暂时性粘合的制作方法
【专利摘要】暂时性粘合。提供了一种可剥离地使半导体晶片附着到载体基材的方法，所述方法包括：(a)提供具有正面和背面的半导体晶片；(b)提供具有附着表面的载体基材；(c)在半导体晶片正面和载体基材的附着表面之间分布包含可固化粘合剂材料和剥离添加剂的短暂性粘合组合物；以及(d)使粘合剂材料固化，从而提供分布在半导体晶片正面和载体基材的附着表面之间的短暂性粘合层；其中与载体基材的附着表面邻近的短暂性粘合层包含较低含量的剥离添加剂，以及与半导体晶片正面邻近的短暂性粘合层包含较高含量的剥离添加剂。
【专利说明】暂时性粘合
【技术领域】
[0001]本发明涉及半导体制造领域，并且更具体地涉及半导体晶片与基材之间的短暂性粘合。
【背景技术】
[0002]在很多制造领域，待加工(处理)的部分必须短暂地连接到另一个工件或支撑件上。例如，在半导体设备的制造中，通常需要为不同的制造步骤支撑半导体晶片。较薄芯片封装的要求促使半导体制造商减薄半导体晶片。这类减薄典型地伴随着包含有源器件的半导体晶片的正面短暂性地粘合到载体(支撑体)上，从而可以允许对晶片背面进行研磨。同样，减薄的晶片可以进行进一步的制造操作，例如金属化，清洗，刻蚀等等。在上述处理后，减薄的晶片必须与载体分离(脱粘)。如果短暂性粘合剂与晶片结合的过于强大，晶片在与载体分离过程中可能受损，例如断裂，或结合部位变形。另外，短暂性粘附可能缺乏足够的整体(bulk)强度，并且在分离之后仍然留在晶片的有源表面(正面)和在基材上，需要额外的清洗和刻蚀步骤。
[0003]在半导体器件制造领域所使用的常规短暂性结合粘合剂是热塑性粘合剂或交联性粘合剂。热塑性粘合剂具有残余粘合剂容易通过溶剂清洗被移除的优点。热塑性粘合剂的主要缺点是加热时会变软，这限制了其在某些应用领域中的使用。交联性粘合剂不容易通过溶剂清洗被移除，并且一般在脱粘操作期间或之后通过剥离被移除。该剥离步骤需要交联性粘合剂在室温下具有某种程度的柔软度。遗憾的是，这种室温柔软度是有问题的，因为它对在研磨操作后实现均匀的晶片厚度制造了麻烦。
[0004]为了解决这些问题，人们提出了多层方法，其中剥离层例如硅树脂(silicone)材料首先应用于晶片的有源面上，然后使用粘合剂将基材与剥离层-晶片结合在一起。在该体系中，可以使用多种粘合剂，因为晶片的脱粘能力由剥离层提供。例如，U.S.专利申请公开文本N0.2009/0176349公开了将硅树脂油(silicone oil)应用于晶片表面，然后在基材之前沉积渐变的(graded)等离子体聚合层。等离子体聚合层的沉积采用低压等离子体聚合工艺，其中聚合层的渐变组成通过改变反应参数实现，例如，反应气体组成。该工艺具有某些缺点:它需要在晶片上施加一个单独的剥离层；它需要低压等离子体聚合装置；以及必须选择沉积在晶片上的等离子体聚合层的组成，从而使等离子体聚合层以足够粘度粘到基材上，这可能限制了可以使用的等离子体聚合单体。
[0005]相应地，工业上仍然存在着对容易施用、容易移除、不导致晶片的有源面变形，以及用于比目前的短暂性粘合剂可以更高温度操作的短暂性粘合剂的需求。本发明解决了一种或多种上述缺陷。
【发明内容】
[0006]本发明提供了一种可剥离地使半导体晶片附着到载体基材的方法，包括:(a)提供具有正面和背面的半导体晶片；(b)提供具有附着表面的载体基材；(c)在半导体晶片正面和载体基材的附着表面之间沉积包含可固化粘合剂材料和剥离添加剂的短暂性粘合组合物；以及(d)使粘合剂材料固化，从而提供分布在半导体晶片正面和载体基材的附着表面之间的短暂性粘合层；其中与载体基材的附着表面邻近的短暂性粘合层包含较低含量的剥离添加剂，并且与半导体晶片正面邻近的短暂性粘合层包含较高含量的剥离添加剂。
[0007]本发明还提供了一种结构，包含:具有正面和背面的半导体晶片；具有附着表面的载体基材；以及分布在半导体晶片正面和载体基材的附着表面之间的短暂性粘合层；其中短暂性粘合层包含固化的粘合剂材料和剥离添加剂；其中与载体基材的附着表面邻近的短暂性粘合层包含较低含量的剥离添加剂，并且与半导体晶片正面邻近的短暂性粘合层包含较高含量的剥离添加剂。
