书籍：《炬丰科技-半导体工艺》

文章：3D集成微系统临时键合系统

编号：JFKJ-21-343

作者：炬丰科技

简介

  临时键合对于 3D 堆叠和薄晶圆处理很重要，不同临时键合材料的结果分析。器件晶圆和承载晶圆之间的临时键合使用一种特殊的聚合物材料作为中间层将两个晶圆键合在一起，然后器件晶圆的承载晶圆支撑在器件晶圆减薄等过程中完成，为此技术 3D 集成广泛应用于微系统，例如多晶片永久堆叠。在永久堆叠之后，器件晶片和承载晶片之间的临时键合将被释放。承载晶片表面的聚合物键合层通过化学方法去除。高分子材料和设备的临时粘合必须与设备制造中的后期工艺完全兼容，例如，脱粘温度最好低于200℃，要求临时材料具有较高的热稳定性和化学稳定性，临时粘合还要求有足够的粘接强度和较低的粘接应力。工艺完成后，临时粘合材料必须能够通过激光、热或化学蚀刻的方法去除，易于脱粘和表面清洁。临时键合的基本流程如图1所示，第一步是在承载晶片表面旋涂临时材料，在某些情况下也可以在器件上涂覆临时键合材料，然后在60℃下处理临时键合材料。

临时粘接材料

  研究应用于三维一体化临时粘合脱粘材料系统的应用解决方案。临时粘接是三维一体化的关键环节之一，有很多材料和设备供应商提供临时粘接材料和设备的批量生产。临时键合材料最终需要去除辅助晶片，因此必须使用可生物降解的聚合物材料作为临时键合材料。临时粘合材料的热塑性和热固性对粘合和脱粘性能有显着影响，热固性临时粘合材料的特点是受热后交联，不能再通过加热裂解或软化。

 

 

由于临时键合强度高，器件晶圆与载体的间隙（临时键合层的厚度）很小，再加上材料兼容性和温度的限制，如何去除临时键合材料来实现脱粘是主要的难点，不同的临时粘合材料的去除方法不同。本项目拟采用HT10.10临时键合材料，通过临时键合材料加热软化，利用边缘开口（剥离）或横向通道实现器件晶圆与载玻片的分离。旋涂后，需要烘烤薄膜并去除溶剂。烘烤前的过程一般在120～180℃，3～5min。干燥前的温度对粘接参数和粘接质量有很大的影响。同时烘烤前的温度越高，粘接温度越高。

 

细化工艺

  减薄工艺主要是通过去除基板材料来实现精确的厚度，在集成电路上对基板进行减薄工艺只是为了芯片封装的需要。但是对于微系统，3D堆叠高度要求中介层厚度从几微米扩展到几百微米，对于微波和射频器件信号传输，中介层厚度要求精确到小于1μm，因此，对于不同器件层的厚度需要非常精确的纳米减薄工艺。在这种3D集成中，中介层厚度一般小于100μm，需要使用承载晶圆处理减薄中介层，因此，中介层减薄工艺的第一步是将器件晶圆临时键合到承载晶圆上。机械研磨包括粗研磨和细研磨两个步骤。