薄晶片處理的多粘合層的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及薄晶片處理的多粘合層。提供一種臨時地結(jié)合半導(dǎo)體襯底的多粘合層方案。在該創(chuàng)新性粘合方案中，多個層中的至少一個層直接與半導(dǎo)體襯底接觸并且該方案中的至少兩個層直接彼此接觸。本發(fā)明提供若干加工選擇，因為多層結(jié)構(gòu)中的不同層執(zhí)行具體功能。更重要地，通過提供更高的溫度穩(wěn)定性、與粗糙背側(cè)加工步驟更大的兼容性、通過封裝對晶片前側(cè)凸起的保護、在脫粘步驟中更低的應(yīng)力和前側(cè)更少的缺陷來提高薄晶片處理方案的性能。
【專利說明】薄晶片處理的多粘合層
[0001]本申請是申請?zhí)枮?01180047933.0、申請日為2011年8月5日、發(fā)明名稱為“薄晶片處理的多粘合層”的申請的分案申請。
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002]本發(fā)明廣泛地涉及新穎的利用多層粘合系統(tǒng)的臨時晶片粘合方法。該創(chuàng)新性方法可在晶片減薄和其它背側(cè)加工期間將器件晶片支持在載體襯底上。
【背景技術(shù)】
[0003]集成電路、功率半導(dǎo)體、發(fā)光二極管、光子電路、微電磁系統(tǒng)(MEMS)、嵌入式有源陣列、封裝的介入物以及大量其它基于硅和復(fù)合半導(dǎo)體的微器件被共同地制造成晶片襯底上的陣列，該晶片襯底直徑在1-12英寸的范圍內(nèi)。該器件隨后被分割成各個器件或管芯，它們被封裝以允許與宏觀環(huán)境的形成實踐性接口，例如通過與印刷線路板的互連。將器件封裝件構(gòu)造在管芯上或管芯周圍同時使它仍然是晶片陣列的一部分已變得越來越流行。這種被稱為晶片級封裝的實踐降低了總封裝成本并允許在器件和微電子環(huán)境之間達成較高的互連密度，相比一般具有比實際器件大上若干倍的外側(cè)尺寸的更傳統(tǒng)封裝件而言。
[0004]直到最近，互連方案仍普遍囿于兩個維度，這意味著器件和其安裝所在的相應(yīng)板或封裝表面之間的電連接已全部被布置在水平(或χ-y)平面內(nèi)。微電子產(chǎn)業(yè)現(xiàn)在已察覺，器件互連密度的顯著增加和信號延遲的相應(yīng)減少(歸因于電連接點之間的距離縮短)可通過垂直地(即沿z方向)層疊和互連器件來實現(xiàn)。對器件層疊的兩種常見的要求是:(I)從背側(cè)沿貫通晶片的方向減薄器件；以及(2)之后形成貫通晶片的電連接，它一般被稱為通硅通路或“TSV”并終止在器件的背側(cè)。就這點而言，半導(dǎo)體器件減薄現(xiàn)在已成為標準實踐，即使當(dāng)器件不在層疊結(jié)構(gòu)中被封裝時，因為這樣做利于散熱并允許通過例如蜂窩電話的緊湊型電子產(chǎn)品取得小得多的形狀因數(shù)。
[0005]正越來越感興趣的是:將半導(dǎo)體器件減薄至小于100微米以減小其輪廓(尤其當(dāng)半導(dǎo)體器件或其所在的相應(yīng)封裝件被層疊時)并簡化器件上的背側(cè)電連接的成形。用于高容量集成電路制造的硅晶片一般是200mm或300mm直徑并具有大約750微米的通晶片厚度。不減薄的話，幾乎不可能形成通過使連線穿過晶片與前側(cè)電路連接的后側(cè)電接觸?；跈C械磨削(背側(cè)磨削)和拋光以及化學(xué)蝕刻的用于半導(dǎo)體級硅和復(fù)合半導(dǎo)體的高效率減薄工藝如今投入商用。這些工藝使器件晶片厚度在幾分鐘內(nèi)減小至小于100微米，同時保持跨晶片厚度均一性的精確控制。
[0006]已被減薄至小于100微米的器件晶片，尤其是已被減薄至小于60微米的器件晶片，是極為脆弱的并必須在其完全尺寸上被支持以防止破裂和折斷。已研發(fā)出各種晶片桿和晶片卡盤以運送超薄的器件晶片，但是問題仍然存在，即如何在包括諸如化學(xué)機械拋光(CMP)、光刻、蝕刻、沉積、退火和清洗之類的步驟的背側(cè)磨削和TSV成形工藝過程中支持晶片，因為這些步驟在器件晶片被減薄時或減薄后施加了高的熱應(yīng)力和機械應(yīng)力。超薄晶片處理的一種越來越流行的方法涉及用聚合粘合劑將完全厚度的器件晶片面朝下地安裝至剛性載體。然后從背側(cè)進行減薄和加工。然后在背側(cè)加工已完成后通過熱、熱機械或化學(xué)工藝將完全加工的超薄晶片從載體取下或脫粘。
[0007]常見的載體材料包括硅(例如空白的器件晶片)、鈉鈣玻璃、硼硅玻璃、藍寶石以及各種金屬和陶瓷。載體可以是方形或矩形的但更常見地是圓的，并且其尺寸被調(diào)節(jié)成與器件晶片匹配以使粘合的組件可以傳統(tǒng)的加工工具和帶盒中被處理。有時當(dāng)液體化學(xué)藥劑被用來作為脫離手段溶解或分解聚合粘合劑時，載體被打孔以加速脫粘過程。
[0008]用于臨時晶片粘合的聚合粘合劑一般是通過溶液的旋涂或噴涂或作為干膜帶層疊而施加的。旋涂和噴涂施加的粘合劑是越來越優(yōu)選的，因為它們形成比帶可提供的更高的厚度均一性。較高的厚度均一性演變成在減薄后對跨晶片厚度均一性的較好控制。聚合粘合劑表現(xiàn)出對器件晶片和載體聞的粘合強度。
[0009]聚合粘合劑可根據(jù)所需要的厚度和涂層平面性(平整性)被旋涂施加到器件晶片、載體或兩者之上。涂層的晶片被烘烤以從聚合粘合劑層去除所有涂層溶劑。經(jīng)涂層的晶片和載體隨后通過加熱機械壓合接觸地設(shè)置以供粘合。施加足夠的溫度和壓力以使粘合劑流入并填充入器件晶片結(jié)構(gòu)化特征，并實現(xiàn)與器件晶片和載體表面的所有面積的親密接觸。
[0010]在背側(cè)加工之后使器件晶片從載體脫粘一般以下列四種方式之一實現(xiàn):
(I)化學(xué)方式——將粘合的晶片疊層浸沒到或噴涂以溶劑或化學(xué)藥劑以溶解或分解聚合粘合劑。
[0011](2)光分解方式 ——用光源通過透明載體照射粘合的晶片疊層，以光分解與載體毗鄰的粘合劑邊界層。載體隨后可從疊層上分離下來，并在器件晶片保持在卡盤上的同時使聚合粘合劑的余量從器件晶片上剝落。
[0012](3)熱機械方式——粘合的晶片疊層被加熱至聚合粘合劑的軟化溫度以上，并隨后在用完全晶片保持卡盤支持的同時使器件晶片從載體滑落或脫離。
[0013](4)熱分解方式——粘合的晶片疊層被加熱至聚合粘合劑的分解溫度以上，這使其揮發(fā)并喪失與器件晶片和載體的粘合性。
[0014]這些脫粘方法中的每一種具有嚴重限制其在生產(chǎn)環(huán)境中的使用的缺陷。例如，通過溶解聚合粘合劑的化學(xué)脫粘是一緩慢的過程，因為溶劑必須通過粘滯性聚合物介質(zhì)擴散過很大的距離來實現(xiàn)脫離。也就是說，溶劑必須從粘合襯底的邊緣或從載體中的小孔開始擴散入粘合劑所在的區(qū)域。在任一情形下，溶劑擴散和滲透所需的最小距離為至少3-5mm并可能更大，即使通過小孔增加溶劑與粘合劑層的接觸也好。經(jīng)常需要幾小時的處理時間，甚至在升高的溫度(> 60°C )下，以使脫粘發(fā)生，這意味著晶片生產(chǎn)力將會很低。
[0015]光分解同樣是緩慢的過程，因為整體粘合的襯底無法同時被曝露出。相反，一般是具有僅幾毫米的光束橫截面的激光器的曝光光源必須在一時間聚焦在很小的面積以傳遞足夠的能量以使粘連性粘合線的分解發(fā)生。光束然后以連續(xù)方式橫跨襯底地掃描(或光柵化)以使整個表面脫粘，這導(dǎo)致長的脫粘時間。
[0016]盡管熱機械(TM)脫粘一般可在幾分鐘內(nèi)完成，但它具有可能降低器件產(chǎn)量的其它局限性。對臨時粘合器件的背側(cè)加工經(jīng)常涉及高于200°C或甚至300°C的工作溫度。用于TM脫粘的聚合粘合劑在該工作溫度下或附近必須既不會分解也不會過度軟化，否則脫粘將過早地發(fā)生。結(jié)果，粘合劑一般被設(shè)計成在高于工作溫度20-50°C的溫度下充分軟化以使脫粘發(fā)生。脫粘所需的高溫由于熱膨脹對粘合的成對器件施加了大量的應(yīng)力。同時，通過滑動、抬升或扭曲運動將器件晶片從載體移離所需的高機械力形成附加應(yīng)力，該附加應(yīng)力可使器件晶片斷裂或造成各器件的微觀電路中的損壞，這將導(dǎo)致器件故障和產(chǎn)量損失。
