一种组合垫片及其用途的制作方法

本发明先进封装电子材料领域，涉及一种组合垫片及其用途。

背景技术：

1、在半导体临时键合工艺中，键合机是其中核心设备之一，一些型号的键合机是通过上活塞下压，将盛放在载盘上的晶圆和载片(或晶圆对)贴合在一起，而完成晶圆的临时键合。

2、上述贴合过程中往往需要在高真空、0℃～300℃的温度范围恒温加热以及0～40kn的加压的环境中进行。因此，该贴合过程中，如果样品受力受热不均匀，局部区域键合对就会容易出现雪花气泡状的现象。为了达到均匀压力、均匀加热等目的，现有技术通常使用石墨烯垫片进行键合。然而这种石墨烯垫片存在一些问题。由于石墨烯垫片的厚度大且质软，其提供均匀压力的能力不足，在大压力作用下，会出现垫片与键合对产生局部粘连并脱落的情况，且易受到污尘和背胶的影响。此外，石墨烯垫片由于厚度大而容易导热不均匀，因而使用石墨烯垫片键合出来的键合对还容易存在气泡及雪花、平整度差、翘曲高等问题，总之，键合效果不佳产品良率较低。

3、对于半导体厂商来说，芯片制程对键合对的翘曲、ttv(晶圆的整体厚度变化)等都有极为苛刻的要求。如果使用的键合对的翘曲高且平整性差，在后续减薄抛光等制程中产品会出现裂片现象，cmp制程(晶圆平坦化)会出现产品厚度均一性较差等现象。由于制程本身耗时、价格昂贵，丝毫的折损都会导致成本大大增加。

4、因此，尚需要开发设计一种受力均匀、导热性能好的垫片方案，以满足高质量晶圆临时键合的需求。

技术实现思路

1、鉴于现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种组合垫片及其用途，所述组合垫片包括纤维层以及设置在所述纤维层上的胶膜层，所述纤维层与所述胶膜层通过胶粘剂相结合。所述组合垫片替代石墨烯垫片于晶圆键合中使用，可以实现成本低、易保存、均匀压力及导热、易贴合晶圆等优点，可以有效地解决键合出来的键合对存在气泡和雪花、平整度差、翘曲高等问题，有助于获得无缺陷的键合产品，防止玻璃背胶胶粒污染腔体，还可以在一定程度上拓宽键合温度和压力的工艺窗口，提升键合工艺的可操作性。

2、为达此目的，本发明采用以下技术方案：

3、第一方面，本发明提供了一种包括纤维层以及设置在所述纤维层上的胶膜层，所述纤维层与所述胶膜层通过胶粘剂相结合。

4、半导体(晶圆)临时键合制程包括旋涂、固化及键合的过程，制程中要求在无尘环境中进行，因要避免键合面污染，然而除了环境中的污染之外，制程操作，尤其是键合时所引起气泡、背胶、胶粒产生对晶圆的污染也是需要解决和避免的。本发明要克服使用现有技术的垫片进行键合时，因受热传热及受力传力过程不均匀而导致的气泡及雪花、平整度差、翘曲高、背胶甚至溢胶而污染晶圆的问题。为此，本发明提出了一种组合垫片，其包括两部分构成的双层结构，一部分为均匀的纤维层，具有弹性大、缓冲吸震、能很好地包裹微粒等优点，其与键合设备相接触；另一部分为胶膜层，具有耐高温性好、可塑性强、摩擦力大、易清洁、绝缘性好等优点，直接与晶圆接触，可以很好地贴合吸附晶圆，并能重复使用。使用所述组合垫片提到石墨烯垫片的使用，可以实现成本低、易保存、均匀压力及导热、易贴合晶圆等优点，使得其在键合条件下结构稳定，有利于提高晶圆键合的水平。

5、以下作为本发明优选的技术方案，但不作为本发明提供的技术方案的限制，通过以下技术方案，可以更好地达到和实现本发明的技术目的和有益效果。

6、作为本发明优选的技术方案，所述纤维层的材质包括聚酯纤维。进一步优选地，所述聚酯纤维为超细或亚超细聚酯纤维，优选为直径≤5μm的亚超细聚酯纤维或超细纤维，例如5μm、4.5μm、4μm、3.5μm、3μm、2.5μm、2μm、1.5μm、1μm或0.5μm等，但并不仅限于所列举的数值，上述数值范围内其他未列举的数值同样适用。

7、作为本发明优选的技术方案，所述纤维层的厚度为0.1～1mm，例如0.1mm、0.2mm、0.3mm、0.4mm、0.5mm、0.6mm、0.7mm、0.8mm、0.9mm或1mm等，但并不仅限于所列的数值，上述数值范围内其他未列举的数值同样适用。

8、作为本发明优选的技术方案，所述胶膜层的材质包括pi(聚酰亚胺)、pvdc(聚偏二氯乙烯)、evoh(乙烯-乙烯醇共聚物)、pva(聚乙烯醇)或无机氧化物中的至少一种，例如典型但非限制性的组合包括pi与pvdc的组合、pi与evoh的组合、pi与pva的组合、pva与pvdc的组合、pvdc与pva的组合或pva与evoh的组合等，优选为pi。

9、当用于晶圆键合时，由于胶膜层与晶圆接触，需要具有足够的耐高温性能，或者说，胶膜层需要经受住键合时的温度，当选用pi材料时，在250℃及以下，该垫片具有稳定性。

