一种激光解键合的方法及其应用

1.本发明涉及半导体加工技术领域，尤其涉及一种激光解键合的方法及其应用。


背景技术：

2.集成电子设备朝微型化、便携化和多功能化的发展，极大地刺激了半导体封装技术从2d结构向2.5d乃至3d结构快速发展，这势必会对高密度集成和异质结构封装的系统级封装提出更高的要求。临时键合/解键合作为晶圆级芯片减薄工序中的关键技术，在半导体先进制程工艺中对于保持超薄晶圆的完整性至关重要。由于激光解键合过程中瞬时高温高压作用使响应材料光解的碳灰致密地覆盖于残胶表面上，使清洗剂很难进入残胶内部。另外，瞬时高温使得表面改性的残胶对清洗剂失效。因此，激光解键合之后超薄器件上的残胶很难清洗干净。虽然高压清洗方式能够清洗掉，但是这种方法很容易导致超薄器件破损。因此，在激光解键合工艺中亟待开发一种简便、高效、低成本以及安全可靠的可规模化清洗残胶的方法。


技术实现要素：

3.针对上述技术问题，本发明提供一种激光解键合的方法及其应用，具有操作简单、节约成本、节省空间、加工效率高、普适性好以及可程序化一体式加工等优点，所制得的超薄器件晶圆表面能够完全去胶，有利于实现规模化应用。
4.为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：
5.一方面，本发明提供一种激光解键合的方法，应用于包括承载晶圆、器件晶圆以及光敏键合材料形成的粘结层的解键合，所述方法包括以下步骤：
6.(1)采用激光发射器的对焦模式以光束辐照于所述键合晶圆对的目标区域，使所述粘结层发生分解和/或改性；分离所述承载晶圆和器件晶圆；
7.(2)采用激光发射器的离焦模式以光束辐照于所述分离后的器件晶圆表面残留的光敏键合材料；
8.其中，步骤(1)中，所述光束辐照的单脉冲能量密度大于所述光敏键和材料的烧蚀阈值；步骤(2)中，所述光束辐照的单脉冲能量密度小于所述光敏键和材料的烧蚀阈值。
9.在本发明的技术方案中，采用激光发射器以光束照射所述粘结层，使光敏键合材料发生分解和/或改性，并产生气体或等离子体的冲击效应。
10.作为优选地实施方式，步骤(2)中，所述激光发射器的功率为3～100w；
11.优选地，所述激光发射器的重复频率为20～1000khz；
12.优选地，所述激光发射器的扫描速度为1000～5000mm/s；
13.优选地，所述激光为紫外激光。
14.作为优选地实施方式，步骤(2)中，所述离焦选自正离焦或负离焦；在执行光束辐照时可以通过程序化控制调节振镜与加工平台的相对位移来控制合适的离焦量；
15.优选地，所述离焦量为10～50mm；
16.优选地，所述光束辐照的单脉冲能量密度为10～200mj/cm2；
17.优选地，所述光束辐照的扫描间距为0.2～5mm；
18.优选地，所述所述光束辐照的离焦光斑面积为0.1～10mm2；
19.优选地，所述光束辐照为至少一次；在本发明的技术方案中，步骤(2)中，所述光束辐照的参数根据晶圆表面残胶的分布位置进行相应的调整；由于器件晶圆表面的光敏键合材料受后续工艺制程(酸碱湿洗、湿蚀刻、干法蚀刻和电镀等)影响，解键合过程中难免残留较多，可以设置多次扫描。
20.作为优选地实施方式，所述键合晶圆对由涂有光敏响应胶的承载晶圆与涂有键合胶的器件晶圆进行热压键合得到；所述热压键合后还包括对所述器件晶圆进行减薄和半导体加工的步骤。
21.作为优选地实施方式，所述步骤(2)还包括后处理；所述后处理为清洗；具体为在清洗室内使用清洗剂对所述分离后的器件晶圆表面残留的光敏键合材料进行清洗。
22.作为优选地实施方式，步骤(1)中，所述激光发射器的重复频率为20～1000khz；
23.优选地，所述激光发射器的扫描速度为1000～5000mm/s；
24.优选地，所述激光为紫外激光。
25.作为优选地实施方式，步骤(1)中，所述光束辐照的单脉冲能量密度大于200mj/cm2。
26.在某些具体的实施方式中，步骤(1)和(2)中的激光发射器为同一激光发射器，采用可以设置不同参数的激光发射器，能够进一步降低成本，缩减仪器设备的体积，并且实现清洗残胶与解键合的一体化加工。
27.在本发明的技术方案中，步骤(2)中，利用紫外激光的空化空蚀效应破坏改性残胶中的化学键使器件晶圆表面残胶的内部空化并产生微小孔洞，使清洗剂容易进入残胶内部快速溶解，所述光束辐照的单脉冲能量密度需要同时小于光敏键合材料和器件晶圆的烧蚀阈值；相比于步骤(1)中的解键合过程中的激光参数，步骤(2)中激光参数下没有明显的气体或等离子体冲击效应。另外，步骤(2)中离焦辐照方式下低能量密度使得辐照区域的瞬时最高温度也低于解键合激光参数下焦点处光敏材料的温度，因此更不会损伤器件晶圆。
