CN108400088A - 晶片结合及剥离的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种晶片结合及剥离的方法，包括以下步骤：在基板或晶片上形成释放层，将所述基板和所述晶片粘合，且所述释放层位于所述基板和所述晶片之间；对所述晶片远离所述释放层的表面进行加工；将呈高斯分布的激光束整形为矩形平顶光束或线光束后，扫描所述释放层以将所述释放层分解，使得所述基板和所述晶片剥离。上述晶片结合及剥离的方法剥离成功率高。
Description
技术领域
本发明涉及半导体加工技术领域，特别是涉及一种晶片结合及剥离的方法。
背景技术
集成电路封装是半导体产业链中的核心环节之一，近年来，叠层芯片封装逐渐成为技术发展的主流。叠层芯片封装技术，简称3D封装，是指在不改变封装体尺寸的前提下，在同一个封装体内于垂直方向叠放两个以上芯片的封装技术。
随着对于大规模集成、高密度封装的需求日渐提高，堆叠中所用各层芯片的厚度需要减薄，目前较为先进的叠层封装的芯片厚度都在100μm以下，对于一些应用，硅晶片/芯片被后侧研磨并抛光到50μm甚至更薄。虽然单晶硅具有非常高的机械强度，但在降低厚度的过程中，硅晶片的脆性会增加，减薄后的硅晶片在后续的加工过程中十分容易弯折或断裂，这对于自动化设备提出了较大的挑战。
针对上述问题，在现有技术中，通过将被加工的晶片粘着固定在基板上，以增强晶片在加工过程中的机械强度，在晶片加工完成之后，再将晶片与基板剥离。在现有的激光剥离方式中，常见的做法为通过在晶片和基板之间涂覆上粘合层和释放层，其中粘合层的成份主要为能够通过紫外线或热固化的有机物质，可以是包含选自聚酯类树脂、丙烯酸类树脂、环氧类树脂、硅类树脂以及聚氨基甲酸乙酯类树脂构成的组合中的一种及以上物质。释放层则是能够吸收特定波长激光的物质，通过采用特定波长的激光对释放层进行照射，使得释放层材料分解，从而晶片与基板分离。
但是，在实际应用过程中，激光器出射的圆形光斑呈高斯分布，光斑中心的能量密度要高于边缘区域的能量密度，采用此种光束进行激光剥离时，控制整个晶片面积上的激光能量完全一致十分困难，从而产生不同区域上所吸收到的激光能量不同，使得剥离效果不均匀，激光剥离的成功率较低。
发明内容
基于此，为解决晶片剥离过程中，呈高斯分布的激光束造成不同区域的激光能量覆盖不均匀而容易导致剥离不完全，以及晶片上残留的释放层材料需要通过强碱液进行清洗而对晶片上的图案或者电路结构会产生一定的损伤的问题，提供一种晶片结合及剥离的方法。
一种晶片结合及剥离的方法，包括以下步骤：在基板或晶片上形成释放层，将所述基板和所述晶片粘合，且所述释放层位于所述基板和所述晶片之间；对所述晶片远离所述释放层的表面进行加工；将呈高斯分布的激光束整形为矩形平顶光束或线光束后，扫描所述释放层以将所述释放层分解，使得所述基板和所述晶片剥离。
上述晶片结合及剥离的方法，采用光束整形器件，如衍射光学元件(DOE，Diffraction Optical Element)或微透镜阵列，将呈高斯分布的光斑整形为矩形平顶光束或者线光束，使得释放层各个区域的材料接收到的激光能量均匀，可以获得较佳的剥离效果，此外，通过整形改变光斑形态为矩形或者线型的同时，提高了光斑的叠加率，使得在释放层所有被扫描到的区域所接收到的激光能量均匀，有效提高了激光作用能量密度，使得释放层材料完全分解，省去了后续采用强碱溶液进行清洗易造成晶片损伤的风险。
在其中一个实施例中，当将呈高斯分布的激光束整形为矩形平顶光束时，所述矩形平顶光束的截面尺寸为300μm*100μm。
在其中一个实施例中，所述在基板或晶片上形成释放层的步骤包括：通过旋涂或卷对卷涂布工艺将复合材料涂覆于所述基板或晶片上并进行固化，形成所述释放层。
在其中一个实施例中，所述激光束为紫外激光。
在其中一个实施例中，所述激光束的波长为308nm或355nm。
在其中一个实施例中，所述基板的材质为玻璃。
在其中一个实施例中，所述基板的厚度为300μm～600μm。
在其中一个实施例中，所述释放层的厚度为200nm～1000nm。
在其中一个实施例中，构成所述释放层的材质包含粘合剂。
在其中一个实施例中，所述释放层对紫外激光的吸收率大于或等于90％。
附图说明
图1为一实施例中晶片结合及剥离方法的流程图；
图2为晶片粘合结构的示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步的详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅仅用以解释本发明，并不限定本发明的保护范围。
请参阅图1，一种晶片结合及剥离的方法，包括以下步骤：S1：在基板或晶片上形成释放层，将基板和晶片粘合，且释放层位于基板和晶片之间；S2：对晶片远离释放层的表面进行加工；S3：将呈高斯分布的激光束整形为矩形平顶光束或线光束后，扫描释放层以将所述释放层分解，使得基板和晶片剥离。
上述晶片结合及剥离的方法，采用光束整形器件，如衍射光学元件(DOE，Diffraction Optical Element)或微透镜阵列，将呈高斯分布的光斑整形为矩形平顶光束或者线光束，使得释放层各个区域的材料接收到的激光能量均匀，可以获得均匀的剥离效果，此外，通过整形改变光斑形态为矩形或者线型的同时，提高了光斑的叠加率，使得在释放层所有被扫描到的区域所接收到的激光能量均匀，有效提高了激光作用能量密度，使得释放层材料完全分解，省去了后续采用强碱溶液进行清洗易造成晶片损伤的风险。