[0008]进一步地，本发明提供了一种包含可固化粘合剂材料和剥离添加剂的组合物。优选地，粘合剂材料选自聚芳撑低聚物(polyarylene oligomer),环状烯烃低聚物,芳基环丁烯低聚物，乙烯基芳香族低聚物及其混合物。在用来固化粘合剂材料的条件下，剥离添加剂是不可固化的。
[0009]令人惊奇地发现，本发明解决了在半导体工业中所用的常规短暂性结合方法中的一种或多种缺陷。本发明在某些处理步骤期间对短暂性结合半导体晶片与基材(载体)是有效的。随后晶片从基材上脱粘，与常规暂短性结合粘合剂相比，伴随着显著降低，并且优选没有特征变形，以及显著降低，并且优选没有在晶片活性面上留下残余粘合剂。本发明特别适合用于半导体晶片的处理，或者用于需要短暂粘合的其它应用领域。
【专利附图】
【附图说明】
[0010]图1A-1C是表示本发明工艺的可选择方面的示意图。
[0011]图2A-2F是表不本发明工艺的不意图。
[0012]图3A-3D是显示本发明的粘合剂从包含铜导柱的表面上的可分离性的扫描电子显微镜照片。
[0013]图4A-4D是显示本发明的粘合剂从包含焊料凸块的表面上的可分离性的扫描电子显微镜照片。
【具体实施方式】
[0014]在上图中，同样的数字表示同样的元件。应当理解，当一个元件被认为是与另一个元件“邻近”时，它可以与另一个元件直接相邻或者在它们之间可以出现中间元件。作为对t匕，当一个元件被认为是与另一个元件“直接邻近”时，则没有中间元件出现。此处所使用的术语“和/或”包括一种或多种相关所列条目的任意和所有组合。
[0015]应当理解，尽管术语第一，第二，第三等等在本文中用来描述不同的元件，组分，区域，层和/或部分，这些元件，组分，区域，层，和/或部分不应当局限于这些术语。这些术语仅仅用来区分一种元件，组分，区域，层或部分与另一种元件，组分，区域，层或部分。因此，在不偏离本发明教导的前提下，第一元件，组分，区域，层或部分可以定义为第二元件，组分，区域，层或部分。
[0016]除非文中另有清楚说明，整个说明书中使用的下列缩略词具有下述含义:°C=摄氏度；g =克；mg =毫克；L =升；ppm =百万分之一份；μ m =微米=微米；nm =纳米；mL =毫升；kPa =千帕斯卡；以及GPa =吉帕斯卡。除非另有说明，所有含量为重量百分比，所有比值为摩尔比。所有数值范围均包括端点值并且以任意顺序组合，除非这类数值范围毫无疑义地局限于总和为100%。“wt%”指的是重量百分比，基于参比组合物的总重量计算，除非另有说明。
[0017]整个说明书中使用的“特征”指的是基材，以及特别是半导体晶片上的几何形状。术语“烷基”包括直链的、支化的和环状的烷基，同样地，“烯基”指的是直链的、支化的和环状的烯基。“芳基”指的是芳香族碳环和芳香族杂环。“(甲基)丙烯酸”既指的是“丙烯酸”又指的是“甲基丙烯酸”。术语“固化”表示增加材料或组合物分子量的任何工艺，例如聚合和缩合。“可固化的”表示在特定条件下能够被固化(聚合)的任何材料。术语“低聚物”指的是二聚体，三聚体，四聚体和其它能够进一步固化的较低分子量材料。术语“一”，“一个”和“该”指的是单数和复数。
[0018]已经发现，包含可固化粘合剂材料和剥离添加剂的粘合剂组合物可以用来形成暂时性(或短暂性)粘合层。在使用中，本发明的粘合剂组合物首先沉积在基材(载体)表面和元件表面之间，然后组合物固化，以及不同的操作可以随后在元件上进行，之后元件与基材分离。
[0019]特别是，本发明提供了一种可剥离地使半导体晶片附着到载体基材的方法，包括:(a)提供具有正面和背面的半导体晶片；(b)提供具有附着表面的载体基材；(c)在半导体晶片正面和载体基材的附着表面之间沉积包含可固化粘合剂材料和剥离添加剂的短暂性粘合组合物；以及(d)使粘合剂材料固化，从而提供沉积在半导体晶片正面和载体基材的附着表面之间的短暂性粘合层；其中与载体基材的附着表面邻近的短暂性粘合层包含较低含量的剥离添加剂，并且与半导体晶片正面邻近的短暂性粘合层包含较高含量的剥离添加剂。
