CN108511384A - 临时键合/解键合的材料及其制备方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明属于半导体技术领域，尤其涉及临时键合/解键合的材料及其制备方法和应用。本发明提供了一种临时键合/解键合的材料，包括经粗糙化处理的载片和石墨类材料，所述石墨类材料附着在所述经粗糙化处理的载片的粗糙面上。本发明还提供了一种临时键合/解键合的制备方法，包括以下步骤：将载片的表面进行粗糙化处理，得到经粗糙化处理的载片；将所述石墨类材料附着在所述经粗糙化处理的载片的粗糙面上，得到临时键合/解键合的材料。本发明能解决临时键合胶在解键合不彻底，不能重复使用，成本高的技术缺陷。

Description

临时键合/解键合的材料及其制备方法和应用

技术领域

本发明属于半导体技术领域，尤其涉及临时键合/解键合的材料及其制备方法和应用。

背景技术

随着人们对电子产品的要求朝着小型化的方向发展，电子芯片也朝向越来越薄的方向发展，但是硅晶圆的厚度如果要减薄至100μm或以下时，非常容易发生碎片、或者是在对晶圆做处理时由于应力导致晶圆弯曲变形等，无法对这种超薄晶圆进行直接加工处理。因此，为了能加工处理这类超薄晶圆，需要将这种超薄的功能晶圆首先与一载片晶圆临时键合，键合之后，功能晶圆与载片晶圆粘节为一体，就可以对功能晶圆进行减薄、TSV的制造、再布线层的制造、形成内部互连等工艺制作。然后再将功能晶圆与载片晶圆进行分离，并对减薄后的功能晶圆进行清洗、切割等工艺，完成对这种超薄的功能晶圆的加工工艺。为了解决这种薄晶圆的支撑和传输问题，临时键合/解键合是业界通常采用的工艺方法之一，其主要原理就是将晶圆通过临时键合胶临时键合在一直径相仿的载片(如玻璃、蓝宝石或硅材料)上，利用该载片来实现对薄晶圆的支撑和传输，同时可以防止薄晶圆变形，在完成相关工艺后再将载片从薄晶圆上解离。

在目前的临时键合工艺中，除了上述的临时键合胶之外，常用的方法还有采用金属键合和光刻胶键合等。但是金属键合的成本和工艺温度高；而光刻胶和临时键合胶键合在后续的工艺中由于流动性等问题容易出现键合胶的软化和偏移，使得在晶圆减薄之后容易出现翘曲的现象，并且在后续的组装键合中，对准精度也容易出现偏差。临时键合胶一般为有机粘合剂，存在去除不彻底的问题，粘合剂不能重复使用，成本较高。此外，针对临时键合的晶圆进行分离一般有以下几种处理方式：激光处理、热滑移和Zonebond机械拆键等方式，但是都存在一定的缺陷。激光处理受限于载片晶圆必须是玻璃，所以使用场合有限，而且设备昂贵；热滑移分离在高温下使分离后的薄晶圆产生一定的翘曲以及一定的碎片风险；基于Zonebond技术的机械拆键是目前较受欢迎的，但是缺点是拆键合前的预浸泡时间长存在拆键和的机械应力，也难以避开昂贵的设备成本。

综上所述，传统的临时键合工艺存在解键合不彻底，临时键合胶不能重复使用，以及需要昂贵的设备导致的成本高的技术缺陷。因此目前急需一种工艺简单、操作方便，而且效率较高的、经济的，能代替临时键合胶的一种临时键合/解键合的材料及临时键合/解键合的方法。