[0017]熱分解(TD)脫粘也容易導(dǎo)致晶片斷裂。當(dāng)聚合粘合劑分解時產(chǎn)生氣體，并且這些氣體可能在粘合劑塊件被移去之前陷入到器件晶片和載體之間。陷入的氣體的累積可使薄的器件晶片起水泡或甚至裂開。TD脫粘的另一問題是聚合物分解經(jīng)常伴隨有難處理的碳化殘留物的形成，這些殘留物無法通過常見的清洗操作從器件晶片去除。
[0018]這些現(xiàn)有技術(shù)的方法的局限性需要一些嶄新模式的載體輔助薄晶片處理，它們提供高的晶片產(chǎn)量并減少或消除了器件晶片斷裂和內(nèi)部器件受損的幾率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0019]本發(fā)明通過提供一種臨時粘合方法克服現(xiàn)有技術(shù)問題，該方法包括提供一疊層，疊層包括:
具有背表面和器件表面的第一襯底；
與器件表面毗鄰并具有一軟化溫度的第一粘合層；
與第一粘合層毗鄰并具有一軟化溫度的第二粘合層，其中第一粘合層的軟化溫度至少比第二粘合層的軟化溫度高大約20°C ;以及
具有載體表面的第二襯底，第二粘合層與載體表面Btt鄰。然后分離第一和第二襯底。
[0020]本發(fā)明還提供一種物品，該物品包括具有背表面和器件表面的第一襯底。物品還包括與器件表面毗鄰并具有一軟化溫度的第一粘合層。存在與第一粘合層毗鄰并具有一軟化溫度的第二粘合層，其中第一粘合層的軟化溫度至少比第二粘合層的軟化溫度高大約20°C。該物品還包括具有載體表面的第二襯底，且第二粘合層與載體表面毗鄰。
[0021]在本發(fā)明的又一實施例中，提供一種臨時粘合方法。在該方法中提供一疊層，該疊層包括:
具有背表面和器件表面的第一襯底；
與器件表面毗鄰的第一剛性層；
與第一剛性層毗鄰的粘合層；以及
具有載體表面的第二襯底，粘合層紙鄰于載體表面。該疊層還包括下列結(jié)構(gòu)中的一者或兩者:
在器件表面和第一剛性層之間的剝離層；或者 在粘合層和載體表面之間的第二剛性層。
[0022]然后分離第一和第二襯底。
[0023]本發(fā)明還提供一種物品，該物品包括具有背表面和器件表面的第一襯底。該物品還包括與器件表面毗鄰的第一剛性層、與第一剛性層毗鄰的粘合層以及具有載體表面的第二襯底。粘合層與載體表面毗鄰，并且該物品還包括下列結(jié)構(gòu)中的一者或兩者:
在器件表面和第一剛性層之間的剝離層；或者 在粘合層和載體表面之間的第二剛性層。
[0024]在本發(fā)明的又一實施例中，提供一種臨時粘合方法，該方法包括提供一疊層，該疊層包括:具有背表面和器件表面的第一襯底，器件表面具有外圍區(qū)域和中央?yún)^(qū)域；
具有載體表面的第二襯底；
與外圍區(qū)域和載體表面毗鄰的邊粘合部；以及 從由下列結(jié)構(gòu)構(gòu)成的組中選取的至少一個層:
在邊粘合部和器件表面之間的剝離層；
在邊粘合部和載體表面之間的剝離層；
在邊粘合部和器件表面之間的粘合增進層；
在邊粘合部和載體表面之間的粘合增進層；
在所述邊粘合部和所述器件表面之間的粘合層；以及 在所述邊粘合部和所述載體表面之間的粘合層。
[0025]然后分離第一和第二襯底。
[0026]在本發(fā)明的最后一個實施例 中，提供一件物品。該物品包括具有背表面和器件表面的第一襯底，并且器件表面具有外圍區(qū)域和中央?yún)^(qū)域。該物品還包括第二襯底，該第二襯底具有載體表面、與外圍區(qū)域和載體表面毗鄰的邊粘合部以及從下列結(jié)構(gòu)構(gòu)成的組中選取的至少一個層:
在邊粘合部和器件表面之間的剝離層；
在邊粘合部和載體表面之間的剝離層；
在邊粘合部和器件表面之間的粘合增進層；
在邊粘合部和載體表面之間的粘合增進層；
在所述邊粘合部和所述器件表面之間的粘合層；以及 在所述邊粘合部和所述載體表面之間的粘合層。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0027]圖1是示出本發(fā)明優(yōu)選實施例的示意圖面的橫截面圖，如示例5-9中進一步示范的那樣；
圖2是示出如何確定厚度的示意圖面的橫截面圖；
圖3是示出本發(fā)明另一優(yōu)選實施例的示意圖面的橫截面圖，如示例10-16中進一步示范的那樣；
圖4是示出本發(fā)明又一優(yōu)選實施例的示意圖面的橫截面圖，如示例17中進一步示范的那樣；
圖5是示出圖4中示出的本發(fā)明的實施例的變例的示意圖面的橫截面圖；
圖6是示出本發(fā)明又一實施例的示意圖面的橫截面圖；
圖7是示出圖6中示出的實施例的變例的示意圖面的橫截面圖；
圖8是示出本發(fā)明又一實施例的示意圖面的橫截面圖；以及
圖9是示出圖6所示的實施例的變例的示意圖面的橫截面圖，且該變例類似于在示例18中示范的工藝。
【具體實施方式】
[0028]更詳細地，本發(fā)明提供使用多層粘合方案形成微電子結(jié)構(gòu)的方法。盡管附圖中示出并且說明書描述了本發(fā)明的某些優(yōu)選實施例，然而要理解這些公開僅是示例性的。在此參考作為本發(fā)明的理想實施例的示意性例證的截面示意圖描述了本發(fā)明的實施例。如此，應(yīng)預(yù)期到，因為例如制造技術(shù)和/或公差，示例的形狀會有變化。無意將本發(fā)明的原理限制在具體公開的實施例。例如，在附圖中，為清楚起見可能放大各個層和區(qū)域的尺寸和相對尺寸。另外，本發(fā)明的各實施例不應(yīng)被解釋為受限于本文所例示區(qū)域的特定形狀，而應(yīng)當(dāng)包括例如源自制造的形狀上的偏差。例如，例示為矩形的區(qū)域可具有圓的或彎曲的特征。因此，附圖中例示的區(qū)域本質(zhì)上是示意性的，而且它們的形狀不是為了展示器件或形貌的區(qū)域的精確形狀，也不是為了限制本發(fā)明的范圍。
[0029]1.雙層粘合方案I
參見圖1(a)，前體結(jié)構(gòu)10被描述在示意性和橫截面圖中。結(jié)構(gòu)10包括第一襯底12。襯底12具有前表面或器件表面14、背表面16以及最外邊18。盡管襯底12可以是任何形狀的，但它一般應(yīng)當(dāng)是圓形形狀的。優(yōu)選的第一襯底12包括器件晶片，例如器件表面包括器件陣列(未示出)的那些器件晶片，所述器件陣列是從由集成電路、MEMS、微型傳感器、功率半導(dǎo)體、發(fā)光二極管、光子電路、介入物、嵌入式無源器件以及制造在硅和諸如硅鍺、砷化鎵和氮化鎵之類的其它半導(dǎo)體材料上或從其制造的其它微型器件。這些器件的表面一般包括形成自下列材料中的一種或多種材料的結(jié)構(gòu)(同樣未示出):硅、多晶硅、二氧化硅、氮(氧)化硅、金屬(例如銅、鋁、金、鎢、鉭)、低k電介質(zhì)、聚合物電介質(zhì)以及各種金屬氮化物和硅化物。器件表面14也可包括從由下列各項構(gòu)成的組成選取的至少一種結(jié)構(gòu):焊料凸起；金屬柱；金屬墩；以及由從下列各項構(gòu)成的組中選取的材料形成的結(jié)構(gòu):硅、多晶硅、二氧化娃、氮(氧)化娃、金屬、低k電介質(zhì)、聚合物電介質(zhì)、金屬氮化物和金屬娃化物。
[0030]將組合物施加于第一襯底12以在器件表面14上形成第一粘合層20,如圖1(a)所示。粘合層20具有遠離第一襯底12的上表面21，并優(yōu)選地直接毗鄰器件表面14地形成第一粘合層20 (即在第一粘合層20和襯底12之間沒有任何中介層)。組合物可通過任何已知的施加方法施加，其中一個優(yōu)選方法是以從大約500rpm至大約5000rpm的速度(優(yōu)選地從大約500rpm至大約2000rpm的速度)旋涂組合物長達從大約5秒至大約120秒的時間段(優(yōu)選地從大約30秒至大約90秒)。在施加組合物后，優(yōu)選地將其加熱至從大約80°C至大約250°C的溫度(更優(yōu)選地從大約170°C至大約220°C )并長達從大約60秒至大約8分鐘的時間段(優(yōu)選地從大約90秒至大約6分鐘)。根據(jù)用以形成第一粘合層20的組合物，烘烤也可發(fā)起交聯(lián)反應(yīng)以固化層20。在一些實施例中，優(yōu)選地使該層經(jīng)受多級烘烤工藝，這取決于所利用的組合物。另外，在一些實例中，可在組合物的額外等分試樣上重復(fù)前述施加和烘烤工藝，由此以多個步驟將第一粘合層20“建造”在第一襯底12上。