[0020]多种半导体晶片可以用于本发明中。本文使用的术语“半导体晶片”意欲包括“电子装置基材”，“半导体基材”，“半导体装置”，以及用于各种级别互连的各种封装体，包括单芯片晶片，多芯片晶片，用于各种级别的封装体，用于发光二级管(LED)的基材，或者其它需要焊接的组装体。特别合适的基材是玻璃、蓝宝石、硅酸盐材料、氮化硅材料、碳化硅材料，以及图案化的晶片，例如图案化的硅晶片和图案化的砷化镓晶片。这类晶片可以是任何合适的尺寸。优选的晶片直径为200mm至300mm，尽管具有更小和更大直径的晶片可以根据本发明适当地使用。此处使用的术语“半导体性基材”包括任何具有一个或多个半导体层的基材或者包括半导体装置的有源或可操作部分的结构。术语“半导体基材”定义为包含半导体性材料的任何结构，包括但不限于整体半导体性材料例如半导体晶片(单独或者在其上包含其它材料的组装体中)，以及半导体性材料层(单独或者在包含其它材料的组装体中)。半导体装置指的是在其上面已经有或者正在制造至少一个微电子装置的半导体基材。
[0021]半导体基材的正面(或装置面)一般包含有源装置。“有源”装置是任意类型的具有电控制电流能力的电路元件，例如，晶体管。通常，半导体晶片的正面也包括各种特征，例如金属粘合垫，焊料凸块(或焊球)，金属导柱等等。金属粘合垫一般包含一种或多种选自铜、锡、金和银的金属。示例性的焊料凸块一般包含锡、铜、银、金、铅和铋的一种或多种，优选锡、铜、银、金和铅，更优选为锡、铜、银、金、锡-铅、锡-银，以及锡-银-铜。金属导柱一般包含铜，经常被一种或多种其它金属所覆盖，例如银或锡-银。优选地，半导体晶片的有源表面与载体基材的附着表面相比是较亲水的。有源表面的亲水性可以通过对晶体表面进行液相或等离子体处理，移除表面杂质例如外来的碳而得以提高。
[0022]任何合适的载体可以用作载体基材。示例性的载体基材包括，但不限于，晶片，玻璃例如硼硅酸盐，石英，二氧化硅，以及热稳定性聚合物。用作载体的晶片可以由硅，碳化硅，锗化硅，氮化硅，砷化镓，蓝宝石等等构成。热稳定性聚合物包括，但不限于，任何在用来固化粘合剂材料的温度下稳定的聚合物，例如聚酰亚胺(例如，ΚΑΡΤ0Ν?聚酰亚胺，购自美国特拉华州威灵顿市的杜邦公司)。优选地，载体基材的附着表面相对于半导体晶片的有源表面是较疏水的。如果载体基材的附着表面不够疏水，期望的疏水性可以被现有技术中已知的任意方式给予，例如使附着表面与合适的粘合促进剂接触或者通过气相处理附着表面。附着表面可以使用任何合适的方法与粘合促进剂接触，例如旋涂，蘸涂，喷涂，幕涂，辊涂，气相沉积等等，并且优选旋涂。各种气相处理可以用来增加附着表面的疏水性，例如等离子体处理。优选地，粘合促进剂用来处理附着表面以给予期望的疏水性。可以使用任何合适的粘合促进剂并且这类粘合促进剂的选择是本领域技术人员的能力之内的。优选的粘合促进剂是含硅材料，并且更优选含三烷氧基硅烷的材料。示例性的粘合促进剂包括，但不限于:双(二烷氧基甲娃烷基)苯，例如双(二甲氧基甲娃烷基乙基)苯；氣基烷基二烧氧基硅烷，例如氣基丙基二甲氧基硅烷，氣基丙基二乙氧基硅烷，以及苯基氣基丙基二乙氧基硅烷；以及其它硅烷偶联剂，以及前述物质的混合物。特别优选的粘合促进剂包括AP3000，AP8000,以及AP9000S，购自陶氏电子材料有限公司(美国马萨诸塞州莫尔伯勒市)。
[0023]本发明短暂性粘合组合物包含可固化粘合材料和剥离添加剂，以及任选地含有有机溶剂。通常，可固 化粘合材料在固化后具有> IGPa的模量。示例性的可固化粘合材料包括，但不限于，聚芳撑低聚物，环状烯烃低聚物，芳基环丁烯低聚物，乙烯基芳香族低聚物，及其混合物。可固化粘合材料可以被任何合适的基团取代，以便提供额外的疏水性，例如含氟基团，只要这类基团不对固化粘合材料的机械性能产生负面影响。优选地，可固化粘合材料选自聚芳撑低聚物，环状烯烃低聚物，芳基环丁烯低聚物，乙烯基芳香族低聚物，及其混合物，并且更优选地选自芳基环丁烯低聚物，乙烯基芳香族低聚物或其混合物的一种或多种。当不同可固化粘合材料的混合物用于本发明中时，选择这类材料以在固化步骤中使它们相互固化。当使用不同可固化材料的混合物时，这类所用的可固化材料重量比为99: I至1: 99，优选从95: 5至5: 95，更优选从90: 10至10: 90，以及更优选从75: 25至 25: 75。
