TW201619336A - 晶圓接合用低溫黏著樹脂 - Google Patents

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Abstract

本文提供一種用於在微電子裝置加工中之黏著接合的方法，其包括：用包含苯氧基樹脂之黏著劑將一操作晶圓接合至一裝置晶圓之一前側；及自該裝置晶圓之背側薄化該裝置晶圓同時將該裝置晶圓黏著地偶合至該操作晶圓上。在已將該裝置晶圓薄化後，可藉由雷射剝離移除該包含苯氧基樹脂之黏著劑，其中該裝置晶圓與該操作晶圓分離。

Description

晶圓接合用低溫黏著樹脂
本揭露一般而言係關於用在晶圓接合之黏著劑。
暫時晶圓接合/剝離對於實施微米及奈米級之半導體裝置、光伏打裝置、及電裝置之製造係重要的技術。接合係將一裝置晶圓(其在最終電子裝置結構中變成一層)貼合至一基板或操作晶圓之動作，使得其可(例如)以佈線、墊、及連結冶金術處理。剝離係自該基板或操作晶圓移除該經處理裝置晶圓之動作，使得該經處理裝置晶圓可用於一電子裝置內。用於暫時晶圓接合/剝離之一些現存方法涉及在該矽裝置晶圓與該操作晶圓之間直接放置之一黏著層之使用。當該矽裝置晶圓處理完成時，可藉由各種技術將該矽裝置晶圓自該操作晶圓釋離，諸如藉由將該晶圓對暴露於以該操作器中之穿孔傳送之化學溶劑中、藉由自一邊緣起始點機械剝除或藉由加熱該黏著劑使得其可鬆開可藉由轉向移除之矽裝置晶圓處之該點。
在一具體實施例中，提供一種用於在微電子裝置處理之黏著接合之方法，其包括：以包含苯氧基樹脂之黏著劑將一操作晶圓接合至一裝置晶圓之一前側表面；及自該裝置晶圓之背側表面薄化該裝置晶圓，同 時該裝置晶圓係黏著地偶合至該操作晶圓。在已將該裝置晶圓薄化後，可藉由雷射剝離移除包含苯氧基樹脂之該黏著劑，其中該裝置晶圓與該操作晶圓分離。
在另一具體實施例中，黏著接合之方法可包括以包含苯氧基樹脂之黏著劑將一操作晶圓接合至一裝置晶圓之前側，其中該黏著劑在少於300℃之溫度下固化。該經固化之苯氧基樹脂可具有大於1x105Pa.Sec之黏度。在將該操作晶圓接合至裝置晶圓之後，該裝置晶圓可自該裝置晶圓之背側表面薄化，同時該裝置晶圓黏著地偶合至該操作晶圓。在已將該裝置晶圓薄化後，可移除該包含苯氧基樹脂之黏著劑，其中該裝置晶圓與該操作晶圓分離。
在另一具體實施例中，提供一種黏著接合之方法，其可包括以包含苯氧基樹脂之黏著劑將一第一半導體基板接合至一第二半導體基板，其中該黏著劑係在低於300℃之溫度下固化。該經固化之苯氧基樹脂可具有大於1x105Pa.Sec之黏度。
5‧‧‧裝置晶圓
10‧‧‧半導體裝置
11‧‧‧閘極結構
12‧‧‧閘極介電質
13‧‧‧閘極導電層
14‧‧‧閘極側壁間隔件
15‧‧‧前側表面
16‧‧‧源極區域
17‧‧‧汲極區域
18‧‧‧隔離區域
20‧‧‧黏著層
25‧‧‧操作晶圓/載體晶圓
26‧‧‧背側表面
30‧‧‧通孔互連
210‧‧‧含半導體之裝置基板
220‧‧‧含半導體之操作基板
230‧‧‧黏著層
240‧‧‧釋離層
310‧‧‧頂表面
320‧‧‧連續線
330‧‧‧蛇形圖案
410‧‧‧含半導體裝置基板
420‧‧‧雷射
430‧‧‧控制器
440‧‧‧電腦系統
450‧‧‧光束擴大器
460‧‧‧掃描器
470‧‧‧掃描透鏡
T1、T2‧‧‧厚度
本揭露將參考以下圖式在以下較佳具體實施例之描述中提供細節：圖1係根據本揭露之一半導體基板之側截面圖，其可在形成一半導體裝置之方法中用作一裝置晶圓，該方法使用將該裝置晶圓黏著接合至一操作晶圓作為一晶圓薄化序列之部份。
圖2係根據本揭露之一具體實施例在該裝置晶圓之一前表面上形成半導體裝置之側截面圖。
圖3係根據本揭露之一具體實施例經由一包含苯氧基樹脂的黏著劑將一操作晶圓接合至該裝置晶圓之前表面之側截面圖。
圖4係根據本揭露之一具體實施例描述薄化該裝置晶圓之背側表面之側截面圖。
圖5係根據本揭露之一具體實施例描述圖案化該經薄化裝置晶圓之背側表面之側截面圖。
圖6係根據本揭露之一具體實施例描述雷射剝離以切除包含苯氧基樹脂之該黏著劑，並自該裝置晶圓移除該操作晶圓之側截面圖。
圖7係說明典型黏著劑(諸如聚醯亞胺黏著劑)之黏度為溫度之函數之圖式。
圖8係說明含有苯氧基樹脂之黏著劑與聚(甲基)丙烯酸酯黏著劑相較在約160℃至210℃之溫度範圍內之黏度比較的圖式。
圖9係說明含有苯氧基樹脂之黏著劑與聚(甲基)丙烯酸酯黏著劑相較在約40℃至210℃之溫度範圍內之黏度比較的圖式。