发明内容

有鉴于此，本发明提供的临时键合/解键合的材料及其制备方法和应用能有效解决临时键合胶在解键合不彻底，不能重复使用，成本高的技术缺陷。

本发明提供了临时键合/解键合的材料，包括经粗糙化处理的载片和石墨类材料，所述石墨类材料附着在所述经粗糙化处理的载片的粗糙面上。

作为优选，所述粗糙化处理具体包括通过化学方法或等离子刻蚀方法在载片的表面形成凸起结构。

作为优选，所述石墨类材料包括石墨或石墨烯。

作为优选，所述载片为玻璃、铜箔、蓝宝石或单晶硅中的一种。

作为优选，所述石墨类材料附着在所述经粗糙化处理的载片的表面上具体包括通过化学气相沉积法或磁控溅射法将所述石墨类材料附着在所述经粗糙化处理的载片的粗糙面。

本发明还公开了临时键合/解键合的材料的制备方法，包括以下步骤：

步骤1：将载片的表面进行粗糙化处理，得到经粗糙化处理的载片；

步骤2：将所述石墨类材料附着在所述经粗糙化处理的载片的粗糙面上，得到临时键合/解键合的材料。

本发明还公开了上述临时键合/解键合的材料在晶圆加工中的应用。

作为优选，上述应用，包括以下步骤：

步骤一：将晶圆的表面电镀金属层；

步骤二：将晶圆的金属层一侧与所述临时键合/解键合的材料的石墨类材料一侧进行临时键合，得到临时晶圆键合对；

步骤三：对所述临时晶圆键合对的晶圆的非金属层进行加工；

步骤四：通过非平行于所述临时晶圆键合对的临时键合/解键合的材料的作用力对所述晶圆键合对的临时键合/解键合的材料和晶圆进行解键合。

作为优选，所述步骤一的金属层具体为铜、镍、金、铝和铅中的一种或多种。

作为优选，所述步骤三的加工具体包括对晶圆进行研磨减薄加工、镀通孔加工或球栅阵列封装加工中的一种或多种。

作为优选，所述非平行于所述临时晶圆键合对的临时键合/解键合的材料的作用力为垂直于所述临时晶圆键合对的临时键合/解键合的材料的作用力。

本发明发现现有的解离是通过化学溶剂解离法，或加热解离法，或激光照射解离法。即将键合后减薄后的硅片和载片通过化学、激光、加热等手段，使粘合剂在此条件下失去粘性，从而可以将减薄后的硅片和载片相互滑移解离，因为采用有机粘合剂，在解离过后会有粘合剂残留在硅片和载片上。

本发明所要解决的是传统的临时键合工艺存在解键合不彻底，临时键合胶不能重复使用，以及需要昂贵的设备导致的成本高的技术缺陷，为了解决上述技术问题，本发明提出一种临时键合/解键合的材料，包括经粗糙化处理的载片和石墨类材料，所述石墨类材料附着在所述经粗糙化处理的载片的表面上。本发明使用临时键合/解键合的材料发生临时键合后，在通过一个非平行于临时晶圆键合对的临时键合/解键合的材料的作用力即可移除临时晶圆键合对的晶圆，其解键合的方式操作十分方便，且无杂质残留。载片被解键合后，可以作为下一个晶圆的模具反复使用，有效提高载片的利用率，大大降低晶圆制作成本；此外，石墨的热膨胀性小，能大大避免晶圆减薄后的翘曲度影响；经粗糙化处理的载片能保证晶圆不会在水平方向发生位移，便于后续工艺，且使用该方法能够防止晶圆在打磨减薄的过程中出现滑动和偏移的现象；同时，石墨类材料附着在所述经粗糙化处理的载片的表面，使用石墨作为键合材料，实现对晶圆的固定，能有效防止晶圆在打磨减薄的过程中出现滑动和偏移的现象；此外，石墨类材料作为一种常见的材料资源丰富，价格便宜，有利于减低晶圆制作成本，且采用石墨类材料做临时键合/解键合材料，其热稳定性高、抗腐蚀性强，能够耐受300℃以上的高温，与传统的临时键合相比，能够支持半导体背面工艺承受更高的温度，打破了原有工艺对温度的限制。本发明的载片与晶圆临时键合后通过一个非平行于临时晶圆键合对的临时键合/解键合的材料的作用力移除上述晶圆，外力移除后对载片无影响，故载片可以重复利用，同时，这能够避免研磨后的薄晶圆在解键合时由于晶圆和载片边缘残留的粘合剂而导致的晶圆破裂问题，提高成品率，因此，本发明提供了一种成本较低、工艺简单而且成功率和效率都非常高的临时键合/解键合的材料及临时键合/解键合的方法。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。

图1示本发明提供的经粗糙化处理的载片的结构示意图；

图2示本发明提供的临时键合/解键合的材料的结构示意图；

图3示本发明提供的临时晶圆键合对的结构示意图；

图4示本发明提供的对临时晶圆键合对的晶圆的非金属层进行加工的结构示意图；

其中，附图标记，凸起结构1，载片2，石墨类材料3，晶圆4。

具体实施方式

本发明提供了临时键合/解键合的材料及其制备方法和应用，用于解决临时键合胶在解键合不彻底，不能重复使用，成本高的技术缺陷。

下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1至图4，本发明提供了一种临时键合/解键合的材料，包括经粗糙化处理的载片2和石墨类材料3，石墨类材料3附着在经粗糙化处理的载片2的粗糙面上。

具体的，粗糙化处理具体为通过化学方法或/和等离子刻蚀方法在载片的表面形成凸起结构1。

更具体的，凸起结构1的凸起高度为0-25μm。

更具体的，载片2的厚度为3-50μm。

其中，化学方法具体为光化学刻蚀法。光化学刻蚀法为通过曝光制版、显影后，将要蚀刻区域的保护膜去除，在蚀刻时接触化学溶液，达到溶解腐蚀的作用，形成凹凸或者镂空成型的效果。

