/或线性低聚体的高聚物；
优选的，所述高聚物为二胺化合物与脂肪醛进行缩聚反应而生成的网状聚合物，其分子结构由主体为六元碳氮杂环的重复单元所构成，其重复单元结构为：
其中，R1为C1～4的脂肪烃基或芳香烃基，R2为C1～4的脂肪烃基或芳香烃基。
优选的，所述步骤(3)中，固化温度为120℃～170℃，固化时间为5～15min；
优选固化温度为140～155℃，进一步优选为150℃；
优选固化时间为8～12min，进一步优选为10min。
在步骤(3)中，固化温度可以为122℃、125℃、128℃、130℃、133℃、135℃、137℃、140℃、142℃、145℃、148℃、150℃、153℃、155℃、157℃、160℃、163℃、165℃或168℃；
固化时间可以为6min、7min、8min、9min、10min、11min、12min、13min或14min。
本发明所述的用于临时键合的载片结构的解键合方法，包括如下步骤：
(1)将所述临时键合的载片结构浸泡至解键合溶液中，所述解键合溶液通过开设在玻璃载片上的穿孔并浸渍到键合层以去除临时键合胶；所述解键合溶液能溶解临时键合胶中起粘合作用的聚合物；
(2)分离所述玻璃载片与器件晶圆。
优选的，在步骤(1)之前还包括步骤(1a)，使用含氧的等离子体刻蚀远离器件晶圆的所述玻璃载片的表面；
优选的，所述含氧的等离子体为O2等离子体。
在解键之前，先使用含氧的等离子体刻蚀远离器件晶圆的玻璃载片的表面，刻蚀后使得玻璃载片表面含有较多的亲水性羟基，从而增加玻璃载片的表面极性，进而减小解键合溶液与玻璃载片的接触角，从而增加解键合溶液的进孔能力。即对玻璃载片表面进行刻蚀后，可促使解键合溶液更容易地通过穿孔并浸渍键合层。
优选的，所述解键合溶液为酸；
优选的，所述解键合溶液为2mol/L硫酸。
优选的，所述临时键合胶中起粘合作用的聚合物为能在酸作用下解聚成低分子化合物和/或线性低聚体的高聚物；
优选的，所述高聚物为二胺化合物与脂肪醛进行缩聚反应而生成的网状聚合物，其分子结构由主体为六元碳氮杂环的重复单元所构成，其重复单元结构为：
其中，R1为C1～4的脂肪烃基或芳香烃基，R2为C1～4的脂肪烃基或芳香烃基。该聚合物易溶于解键合溶液，从而保证解键的可靠性，并能降低破片的风险。
与现有技术相比，本发明的优点在于：本载片结构结构简单，仅在玻璃载片上开设若干穿孔，即可实现解键的可靠性和低成本。另外，本载片结构的解键合方法无需借助特殊设备，且操作简单、易操作；此外，本载片结构的解键合方法能保证解键合的可靠性，并能降低破片的风险，同时降低经济成本。
附图说明
图1为实施例1未开设穿孔的玻璃载片；
图2为实施例1已开设穿孔玻璃载片的侧面结构示意图；
图3为实施例1已开设穿孔玻璃载片的俯视图；
图4为实施例1在已开设穿孔玻璃载片的表面涂布临时键合胶后的结构示意图；
图5为实施例1用于临时键合的载片结构的结构示意图；
图6为实施例1对载片结构进行等离子体处理的示意图；
图7为实施例1去除临时键合胶后载片结构的示意图；
图8为实施例1器件晶圆与玻璃载片分离过程示意图；
图9为实施例1载片结构浸泡在解键合溶液中的状态示意图及用镊子分离器件晶圆与玻璃载片的示意图。
具体实施方式
以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。
实施例1
本实施例用于临时键合的载片结构，包括器件晶圆4和玻璃载片1，其中，玻璃载片1设有若干均匀分布且孔径相同的穿孔2，器件晶圆4与玻璃载片1之间设有由临时键合胶固化而成的键合层3，即器件晶圆4与玻璃载片1具体通过临时键合胶键合。
本实施例玻璃载片1的厚度为400μm，穿孔2的孔径为500μm。
本实施例载片结构的键合方法，包括如下步骤：
(1)提供玻璃载片1，在图1所示的玻璃载片1的表面开设若干均匀分布且孔径相同的穿孔2，穿孔2后的玻璃载片1见图2和图3；
(2)如图4所示，在玻璃载片1的上表面涂覆临时键合胶，将器件晶圆4置于临时键合胶上方，即将器件晶圆4通过临时键合胶与玻璃载片1的上表面键合；
(3)加热除去临时键合胶中的溶剂，从而使临时键合胶固化形成键合层3，即器件晶圆4通过键合层3与玻璃载片1黏接起来，得到图5所示的用于临时键合的载片结构。其中固化温度为150℃，固化时间只需能使临时键合胶固化即可，本实施例优选为10min。
本实施例载片结构的解键合方法，包括如下步骤：
(1a)如图6所示，使用含氧的等离子体——例如O2等离子体5，刻蚀上述临时键合的载片结构的玻璃载片1远离器件晶圆4的表面，即刻蚀玻璃载片1的背面；
(1)然后如图9A所示将载片结构浸泡至解键合溶液中，解键合溶液通过开设在玻璃载片1上的穿孔2并浸渍到键合层3以去除临时键合胶，进行解键合，此时，临时键合胶中起到粘合作用的聚合物溶解于解键合溶液中，此时载片结构的结构如图7所示；