本文揭示所主張結構及方法之詳細具體實施例；然而，應了解所揭示之具體實施例僅為說明可以各種形式體現之所主張之結構及方法。另外，與各種具體實施例相關聯之每一給定實例係意欲作為說明而非限制。進一步地，該等圖式不必按比例繪製，一些特徵可放大以顯示特定組件之細節。因此，本文揭示之特定結構及功能細節未視作限制，而是僅作為教示熟習本技術者以多樣化地利用本揭露之方法及結構之代表性基礎。參照本說明書中之本原理之「一個具體實施例」或「一具體實施例」， 以及其其它變化，意指與該具體實施例關聯描述之一特定特徵、結構、特性等等係包括在本原理之至少一具體實施例中。因此，在整個說明書中不同地方呈現之「在一個具體實施例中」或「在一具體實施例中」以及其其它變化之詞語表現不必全部指示相同具體實施例。
下文中基於描述之目的，術語「上方」、「下方」、「右方」、「左方」、「垂直」、「水平」、「頂部」、「底部」、及其衍生詞應與本揭露之具體實施例相關，如其在繪示圖式中之定向。術語「在...上定位」意指一第一元件(諸如一第一結構)存在於一第二元件(諸如一第二結構)上，其中插入元件(諸如一界面結構，如界面層)可存在於該第一元件與該第二元件之間。術語「直接接觸」意指一第一元件(諸如一第一結構)及一第二元件(諸如一第二結構)係在該等兩個元件之界面處無任何中間傳導、絕緣或半導體層下連接。
在一些具體實施例中，本文所揭示之方法、組成物、及結構提供低成本、熱塑性材料，其可用作將半導體材料之薄層(諸如含矽材料層)暫時性接合至晶圓操作基板之黏著劑。如本文所用，術語「薄」表示5微米至10微米之厚度。在一些具體實施例中，本文揭示之方法、組成物及結構提供可用在使用雷射剝離之方法中之一黏著劑。雷射剝離係通常用在微電子製造中之層轉移技術中之一種方法，諸如使用含矽基板之微電子形成。
通常，在雷射剝離中，使用聚醯亞胺材料作為將該裝置晶圓連接至一操作晶圓之黏著劑，其中切除該聚醯亞胺黏著劑使用一深UV準分子雷射，其將該裝置晶圓自該操作晶圓剝離。該操作晶圓可係一熱膨脹係數(CTE)相符之玻璃板。在一些實例中，用作該黏著劑之該聚醯亞胺在產業以商品名HD3007已知，其可自HD Microsystems,Inc獲得。已確定使用 聚醯亞胺黏著劑材料作為微電子裝置製造中晶圓接合方法中之黏著劑的一項缺點為需要相對高之處理溫度以在完成操作晶圓對裝置晶圓之接合之前將聚醯亞胺前驅物(即聚醯胺酸)轉化成全醯亞胺化之聚醯亞胺。通常用於固化該聚醯亞胺以提供醯亞胺化之溫度範圍係在300℃至400℃範圍中。另外，聚醯亞胺聚合物之性質通常係相對堅硬及剛性的，使得該聚合物需要高溫以軟化與接合至該操作晶圓。兩步驟皆需之高溫可對包括在該裝置晶圓中之敏感性裝置造成損害。進一步地，用於固化用於醯亞胺化之聚醯亞胺且軟化用於軟化之聚醯亞胺所需的高溫可引起該裝置晶圓中之應力，其在冷卻後引發裝置晶圓中之翹曲。此外，為移除在剝離後餘留的聚醯亞胺殘留物，可能需要長時間浸泡於強熱溶劑中，諸如N-甲基吡咯啶酮(NMP)及二甲亞碸(DMSO)。
由聚(甲基)丙烯酸酯構成之黏著劑(其不要求高溫以醯亞胺化或接合且其使用較不侵略性之移除溶劑，諸如可自Tokyo Ohka Kogyo Co.(TOK)及Brewer Science獲得者)係太昂貴且在170℃以上接合期間具有太低之黏度。在大於170℃之溫度下之此低黏度在大約200℃至210℃之接合溫度下可引起黏著劑材料「擠出」。
在一些具體實施例中，本文提供之該等方法、結構及組成物提供一組樹脂，其係低成本且已確定對於黏著劑在較聚醯亞胺低之溫度下具有良好接合/剝離性能且不呈現擠出現象。在一些具體實施例中，本揭露提供一種黏著接合之方法，其可包括以包含苯氧基樹脂之黏著劑將一第一半導體基板接合至一第二半導體基板，其中該黏著劑在低於300℃之溫度下固化。該經固化之苯氧基樹脂可具有大於1x105Pa.Sec之黏度。
如本文所用，該術語「苯氧基樹脂」表示雙酚A/表氯醇線性聚合物之家族。苯氧基樹脂通常為堅韌且可延展之熱塑性材料，其具有高凝聚強度及良好耐衝擊性。該主鏈醚鏈結及側鏈羥基促進潤濕及對極性基板之接合。結構上，在一些實例中，該苯氧基樹脂可係具有末端α-二醇基之聚羥基醚。在一些具體實施例中，根據本揭露之用於苯氧基樹脂之重量平均分子量可在大約25,000至高於60,000之範圍中。苯氧基樹脂之最高聚合種類可超過250,000道耳頓。多分散性極窄，通常少於4.0。平均分子包含40或更多之均勻分隔之羥基。苯氧基樹脂可係熱塑性樹脂，其適合在低溫(例如少於300℃)下之晶圓接合及/或雷射剝離應用中用作一黏著劑。