[0031]第二前體結(jié)構(gòu)22也示出在圖1(a)中的示意和橫截面圖中。第二前體結(jié)構(gòu)22包括第二襯底24。在該實施例中，第二襯底24是載體晶片。也就是說，第二襯底24具有前表面或器件表面26、背表面28以及最外邊30。盡管第二襯底24可以是任何形狀，然而它一般可以是圓形形狀的并且其尺寸被調(diào)節(jié)成類似于第一襯底12。優(yōu)選的第二襯底24包括硅、藍寶石、石英、金屬(例如鋁、銅、鋼)以及多種玻璃和陶瓷。
[0032]將第二組合物施加于第二襯底24以在載體表面26上形成第二粘合層32，如圖1(a)所示。第二粘合層32具有遠離第二襯底24的上表面33以及與第二襯底24毗鄰的下表面35。優(yōu)選地，第二粘合層32直接毗鄰于載體表面26地形成(即在第二粘合層32和第二襯底24之間沒有中介層)。組合物可通過任何已知的施加方法施加，一個優(yōu)選方法是以從大約500rpm至大約5000rpm的速度(優(yōu)選地從大約500rpm至大約2000rpm的速度)旋涂組合物長達從大約5秒至大約120秒的時間段(優(yōu)選地從大約30秒至大約90秒)。在施加組合物后，優(yōu)選地將其加熱至從大約80°C至大約250°C的溫度(更優(yōu)選地從大約170°C至大約220°C )并長達從大約60秒至大約8分鐘的時間段(優(yōu)選地從大約90秒至大約6分鐘)。根據(jù)用以形成第二粘合層32的組合物，烘烤也可發(fā)起交聯(lián)反應(yīng)以固化層32。在一些實施例中，優(yōu)選地使該層經(jīng)受多級烘烤工藝，這取決于所利用的組合物。
[0033]第一和第二粘合層20、32(以及本文描述的其它層)的厚度可通過參照圖2最好地例示出，圖2中相同附圖標記被用來表示相同的部件。器件表面14已示出于圖2中以示意地描述器件表面14上由于前述器件以及出現(xiàn)在器件表面14上的其它凸起特征、接觸孔、通孔、線、溝等的存在而造成的形貌的變化。在器件表面14上發(fā)現(xiàn)的各特征之中具有最高特征36和最低特征38。(在本文中，“最高”指在離第一襯底12的背表面16最遠處延伸的特征，而“最低”指其最低點最靠近第一襯底12的背表面16的特征)。最高特征36具有最高表面36a，而最低特征38具有最低表面或點38a。當(dāng)談到已被施加至形貌(即非平面)表面的層的厚度時，兩個厚度可以是基準。T1指從由最低表面或點38a定義的下平面40開始并延伸至上表面21的距離，如圖2中示范的那樣。T2指在最高表面36a上測得的層厚度。具體地說并如圖2所示，該厚度T2開始于上平面42并延伸至上表面21。當(dāng)談到已被施加至平坦(或大致平坦)的表面的層的厚度的基準時，該厚度由圖2中的T3表示并且是層32的下表面35和上表面33之間的距離。最后，在一些實例中，使用厚度T4，并且它表示從下平面40至上平面42的距離。所有厚度指五次測量后取的平均厚度。
[0034]在本發(fā)明的實施例中，第一粘合層20優(yōu)選地具有厚度T1,它至少等于厚度T4,優(yōu)選地從大約1.1T4至大約1.5T4，更優(yōu)選地從大約1.2T4至大約1.3T4。這一般導(dǎo)致至少約24μ m的厚度T1,更優(yōu)選地從大約45 μ m至大約200 μ m,且甚至更優(yōu)選地從大約50 μ m至大約150 μ m。此外，第 一粘合層20優(yōu)選地具有至少約5 μ m的厚度T2,厚度T2更優(yōu)選地從大約5 μ m至大約50 μ m,且甚至更優(yōu)選地從大約10 μ m至大約30 μ m。第二粘合層32具有小于約35 μ m的厚度T3,該厚度T3優(yōu)選地從大約I μ m至大約35 μ m,更優(yōu)選地從大約Iμ m至大約25 μ m,且甚至更優(yōu)選地從大約I μ m至大約15 μ m。
[0035]第一粘合層20優(yōu)選地具有軟化點(環(huán)和球)，該軟化點比第二粘合層32的軟化點高出至少大約20°C，更優(yōu)選地高出大約20°C至大約200°C，且甚至更優(yōu)選地高出大約20°C至大約100°C。這一般導(dǎo)致第一粘合層20具有至少大約100°C，優(yōu)選地從大約150°C至大約400°C，更優(yōu)選地從大約200°C至大約300°C的軟化點。此外，第二粘合層32的典型軟化點低于約220°C，優(yōu)選地從大約50°C至大約220°C，更優(yōu)選地從大約100°C至大約150°C。
[0036]形成第一和第二粘合層20、32的材料應(yīng)當(dāng)能夠分別與第一和第二襯底12、24以及彼此地形成強粘連性粘合。具有由ASTM D4541/D7234確定的大約50psig，優(yōu)選地從大約80psig至大約250psig,更優(yōu)選地從大約100 psig至大約150psig的粘合強度的任何材料應(yīng)當(dāng)能理想地用作第一和第二粘合層20、32。
[0037]較為有利地，用于形成第一和第二粘合層20、32的組合物可從能夠形成為具有前述屬性的層的市面上有售的粘合組合物中選取。典型的這些組合物是有機的并將包括溶解或散布在溶劑系統(tǒng)中的聚合物或低聚物(oligomer)。聚合物或低聚物典型地從包含環(huán)烯烴、環(huán)氧樹脂、丙烯酸樹脂、硅樹脂、苯乙烯、鹵乙烯、乙烯基酯、聚酰胺、聚酰亞胺、聚砜、聚醚砜、環(huán)烯烴、聚烯烴橡膠以及聚氨酯、乙烯丙烯(ethylene-propylene)橡膠、聚酰胺月旨、聚酰亞胺酯、聚縮醛和聚乙烯醇縮丁醛的聚合物和低聚物構(gòu)成的組中選取。典型的溶劑系統(tǒng)將依賴于聚合物或低聚物的選擇。基于組合物的總重量——按重量計取為100%，組合物的典型固體含量按重量計將在大約1%至大約60%的范圍內(nèi)，優(yōu)選地按重量計在大約3 %至大約40 %的范圍內(nèi)。一些適宜的組合物在美國專利公開N0.2007/0185310、N0.2008/0173970、N0.2009/0038750 和 N0.2010/0112305 中有記載，每一篇這樣的文獻均援引包含于此。
[0038]然后以面對面關(guān)系將結(jié)構(gòu)10、22壓合到一起，因此第一粘合層20的上表面21與第二粘合層32的上表面33形成接觸(圖1(b))。在壓合的同時，施加足夠的壓力和熱長達足夠的時間量，由此將兩個結(jié)構(gòu)10、22粘合在一起以形成粘合的疊層34。粘合參數(shù)將取決于形成粘合層20、32的組合物而改變，但在該步驟期間的典型溫度在大約150°C至大約3750C的范圍內(nèi)，優(yōu)選地在大約160°C至大約350°C的范圍內(nèi)，其典型壓力在大約1000N至大約5000N的范圍內(nèi)，優(yōu)選地在大約2000N至大約4000N的范圍內(nèi)，持續(xù)的時間段在大約30秒至大約5分鐘的范圍內(nèi)，更優(yōu)選地在大約2分鐘至大約4分鐘的范圍內(nèi)。
[0039]在這個階段，可安全處理第一襯底12并使其經(jīng)受進一步的加工，若不在這個階段進行就可能損壞尚未粘合至第二襯底24的第一襯底12。因此，該結(jié)構(gòu)可安全地受到背側(cè)處理，例如背側(cè)磨削、CMP、蝕刻、金屬和電介質(zhì)沉積、圖案化(例如光刻，經(jīng)由蝕刻)、鈍化、退火及其組合，而沒有襯底12、24分離發(fā)生，并且在這些后續(xù)加工步驟中不會遭遇任何化學(xué)藥劑滲透。第一粘合層20和第二粘合層32不僅能在這些工藝下存活，它們還能存活在高達大約450°C的加工溫度下，優(yōu)選地從大約200°C至大約400°C，更優(yōu)選地從大約200°C至大約 350 0C ο
[0040]一旦加工完成，襯底12、24可通過任何數(shù)量的分離方法(未示出)分離。一種方法涉及將第一和第二粘合層20、32中的一者或兩者溶解在溶劑中(例如二戊烯(Iimonene)、十二烯、丙二醇單甲醚(PGME))。替代地，襯底12、24也可通過首先使用激光消融術(shù)、等離子蝕刻、噴水或有效地蝕刻或分解第一和第二粘合層20、32的其它高能技術(shù)機械地干擾或破壞第一和第二粘合層20、32中的一者或兩者的外圍來進行分離。首先鋸切或割穿第一和第二粘合層20、32或通過某些等效的裝置劈開層20、32也是適合的。不管利用前述裝置中的哪些，可施加低機械力(例如指壓力、柔和的楔入)以完全地分離襯底12、24。