28.又一方面，本发明提供上述方法在电子封装中的应用，优选地，在晶圆临时键合/解键合中的应用。
29.优选地，在超薄晶圆临时键合/解键合中的应用；所述超薄晶圆的厚度≤200μm。
30.上述技术方案具有如下优点或者有益效果：
31.本发明提供一种激光解键合的方法，用于光敏材料临时键合的解键合，本发明基于激光和材料的相互作用方式，在同一个激光加工设备中预设不同的激光加工参数，并执行一体化加工程序，经过老化激光参数处理后很容易实现超薄器件晶圆表面除胶的一体化清洗，具有操作简单、节约成本、节省空间、加工效率高、普适性好以及可程序化一体式加工等优点，所制备的器件晶圆无键合胶残留且晶圆表面无损伤。
附图说明
32.图1是本发明实施例1中的的激光解键合流程图。
33.图2是本发明实施例1中步骤s3得到的超薄器件晶圆表面键合胶的形貌图。
34.图3是本发明实施例1步骤s4中的激光束加工方式示意图。
35.图4是本发明实施例1步骤s4中得到的超薄器件晶圆表面空化残胶的形貌图。
36.图5是本发明实施例1中步骤s5清洗后得到的超薄器件晶圆表面无残胶无损伤的形貌图。
37.图6是本发明实施例1中未的超薄器件晶圆表面有少许残胶的形貌图。
具体实施方式
38.下述实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。因此，以下提供的本发明实施例中的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。
39.在本发明中，若非特指，所有的设备和原料等均可从市场购得或是本行业常用的。下述实施例中的方法，如无特别说明，均为本领域的常规方法。
40.实施例1：
41.如图1所示，本实施例中的激光解键合的方法包括以下步骤：
42.s1、将涂有光敏响应胶(深圳化讯wlp lb210)2的承载晶圆1与涂有键合胶(深圳化讯wlp tb4130)3的器件晶圆4进行热压键合将器件晶圆4固定在承载晶圆1上，光敏响应胶2与键合胶3形成光敏响应材料层；
43.s2、在承载晶圆1提供支撑力的前提下对器件晶圆4的背面进行减薄和后续半导体制程工艺得到超薄器件晶圆5；
44.s3、执行解键合激光参数程序，预设的解键合激光参数为光束单脉冲能量密度600mj/cm2，聚焦光束尺寸50μm
×
600μm，焦距511mm，光敏响应材料层处于焦点处，扫描间距为50μm；在焦点位置通过上述紫外激光光束辐照进行解键合，然后分离得到带有残留键合胶的超薄器件晶圆6(表面形貌图见图2)；
45.s4、如图3所示，调节振镜头竖直移动(需要说明的是，本实施例中采用的激光发射器既可以通过升降台调节振镜的高度位置，也可以通过通过z轴调节三维工作台的高度位置)，使带有残留键合胶的超薄器件晶圆6处于激光发射器的不同离焦量位置：使振镜头向上移动15mm使得残胶层处于正离焦15mm位置处，设置激光发射器的参数为：光束单脉冲能量密度100mj/cm2，离焦光束尺寸200μm
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2400μm，残胶层处于正离焦15mm处，扫描间距为200μm；然后通过紫外激光光束辐照对所述的超薄器件晶圆6表面残留的键合胶进行辐照使其加速空化得到带有空化残胶的器件晶圆7(残胶的表面形貌图见图4)；
46.s5、将带有空化残胶的器件晶圆7通过转运盘移送至清洗室，通过清洗剂清洗3min得到无残胶和无损伤的器件晶圆8(表面形貌见图5)；
47.s6、最后通过半导体制程工艺对完全除胶的器件晶圆8进行加工制备超薄芯片9。
48.通过执行上述步骤后，完全去除残胶的器件晶圆9经过加工后可以得到无残胶无损伤的有望规模化应用于高端芯片减薄工序中临时解键合工艺。
49.图6所示为未进行步骤s4，直接用清洗剂清洗3min得到的器件晶圆的表面形貌，对比图6和图5可以看到，图6中，晶圆表面依然残留一些键合胶难以去除，这是由于解键合工艺过程中残胶表面碳灰覆盖以及材料改性等多种因素造成的。通过s4中，空化激光参数处
理并清洗之后得到的器件晶圆的表面非常干净，无明显的残胶和损伤。
50.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。