在本揭露之一些具體實施例中，該苯氧基樹脂係具有下式之Phenoxy Resin PKHC®、PKHH®或PKHJ®：
PKHH可獲自InChem Corp.，其中PKHH苯氧基樹脂具有IUPAC名稱：2-(氯甲基)環氧乙烷；4-[2-(4-羥基苯基)丙烷-2-基]酚，及化學式C18H21ClO3。PKHJ及PKHC亦可獲自InChem Corp。PKHH苯氧基樹脂具有大約52,0000Mw/13,000Mn(平均)之分子量，且具有範圍在180-280cP中之黏度(於環己酮中之Brookfield@25℃ 20%)。PKHJ苯氧基樹脂可具有約57,0000Mw/16,000Mn(平均)之分子量，且具有範圍在600-775cP中之黏 度(於環己酮中之Brookfield @ 25℃ 20%)。PKHC苯氧基樹脂可具有約43,0000Mw/11,000Mn(平均)之分子量，且具有範圍在410-524cP中之黏度(於環己酮中之Brookfield @ 25℃ 20%)。
在一些具體實施例中，該苯氧基樹脂黏著劑可係以一染料修飾之一苯氧基樹脂。在一些具體實施例中，本揭露使羥基功能黏著聚合物與適當反應性染料分子共價反應以永久地貼合該染料以易於再循環。例如，該苯氧基樹脂之羥基可與酸官能分子酯化。例如，該苯氧基樹脂可以9-蒽羧酸修飾(例如酯化)。在另一實例中，該苯氧基樹脂可以2-蒽醌羧酸修飾(酯化)。注意以上實例係僅提供作為說明用，因此其它染料(例如其它含羧酸之分子)可用於修飾該苯氧基樹脂。例如，對於染料附接亦可獲得及使用其它羥基反應性材料，諸如異氰酸酯、氯甲基、氯磺醯基及其組合。如上所述，可使用經共價接合之染料以收集及再使用在其使用後自裝置晶圓洗出之黏著劑。
本文揭示之該苯氧基樹脂黏著劑可用在用於形成半導體裝置、記憶裝置、光伏打裝置、微電子裝置及奈米級裝置之任何層/基板轉移及/或基板接合方法中。例如，該苯氧基樹脂黏著劑可用於使用機械剝除之製程中，諸如在美國專利第8,247,261號標題為「使用應力引起基板剝除之薄基板製造(THIN SUBSTRATE FABRICATION USING STRESS INDUCED SUBSTRATE SPALLING)」中所描述。亦可在用於形成包括作為生長表面之含可再利用鍺(Ge)基板之含III-V半導體之半導體裝置及光伏打裝置之方法中使用該苯氧基樹脂作為接合黏著劑。在此實例中，一旦形成該III-V裝置，其經接合至一支撐基板，且自該III-V裝置移除該含可再利用鍺(Ge)基 板以用作用於形成另一裝置之生長表面。該苯氧基樹脂亦可在層轉移製程中使用，其使用智慧切割以將一材料層之一部份分離以用於轉移至一支撐基板。智慧切割可包括將一摻雜種類(諸如氫)植入一材料層以提供當該材料層經分割時橫跨之一弱化界面。經分割材料層之一部份可使用該苯氧基樹脂黏著地接合至一支撐基板。在其它具體實施例中，該苯氧基樹脂黏著劑可用在一基板(即裝置晶圓)薄化製程中。注意用於該苯氧基樹脂之黏著劑應用之以上實例係僅提供用於說明，且未意欲限制本揭露。目前參照圖1至6更加詳細地討論本揭露之該等方法及結構之更多細節，其使用一苯氧基樹脂作為一接合黏著劑以作為用於形成半導體裝置之一方法序列的部份，其包括操作晶圓之晶圓薄化及剝離。
圖1描述一裝置晶圓5(例如半導體基板)之一具體實施例，其可用在本揭露之至少一具體實施例中。在一些具體實施例中，可藉由塊體半導體基板提供該裝置晶圓5。該塊體半導體基板可具有一單晶體(即單晶)晶體結構。在一些具體實施例中，該裝置晶圓5係由包括矽之材料構成。在一些具體實施例中，提供該裝置晶圓5之包括矽材料可包括(但不限於)：矽、單晶矽、多晶矽(multicrystalline silicon)、多晶矽(polycrystalline silicon)、非晶矽、應變矽、摻雜碳之矽(Si：C)、矽合金或其任何組合。在另一具體實施例中，該裝置晶圓5可係一半導體材料，其可包括(但不限於)：鍺(Ge)、矽鍺(SiGe)、摻雜碳之矽鍺(SiGe：C)、鍺合金、GaAs、InAs、InP以及其它III/V及II/VI複合半導體。該裝置晶圓5之厚度T1範圍可自10微米至數毫米。
