CN107611075A - 一种临时键合结构及临时键合方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种临时键合结构，包括：晶圆片；载体，所述载体为所述晶圆片提供机械支撑，并且由对激光烧蚀过程中所用激光透射率高的材料形成；释放层，所述释放层与载体相邻，并且由吸收激光并在激光的作用下破裂或分解的材料形成；防护层，所述防护层介于所述晶圆片与所述释放层之间，用于减少晶圆片对激光的吸收；以及粘合层，所述粘合层将晶圆片接合到载体。

Description

一种临时键合结构及临时键合方法

技术领域

本发明涉及封装领域，尤其涉及一种临时晶圆键合结构及临时键合方法。

背景技术

随着集成电路技术的不断发展，电子产品越来越向小型化、智能化、高性能以及高可靠性方向发展。芯片厚度对器件性能产生重要影响，如薄芯片就具有很多优势，提高散热效率、机械性能与电性能，减小封装体积，减轻重量等。半导体器件的背面工艺一般包括衬底减薄、通孔刻蚀、背面金属化等步骤，当圆片的衬底减薄至150μm甚至更薄时，很容易发生碎片，并且由于应力的原因圆片会发生弯曲变形，无法操作，因此需要在减薄之前与玻璃片等载片临时键合，以临时载片为依托进行后续工艺制作。

临时键合载体技术解决了晶圆片减薄制程的拿持和工艺过程中的碎片问题，但是由于晶圆片与载体分离时的很多不稳定性因素，在晶圆片分离时也存在着很大的碎片风险。目前晶圆片与载体分离的介质处理方式有激光处理、热处理和机械拆开方式和化学处理等方式，但是都存在一定的缺陷。

在现有技术中，通过激光处理进行晶圆片与载体分离的工艺通常包括两层结构，在玻璃衬底上施加释放层，并在晶圆片上施加黏合层，然后将释放层和黏合层粘合在一起，然后对晶圆片进行处理，包括减薄工艺、硅通孔TSV工艺、重布线层RDL工艺或者其他工艺。对晶圆片处理完成后，使用激光器透过玻璃衬底照射释放层，来烧蚀该释放层，由此从玻璃衬底去除该晶圆片，玻璃衬底和晶圆片分离。

现有的通过激光处理进行晶圆片分离的工艺是通过释放层在激光的照射下被烧蚀实现的。为了在释放层中实现烧蚀，需要注入大量激光能量，当激光能量高或者释放层的厚度存在起伏时，由于晶圆片的有源面与被烧蚀的释放层紧邻，因此，受激光烧蚀的影响，会影响晶圆片产品的良率。

因此，本领域需要一种改进的临时键合结构和临时键合工艺，通过这种工艺有效地避免激光对释放层的烧蚀对晶圆片有源层的影响，显著提升工艺稳定性和产品良率。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，在本发明的一个实施例中，提供一种临时键合结构，包括：晶圆片，包括晶圆上有芯片、器件或者芯片和器件形成的组合；载体，所述载体为所述晶圆片提供机械支撑，并且由对激光烧蚀过程中所用激光透射率高的材料形成；释放层，所述释放层与载体相邻，并且由吸收激光并在激光的作用下破裂或分解的材料形成；防护层，所述防护层介于所述晶圆片与所述释放层之间，用于减少晶圆片对激光的吸收；以及粘合层，所述粘合层将晶圆片接合到载体。

在本发明的一个实施例中，释放层是紫外烧蚀层或红外烧蚀层。

在本发明的一个实施例中，防护层是激光吸收层、激光反射层或激光吸收层和激光反射层的复合层。

在本发明的一个实施例中，激光吸收层是包含光吸收剂的酚醛树脂材料、聚烃基丙烯酸酯类、聚苯基乙烯类、聚酯类或者丙烯酸类胶类物质，所述激光吸收层的光吸收范围为波长260～400nm。