等离子刻蚀方法：利用气压为10～1000帕的特定气体(或混合气体)的辉光放电，产生能与薄膜发生离子化学反应的分子或分子基团，生成的反应产物是挥发性的。它在低气压的真空室中被抽走，从而实现刻蚀。通过选择和控制放电气体的成分，可以得到较好的刻蚀选择性和较高的刻蚀速率。

具体的，石墨类材料3为石墨或石墨烯。

更具体的，凸起结构1的高度大于石墨类材料3的厚度。

具体的，载片2为玻璃、铜箔、蓝宝石或单晶硅中的一种。

具体的，石墨类材料3附着在经粗糙化处理的载片2的表面上具体为通过化学气相沉积法(CVD法)或者磁控溅射法将石墨类材料3附着在经粗糙化处理的载片2的粗糙面。

本发明还公开了临时键合/解键合的材料的制备方法，包括以下步骤：

步骤1：将载片的表面进行粗糙化处理，得到经粗糙化处理的载片；

步骤2：将所述石墨类材料附着在所述经粗糙化处理的载片的粗糙面上，得到临时键合/解键合的材料。

具体的，步骤1包括通过化学方法或等离子刻蚀方法在载片的表面进行粗糙化处理，得到经粗糙化处理的载片。

具体的，步骤2包括通过化学气相沉积法或磁控溅射法将所述石墨类材料附着在所述经粗糙化处理的载片的粗糙面上，得到临时键合/解键合的材料。

本发明还公开了临时键合/解键合的材料在晶圆加工中的应用，包括以下步骤：

步骤一：将晶圆4的表面电镀金属层；

步骤二：将晶圆4的金属层一侧与上述临时键合/解键合的材料进行临时键合，得到临时晶圆键合对；

步骤三：对临时晶圆键合对的晶圆的非金属层进行加工；

步骤四：通过非平行于临时晶圆键合对的临时键合/解键合的材料的作用力对晶圆键合对的临时键合/解键合的材料和晶圆进行解键合。

具体的，步骤一中将晶圆的表面电镀金属层能增大晶圆的粗糙度，防止晶圆在后续工艺中发生偏移。

具体的，步骤二的临时键合具体为将晶圆放置在所述临时键合/解键合的材料的石墨类材料一侧上，在打磨的过程中产生摩擦力使得所述晶圆与所述临时键合/解键合的材料进行键合，该键合方法能保证晶圆不会在临时键合/解键合的材料的水平方向发生位移。

具体的，步骤一的金属层具体为铜、镍、金、铝和铅中的一种或多种。

更具体的，晶圆4为硅片、碳化硅、氮化镓、锗片、绝缘体上硅或GaAs晶片中的一种。

更具体的，载片2的直径比晶圆4的直径长0-2毫米。

具体的，将晶圆4的金属层一侧与上述临时键合/解键合的材料的附着石墨类材料面进行临时键合，得到临时晶圆键合对。

具体的，所述步骤三的加工具体包括对晶圆进行研磨减薄加工、镀通孔加工或球栅阵列封装加工中的一种或多种。

更具体的，上述研磨减薄方法包括如下三个步骤：粗磨、细磨和抛光；粗磨和细磨采用不同目数的金刚砂刀轮通过机械研磨方式完成；抛光采用化学机械研磨法、干法刻蚀法或湿法刻蚀法。研磨减薄后晶圆的厚度为10-400μm。

具体的，非平行于临时晶圆键合对的临时键合/解键合的材料的作用力为垂直于临时晶圆键合对的临时键合/解键合的材料的作用力。

需要说明的是，平行于临时键合/解键合的材料的作用力是无法拆除临时晶圆键合对的晶圆，因此，其余作用力都可以拆除晶圆，其中，垂直于临时晶圆键合对的临时键合/解键合的材料的作用力是拆除晶圆的最优方式。