圖2描述在該裝置晶圓5之前表面15上形成半導體裝置 10。如本文所用，「半導體裝置」係指一經摻雜之固有半導體材料，即，一摻雜劑已經引入其內，提供其與該固有半導體不同之電性質。在一些具體實施例中，該半導體裝置10係場效電晶體(FET)。場效電晶體(FET)係其中輸出電流(即源極-汲極電流)係由施加至該閘極之電壓控制之一電晶體。一場效電晶體通常具有三個端點，即閘極、源極及汲極。可使用本揭露之方法形成之該等半導體裝置10經應用可係平面半導體裝置、FinFETS、三閘半導體裝置、奈米線半導體裝置或其組合。本文揭示之該半導體裝置10亦可由記憶裝置(例如：快閃記憶體或eDRAM記憶體)提供。
在一些具體實施例中，該半導體裝置10可包括一閘極結構11，其包括至少一閘極介電質12、至少一閘極導體13、及至少一閘極側壁間隔件14。
該至少一閘極介電質12可係一介電材料，諸如SiO2，或者係高k介電質，諸如Ta、Zr、Al之氧化物或其組合。在另一具體實施例中，該至少一閘極介電質12包含氧化物，諸如SiO2、ZrO2、Ta2O5或Al2O3。在一具體實施例中，該至少一閘極介電質12可具有範圍在1nm至10nm間之厚度。
該至少一閘極導體層13可包括一金屬閘極電極。該金屬閘極電極可係任何導電金屬，其包括(但不限於)：W、Ni、Ti、Mo、Ta、Cu、Pt、Ag、Au、Ru、Ir、Rh、及Re，以及包括前述導電元素金屬之至少一者之合金。在其它具體實施例中，該至少一閘極導體13可包括一摻雜半導體材料，諸如一含摻雜矽材料，例如摻雜多晶矽。
在一些具體實施例中，在該至少一閘極導體13頂部上可存 在一閘極介電質(未示出)。該至少一閘極介電罩可由氧化物或氮化物材料構成。
用於該閘極介電罩、該至少一閘極導電層13、及該閘極介電層12之材料層中之每一者可使用沉積或生長製程形成。例如，該閘極介電層12及該閘極介電罩可使用化學氣相沉積(CVD)製程(諸如電漿增強CVD(PECVD))形成。當該閘極導體層13由一金屬構成時，該閘極導電層13可使用物理氣相沉積(PVD)製程(例如濺鍍)形成，或當該閘極導體層13由一摻雜半導體材料(例如多晶矽)構成時，該閘極導體層13可使用一化學氣相沉積(CVD)製程形成。
在形成該閘極堆疊之後，圖案化及蝕刻該材料層之堆疊。特定言之，藉由對待蝕刻之該閘極堆疊之表面施覆一光阻、將該光阻暴露至一輻射圖案、且接著使用一抗蝕顯影劑以將該圖案顯影至該光阻中以製造一圖案。一旦完成該光阻之圖案化，以該光阻覆蓋之該等區段受到保護，同時使用移除未受保護區域之一選擇性蝕刻製程移除該經暴露區域。用於移除該閘極堆疊之暴露部份之蝕刻製程可係各向異性蝕刻。如本文所用，一「各向異性蝕刻製程」表示一材料移除製程，其中在垂直於待蝕刻之該表面之方向上之蝕刻速率大於平行於待蝕刻之表面之方向上之蝕刻速率。
該各向異性蝕刻製程可由反應性離子蝕刻提供。反應性離子蝕刻(RIE)係一種電漿蝕刻形式，其中在蝕刻期間該待蝕刻表面係置於該RF供電電極上。此外，在RIE期間，待蝕刻之表面承受加速由電漿提取向該表面之蝕刻種類之電位，其中該化學蝕刻反應在垂直於該表面之方向上發生。
一閘極側壁間隔件14可與該閘極堆疊之側壁直接接觸而形成。該閘極側壁間隔件14通常係狹窄的，其具有在2.0nm至15.0nm之範圍中之寬度。該閘極側壁間隔件14可使用沉積及蝕刻處理步驟形成。該閘極側壁間隔件14可由介電質構成，諸如氮化物、氧化物、氮氧化物、或其組合。
圖2亦描述在該閘極結構11之相對側上形成源極及汲極區域16、17之一具體實施例。如本文所用，術語「汲極」意指在一半導體基板中之一摻雜區域，其定位在場效電晶體(FET)中之該通道之末端，其中載子經由該汲極自該電晶體流出。如本文所用，術語「源極」係一摻雜區域，大多數載子係由該區域流入該通道內。該源極及汲極區域16、17可藉由將n型或p型摻雜劑離子植入該裝置晶圓5內而形成。如本文所用，「p型」係指將雜質添加至一固有半導體中，其造成價電子之缺乏。在一IV型半導體(諸如矽(Si))中，n型摻雜劑(即雜質)之實例包括(但不限於)：硼、鋁、鎵及銦。如本文所用，「n型」係指添加對固有半導體貢獻自由電子之雜質。在一IV型半導體(諸如矽(Si))中，n型摻雜劑(即雜質)之實例包括(但不限於)：銻、砷、及磷。通常，用於源極及汲極區域16、17之導電類型(即n型或p型導電性)係該半導體裝置之導電類型，例如n型場效電晶體(nFET)或p型場效電晶體(pFET)。