在本发明的一个实施例中，光吸收剂是光引发剂，所述光引发剂选自双咪唑系列自由基引发剂、硫鎓盐系列光吸收剂、或者肟脂系列引发剂。

在本发明的一个实施例中，激光反射层是可分离铜箔。

在本发明的一个实施例中，临时键合结构还包括形成在所述载体表面上的增透层和/或抗反射层。

在本发明的一个实施例中，粘合层介于所述晶圆片与所述防护层之间，且所述防护层紧邻所述释放层。

在本发明的一个实施例中，防护层紧邻所述晶圆片，且所述粘合层介于所述防护层与所述释放层之间。

在本发明的另一个实施例中，提供一种临时键合方法，包括：在载体上形成释放层，所述释放层包括吸收激光并在激光的作用下破裂或分解的材料；将防护层附连到所述释放层上，所述防护层用于减少晶圆片对激光的吸收；通过粘合层将晶圆片附连到所述防护层上。

在本发明的再一个实施例中，提供一种临时键合方法，包括：在载体上形成释放层，所述释放层包括吸收激光并在激光的作用下破裂或分解的材料；将防护层附连到晶圆片上，所述防护层用于减少晶圆片对激光的吸收；将所述释放层附连到所述防护层上。

该临时键合方法还包括对所述晶圆片进行后续加工；进行激光烧蚀以从载体分离晶圆片；以及对晶圆片进行蚀刻清洗。

该临时键合方法还包括在载体的表面上形成增透层和/或抗反射层。

本发明提供的临时键合工艺有效地避免激光对释放层的烧蚀对晶圆片有源层的影响，显著提升工艺稳定性和产品良率。

附图说明

为了进一步阐明本发明的各实施例的以上和其它优点和特征，将参考附图来呈现本发明的各实施例的更具体的描述。可以理解，这些附图只描绘本发明的典型实施例，因此将不被认为是对其范围的限制。在附图中，为了清楚明了，相同或相应的部件将用相同或类似的标记表示。

图1示出根据本发明的实施例的临时键合结构100的横截面示意图。

图2进一步示出根据本发明的实施例的防护层为双层复合结构的临时键合结构的横截面示意图。

图3示出根据本发明的一个实施例的利用临时键合结构进行晶圆片键合和剥离过程的流程图。

图4示出根据本发明的另一个实施例的利用临时键合结构进行晶圆片键合和剥离过程的流程图。

具体实施方式

在以下的描述中，参考各实施例对本发明进行描述。然而，本领域的技术人员将认识到可在没有一个或多个特定细节的情况下或者与其它替换和/或附加方法、材料或组件一起实施各实施例。在其它情形中，未示出或未详细描述公知的结构、材料或操作以免使本发明的各实施例的诸方面晦涩。类似地，为了解释的目的，阐述了特定数量、材料和配置，以便提供对本发明的实施例的全面理解。然而，本发明可在没有特定细节的情况下实施。此外，应理解附图中示出的各实施例是说明性表示且不一定按比例绘制。

在本说明书中，对“一个实施例”或“该实施例”的引用意味着结合该实施例描述的特定特征、结构或特性被包括在本发明的至少一个实施例中。在本说明书各处中出现的短语“在一个实施例中”并不一定全部指代同一实施例。

需要说明的是，本发明的实施例以特定顺序对工艺步骤进行描述，然而这只是为了方便区分各步骤，而并不是限定各步骤的先后顺序，在本发明的不同实施例中，可根据工艺的调节来调整各步骤的先后顺序。

为了解决现有的通过激光处理进行晶圆片与载体分离的工艺中，晶圆片上芯片有源区容易受到激光烧蚀的影响，降低产品良率的技术问题，本发明的实施例提供一种新型的晶圆片与载体的临时键合结构及临时键合方法。该临时键合结构依次包括晶圆片、粘合层、防护层、释放层、载体。通过本发明公开的临时键合结构可减少或隔离晶圆片吸收紫外线光束或者激光光束，从而减少激光处理对晶圆片造成的损伤，提高产品良率。

图1示出根据本发明的实施例的临时键合结构100的横截面示意图。如图1所示，临时键合结构100包括晶圆片110、粘合层120、防护层130、释放层140和载体150。

在本发明的实施例中，晶圆片110是半导体材料晶圆片，在其上形成有半导体器件、芯片电路、通孔、导电焊盘及凸起(图中未示出)等。

载体150为晶圆片110提供机械支撑，并且由对于激光烧蚀过程中所用激光透射率高的材料形成。例如，载体150可以是玻璃衬底、石英衬底等等。为了增加激光的透射率，在本发明的优选实施例中，还可在载体150的表面上形成增透层和/或抗反射层等。