[0041]最優(yōu)選的分離方法涉及將粘合的疊層34加熱至至少約100°C的溫度，優(yōu)選地從大約150°C至大約220°C，更優(yōu)選地從大約180°C至大約200°C。要理解，在這些溫度下，第二粘合層32將軟化，這允許襯底12、24被分離(例如通過美國專利公開N0.2008/0200011中描述的滑動脫粘方法，該文獻被援引包含于此)。在分離后，可用能夠溶解特定層20或32的溶劑去除任何剩余的第一和第二粘合層20、32。在一些實施例中，選擇用于形成第一粘合層20的組合物以使其適合部分或全部地永久性留在第一襯底12上。在這些實例中，第一粘合層20將在后繼的晶片加工步驟中發(fā)揮一些功能(例如溝隙填充)，這是現(xiàn)有技術(shù)工藝中沒有的優(yōu)勢。
[0042] 要理解，該雙層實施例提供數(shù)個優(yōu)勢。由于該創(chuàng)新性方法，可控制結(jié)構(gòu)的粘合溫度和總體熱穩(wěn)定性。也就是說，本創(chuàng)新性方法允許使用較高的加工溫度并同時在較低的溫度下使粘合和脫粘成為可能。
[0043]2.雙層粘合方案II
圖3示出第二雙層粘合方案，其中相同的附圖標記表示相同部件。在該實施例中，在器件表面14上形成具有上表面46和下表面48的“清洗”或剝離層44。剝離層44可通過任何已知的施加方法形成，其中一個優(yōu)選方法是以從大約500rpm至大約5000rpm的速度(優(yōu)選地從大約500rpm至大約2000rpm的速度)旋涂用來形成層44的組合物長達從大約5秒至大約120秒的時間段(優(yōu)選地從大約30秒至大約90秒)。在施加組合物后，優(yōu)選地將其加熱至從大約60°C至大約250°C的溫度(更優(yōu)選地從大約80°C至大約220°C )并長達從大約60秒至大約4分鐘的時間段(優(yōu)選地從大約90秒至大約2分鐘)。在一些實施例中，優(yōu)選地使該層經(jīng)受多級烘烤工藝，這取決于所利用的組合物。根據(jù)用以形成剝離層44的組合物，烘烤也可發(fā)起交聯(lián)反應(yīng)以固化層44。
[0044]剝離層44優(yōu)選地具有小于約3 μ m的厚度T1，厚度T1更優(yōu)選地從大約0.5 μ m至大約3 μ m,且甚至更優(yōu)選地從大約I 4!11至大約1.5 μ m。在其它實施例中，剝離層44是保形層，因此它應(yīng)當(dāng)不具有前述厚度。
[0045]應(yīng)當(dāng)選擇用于形成剝離層44的組合物以使該層44可溶于從由以下各項構(gòu)成的組中選取的溶液中:1%鹽酸親水性溶液、50%醋酸親水性溶液、異丙醇、1-十二烯、R- 二戊烯、環(huán)戊酮衍生物、PGME和羥化四甲基銨(TMAH)。更具體地，在與特定去除溶液接觸大約4_5小時之后，剝離層44將至少大約95%，優(yōu)選地至少大約99%和優(yōu)選100%地被溶解/去除。
[0046]用于形成剝離層44的優(yōu)選組合物可從擁有前述特性的市面上有售的組合物中選取。這些組合物的例子包括從由聚(乙烯基吡啶)和聚酰胺酸構(gòu)成的組中選取的那些組合物。兩種優(yōu)選的這類組合物是ProLIFf和WGF系列的濕可顯影材料(可從Brewer科技有限公司購得)。所使用的特定優(yōu)選組合物記載在美國專利公開N0.2009/0035590中，該文獻被援引包含于此。
[0047]接著，粘合層20被形成在剝離層44上(圖3 (b))。粘合層20優(yōu)選地具有厚度T1,如結(jié)合圖1描述的那樣，并具有大約5 μ m的厚度T2,厚度T2更優(yōu)選地從大約5 μ m至大約50 μ m,且甚至更優(yōu)選地從大約10 μ m至大約30 μ m。如前所述,第二襯底24然后被粘合至粘合層20(圖3(c))以形成粘合的疊層50。粘合的疊層50隨后可經(jīng)受如前所述的進一步加工。
[0048]一旦第一和第二襯底12、24準備被分離，粘合的疊層50被暴露于前述去除溶液中的一種(優(yōu)選地長達從大約I分鐘至大約5小時的時間段,更優(yōu)選地從大約2分鐘至大約60分鐘的時間段)，以使溶液溶解剝離層44，由此允許襯底12、24被分離。優(yōu)選地，在剝離層44充當(dāng)“清洗”層的實施例中，可通過加熱以充分軟化粘合層20以使襯底12、24分離來分離襯底12、24。一旦襯底12、24已被分離，可用去除溶液去除剝離/清洗層44，并且這同時使粘合層20的剩余殘留物也被去除。
[0049]3.三層粘合方案I
圖4示出第一三層粘合方案，其中相同的附圖標記表示相同部件。圖4所示實施例類似于圖3所示實施例，除了圖3的第一粘合層20已改變?yōu)榈诙澈蠈?2并且在“清洗”或剝離層44和第二粘合層32之間增設(shè)附加層。具體地說，在剝離層44已被形成在器件表面14上之后(如前所述并見圖4 (a))，具有上表面54和下表面56的剛性層52被形成在剝離層44的上表面46上(圖4(b))。本文中使用的“剛性”指具有由電流計確定的至少I GPa的高剪切模量的層。此外，“剛性”指在工藝溫度(典型地從大約150°C至大約400°C，優(yōu)選地從大約200°C至大約300°C下不流動的層。
[0050]用于形成剛性層52的組合物將是前面結(jié)合第一粘合層20討論的相同類型的組合物。此外，剛性層52將以類似于前面針對第一粘合層20描述的相同方式形成(包括如結(jié)合圖1描述的相同厚度，如果剝離層44本質(zhì)上是保形性的)。剛性層52優(yōu)選地具有大約Iμ m至大約35 μ m的厚度T3 (如果剝離層44本質(zhì)上不是保形性的)，厚度T3更優(yōu)選地從大約I μ m至大約25 μ m,甚優(yōu)選地從大約I μπι至大約15 μ m。
[0051]參見圖4(c)，第二粘合層32使用前述同一施加方法和同一類型的組合物被形成在剛性層52的上表面54。在該實施例中，第二粘合層32的厚度T3從大約I μ m至大約35μ m,更優(yōu)選地從大約I μ m至大約25 μ m,且甚至更優(yōu)選地從大約I μ m至大約15 μπι。
[0052]剛性層52優(yōu)選地具有軟化點，該軟化點比第二粘合層32的軟化點高出至少大約20°C，更優(yōu)選地高出大約20°C至大約300°C，且甚至更優(yōu)選地高出大約20°C至大約100°C。這一般將導(dǎo)致具有至少100°C，優(yōu)選地從大約150°C至大約400°C并更優(yōu)選地從大約200°C至大約300°C的軟化點的剛性層52。 [0053]如前所述，第二襯底24粘附于粘合層32以形成粘合的疊層58 (圖4 (d))。粘合的疊層58隨后經(jīng)受如前所述的進一步加工。一旦第一和第二襯底12、24準備好分離，粘合的疊層58被暴露于前述去除溶液中的一種，以使該溶液溶解剝離層44，由此允許襯底12、24被分離。替代地，如前所述，可通過加熱疊層58以軟化粘合層32來實現(xiàn)分離。在這后一實例中，剝離層44再次充當(dāng)清洗層，并可通過用去除溶液去除層44從而去除粘合層殘留物。
[0054]4.三層粘合方案II
另一三層粘合方案示出于圖5(a)_5(d)，其中相同的附圖標記表示相同部件。該實施例是前述實施例的變例，其變化之處在于多層粘合系統(tǒng)包括兩個剛性層52，并且在兩個層52之間具有層一第二粘合層32。組合物選擇、加工參數(shù)和步驟等與前面針對相應(yīng)層描述的那些相同。盡管未示出，但該實施例可通過顛倒粘合層32與兩剛性層52中的一個來予以修正(且優(yōu)選地使該剛性層52最接近第二襯底24)。
[0055]5.在襯底邊緣處的多層
圖6和圖7不出本發(fā)明的又一些實施例,其中相同的部件以相同的方式標號。對于這些實施例，參照美國專利公開N0.2009/0218560，該文獻援引包含于此。
[0056]參見圖6 (a),在該實施例中描述了結(jié)構(gòu)55。第一襯底12的器件表面14包括外圍區(qū)域57、中央?yún)^(qū)域59以及在外圍區(qū)域57的雙層粘合系統(tǒng)60。系統(tǒng)60包括薄層62，該薄層具有上表面64和下表面66以及粘合段68,該粘合段68包括外表面70、內(nèi)表面72、下表面74以及粘合表面76。薄層62的下表面66在外圍區(qū)域57與第一襯底12的器件表面14毗鄰，而粘合段68的下表面74與薄層62毗鄰。