在一些具體實施例中，多重半導體裝置10係在該裝置晶圓5之前側表面15上形成，其中該等多重半導體裝置10可包括第一組之第一導電型半導體(例如：n型FET)，及第二組之第二導電型(例如：p型FET)。可形成隔離區域18(諸如溝槽隔離區域)以分離具不同導電型之半導體裝 置，例如：電隔離p型FETS與n型FETS。例如，具一溝槽介電質之該溝槽之微影、蝕刻及填充可用於形成該溝槽隔離區域。該溝槽隔離區域可由氧化物構成，諸如氧化矽。
圖3描述經由含有苯氧基樹脂之一黏著層20將一操作晶圓25接合至該裝置晶圓5之前側表面15。該黏著層20可由任何該等苯氧基樹脂組成物構成，其已在上文描述，包括(但不限於)：可獲自InChem Corp之Phenoxy Resin PKHC®、PKHH®或PKHJ®。在一實例中，該黏著層可係具有以下化學名稱之苯氧基樹脂：聚氧基(2-羥基-1,3-丙二基)氧基-1,4-伸苯基(1-甲基亞乙基)-1,4-伸苯基。
圖3描述該裝置晶圓5係接合至該操作晶圓25上以產生一複合晶圓。該接合製程應與該裝置晶圓5之性質相容，諸如表面形貌、表面材料、製程溫度之限制、及其組合。在一些實例中，該暫時性黏著劑(即含有苯氧基樹脂之黏著層20對該裝置晶圓5之形態提供一平坦表面，且建立一無空隙之接合界面以用於接合至該操作晶圓25。
該黏著層20可使用一沉積製程(諸如旋塗)施用在該裝置晶圓5之前側表面15上以覆蓋該半導體裝置10。適合用於使用旋塗沉積該黏著層20之常見旋塗溶劑可包括丙二醇甲基醚(PGME)、丙二醇單甲醚乙酸酯(PGMEA)、乳酸乙酯、N-甲基-2-吡咯啶酮(NMP)及其組合。在一些具體實施例中，該旋塗溶液可進一步包括環己酮。
用於沉積該黏著層20之一旋塗設備之一實例係SUSS MicroTec之全自動塗佈機系統ACS200。在一實例中，可使用該液體材料之中央分配隨後在1000rpm下散佈旋轉達10秒。在散佈旋轉後，該材料在 1400rpm下旋出達60秒。注意上述塗佈製程僅係在該裝置晶圓5之前表面上沉積該黏著層20之方法之一實例，且其它沉積方法可適合用於施加苯氧基樹脂之黏著層20。例如，可使用噴塗、刷塗、簾塗、及浸塗沉積該黏著層20。
在對該裝置晶圓5之前側表面15施加苯氧基樹脂之黏著層20後，在使該操作晶圓25經由該黏著層20接合至該裝置晶圓5之溫度及壓力下，使一操作晶圓25與在該黏著層20之表面對側之黏著層20表面接觸。在一些具體實施例中，在該操作晶圓25與該裝置晶圓5之間之黏著層20之厚度T2可在2微米至10微米之間。在其它具體實施例中，該黏著層20之厚度T2可在2微米至5微米之範圍中。
該操作晶圓25可由一材料構成，且其厚度結構上支撐該裝置晶圓5而在後續薄化步驟(諸如平面化及/或研磨)期間不會翹曲或破裂。在一具體實施例中，該操作晶圓25係由玻璃構成。在一些具體實施例中，選擇該操作晶圓之材料以具有類似於該裝置晶圓5之熱膨脹係數(CTE)之CTE以避免可因具有不同熱膨脹係數之兩材料彼此偶合所造成之任何不利機械效應，諸如翹曲。在一些具體實施例中，一玻璃操作晶圓25可有利地在後續雷射剝離步驟期間提供通過該玻璃操作晶圓25之該雷射信號的傳輸。在其它具體實施例中，該操作晶圓25可由一金屬材料或一介電材料構成。在一些具體實施例中，該玻璃操作晶圓25可由一半導體材料構成。例如，用於該裝置晶圓25之半導體材料之以上實例同樣適合用於該操作晶圓25之半導體材料。
為提供接合，對該操作晶圓25、該黏著層20及該裝置晶圓 之複合材料施加溫度及壓力。在一具體實施例中，該接合溫度範圍可在150℃至250℃間，且所施加之壓力範圍可在0.07MPa至0.22MPa間。在另一具體實施例中，該接合溫度範圍可在175℃至200℃間，且該壓力範圍可在0.15MPa至0.22MPa間。維持該接合溫度及壓力之時間週期可在10分鐘至60分鐘之範圍中。該接合步驟可在氮氣氣氛下進行。
通常，接合包括提高該苯氧基樹脂之黏著層20之溫度以實施該聚合物之固化。在一些具體實施例中，苯氧基樹脂黏著劑(諸如：聚氧基(2-羥基-1,3-丙二基)氧基-1,4-伸苯基(1-甲基亞乙基)-1,4-伸苯基)當在160℃至210℃範圍中之溫度下，且在每8吋晶圓尺寸之面積1000毫巴之壓力下對於該裝置晶圓5及/或操作晶圓20之至少一者具有範圍在100-10,000Pa.秒中之黏度。該苯氧基樹脂黏著劑之黏度係大於由聚醯亞胺及/或聚(甲基)丙烯酸酯構成之典型黏著劑至少一數量級。在先前之黏著劑中，諸如聚醯亞胺及/或聚(甲基)丙烯酸酯，在低於300℃之溫度下之接合使得該黏著層之黏度太低，其造成黏著劑擠出。藉由以苯氧基樹脂黏著劑提供較高的黏度，在將該操作晶圓25接合至該裝置晶圓20期間該黏著層20之擠出實質上減少(若未去除)。