释放层140与载体150相邻，可以包括高度吸收在激光烧蚀过程中使用的激光的材料，并且在激光的作用下破裂或分解，从而在激光烧蚀后释放载体150。例如，释放层140可以是紫外(UV)烧蚀层或红外烧蚀层，并且其可以被涂覆在载体150上之后固化。在本发明的具体实施例中，释放层140可选自以下材料：brewer science 1010胶类，其厚度可在0.3微米至5微米的范围内。

防护层130可以是高吸收率的激光吸收层，也可以是高反射率的激光反射层或阻挡层，或者是这两种材料层的组合。高吸收率的激光吸收层可以是包含光吸收剂的酚醛树脂材料、聚烃基丙烯酸酯类、聚苯基乙烯类、聚酯类或者丙烯酸类胶类物质，其中对光吸收范围为260～400nm。光吸收剂可以是光引发剂，如双咪唑系列自由基引发剂或者硫鎓盐系列光吸收剂，或者肟脂系列引发剂，可以选择强力电子新材的TR-PBG-305系列的光吸收剂。高反射率的激光反射层可以是对激光具有高反射率的金属层，例如，可分离铜箔，其中可分离铜箔可以选择三井化学的T5-B或者T3-B或者FL型号。防护层130设置在释放层140与粘合层120之间。图2进一步示出根据本发明的实施例的防护层为双层复合结构的临时键合结构的横截面示意图。如图2所示，防护层130包括高吸收率的激光吸收层131和高反射率的激光反射层132，激光吸收层131的一面紧邻释放层140，另一面紧邻激光反射层132。

粘合层120可以是所需的任何临时或永久粘合材料层。粘合层120用于将晶圆片110接合到载体150。粘合层120可以被施加于载体150，或者可以被施加于晶圆片110。由于释放层140控制载体150的释放，因此，粘合层120的选择可以与其激光吸收特性无关。这极大地增加了可能的选择。粘合层120可选自以下材料：BCB、聚酰亚胺、环氧树脂、半固化片、纯胶、ABF(Ajinomoto Build-up Film)、膜状塑封料(Epoxy Molding Compound Sheet)、含有填充材料的黏胶等。

在图1所示的实施例中，粘合层120的一面紧邻晶圆片110，另一面紧邻防护层130。然而本发明的保护范围不限于此，例如，可将粘合层120置于防护层130与释放层140之间，或者设置多层粘合层，只要能将晶圆片110、保护层130、释放层140及载体150粘合在一起即可。

释放层140、防护层130以及粘合层120都是化学稳定的且热稳定的，以便它们能够完全耐受半导体加工，半导体加工包括：背面减薄工艺、包括PECVD和金属溅射的加热真空沉积、热烘烤步骤以及暴露于包括溶剂、酸和碱的湿法化学物质。

在实际操作过程中，载体150为薄器件晶圆片110提供了机械上的支持保护，这样就可以通过标准器件晶圆片制造厂的设备来进行背面工艺。对于超薄器件晶圆片，可以实现器件晶圆片级的工艺处理。因此，通过临时键合和拆键合技术，利用器件晶圆片厂的每台设备都能够处理薄器件晶圆片，而无需重新改装设备，而且不需特殊的夹具或器件晶圆片盒。

由于在释放层140与晶圆片110之间增加了保护层130，可减少晶圆片110吸收紫外线光束或者激光光束，从而减少激光处理对晶圆片有源区造成的损伤，提高产品良率。

根据本发明的示例性实施例，可以使用多种激光源中的任何一种进行激光剥离以在释放层140界面释放载体150。激光源可以是工作于308nm或者351nm的准分子激光器，以及工作于355nm的二极管泵浦的YAG激光器或者工作于266nm的二极管泵浦的YAG激光器。

图3示出根据本发明的一个实施例的利用临时键合结构进行晶圆片键合和剥离过程的流程图。

首先，在步骤310，在载体上形成释放层。载体为晶圆片提供机械支撑，并且由对于激光烧蚀过程中所用激光透射率高的材料形成。释放层可以包括高度吸收在激光烧蚀过程中使用的激光的材料，并且在激光的作用下破裂或分解。在本发明的实施例中，可通过涂覆工艺、沉积工艺、压合工艺等工艺将释放层形成在载体上。例如，在载体上涂布释放层，其中释放层可以选择brewer science 1010胶类，选择膜厚0.3～5μm，选择转速在300～1500转。