[0057]薄層62可以是與前面針對剝離層44描述的那些特征相似的剝離層，或者薄層62可以是粘合增進層。在它是粘合增進層的實例下，可為該目的而使用任何市面上有售的粘合增進組合物。這些組合物的一些示例包括有機硅烷(例如可從Brewer科技有限公司商業(yè)購得的 ProTEK? primer)。[0058]薄層62可通過例如旋涂的傳統(tǒng)方法形成，之后在適于該特定組合物的溫度下烘烤。例如，形成如前所述剝離層44的方法可用來形成薄層62。附加地，盡管圖6(a)將該層圖示為僅出現(xiàn)于外圍區(qū)域57，然而薄層62也可完全橫跨器件表面14延伸，以使它也出現(xiàn)在中央?yún)^(qū)域59。薄層62在外圍區(qū)57優(yōu)選地具有從大約I μπι至大約35 μ m、更優(yōu)選地從大約I μ m至大約25 μ m、且甚至更優(yōu)選地從大約I μπι至大約15 μπι的厚度Τ3。在薄層62橫跨整個器件表面14延伸的實例中，它具有從大約0.1 μ m至大約20 μ m、優(yōu)選地從0.25μπι至大約10 μπι、更優(yōu)選地從大約I μπι至大約3 μπι的厚度1\。在其它實例中，薄層62可以是保形層，并因此不具有前述厚度。
[0059]粘合段68可由任何市面上有售的粘合組合物形成，包括前面針對第一和第二粘合層20、32討論的那些組合物。粘合段68 —般具有從大約2mm至大約15mm、優(yōu)選地從大約2mm至大約10mm、更優(yōu)選地從大約2mm至大約5mm的厚度“D”。此外，粘合段68具有優(yōu)選地從大約5 μ m至大約100 μ m、更優(yōu)選地從大約5 μ m至大約50 μ m、且甚至更優(yōu)選地從大約10 μ m至大約30 μ m的厚度T3。
[0060]這里，如前面實施例所述，結(jié)構(gòu)55可被粘合至第二襯底24，或者填充層78可形成在器件表面14的中央?yún)^(qū)域59，如圖6(b)所示。填充層78可具有與前面針對粘合段68描述的相同的厚度。填充層78典型地由包含分散或溶解在溶劑系統(tǒng)中的單體、低聚物和/或聚合物的材料構(gòu)成。如果填充層78將經(jīng)由旋涂被施加，則這種材料的固體含量優(yōu)選地從按重量計大約I %至按重量計大約50 %，跟優(yōu)選地從按重量計大約5 %至按重量計大約40 %，且甚至更優(yōu)選地從按重量計大約10%至按重量計大約30%。適宜的單體、低聚物和/或聚合物的例子包括從由環(huán)烯烴(cyclic olefin)聚合物和共聚物以及具有高原子氟含量(按重量計大于30%)的無定形含氟聚合物構(gòu)成的組中選取的那些材料，例如氟化硅氧烷聚合物、氟化乙烯丙烯共聚物、具有配對的全氟烷氧基組(pendant perfluoroalkoxy groups)的聚合物以及四氟乙烯和2，2-雙三氟甲基-4，5-二氟-1，3-間二氧環(huán)戊烯的共聚物是優(yōu)選的。要理解，這些材料的粘合 強度將依賴于它們特定的化學(xué)結(jié)構(gòu)以及對其施加的涂層和烘烤條件。
[0061]在該實施例中，填充層78優(yōu)選地不形成強的粘連性粘合，由此有利于之后的分離?？偟貋碚f，如下的無定形聚合材料是理想的:(1)具有低表面自由能；(2)是不剝落的并已知不強韌地粘附于玻璃、硅和金屬表面(即一般具有非常低濃度的羥基或羥酸組，優(yōu)選地沒有這些組)；(3)可從溶液澆注或形成為薄膜以層疊；(4)將在一般粘合條件下流動以填充器件晶片表面形貌，由此在襯底之間形成無空隙的粘合線；以及(5)將不會在背側(cè)加工期間遇到的機械應(yīng)力下破裂、流動或重分布，即便當(dāng)在高溫或高真空條件下執(zhí)行時也是如此。本文中使用的低表面自由層被定義為表現(xiàn)出與晶片至少約90°的接觸角和小于約40達因/cm的臨界表面張力的聚合材料，該臨界表面張力優(yōu)選地小于約30達因/cm，更優(yōu)選地從大約12達因/cm至大約25達因/cm，如通過接觸角測量確定的那樣。
[0062]低粘合強度指聚合材料不粘合于襯底并僅通過很輕的手壓力——例如可用來使粘合性便條紙脫粘的手壓力——就可從襯底上剝落。因此，具有小于約50psig、優(yōu)選地小于約35psig、更優(yōu)選的從大約Ipsig至大約30psig的粘合強度的任何材料將理想地用作填充層22。表現(xiàn)出前述屬性的適宜聚合材料的例子包括在Mitsui的APEL?、Ticona的TOPAS?和Zeon的ZE0N0R?。這些商標下銷售的一些環(huán)烯烴聚合物和共聚物以及例如由AsashiGlass出售的CYTOP?聚合物及由DuPont出售的TEFLON* AF聚合物的可溶于溶劑的含氟聚合物。這些材料的粘合強度將依賴于施加它們時使用的涂層和烘烤條件。
[0063]這里，第二襯底可使用通過前面實施例描述的步驟粘合于結(jié)構(gòu)55以形成如圖6(c)所示的粘合的疊層82。在疊層82上完成要求的加工之后，第一襯底12和第二襯底24可容易地被分離。在一種分離方法中，首先在溶劑或其它化學(xué)藥劑的幫助下溶解粘合段68。這可通過將粘合段68浸沒到溶劑中或?qū)⑷軇﹪娚涞秸澈隙?8以使其溶解而達成。如果溶劑分解被用來破壞粘合段68，則熱塑性材料的使用是尤其合需的。在該去除工藝期間常見使用的溶劑包括從由乳酸乙酯、環(huán)己酮、甲基吡咯烷酮、脂肪族溶劑(例如己烷、癸烷、十二烷、十二烯)及其混合物構(gòu)成的組中選取的那些溶劑。
[0064]襯底12、24也可通過首先使用激光消融、等離子蝕刻、噴水或其它有效地蝕刻或分解粘合段68的高能技術(shù)機械分裂或破壞粘合段68的連續(xù)性來分離。也可以首先通過一些等效裝置鋸切或割穿粘合段68或劈開粘合段68。
[0065]不管利用前述裝置中的哪些，可施加低機械力(例如指壓力、柔和的楔入)以完全地分離襯底12、24。優(yōu)選地，分離不一定要克服填充層78和襯底12或24之間的強粘連性粘合。相反，只需要解除外圍區(qū)域57中的粘合段68處的粘連性粘合以使分離發(fā)生。隨后可根據(jù)需要用適宜的溶劑漂洗凈襯底12和/或24的表面以去除任何殘留的材料。
[0066]針對前述實施例，要注意在形成填充層78之前形成粘合段68只是一種可能的形成順序。也可首先形成填充層78，之后形成粘合系統(tǒng)60或粘合段68。形成的順序?qū)Ρ景l(fā)明來說不是關(guān)鍵的，并可由本領(lǐng)域內(nèi)技術(shù)人員改變。
[0067]參見圖7，其示出本發(fā)明的又一實施例，其中相同附圖標記表示相同部件。該實施例與圖6相似，除了第一和第二襯底12、24被相互置換外。也就是說，薄層62與第二襯底24的載體表面26而不是與第一襯底12的器件表面14接觸,并且粘合段68的粘合表面76被粘合至第一襯底12的器件表面14。因此，薄層62與粘合段68的下表面74或粘合表面76毗鄰，或與兩表面均毗鄰，這依賴于具體應(yīng)用的需要。在該實施例中，薄層62將具有前面針對圖6實施例描述的厚度T3,并且這些厚度可橫跨整個薄層62保持有效。
[0068]6.在襯底邊緣處具有區(qū)域的多個層
圖8示出本發(fā)明的又一實施例，其中相同附圖標記表示相同部件。參見圖8(a)，第二粘合層32僅被形成在第一襯底12的外圍區(qū)域57。施加方法、合需的特性(包括軟化點)和用作第二粘合層32的可能組合物如前所述。參見圖8(b)，填充層78被形成在器件表面14的中央?yún)^(qū)域59，如前面結(jié)合圖6和圖7所述的那樣。
[0069]接著，如圖8 (C)所示，第一粘合層20被形成在第二粘合層32的上表面33上和填充層78的上表面80上以形成結(jié)構(gòu)84。同樣，施加方法、合需的特性和用作第一粘合層20的可能組合物如前所述。第二襯底24可使用通過前面實施例描述的步驟粘合于結(jié)構(gòu)84以形成如圖8(d)所示的粘合的疊層86。(替代地，如示例18中所述，第一粘合層20可代替地形成在第二襯底24的載體表面21上，然后可將兩個結(jié)構(gòu)壓在一起以形成粘合的疊層86，這類似于圖1所示的步驟的順序)。