在一些具體實施例中，該苯氧基樹脂之黏度在160℃至210℃之範圍中之溫度下可在1,500-10,000Pa.秒之範圍中。在另一具體實施例中，該苯氧基樹脂之黏度在160℃至210℃之範圍中之溫度下可在2500-10,000Pa.秒之範圍中。在再另一具體實施例中，該苯氧基樹脂之黏度在160℃至210℃之範圍中之溫度下可在5000-10,000Pa.秒之範圍中。在一實例中，在160℃至210℃範圍中之溫度之該苯氧基樹脂之黏度可等於100、200、300、400、500、600、700、800、900、1000、 1500、2000、2500、3000、3500、4000、4500、5000、5500、6000、6500、7000、7500、8000、8500、9000、9500、及10000Pa.秒，及包括以上提及之值之至少兩者之任何範圍。
在接合至該操作晶圓25及該裝置基板5後之苯氧基樹脂之黏著層20可具有40MPa或更高之剪切強度。
本發明之另一優點係該苯氧基樹脂之固化係在低於先前黏著劑(諸如聚醯亞胺及或聚(甲基)丙烯酸酯)所需之固化溫度之溫度下。例如，聚醯亞胺之醯亞胺化需要大於300℃之溫度，其對該裝置晶圓造成損害，諸如晶圓翹曲及/或破裂。另外，由聚醯亞胺及或聚(甲基)丙烯酸酯構成之先前黏著劑所需之高溫亦可造成已整合入該裝置晶圓5內之該半導體裝置之摻雜劑不必要之向外擴散。以該苯氧基樹脂接合可在低於300℃之溫度下，其係在不損害(即不引起該裝置晶圓5之翹曲或破裂)且不引起該半導體裝置摻雜劑之向外擴散之溫度。在一具體實施例中，該苯氧基樹脂之接合溫度可在150℃至290℃之範圍中。在另一具體實施例中，該苯氧基樹脂之接合溫度可在160℃至210℃之範圍中。在其它實例中，該苯氧基樹脂之接合溫度可係在150、160、170、180、190、200、210、220、240、250、260、270、280及290℃，以及任何包括兩個上述值之範圍。
在一些具體實施例中，提供該黏著層20之該苯氧基樹脂不易於藉由暴露至以下溶劑而劣化：丙酮、NMP、6N HCl、15% H2O2、30% NH4OH、10% H2O中之Kl、EtOH、MeOH、異丙醇(IPA)、環己酮、乳酸乙酯、PGMEA、PGME、30% HCl、70% HNO3及其組合。
圖4描述薄化該裝置晶圓5之背側表面26。該裝置晶圓5 可藉由對該裝置晶圓5之背側表面26施加一平面化製程及/或一研磨製程而薄化。在一實例中，可藉由化學機械平面化(CMP)提供該平面化及研磨製程。在一替代具體實施例中，可使用蝕刻製程以自該裝置晶圓5之背表面26移除材料。在薄化該裝置晶圓5之背側表面26後，該經薄化裝置晶圓5可具有在5微米至100微米之範圍中之厚度T3。在另一具體實施例中，該經薄化之裝置晶圓5可具有在20微米至50微米之範圍中之厚度T3。在一具體實施例中，該經薄化之裝置晶圓5可具有在5微米至10微米之範圍中之厚度T3。在該機械薄化製程期間該操作晶圓25支撐該裝置晶圓5以保護該裝置晶圓5以免機械故障，諸如破裂。
圖5描述圖案化該薄化裝置晶圓5之背側表面26之一實例。可使用在圖5中描述之圖案化步驟以形成對該等半導體裝置10之互連，其等係整合在該裝置晶圓5內。例如，可形成通孔互連30(諸如穿矽通孔(TSV))至該裝置晶圓5之主動區域。可在形成三維(3D)微電子裝置中使用穿矽通孔(TSV)以互連堆疊裝置晶圓。可使用光阻沉積、微影圖案化以形成光阻蝕刻遮罩、及蝕刻(例如各向異性蝕刻)形成至該半導體裝置之主動部份(例如：源極及汲極區域16、17)之通孔。在通孔形成後，藉由使用沉積方法(諸如CVD、濺鍍或電鍍)沉積一導電金屬至該等通孔孔洞內形成通孔互連30。該導電金屬可包括(但不限於)：鎢、銅、鋁、銀、金、及其合金。
圖6描述自該裝置晶圓5剝離操作晶圓25之一具體實施例。在一具體實施例中，剝離該操作晶圓25可包括雷射剝離以切除含有該苯氧基樹脂之黏著層20，且自該裝置晶圓5移除該操作晶圓25。可藉由200nm或308nm準分子雷射提供雷射剝離。該UV雷射可使用一冷製程作用。 例如，由該準分子雷射發射之308nm紫外光係在該裝置晶圓5及該玻璃操作晶圓25間之界面附近吸收，僅穿透數百奈米。因此，造成該裝置晶圓5未受影響。此外，自準分子雷射之紫外光剝離主要經由一光化學方法，其藉由直接打斷該苯氧基樹脂之黏著層20中之化學鍵。該準分子雷射可以線模式、或步階及重覆模式施加。該非熱製程破壞該黏著層20及玻璃操作晶圓25界面處之該暫時性黏著劑。在施加該準分子雷射後，可提起並自該裝置晶圓5攜離該操作晶圓25。