步骤S1包括：通过旋涂或卷对卷(Roll-to-Roll)涂布工艺将复合材料涂覆于基板或晶片上并进行固化，形成释放层。具体的，在涂覆过程中，可根据释放层的粘度进行多次涂覆，以使得释放层具备所期望的厚度和粘度。此外，将晶片和基板粘合时，可在真空环境中在受控的热或压力条件下物理地使晶片和基板接合在一起，以防止释放层中混入气体等杂质。
需要说明的是，步骤S1中将基板和晶片粘合后形成晶片粘合结构，请参阅图2，晶片粘合结构100包括依次层叠设置的晶片10、释放层20及基板30，其中，晶片10具有两个表面，一个表面上刻蚀有电路图案，另一个表面称为背面，晶片10的减薄工艺在背面进行。相对于传统的“晶片+粘合层+释放层+基板”的四层结构，本发明的晶片粘合结构100减少了粘合层，减少了加工流程，降低加工成本，而由于释放层20包含粘合剂，使得释放层20具有一定的粘性，故不会对晶片10与基板30的结合结构产生影响。
基板30起到支撑晶片10，并防止晶片10在磨削以及转移过程中被破坏，基板30的厚度为300μm～600μm，以确保晶片粘合结构100的整体强度，防止对晶片10进行加工的过程中发生断裂或损坏。
释放层20位于晶片10和基板30之间，一方面用于粘接晶片10和基板30，另一方面，起到吸收在晶片10的磨削加工时产生的负荷应力，并填补在晶片10的电路图案面形成的凹凸部分的作用，释放层20的厚度可为200nm～1000nm，具体的，可通过光固化型树脂或热固化型树脂来形成释放层20。
释放层20的紫外激光吸收率大于或等于90％，释放层20中包含苯氧基树脂，紫外激光照射时，能够使得苯氧基树脂中的化学键断裂，破坏晶片10和基板30之间的粘接从而使得二者剥离。
步骤S2中，晶片的具体加工方式有很多种，主要包括晶片厚度减薄加工，晶片背侧工艺如离子注入、退火、蚀刻、溅镀、蒸镀和/或金属化等，以及晶片后侧形成硅直通，直到在晶片的活动侧形成集成电路等。
步骤S3中，激光器发射的激光束通过光学整形元件整形为矩形平顶光束或线光束，上述矩形平顶光束或线光束透过基板而对释放层进行扫描，其中，基板的材质可采用玻璃，玻璃材质的基板对308nm和355nm波长的紫外激光的透过率可达95％以上，减少激光束的能量损失，以提高剥离效率。需要说明的是，基板还可选用其它具有高紫外激光透过率的材质，如透明丙烯酸类材料。
在一实施例中，矩形平顶光束的截面尺寸为300μm*100μm，矩形平顶光束对释放层进行扫描的过程中，由于矩形平顶光束具有一定的截面尺寸，能够提高扫描效率，缩短剥离时间。
激光束为紫外激光。在晶片剥离过程中采用紫外激光，属于冷加工过程，紫外激光与材料的作用主要为光化学机制，通过使聚合物的化学键断裂，能够确保释放层能够分解完全，同时所产生的热影响较小，防止晶片受热而产生热应力，有效提高晶片的加工质量和生产良率。
具体的，激光束的波长为308nm或355nm，采用上述波长的激光能够提高释放层的吸收率，本发明实施例中释放层所采用的材料对308nm紫外激光的吸收率可达90％，对355nm紫外激光的吸收率可达70％。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种晶片结合及剥离的方法，其特征在于，包括以下步骤：
在基板或晶片上形成释放层，将所述基板和所述晶片粘合，且所述释放层位于所述基板和所述晶片之间；
对所述晶片远离所述释放层的表面进行加工；
将呈高斯分布的激光束整形为矩形平顶光束或线光束后，扫描所述释放层以将所述释放层分解，使得所述基板和所述晶片剥离。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，当将呈高斯分布的激光束整形为矩形平顶光束时，所述矩形平顶光束的截面尺寸为300μm*100μm。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述在基板或晶片上形成释放层的步骤包括：通过旋涂或卷对卷涂布工艺将复合材料涂覆于所述基板或晶片上并进行固化，形成所述释放层。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述激光束为紫外激光。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述激光束的波长为308nm或355nm。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基板的材质为玻璃。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基板的厚度为300μm～600μm。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述释放层的厚度为200nm～1000nm。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，构成所述释放层的材质包含粘合剂。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述释放层对紫外激光的吸收率大于或等于90％。
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