[0070]粘合的疊層86隨后經(jīng)受如前所述的進一步加工。一旦第一和第二襯底12、24準備好分離，粘合的疊層86被暴露于去除溶液(例如二戊烯、十二烯、PGME)，以使該溶液溶解第二粘合層32，由此允許襯底12、24被分離。替代地，分離可通過加熱疊層86以使第二粘合層32軟化來實現(xiàn)，該第二粘合層32具有比第一粘合層20更低的軟化點，由此分離襯底12、24，如前所述。
[0071]參見圖9，其示出本發(fā)明的又一實施例，其中相同附圖標記表示相同部件。該實施例與圖8相似，除了第一和第二襯底12、24被相互置換外。也就是說，第二粘合層32和填充層78與第二襯底24的載體表面26而不是與第一襯底12的器件表面14接觸，并且粘合表面20被粘合至第一襯底12的器件表面14。因此，取決于具體應(yīng)用的需要，可調(diào)整第二粘合層32和填充層78的位置。
[0072]對于已將各粘合層、剝離層和剛性層圖示為基本覆蓋、甚至完全覆蓋特定襯底表面的前述粘合方案中的每一個來說，可以理解可修正這些層中的一個或多個層以使其跨過特定襯底(即使未示出)的僅一部分。換句話說，僅一部分特定襯底表面將與該特定層接觸，并且這仍然落在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
[0073]此外，即便在各層已被圖示為在第一襯底(器件)上一個層形成在另一個層頂上并隨后與第二襯底(載體)粘合的情形下，所有層也可在第二襯底上一個層形成在另一個層頂上并隨后與第一襯底粘合。或者，一個或多個層可形成在第一襯底上，而其它層可形成在第二襯底上，隨后將兩個襯底粘合在一起。順序不是關(guān)鍵的，只要所得到的結(jié)構(gòu)具有本文所示和/或描述的層系統(tǒng)即可。
[0074]示例
下面的示例闡述了根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選方法。然而要理解，這些示例是以解說方式給出的并且其中沒有任何內(nèi)容應(yīng)當(dāng)被認為是對本發(fā)明總范圍的限制。
[0075]示例1-9示出本發(fā)明經(jīng)改善的粘合性能。示例10-16示出提高的在脫粘前清洗粘合組合物的能力。
[0076]示例 I
環(huán)烯烴共聚物(COC)粘合組合物A的組成
在該制程中，250克的蒔蘿烯一降冰片烯共聚物(anethene-norbornenecopolymer)(從美國紐約的Rye Brook的Mitsui化學(xué)制藥有限公司獲得的APL8008T)和3.125克酚類抗氧化劑(從德國的BASF獲得的IRGAN0X 1010)被溶解在373.45克R- 二戊烯(從佛羅里達的Winter Haven的佛羅里達化學(xué)制藥有限公司獲得)和373.45克環(huán)辛烷(從密蘇里州的圣路易斯的Sigma-Aldrich有限公司獲得)中。允許在室溫下對該混合物進行攪拌，直到所有這些組分被溶解為止。最終溶液具有25.31%固體。
[0077]示例2
COC粘合組合物B的組成
在該制程中，210.31克的蒔蘿烯一降冰片烯共聚物(從美國肯塔基的Florence的Topas Advanced Polymers獲得的Topas8007)和62.4克的低分子量的COC聚合物(從肯塔基的 Florence 的 Topas Advanced Polymers 獲得的 Topas TM)被溶解在 706 克的 R- 二戊烯連同4.0克的苯酚抗氧化劑(Irganox 1010)以及具有2800道爾頓的分子量的14.5粒度的聚異丁烯(從紐約的Ontario的Scientific Polymer Products獲得)中。允許在室溫下對該混合物進行攪拌，直到所有這些成分被溶解為止。該溶液具有29%的固體。
[0078]示例3
COC粘合組合物C的組成在該制程中，將來自示例2的50克的COC粘合組合物B與50克R- 二戊烯混合。允許在室溫下對該混合物進行攪拌以形成溶液。該溶液具有14.5%的固體。
[0079]示例4
粘合組合物D的成分
在該制程中，120克的Wafer BOND? HT-10.10材料(從Brewer科技有限公司獲得)與80克1-十二烯(從密蘇里州的圣路易斯的Sigma-Aldrich獲得)混合。允許在室溫下對該混合物進行攪拌以形成溶液。
[0080]示例5
器件晶片上的厚COC粘合組合物A層和載體晶片上的薄COC粘合組合物C層在該制程中，來自示例I的10 mL的COC粘合組合物A——它是被設(shè)計成在270°C下充分流動以達成涂層的襯底和第二襯底之間的有效粘合的環(huán)烯烴聚合物涂層——被旋涂在200_硅晶片上并被烘烤(使用下述的旋涂和烘烤參數(shù))以形成COC粘合組合物A的薄膜。以來自示例I的COC粘合組合物A的10 mL的第二等分試樣重復(fù)這道工藝，該第二等分試樣被用來在第一薄膜的頂上形成薄膜。在兩次施加步驟后的最終薄膜厚度為96 μπι。
[0081]來自示例3的COC粘合組合物C——它是被設(shè)計成在220°C下充分流動以達成涂層的襯底和第二襯底之間的有效粘合的環(huán)烯烴聚合物涂層——被旋涂在另一 200 mm硅晶片上。COC粘合組合物C的厚度為大約3 μ m。旋涂和烘烤參數(shù)對COC粘合組合物A和COC粘合組合物C而言是相同的并如下所述。
[0082].旋涂條件:在100 00 rpM/秒的加速度以800rpm旋涂長達60秒。
[0083].烘烤條件，按順序:80°C下長達2分鐘，110°C下長達2分鐘，160°C下長達2分鐘以及220°C下長達6分鐘。
[0084]涂有如前所述的COC粘合組合物A和COC粘合組合物C的兩塊硅晶片在具有5800牛頓的粘合壓力的壓力腔內(nèi)的加熱真空下在220°C的真空條件下長達3分鐘而以面對面關(guān)系被粘合。使用與援引包含于此的美國專利公開N0.2010/0206479中描述滑動工序相同的滑動工序的脫粘器(從密蘇里州的Rolla的Brewer科技有限公司獲得)然后在220°C下分離粘合的晶片。
[0085]示例 6
厚COC粘合組合物A和薄COC粘合組合物C
在該制程中，來自示例I的10 mL的COC粘合組合物A——它是被設(shè)計成在270°C下充分流動以達成涂層的襯底和第二襯底之間的有效粘合的環(huán)烯烴聚合物涂層——被旋涂在200_硅晶片上并被烘烤(使用下述的旋涂和烘烤參數(shù))以形成COC粘合組合物A的薄膜。以來自示例I的COC粘合組合物A的10 mL的第二等分試樣重復(fù)這道工藝，該第二等分試樣被用來在第一薄膜的頂上形成薄膜。在兩次施加步驟后的最終薄膜厚度為93 μπι。
[0086]來自示例3的COC粘合組合物C——它是被設(shè)計成在220°C下充分流動以達成涂層的襯底和第二襯底之間的有效粘合的環(huán)烯烴聚合物涂層——被旋涂在COC粘合組合物A薄膜的頂上。COC粘合組合物C膜的厚度為大約8 μπι。旋涂和烘烤參數(shù)對COC粘合組合物A和COC粘合組合物C而言是相同的并如下所述:
?旋涂條件:在10000 rpm/秒的加速度下以800rpm旋涂長達60秒。
[0087].烘烤條件，按順序:110°C下長達4分鐘，160°C下長達2分鐘，220°C下長達6分鐘。
[0088]另一 200mm的硅晶片的中央被涂覆以氟化硅烷(十七氟_1，1，2，2_全氟十二烷基三氯硅烷(heptadeccafluoro-l, I, 2, 2_tetrahydrodecyl trichlorosilane)),而沿晶片外緣的3 mm區(qū)域被保留在沒有氟化硅烷的狀態(tài)。涂層氟化硅烷的詳細工藝在援引包含于此的美國專利公開N0.2009/10218560的示例I中有記載。
[0089]如前所述的晶片對在加熱真空下和5800牛頓的粘合壓力下處于220°C下長達3分鐘以面對面關(guān)系被粘合。晶片對被牢固地粘合在一起并經(jīng)歷研磨工藝，該研磨工藝將器件減薄至50 μπι。經(jīng)粘合的晶片堆被浸泡在R-二戊烯中長達24小時，隨后使用剝落脫粘器(從密蘇里州的Rolla有限公司的Brewer科技有限公司獲得的ZoneBOND?分離工具)通過剝落工藝將晶片脫粘。在剝落脫粘工藝中，器件晶片通過平坦表面上的真空保持，并且載體晶片(硅烷化的晶片)通過金屬夾具牢固地保持。器件晶片隨后通過剝落夾具而從載體晶片上分離。