其中，以下实施例所用原料均为市售或自制。

实施例1

本发明的具体实施方式提供一种临时键合/解键合的材料及其制备方法和应用，实施例1包括以下步骤：

步骤1：取8寸的硅片晶圆，硅片的厚度为100微米，硅片的正面镀有一层1微米铜；

步骤2：取一块玻璃作为载片，玻璃的厚度为30微米，玻璃直径与硅片直径尺寸一样；

步骤3：对玻璃载片通过光化学刻蚀法形成一层凸起的微结构，该微结构的高度为10微米；

步骤4：对玻璃载片的微结构通过CVD法镀石墨，石墨的厚度为5微米；

步骤5：将硅片晶圆的镀有铜的一侧与玻璃载片的石墨层进行临时键合得到临时硅片晶圆键合对；

步骤6：对临时硅片晶圆键合对的硅片晶圆的非镀铜的一侧进行粗磨、细磨和抛光，打磨后的厚度为20微米；

步骤7：通过一个垂直于玻璃载片的力对加工完的硅片晶圆键合对分离。

实施例2

本发明的具体实施方式提供一种临时键合/解键合的材料及其制备方法和应用，实施例2包括以下步骤：

步骤1：取8寸的氮化镓晶圆，氮化镓的厚度为700微米，氮化镓的正面镀有一层1微米金；

步骤2：取一块铜箔作为载片，铜箔的厚度为30微米，铜箔直径比氮化镓直径大1毫米；

步骤3：对铜箔载片通过湿法刻蚀形成一层凸起的微结构，该微结构的高度为15微米；

步骤4：对铜箔载片的凸起结构通过CVD法镀上石墨，石墨的厚度为8微米；

步骤5：将氮化镓晶圆的镀金的一侧与铜箔载片的石墨层进行临时键合得到临时晶圆键合对；

步骤6：对临时氮化镓晶圆键合对的氮化镓晶圆的非镀金一侧进行粗磨、细磨和抛光，打磨后的厚度为15微米；

步骤7：通过一个垂直于铜箔载片的力对加工完的氮化镓晶圆键合对分离。

实施例3

本发明的具体实施方式提供一种临时键合/解键合的材料及其制备方法和应用，实施例3包括以下步骤：

步骤1：取12寸的碳化硅晶圆，碳化硅的厚度为700微米，碳化硅的正面镀有一层1微米铝；

步骤2：取一块蓝宝石作为载片，蓝宝石的厚度为30微米，蓝宝石直径比硅片直径大2毫米；

步骤3：对蓝宝石载片通过等离子刻蚀方法形成一层凸起的微结构，该微结构的高度为20微米；

步骤4：对蓝宝石表面通过磁控溅射法镀石墨，石墨的厚度为15微米；

步骤5：将碳化硅晶圆的镀铝一侧与蓝宝石载片的石墨层进行临时键合得到临时碳化硅晶圆键合对；

步骤6：对临时碳化硅晶圆键合对的碳化硅晶圆的非镀铝的一侧进行粗磨、细磨和抛光，打磨后的厚度为10微米；

步骤7：通过一个垂直于蓝宝石载片的力对加工完的碳化硅晶圆键合对分离。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.临时键合/解键合的材料，其特征在于，包括经粗糙化处理的载片和石墨类材料，所述石墨类材料附着在所述经粗糙化处理的载片的粗糙面上。

2.根据权利要求1所述的临时键合/解键合的材料，其特征在于，所述粗糙化处理具体包括通过化学方法或等离子刻蚀方法在载片的表面形成凸起结构。

3.根据权利要求1所述的临时键合/解键合的材料，其特征在于，所述石墨类材料包括石墨或石墨烯。

4.根据权利要求1所述的临时键合/解键合的材料，其特征在于，所述载片为玻璃、铜箔、蓝宝石或单晶硅中的一种。

5.根据权利要求1所述的临时键合/解键合的材料，其特征在于，所述石墨类材料附着在所述经粗糙化处理的载片的表面上具体包括通过化学气相沉积法或磁控溅射法将所述石墨类材料附着在所述经粗糙化处理的载片的粗糙面。

6.临时键合/解键合的材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：将载片的表面进行粗糙化处理，得到经粗糙化处理的载片；

步骤2：将所述石墨类材料附着在所述经粗糙化处理的载片的粗糙面上，得到临时键合/解键合的材料。

7.权利要求1至5任意一项所述的临时键合/解键合的材料或权利要求6所述的临时键合/解键合的材料的制备方法制得的临时键合/解键合的材料在晶圆加工中的应用。

8.根据权利要求7所述的应用，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一：将晶圆的表面电镀金属层；

步骤二：将晶圆的金属层一侧与如权利要求1至5任意一项所述临时键合/解键合的材料或权利要求6所述的临时键合/解键合的材料的制备方法制得的临时键合/解键合的材料的石墨类材料一侧进行临时键合，得到临时晶圆键合对；

步骤三：对所述临时晶圆键合对的晶圆的非金属层进行加工；

步骤四：通过非平行于所述临时晶圆键合对的临时键合/解键合的材料的作用力对所述晶圆键合对的临时键合/解键合的材料和晶圆进行解键合。

9.根据权利要求8所述的应用，其特征在于，所述步骤三的加工具体包括对晶圆进行研磨减薄加工、镀通孔加工或球栅阵列封装加工中的一种或多种。

10.根据权利要求8所述的应用，其特征在于，所述非平行于所述临时晶圆键合对的临时键合/解键合的材料的作用力为垂直于所述临时晶圆键合对的临时键合/解键合的材料的作用力。