在一些具體實施例中，在移除該黏著層25後可使用一溶劑(選自以下組成之群組)將苯氧基樹脂移除：γ-丁內酯、乳酸乙酯、以商品名Gavesolv已知的其它乳酸酯異構體、NMP、四氫呋喃(THF)、丙二醇甲醚乙酸酯(PM Acetate)、甲基異丁基酮(MIBK)、甲基乙基酮(MEK)、以及其組合。
如本文所述之方法可用在積體電路晶片之製造中。所得積體電路晶片可以原晶圓形式(即，為一單一晶圓，其具有多個未封裝晶片)、以一裸晶粒、或以一封裝形式由製造者分配。在後者情況下，該晶片係安裝在一單晶片封裝中(諸如一塑膠載體，具有固定在母板或其它較高級載體之導線)或在一多晶片封裝中(諸如一陶瓷載體，其具有表面互連或埋入互連之任一者或兩者)。在任何情況下，該晶片之後係與與其它晶片、離散電路元件、及/或其它信號處理裝置整合作為(a)一中間產品，諸如母板，或(b)一最終產品之任一者的部分。該最終產品可係任何產品，其包括積體電路晶片，範圍自具有顯示器、鍵盤或其它輸入裝置、及一中央處理器之玩具及其它低端應用至先進電腦產品。
提供以下實例對本揭露進一步說明並證實由此達到之一些 優點。未意欲將本揭露限制於所揭示之特定實例。
實例
晶圓接合/剝離黏著劑特微為使用流變學以特徵化已知良好黏著劑之黏度相對溫度之關係。此流變分析技術用於確定Phenoxy resins(得自InChem Corp NC之雙酚A/表氯醇線性聚合物家族)係用作低成本、較聚醯亞胺低溫之接合/剝離黏著劑。圖7係說明典型黏著劑(諸如聚醯亞胺黏著劑)之黏度為溫度之函數之圖式。平行板流變學技術用於分析兩個TOK公司黏著劑與一個Brewer Science黏著劑之複合黏度相對溫度之關係。繪線101係由具有商標名TMPR A0006之黏著劑測得之資料，及繪線102係由具有商標名TMPR A0206之黏著劑測得之資料，其皆得自Tokyo Ohka Kogyo Co.(TOK Co)，且均據信為聚(甲基)丙烯酸酯之實例。繪線103係取自商標名CR206之樣本之資料，其可獲自Brewer Science，且亦視為聚(甲基)丙烯酸酯。參照圖7，在高於170℃之溫度下，由TMPR A0006、TMPR A0206及CR206提供之樣本之黏度減少至不再可記錄到該黏度之可靠測量之該點。
流變分析技術提供圖7之資料，其中亦適用於具有不同分子量之Phenoxy樹脂。由具有商標名之PKHC®、PKHH®及PKHJ®之樹脂提供之Phenoxy Resin，其可獲自InChem Corp。該黏度之測量為溫度之函數，其中取自苯氧基樹脂及上述之聚(甲基)丙烯酸酯樹脂且繪於圖8及圖9中。圖8係說明與聚(甲基)丙烯酸酯黏著劑相較對於在約160℃至210℃之溫度範圍下含有苯氧基樹脂之黏著劑之黏度之比較的圖式。繪線201係針對PKHH® Phenoxy Resin之黏著劑測量。繪線202係針對PKHJ® Phenoxy Resin之黏著劑測量。繪線203係針對PKCP-80® Phenoxy Resin之黏著劑測量。繪線204係針對PKHC-80® Phenoxy Resin之黏著劑測量。繪線205係自具有商標名TMPR A0006之黏著劑測量之資料，且標線206係自具有商標名TMPR A0206之黏著劑測量之資料。
圖8說明Phenoxy PKHC®級具有大約如TOK黏著劑「最高」級聚(甲基)丙烯酸酯黏著劑(即，TMPR A0206)之黏度反應，同時PKHH®級之Phenoxy樹脂在大於170℃之溫度下提供顯著較高之黏度。PKHC®及PKHJ®級之苯氧基樹脂基本上回應於溫度變化提供相同之黏度性能。
圖9係說明含有苯氧基樹脂之黏著劑與聚(甲基)丙烯酸酯黏著劑相較在約40℃至210℃之溫度範圍內之黏度比較的圖式。繪線301係自具有商標名TMPR A0006之黏著劑測得之資料，且繪線302係自具有商標名TMPR A0206之黏著劑測得之資料，其可獲自TOK Co。繪線303係自商標名CR206之黏著劑樣本取得之資料，其可獲自Brewer Science。繪線304係對於工整圓球之PKHC®Phenoxy Resin之黏度測量。繪線305係對於PKHJ® Phenoxy Resin之黏度測量。繪線306係對於PKHC-80® Phenoxy Resin之黏度測量。