[0090]示例7
具有薄粘合組合物D的厚聚砜
在該制程中，280克的聚砜(Ultrason E2020P ;新澤西FlorthamPark的BASF)被溶解在520克的二甲基乙酰胺(密蘇里州的圣路易斯的Sigma-Aldrich)中。允許在室溫下對該混合物進行攪拌直到聚砜被溶解以形成溶液為止。該溶液具有35%的固體。 [0091]前述聚砜溶液以600rpm的旋涂速度被旋涂在200mm的硅晶片上長達60秒。涂層的晶片在80°C下被烘烤2分鐘，隨后在150°C下被烘烤2分鐘，然后在180°C下被烘烤5分鐘。所得到的聚砜薄膜的厚度為51.64 μ m。來自示例4的粘合組合物D隨后以1400rpm的旋涂速度被旋涂在聚砜薄膜的頂部長達60秒。該晶片在80°C下被烘烤2分鐘，然后在150°C下被烘烤2分鐘，隨后在180°C下被烘烤5分鐘。稀釋的Wafer BOND? HT-10.10薄膜的總厚度為大約2 μ m。
[0092]晶片對在室溫下在R- 二戊烯中被浸泡24小時，然后使用剝落脫粘器(ZoneBOND?分離工具)將晶片分離。
[0093]示例 8
具有薄粘合組合物C的厚聚砜
在該制程中，280克的聚砜(Ultrason E2020P)被溶解在520克的二甲基乙酰胺(密蘇里州的圣路易斯的Sigma-Aldrich)中。在室溫下對該混合物進行攪拌直到聚砜被溶解以形成溶液為止。
[0094]前述聚砜溶液被旋涂在600rpm的旋涂速度下被旋涂在200mm硅晶片上長達60秒，經(jīng)涂層的晶片在80°C下被烘烤2分鐘，然后在150°C下被烘烤2分鐘，隨后在180°C下被烘烤5分鐘以完全地去除澆注溶劑。聚砜薄膜的厚度為52.9 μπι。來自示例3的COC粘合組合物C隨后以1400rpm的旋涂速度被旋涂在聚砜薄膜的頂部長達60秒。該晶片在80°C下被烘烤2分鐘，然后在150°C下被烘烤2分鐘，隨后在180°C下被烘烤5分鐘。COC粘合組合物C的總厚度為大約2 μ m。
[0095]晶片對在室溫下在R- 二戊烯中被浸泡24小時，然后使用剝落脫粘器(ZoneBOND?分離工具)被分離。
[0096]示例 9厚的COC粘合組合物A和用于滑動脫粘的COC粘合組合物B的大于20 μ m的薄膜在該例中，來自示例I的COC粘合組合物A的10 mL等分試樣——它是被設(shè)計成在270°C下充分流動以達成涂層的襯底和第二襯底之間的有效粘合的環(huán)烯烴聚合物涂層一在200mm娃晶片上被旋涂兩次。第一旋涂在600rpm下執(zhí)行60秒,而第二旋涂在800rpm下執(zhí)行60秒。在每次涂層后，晶片在80°C下被烘烤2分鐘，然后在150°C下被烘烤2分鐘，隨后在220°C下被烘烤5分鐘。結(jié)果得到的COC粘合組合物A薄膜的厚度為大約99.14 μ m。
[0097]來自示例2的COC粘合組合物B、設(shè)計成在220 V下充分流動以實現(xiàn)涂層的襯底和第二襯底之間的有效粘合的環(huán)烯烴聚合物涂層被旋涂在涂有COC粘合組合物A的同一晶片上。COC粘合組合物B以1500rpm的旋涂速度被涂覆長達60秒。該晶片在80°C下被烘烤2分鐘，然后在150°C下被烘烤2分鐘，隨后在220°C下被烘烤5分鐘。COC粘合組合物B薄膜的厚度為大約29 μπι。
[0098]前述晶片在具有5800牛頓的粘合壓力的壓力腔內(nèi)在加熱真空下處于220°C下長達3分鐘而以面對面關(guān)系與另一 200mm硅晶片粘合。
[0099]使用滑動脫粘器(從Brewer科技有限公司獲得)的滑動脫粘工藝將粘合的晶片對分離。在2_/秒的脫粘速率和220°C的溫度下執(zhí)行脫粘工藝。
[0100]示例10
用HCl溶液清洗的聚(乙烯吡啶)和COC粘合組合物B
在該制程中，2克的聚(乙烯吡啶)(從密蘇里州的圣路易斯的Sigma-Aldrich獲得)被溶解在環(huán)戊酮中。允許在室溫下對該混合物進行攪拌，直到聚合物被溶解為止。環(huán)戊酮中的聚(乙烯吡啶)的總重量濃度是2%。該溶液通過0.1 μπι的過濾器被過濾。
[0101]前述聚(乙烯吡唳)溶液以2000 rpm的旋涂速度被旋涂在100 mm的娃晶片上長達60秒。經(jīng)涂層的晶片在80°C下被烘烤長達2分鐘并隨后在220°C下被烘烤長達2分鐘。所得到的乙烯吡啶薄膜的厚度是0.0579 μπι (57.9nm)。COC粘合組合物B然后以1100 rpm的旋涂速度被旋涂在聚(乙烯吡啶)薄膜的頂上長達60秒。該晶片在80°C下被烘烤2分鐘，然后在160°C下被烘烤2分鐘，隨后在220°C下被烘烤6分鐘。所得到的聚合物薄膜的總厚度為大約22 μ m。
[0102]經(jīng)涂層的晶片在室溫下被浸入1%的氫氯化物(HCl)親水溶液中長達大約4至5小時，直到COC粘合組合物B薄膜從晶片上剝離為止。晶片通過目測是干凈的，但在顯微鏡下觀察時一些殘留物仍然是明顯的。
[0103]示例 11
用乙酸溶液清洗的聚(乙烯吡啶)和COC粘合組合物B
晶片用與示例10相同的組合物和和相同的方式制備。經(jīng)涂層的晶片在室溫下被浸入50%的乙酸親水溶液中長達大約4至5小時，直到COC粘合組合物B薄膜從晶片上剝離為止。
[0104]用乙酸溶液清洗的晶片通過目測是干凈的，但在顯微鏡下觀察時一些殘留物仍然是明顯的。
[0105]示例12
用R- 二戊烯、環(huán)戊酮清洗的聚(乙烯吡啶)和COC粘合組合物B
通過與示例10相同的制程和相同的方式涂層的另一異丙醇晶片被允許以900rpm的速度在室溫下旋涂，同時給予R- 二戊烯長達400秒作為第一清洗溶劑以去除COC粘合組合物B薄膜。然后通過以900rpm的旋涂速度給予環(huán)戊酮長達400秒來在室溫下執(zhí)行進一步的清洗，以去除聚(乙烯吡啶)聚合物薄膜。在900rpm的旋涂速度下用異丙醇旋漂晶片長達120秒。通過在1200rpm的速度下旋轉(zhuǎn)晶片長達60秒來執(zhí)行最后的干燥。通過該工藝清洗的晶片通過目測是無缺陷的。
[0106]示例13
用R- 二戊烯和異丙醇清洗的聚(乙烯基吡啶)和COC粘合組合物B涂有與示例10相同的制程和以相同方式涂層的另一晶片被允許以900rpm的速度在室溫下旋涂，同時給予R- 二戊烯長達400秒作為第一清洗溶劑以去除COC粘合組合物B薄膜。然后通過以900rpm的旋涂速度給予異丙醇長達400秒來在室溫下執(zhí)行進一步的清洗，以去除聚(乙烯吡啶)聚合物薄膜。通過在1200rpm的速度下旋轉(zhuǎn)晶片長達60秒來執(zhí)行最后的干燥。通過該工藝清洗的晶片通過目測是無缺陷的。
[0107]示例 14
ProLIFT? 100-16 涂層和 WaferBOND? HT-10.10 材料
ProLIFT? 100-16涂層(從密蘇里州的Rolla的Brewer科技有限公司獲得)在3000rpm下被旋涂在200mm硅晶片上長達90秒。經(jīng)涂層的晶片在120°C下被烘烤90秒并隨后在205°C下被烘烤90秒以產(chǎn)生大約I μ m厚的層。WaferBOND? HT-10.10材料以1500rpm被旋涂在ProLIFT? 100-16薄膜的頂部長達30秒。晶片在120°C下被烘烤2分鐘并隨后在160°C下被烘烤2分鐘以產(chǎn)生大約16 ym厚的層。另一 200 mm硅晶片處在220°C下長達3分鐘且處在15psi的壓力下長達I分鐘而以面對面關(guān)系被粘合至經(jīng)涂層的晶片。粘合的晶片對被冷卻至160°C長達I分鐘 并逐漸降至室溫。粘合的晶片對通過使用滑動脫粘器以2.00 mm/秒的速度和200 V的溫度被分離。
[0108]脫粘的晶片上的涂層首先通過在250rpm的旋涂速度下給予1_十二烯長達60秒以去除WaferBOND? HT-10.10聚合薄膜并隨后通過在300rpm的旋涂速度下給予ProLIFT?去除劑(從密蘇里州的Rolla的Brewer科技有限公司獲得)長達10秒以清洗ProLIFT?薄膜而被清洗。通過在1400 rpm的速度下旋轉(zhuǎn)長達15秒而使晶片干燥。在清洗后，晶片目測是沒有缺陷的。
[0109]示例15
ProLIFTe 100涂層和COC粘合組合物B