10、作为本发明优选的技术方案，所述胶粘剂包括有机硅胶粘剂、聚丙烯酸树脂胶粘剂、聚氨酯胶粘剂、聚酰胺热熔胶或eva热熔胶中的至少一种，优选为有机硅胶粘剂或聚丙烯酸树脂胶粘剂。

11、优选地，所述胶粘剂形成的胶粘层的厚度＜50μm，依据胶粘剂的性能越薄越好，且应保证胶体无残渣。且胶粘层的厚度不宜超过纤维层厚度的5％，以防止应用于键合的热压过程中，胶粘剂穿透纤维层。

12、作为本发明优选的技术方案，所述胶膜层的厚度≤0.2mm，例如0.2mm、0.18mm、0.16mm、0.14mm、0.12mm、0.1mm、0.08mm、0.06mm、0.04mm、0.02mm或0.01mm等，优选为0.06mm，但并不仅限于所列的数值，上述数值范围内其他未列举的数值同样适用。

13、优选地，所述组合垫片的总厚度应≤1.2mm，例如1.2mm、1mm、0.8mm、0.6mm、0.4mm、0.2mm或0.1mm等，但并不仅限于所列举的数值，上述数值范围内其他未列举的数值同样适用。

14、本发明所述组合垫片的总厚度不宜过大，以防止隔热导致键合时温度偏低。

15、作为本发明优选的技术方案，所述组合垫片的尺寸大于待键合晶圆的尺寸。

16、可以理解的是，所述组合垫片制作时，应将纤维层和胶膜层尽量平整地贴合，两者应无内应力地粘连到一起，以使得在键合加热时不会出现受热卷边现象。所述组合垫片无需包边，通过机械裁剪、激光切割等方式，制作出需要的形状即可。为了获得更佳的效果，进一步优选将组合垫片制成与待键合晶圆的形状相同或相似，但尺寸略大的尺寸及结构，这样可以增加组合垫片和键合设备及晶圆对位时的安全余量。因此，本发明不限制所述组合垫片的具体尺寸大小和形状，例如当待键合晶圆为4寸、6寸、8寸或12寸的圆形晶圆时，所述组合垫片可以为4寸、6寸、8寸或12寸或略大于4寸、6寸、8寸或12寸的圆形组合垫片。

17、第二方面，本发明提供了一种第一方面所述的组合垫片的用途，所述用途包括用于键合晶圆。

18、作为本发明优选的技术方案，所述临时键合晶圆的方法包括：在待键合晶圆的至少一侧设置所述组合垫片，其中，所述胶膜层与所述待键合晶圆接触，所述纤维层与键合设备相接触，进行键合。

19、作为本发明优选的技术方案，所述键合晶圆的方法还包括：

20、当待键合晶圆为一组晶圆对时，分别在晶圆对的两侧设置组合垫片a，所述组合垫片a包括纤维层以及设置在所述纤维层一侧的胶膜层，使胶膜层与所述待键合晶圆接触，使纤维层与键合设备相接触，进行键合。

21、作为本发明优选的技术方案，所述键合晶圆的方法还包括：

22、当待键合晶圆为至少两组晶圆对时，分别在每一组晶圆对的两侧设置组合垫片a，所述组合垫片a包括纤维层以及设置在所述纤维层一侧的胶膜层，使最外侧的两个组合垫片a中的胶膜层与待键合晶圆接触，纤维层与键合设备相接触，同时，使中间的组合垫片a的胶膜层与待键合晶圆接触，纤维层与另一个邻近的组合垫片a的纤维层相接触，进行键合。

23、作为本发明优选的技术方案，所述键合晶圆的方法还包括：

24、当待键合晶圆为至少两组晶圆对时，分别在两端的待键合晶圆的外侧设置组合垫片a，所述组合垫片a包括纤维层以及设置在所述纤维层一侧的胶膜层，使所述组合垫片a中的胶膜层与待键合晶圆接触，使纤维层与键合设备相接触；同时，在每两个相邻的晶圆对之间设置组合垫片b，所述组合垫片b，包括纤维层以及设置在所述纤维层两侧的胶膜层，使所述组合垫片b中的两个胶膜层分别与两个相邻的晶圆对中的待键合晶圆相接触，进行键合。

25、需要说明的是，如果长时间使用同一垫片或者经非常大压力键合之后，组合垫片的弹性明显下降或呈硬化趋势及状态，此时均匀压力的能力将急剧降低，因此，应根据实际情况合理地调整重复使用的次数并进行换新。根据实际经验，本发明所述组合垫片使用的阈值次数为12次左右。

26、与现有技术方案相比，本发明至少具有以下有益效果：

27、本发明提供的组合垫片具有厚度低、导热性能好、韧性好、无脱落、电绝缘性好、耐化性好等优点，使用所述组合垫片替代石墨烯垫片于晶圆键合中使用，可以实现成本低、易保存、均匀压力及导热、易贴合晶圆等效果，可以有效地解决键合出来的键合对存在气泡和雪花、平整度差、翘曲高等问题，不仅有助于获得无缺陷的键合产品，防止玻璃背胶胶粒污染腔体，还可以在一定程度上拓宽键合温度和压力的工艺窗口，提升键合工艺的可操作性。