在圖8及9中繪示之資料說明顯示該苯氧基級樹脂(諸如PKHC®、PKHH®及PKHJ®)在低於170℃之溫度下具有與TOK聚(甲基)丙烯酸酯黏著劑調配物(即TMPR A0006及TMPR A0206)相當之黏度範圍，且在大於170℃之溫度範圍之溫度範圍中具有較高之黏度。
儘管已相對於其較佳具體實施例特別顯示及描述本揭露，熟習本技術之人士應了解可在不背離本揭露之精神及範疇下進行形式及細節 上之前述及其它變化因此希望本揭露未受限於所述及說明之精確形式及細節，但處於隨附申請專利範圍之範疇內。
5‧‧‧裝置晶圓
11‧‧‧閘極結構
12‧‧‧閘極介電質
13‧‧‧閘極導電層
14‧‧‧閘極側壁間隔件
20‧‧‧黏著層
25‧‧‧操作晶圓/載體晶圓
T2‧‧‧厚度

Claims (18)

  1. 一種用於形成半導體裝置之方法，其包含：以包含苯氧基樹脂之黏著劑將一操作晶圓接合至一裝置晶圓之前表面；自該裝置晶圓之背側薄化該裝置晶圓，同時該裝置晶圓係黏著地偶合至該操作晶圓；及藉由雷射剝離移除該包含苯氧基之黏著劑，其中該裝置晶圓與該操作晶圓分離。
  2. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該操作晶圓包含玻璃。
  3. 如申請專利範圍第1項之方法，其進一步包含在將該操作晶圓接合至該裝置晶圓之前，在該裝置晶圓之前表面上形成至少一半導體裝置。
  4. 如申請專利範圍第1項之方法，其中將該操作晶圓接合至該裝置晶圓包含：藉由旋塗沉積在該裝置之前表面上施加一層苯氧基樹脂之黏著劑；將該層黏著劑與該操作晶圓接觸；及在低於300℃之溫度下固化該黏著層。
  5. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該苯氧基樹脂包含：聚氧基(2-羥基-1,3-丙二基)氧基-1,4-伸苯基(1-甲基亞乙基)-1,4-伸苯基。
  6. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該苯氧基樹脂對於該裝置晶圓及操作晶圓之至少一者在160℃至210℃範圍中之溫度下，且在每8吋 晶圓尺寸之面積至少1000毫巴之壓力下具有範圍在100-10,000Pa.秒中之黏度。
  7. 如申請專利範圍第1項之方法，其中薄化該裝置晶圓包含平面化或化學機械抛光。
  8. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該苯氧基樹脂具有範圍在43,000至57,000中之分子量。
  9. 如申請專利範圍第3項之方法，其進一步包含經由該裝置晶圓之背側表面延伸對該至少一半導體裝置形成互連。
  10. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該雷射剝離包含一準分子雷射。
  11. 一種形成一半導體裝置之方法，其包含：以包含苯氧基樹脂之黏著劑將一操作晶圓接合至一裝置晶圓之一前表面上，其中在少於300℃之溫度下固化該黏著劑，其中該經固化之苯氧基樹脂可具有大於1x105Pa.Sec之黏度；自該裝置晶圓之背側表面薄化該裝置晶圓，同時該裝置晶圓係黏著地偶合至該操作晶圓；及移除該包含苯氧基樹脂之黏著劑，其中該裝置晶圓與該操作晶圓分離。
  12. 如申請專利範圍第11項之方法，其中該操作晶圓包含玻璃。
  13. 如申請專利範圍第11項之方法，其進一步包含在將該操作晶圓接合至該裝置晶圓之前，在該裝置晶圓之前表面上形成至少一半導體裝置。
  14. 如申請專利範圍第11項之方法，其中該苯氧基樹脂包含：聚氧基(2-羥基-1,3-丙二基)氧基-1,4-伸苯基(1-甲基亞乙基)-1,4-伸苯基。
  15. 如申請專利範圍第11項之方法，其中移除該黏著劑包含雷射剝離。
  16. 一種黏著接合之方法，其包含：以包含苯氧基樹脂之黏著劑將一第一半導體基板接合至一第二半導體基板，其中該黏著劑在少於300℃之溫度下固化，在150℃至250℃範圍中之溫度下具有範圍在100-10,000Pa.秒之黏度。
  17. 如申請專利範圍第16項之方法，其中該苯氧基樹脂包含聚氧基(2-羥基-1,3-丙二基)氧基-1,4-伸苯基(1-甲基亞乙基)-1,4-伸苯基。
  18. 如申請專利範圍第16項之方法，其中該苯氧基樹脂具有範圍在43,000至57,000中之分子量。
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