ProLIFTe 100-16涂層在3000rpm下被旋涂在200mm硅晶片上長達90秒。經(jīng)涂層的晶片在100°C下被烘烤長達120秒并隨后在245°C下被烘烤長達60秒。來自示例2的COC粘合組合物B以300rpm被旋涂在ProLIFT? 100-16薄膜的頂部上長達5秒。該速度是向上斜變的，并且晶片以1200rpm旋轉(zhuǎn)長達60秒。經(jīng)涂層的晶片在60°C下被烘烤60秒，然后在80°C下被烘烤60秒，隨后在220°C下被烘烤120秒。
[0110]晶片通過首先使用R- 二戊烯以去除COC粘合組合物B聚合物薄膜并隨后給予PD523-AD 顯影劑(加州的 JSR Microelectronics.Sunnyvale)以去除 ProLIFT? 100-16 薄膜而被清洗。具體的清洗過程如下:
清洗COC粘合組合物B:
1.攪動R- 二戍烯:在O rpm下長達60秒2.甩出:在2000rpm下長達5秒
3.手動地給予R-二戊烯:在500rpm下長達60秒
4.甩出:在2000rpm下長達5秒
5.手動地分配異丙醇以漂洗:在500rpm下長達30秒
6.甩干:在2000rpm下長達15秒 清洗 ProLIFT? 100-16 涂層:
1.攪動PD523-AD顯影劑:在Orpm下長達20秒
2.甩脫:在2000rpm下長達5秒
3.手動地給予去離子水:在500rpm下長達20秒
4.手動地分配異丙醇以漂洗:在500rpm下長達5秒
5.甩干:在2000rpm下長達15秒
通過使用Candela CS20工具(從加州的Milpitas的LA Tencor獲得)的缺陷檢測來確認晶片是干凈的。
[0111]示例16
WGF300-310材料和COC粘合組合物B
WGF300-310材料(從密蘇里州的Rolla的Brewer科技有限公司獲得的顯影劑可溶間隙填充組合物)以3000rpm被旋涂在200mm硅晶片上長達90秒。經(jīng)涂層的晶片在100°C下被烘烤120秒并隨后在245°C下被烘烤60秒以產(chǎn)生大約720A厚的薄膜。來自示例2的COC粘合組合物B以300rpm被旋涂在WGF300-310薄膜的頂上長達5秒，并隨后使該速度向上斜變因此晶片以1200rpm被旋涂長達60秒。經(jīng)涂層的晶片在60°C下被烘烤60秒，然后在80°C下被烘烤60秒，隨后在220°C下被烘烤120秒。
[0112]晶片通過首先使用R- 二戊烯以去除COC粘合組合物B聚合物薄膜并隨后給予PD523-AD顯影劑以去除WGF 300-310薄膜而被清洗。具體的清洗過程如下:
清洗COC粘合組合物B:
1.攪動R-二戍烯:在O rpm下長達60秒
2.甩脫:在1500rpm下長達5秒
3.手動給予R-二戍烯:在500rpm下長達60秒
4.甩脫:在1500rpm下長達5秒
5.手動地給予異丙醇以漂洗:在500rpm下長達O秒
6.甩干:在2000rpm下長達15秒 清洗WGF300-310涂層:
1.攪動PD523-AD顯影劑:在Orpm下長達20秒
2.甩脫:在1500rpm下長達5秒
3.手動地給予去離子水:在500rpm下長達20秒
4.手動地給予異丙醇以漂洗:在500rpm下長達5秒
5.甩干:在2000rpm下長達15秒
通過使用Candela CS20工具的缺陷檢測來確認晶片是干凈的。
[0113]示例17
WGF 300-310材料、COC粘合組合物A以及COC粘合組合物BWGF 300-310材料以3000rpm被旋涂在100 mm硅晶片上長達90秒。晶片在100°C下被烘烤長達120秒并隨后在245 °C下被烘烤長達60秒。WGF300-310薄膜的厚度為
0.0632 μ m (63.2nm)。來自示例I的COC粘合組合物A隨后以600rpm的旋涂速度被旋涂在WGF300-310薄膜的頂部長達60秒。該晶片在80°C下被烘烤2分鐘，然后在150°C下被烘烤2分鐘，隨后在220°C下被烘烤5分鐘。COC粘合組合物A層的厚度為41 μ m。來自示例2的COC粘合組合物B隨后以1400rpm的速度被旋涂在COC粘合組合物A薄膜的頂部長達60秒。該晶片在80°C下被烘烤2分鐘，然后在150°C下被烘烤2分鐘，隨后在220°C下被烘烤5分鐘。COC粘合組合物B層的厚度為8.2 μ m。
[0114]前述晶片首先通過將其浸沒到R- 二戊烯中長達24小時以去除COC粘合組合物A、B聚合物層而被清洗。然后用PD523-AD顯影劑清洗WGF300-310薄膜的第二步驟如下地執(zhí)行:
1.攪動PD523-AD顯影劑:在Orpm下長達20秒
2.甩脫:在2000rpm下長達5秒
3.手動地給予去離子水:在500rpm下長達20秒
4.手動地分配異丙醇以漂洗:在500rpm下長達5秒
5.甩干:在2000rpm下長達15秒 從目測來看，該晶片是干凈的。 [0115]示例18
使用多層來協(xié)助ZoneBOND 緣切割
大約I μ m的WaferBOND? HT-10.10厚層被涂層在200mm硅載體晶片的表面邊緣周圍的3-5mm寬的環(huán)上。該晶片在110°C下被烘烤2分鐘，之后是在160°C下進行第二次烘烤長達2分鐘。氟化硅烷((十七氟-1，2，2，2-四水合物)三氯硅烷、主要具有C12的全氟化物，由3M公司以Fluorinert的名號出售的)使用FC-40溶劑(從3M公司獲得)被溶解在1%的溶液中。該溶液被旋涂在載體的中央段上。在電爐上對該載體烘烤長達I分鐘，在旋涂器中用FC-40溶劑漂洗并在100°C下在熱爐上烘烤額外的I分鐘。
[0116]另一 200mm硅器件晶片的表面經(jīng)由旋涂被涂覆以COC粘合組合物。該晶片在80°C下被烘烤2分鐘，然后在120°C下被烘烤2分鐘，隨后在220°C下被烘烤2分鐘。器件晶片和載體晶片在加熱的真空和壓力腔室內(nèi)在真空下處于220°C達3分鐘而以面對面關(guān)系被粘
八
口 ο
[0117]組件被浸泡在1-十二烯中長達大約I小時以軟化和部分溶解載體邊緣的WaferBOND? HT-10.10薄層。1_十二烯不影響試驗性粘合劑的體積，只有WaferBONDeHT-10.10。使用ZoneBOND ?分離工具將載體從組件分離下來。
【權(quán)利要求】
1.一種臨時粘合方法,包括: 將剝離層施加到第一襯底的器件表面； 在剝離層上形成粘合層； 將第二襯底粘合到粘合層以形成粘合的疊層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述剝離層是通過旋涂被施加的。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述剝離層具有小于大約3μ m的厚度Tl。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述剝離層(44)是保形層。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中選擇用于形成所述剝離層(44)的組合物使得所述剝離層可溶于從由以下各項構(gòu)成的組中選取的溶液中:1%鹽酸親水性溶液、50%醋酸親水性溶液、異丙醇、1-十二烯、R- 二戊烯、環(huán)戊酮衍生物、PGME和羥化四甲基銨。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述器件表面包括從由下列各項構(gòu)成的組成選取的至少一種結(jié)構(gòu):焊料凸起；金屬柱；金屬墩；以及由從下列各項構(gòu)成的組中選取的材料形成的結(jié)構(gòu):硅、多晶硅 、二氧化硅、氮(氧)化硅、金屬、低k電介質(zhì)、聚合物電介質(zhì)、金屬氮化物和金屬硅化物。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述第二襯底包括下列材料中的一種:硅、藍寶石、石英、金屬(例如鋁、銅、鋼)、以及多種玻璃和陶瓷。
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中所述厚度Tl是大約0.5 μ m到大約3 μ m。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中所述厚度Tl是大約1.0 μ m到大約1.5 μ m。
【文檔編號】H01L21/02GK104022016SQ201410147263
【公開日】2014年9月3日 申請日期:2011年8月5日 優(yōu)先權(quán)日:2010年8月6日
【發(fā)明者】R.普利吉達, X-F.鐘, T.D.弗萊, J.麥卡琴 申請人:布魯爾科技公司