在步骤320，将防护层附连到释放层。防护层可以是高吸收率的激光吸收层，也可以是高反射率的激光反射层，或者是这两种材料层的组合。当防护层为激光吸收层时，激光吸收层的材料可以是包含光吸收剂的酚醛树脂材料、聚烃基丙烯酸酯类、聚苯基乙烯类、聚酯类或者丙烯酸类胶类物质，其中对光吸收范围为260～400nm。光吸收剂可以是光引发剂，如双咪唑系列自由基引发剂或者硫鎓盐系列光吸收剂，或者肟脂系列引发剂，可以选择强力电子新材的TR-PBG-305系列的光吸收剂，可通过涂覆工艺、沉积工艺、压合工艺等工艺将防护层形成在释放层与晶圆片接近的一侧。当防护层为激光反射层时，激光反射层的材料为可分离铜箔，选择三井化学的T5-B或者T3-B或者FL型号，可通过沉积工艺、电镀工艺等工艺将防护层形成在释放层与晶圆片接近的一侧。当防护层为复合材料层时，可首先在释放层上形成激光吸收层，然后在激光吸收层上形成激光反射层。

在步骤330，通过粘合层将晶圆片接合到防护层上。在本发明的一个示例实施例中，可首先将粘合层施加在晶圆片表面，然后在真空环境中在受控的热和压力下物理地使晶圆片和载体接合在一起。在本发明的另一个示例实施例中，可首先将粘合层施加在载体的防护层表面，然后在真空环境中在受控的热和压力下物理地使晶圆片和载体接合在一起。

在本发明的具体实施例中，步骤320和步骤330可同时进行，例如，当防护层为可分离铜箔时，在晶圆片上涂布粘合层，可以选择JSR 600系列粘合，选择膜厚2-30μm，选择转速200～1000转，然后将可剥离铜层、晶圆和释放层真空压合在一起。

在晶圆片被成功地接合到载体之后，可以在步骤340进行期望的后续加工。加工可以包括晶圆片衬底减薄、种子层生成，图案化、TSV、背面金属化等的处理步骤，直到晶圆片加工完毕。

接下来，在步骤350进行激光烧蚀处理以从载体分离晶圆片。在本发明的实施例中，可以透过载体将释放层暴露于激光，来进行激光烧蚀。载体由对激光透射率高的材料形成，因此当暴露于激光时，大部分激光将穿透载体作用于释放层，在激光的作用下破裂或分解，从而使载体与晶圆片分离。

为了增加激光的透射率，在本发明的优选实施例中，还可在载体的表面上形成增透层和/或抗反射层等。形成增透层和/或抗反射层的步骤可在步骤310之前进行，也可在步骤350进行激光烧蚀之前的任意步骤中进行。

在通过激光烧蚀导致晶圆片从载体分离之后，在步骤360，可通过简单拉开载体来从载体容易地去除晶圆片。

在步骤370，对晶圆片进行蚀刻清洗以去除防护层和粘合层。

图4示出根据本发明的另一个实施例的利用临时键合结构进行晶圆片键合和剥离过程的流程图。

首先，在步骤410，在载体上形成释放层。载体为晶圆片提供机械支撑，并且由对于激光烧蚀过程中所用激光透射率高的材料形成。释放层可以包括高度吸收在激光烧蚀过程中使用的激光的材料，并且在激光的作用下破裂或分解。在本发明的实施例中，可通过涂覆工艺、沉积工艺、压合工艺等工艺将释放层形成在载体上。

在步骤420，在晶圆片上形成防护层。防护层可以是高吸收率的激光吸收层，也可以是高反射率的激光反射层，或者是这两种材料层的组合。当防护层为激光吸收层时，激光吸收层的材料可以是包含光吸收剂的酚醛树脂材料、聚烃基丙烯酸酯类、聚苯基乙烯类、聚酯类或者丙烯酸类胶类物质，其中对光吸收范围为260～400nm.其中光吸收剂可以是光引发剂，如双咪唑系列自由基引发剂或者硫鎓盐系列光吸收剂，或者肟脂系列引发剂，可以选择强力电子新材的TR-PBG-305系列的光吸收剂，可通过涂覆工艺、沉积工艺、压合工艺等工艺将防护层形成在晶圆片上。当防护层为激光反射层时，激光反射层的材料为可分离铜箔，选择三井化学的T5-B或者T3-B或者FL型号可通过沉积工艺、电镀工艺等工艺将防护层形成在晶圆片上。当防护层为复合材料层时，可首先在释放层上形成激光吸收层，然后在激光吸收层上形成激光反射层。