[0024]各种各样的聚芳撑低聚物可以用于本发明中，本文使用的术语“聚芳撑”包括聚芳撑醚。合适的聚芳撑低聚物可以由前体来合成，前体例如下式的乙炔芳香化合物:
(R- ----1-Ar-L--T-Ar- --R )
、； m J q (I)
其中每个Ar是芳香基团或惰性取代的芳香基团；每个R独立地是氢，烷基，芳基或惰性取代的烷基或芳基山是连接一个Ar和至少另一个Ar的共价键或者基团；n和m是至少2的整数；以及q是至少I的整数。这样，乙炔芳香化合物一般具有四个或更多的乙炔基团(例如，四乙炔基芳香族化合物)。
[0025]用于短暂性粘合组合物的合适聚芳撑低聚物可以包括含有下述结构作为聚合单元的聚合物:
【权利要求】
1.一种可剥离地使半导体晶片附着到载体基材的方法，所述方法包括: (a)提供具有正面和背面的半导体晶片； (b)提供具有附着表面的载体基材； (C)在半导体晶片正面和载体基材的附着表面之间分布包含可固化粘合剂材料和剥离添加剂的短暂性粘合组合物；以及 (d)使粘合剂材料固化，从而提供分布在半导体晶片正面和载体基材的附着表面之间的短暂性粘合层；其中与载体基材的附着表面邻近的短暂性粘合层包含较低含量的剥离添加剂，以及与半导体晶片正面邻近的短暂性粘合层包含较高含量的剥离添加剂。
2.权利要求1的方法，其中可固化粘合剂材料选自聚芳撑低聚物，环状烯烃低聚物，芳基环丁烯低聚物，乙烯基芳香族低聚物及其混合物。
3.权利要求1的方法，其中剥离添加剂是聚醚化合物。
4.权利要求1的方法，其中剥离添加剂选自聚亚烷基氧化物均聚物和聚亚烷基氧化物共聚物。
5.权利要求4的方法，其中聚醚化合物包含端基，所述端基选自羟基，烷氧基，芳氧基及其混合物。
6.权利要求4的方法，其中聚醚化合物选自聚乙二醇，聚丙二醇，聚(1，3-丙二醇)，聚丁二醇，聚(四氢呋喃)，乙二醇-丙二醇共聚物及其混合物。
7.权利要求1的方法，其中短暂性粘合组合物通过使用热，光，辐射或其组合进行固化。
8.权利要求1的方法，进一步包含在接触短暂性粘合组合物之前，使用粘合促进剂处理载体基材附着表面的步骤。
9.权利要求1的方法，进一步包含下列步骤:(e)在半导体晶片的背面进行操作；以及(f)使半导体晶片的正面与短暂性粘合层分离。
10.权利要求1的方法，其中短暂性粘合组合物进一步包含有机溶剂。
11.一种结构，所述结构包含:具有正面和背面的半导体晶片；具有附着表面的载体基材；以及分布在半导体晶片正面和载体基材的附着表面之间的短暂性粘合层；其中短暂性粘合层包含固化的粘合剂材料和剥离添加剂；其中与载体基材的附着表面邻近的短暂性粘合层包含较低含量的剥离添加剂，并且与半导体晶片正面邻近的短暂性粘合层包含较高含量的剥离添加剂。
12.权利要求11的结构，进一步包含分布在短暂性粘合层和载体基材附着表面之间的粘合促进剂。
13.权利要求11的结构，其中短暂性粘合层和半导体晶片正面之间具有<3J/m2的粘附能。
14.权利要求11的结构，其中短暂性粘合层和载体基材附着表面之间具有>30J/m2的粘附能。
15.权利要求11的结构，其中可固化粘合剂材料选自聚芳撑聚合物，环状烯烃聚合物，芳基环丁烯聚合物，乙烯基芳香族低聚物及其混合物。
【文档编号】H01L21/67GK103779255SQ201310717281
【公开日】2014年5月7日 申请日期:2013年10月25日 优先权日:2012年10月25日
【发明者】M·S·奥利弗, M·K·加拉赫, K·R·布朗特尔 申请人:罗门哈斯电子材料有限公司