(2)浸泡10h后，用镊子可轻松分离玻璃载片1与器件晶圆4，如图9B所示，器件晶圆4与玻璃载片1的分离过程示意图如图8所示。
本实施例使用的解键和溶液为2mol/L硫酸，临时键合胶中起粘合作用的聚合物为能在酸作用下解聚成低分子化合物和/或线性低聚体的高聚物；高聚物为二胺化合物与脂肪醛进行缩聚反应而生成的网状聚合物，其分子结构由主体为六元碳氮杂环的重复单元所构成，其重复单元结构为：
其中，R1为C1～4的脂肪烃基或芳香烃基，R2为C1～4的脂肪烃基或芳香烃基。
本实施例的载片结构在进行解键合时，只需将其在酸液中浸泡10h，然后用镊子就可以轻易剥离，从而证明了本发明所述的解键合方式具有操作简单、经济成本低的优势。
实施例2
本实施例与实施例1不同之处在于：玻璃载片的厚度为550μm，穿孔的孔径为2200μm。
本实施例载片结构的键合、解键合方法参考实施例1。
实施例3
本实施例与实施例1不同之处在于：玻璃载片的厚度为700μm，穿孔的孔径为4000μm。
本实施例载片结构的键合、解键合方法参考实施例1。
以上内容仅为本发明的较佳实施例，对于本领域的普通技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (9)

1.一种用于临时键合的载片结构，包括器件晶圆和玻璃载片，其特征在于：所述玻璃载片设有若干穿孔，所述器件晶圆与玻璃载片之间设有由临时键合胶固化而成的键合层。
2.根据权利要求1所述的载片结构，其特征在于：所述玻璃载片的厚度为400～700μm，优选为450～650μm，进一步优选为500～600μm。
3.根据权利要求1所述的载片结构，其特征在于：所述穿孔的孔径为500～4000μm，优选为1000～3000μm，进一步优选为1500～2500μm，更进一步优选为2000～2500μm；
优选的，所述临时键合胶中起粘合作用的聚合物为能在酸作用下解聚成低分子化合物和/或线性低聚体的高聚物；
优选的，所述高聚物为二胺化合物与脂肪醛进行缩聚反应而生成的网状聚合物，其分子结构由主体为六元碳氮杂环的重复单元所构成，其重复单元结构为：
其中，R1为C1～4的脂肪烃基或芳香烃基，R2为C1～4的脂肪烃基或芳香烃基。
4.一种权利要求1～3任一项所述的用于临时键合的载片结构的键合方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)提供玻璃载片，在所述玻璃载片的表面开设若干穿孔；
(2)在玻璃载片的上表面涂覆临时键合胶，将器件晶圆通过临时键合胶与玻璃载片的上表面键合；
(3)加热所述临时键合胶使之固化形成键合层，制得用于临时键合的载片结构；
优选的，所述临时键合胶中起粘合作用的聚合物为能在酸作用下解聚成低分子化合物和/或线性低聚体的高聚物；
优选的，所述高聚物为二胺化合物与脂肪醛进行缩聚反应而生成的网状聚合物，其分子结构由主体为六元碳氮杂环的重复单元所构成，其重复单元结构为：
其中，R1为C1～4的脂肪烃基或芳香烃基，R2为C1～4的脂肪烃基或芳香烃基。
5.根据权利要求4所述的键合方法，其特征在于：所述步骤(3)中，固化温度为120℃～170℃，固化时间为5～15min；
优选固化温度为140～155℃，进一步优选为150℃；
优选固化时间为8～12min，进一步优选为10min。
6.一种权利要求1～3任一项所述的用于临时键合的载片结构的解键合方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)将所述临时键合的载片结构浸泡至解键合溶液中，所述解键合溶液通过开设在玻璃载片上的穿孔并浸渍到键合层以去除临时键合胶；所述解键合溶液能溶解临时键合胶中起粘合作用的聚合物；
(2)分离所述玻璃载片与器件晶圆。
7.根据权利要求6所述的解键合方法，其特征在于：在步骤(1)之前还包括步骤(1a)，使用含氧的等离子体刻蚀远离器件晶圆的所述玻璃载片的表面；
优选的，所述含氧的等离子体为O2等离子体。
8.根据权利要求6或7所述的解键合方法，其特征在于：所述解键合溶液为酸；
优选的，所述解键合溶液为2mol/L硫酸。
9.根据权利要求8所述的解键合方法，其特征在于：所述临时键合胶中起粘合作用的聚合物为能在酸作用下解聚成低分子化合物和/或线性低聚体的高聚物；
优选的，所述高聚物为二胺化合物与脂肪醛进行缩聚反应而生成的网状聚合物，其分子结构由主体为六元碳氮杂环的重复单元所构成，其重复单元结构为：
其中，R1为C1～4的脂肪烃基或芳香烃基，R2为C1～4的脂肪烃基或芳香烃基。
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