在步骤430，将晶圆片的防护层接合到载体的释放层上。在本发明的一个示例实施例中，可首先将粘合层施加在晶圆片的防护层表面，然后在真空环境中在受控的热和压力下物理地使晶圆片和载体接合在一起。在本发明的另一个示例实施例中，可首先将粘合层施加在载体的释放层表面，然后在真空环境中在受控的热和压力下物理地使晶圆片和载体接合在一起。

在晶圆片被成功地接合到载体之后，可以在步骤440进行期望的后续加工。加工可以包括晶圆片衬底减薄、种子层生成，图案化、TSV、背面金属化等的处理步骤，直到晶圆片加工完毕。

接下来，在步骤450进行激光烧蚀处理以从载体分离晶圆片。在本发明的实施例中，可以透过载体将释放层暴露于激光，来进行激光烧蚀。载体由对激光透射率高的材料形成，因此当暴露于激光时，大部分激光将穿透载体作用于释放层，在激光的作用下破裂或分解，从而使载体与晶圆片分离。

为了增加激光的透射率，在本发明的优选实施例中，还可在载体的表面上形成增透层和/或抗反射层等。

在通过激光烧蚀导致晶圆片从载体分离之后，在步骤460，可通过简单拉开载体来从载体容易地去除晶圆片。

在步骤470，对晶圆片进行蚀刻清洗以去除粘合层和防护层。

尽管上文描述了本发明的各实施例，但是，应该理解，它们只是作为示例来呈现的，而不作为限制。对于相关领域的技术人员显而易见的是，可以对其做出各种组合、变型和改变而不背离本发明的精神和范围。因此，此处所公开的本发明的宽度和范围不应被上述所公开的示例性实施例所限制，而应当仅根据所附权利要求书及其等同替换来定义。

Claims (10)

1.一种临时键合结构，包括：

晶圆片，包括晶圆上有芯片、器件或者芯片和器件形成的组合；

载体，所述载体为所述晶圆片提供机械支撑，并且由对激光烧蚀过程中所用激光透射率高的材料形成；

释放层，所述释放层与载体相邻，并且由吸收激光并在激光的作用下破裂或分解的材料形成；

防护层，所述防护层介于所述晶圆片与所述释放层之间，用于减少晶圆片对激光的吸收；以及粘合层，所述粘合层将晶圆片接合到载体。

2.如权利要求1所述的临时键合结构，其特征在于，所述释放层是紫外烧蚀层或红外烧蚀层。

3.如权利要求1所述的临时键合结构，其特征在于，所述防护层是激光吸收层、激光反射层或激光吸收层和激光反射层的复合层。

4.如权利要求3所述的临时键合结构，其特征在于，所述激光吸收层是包含光吸收剂的酚醛树脂材料、聚烃基丙烯酸酯类、聚苯基乙烯类、聚酯类或者丙烯酸类胶类物质，所述激光吸收层的光吸收范围为波长260～400nm。

5.如权利要求4所述的临时键合结构，其特征在于，所述光吸收剂选自双咪唑系列自由基引发剂、硫鎓盐系列光吸收剂、或者肟脂系列引发剂。

6.如权利要求3所述的临时键合结构，其特征在于，所述激光反射层是可分离铜箔。

7.如权利要求1所述的临时键合结构，其特征在于，还包括形成在所述载体表面上的增透层和/或抗反射层。

8.如权利要求1所述的临时键合结构，其特征在于，所述粘合层介于所述晶圆片与所述防护层之间，且所述防护层紧邻所述释放层。

9.如权利要求1所述的临时键合结构，其特征在于，所述防护层紧邻所述晶圆片，且所述粘合层介于所述防护层与所述释放层之间,或者防护层位于所述粘合层与所述释放层之间,保护层位于释放层下方。

10.一种临时键合方法，包括：

在载体上形成释放层，所述释放层包括吸收激光并在激光的作用下破裂或分解的材料；

将防护层附连到所述释放层上，所述防护层用于减少晶圆片对激光的吸收；

通过粘合层将晶圆片附连到所述防护层上。