装卸器晶片移除的制作方法
【专利摘要】一种移除装卸器晶片的方法。提供装卸器晶片和具有多个半导体装置的半导体装置晶片，该半导体装置晶片具有有源表面侧和无源表面侧。对装卸器晶片的表面施加非晶碳层。对装卸器晶片的非晶碳层和半导体装置晶片的有源表面侧中的至少一个施加粘合层。装卸器晶片通过一个或者多个粘合层接合至半导体装置晶片。对装卸器晶片施加激光辐射以引起非晶碳层的加热，该非晶碳层的加热进而引起一个或者多个粘合层的加热。随后使半导体装置晶片的多个半导体装置从装卸器晶片分离。
【专利说明】
装卸商晶片移除
技术领域
[0001]本发明涉及从半导体装置晶片移除装卸器晶片，更具体地涉及在装卸器晶片上添加非晶碳层，这促进装卸器晶片与半导体装置层之间的接合层的高效加热以使装卸器晶片能够与半导体装置晶片分离。【背景技术】
[0002]涉及芯片到芯片接合和芯片到晶片接合的典型晶片规模三维(3D)集成包括将半导体装置晶片临时接合到装卸器晶片。装卸器晶片也可以称为载体晶片。
[0003]在典型的处理流程中，通过使用粘合介质将半导体装置晶片接合至光学透明的装卸器晶片以便于半导体装置晶片的背面减薄以及随后从半导体装置晶片进行装卸器晶片的后续切片和解接合。
[0004]光学透明的晶片可以是例如玻璃、石英、蓝宝石。光学透明晶片的一些缺点在于它们需要设计成具有与包括大多数半导体装置晶片的硅晶片相一致的热膨胀系数和紫外光透明度。这些光学透明晶片还需要单独的晶片精整制造设施和工具，这使得这些光学透明晶片成本尚。
[0005]典型的解接合处理依赖用于烧蚀接合介质以使装卸器晶片能够脱离半导体装置晶片的光学/紫外激光器。在该处理中必须使用昂贵的光学透明晶片，这必然导致更高成本。
【发明内容】
[0006]通过根据示例性实施例的第一方面提供移除装卸器晶片的方法实现如上面和此后所述示例性实施例的各种优点和目的，该方法包括:提供装卸器晶片和具有多个半导体装置的半导体装置晶片，该半导体装置晶片具有有源表面侧和无源表面侧;对装卸器晶片的表面施加非晶碳层;对装卸器晶片的非晶碳层和半导体装置晶片的有源表面侧中的至少一个施加粘合层;通过一个或者多个粘合层将装卸器晶片接合至半导体装置晶片;对装卸器晶片施加激光辐射以引起非晶碳层的加热，该非晶碳层的加热进而引起一个或者多个粘合层的加热；以及使半导体装置晶片的多个半导体装置从装卸器晶片分离。
[0007]根据示例性实施例的第二方面，提供移除装卸器晶片的方法，该方法包括:提供装卸器晶片和具有多个半导体装置的半导体装置晶片，该半导体装置晶片具有有源表面侧和无源表面侧;对装卸器晶片的表面施加第一非晶碳层;对半导体装置晶片的有源表面侧施加第二非晶碳层;对装卸器晶片的第一非晶碳层和半导体装置晶片的第二非晶碳层中的至少一个施加粘合层;通过一个或者多个粘合层将装卸器晶片接合至半导体装置晶片;对装卸器晶片施加激光辐射以引起至少第一非晶碳层的加热，该至少第一非晶碳层的加热进而引起一个或者多个粘合层的加热；以及使半导体装置晶片的多个半导体装置从装卸器晶片分呙。
[0008]根据示例性实施例的第三方面，提供半导体晶片和装卸器晶片的组合件，该组合件包括:装卸器晶片和具有多个半导体装置的半导体装置晶片，该半导体装置晶片具有有源表面侧和无源表面侧；装卸器晶片的表面上的非晶碳层;装卸器晶片的非晶碳层上的至少一个粘合层；以及通过至少一个粘合层接合至半导体装置晶片的装卸器晶片。【附图说明】
[0009]在所附权利要求中详细阐述了被认为新颖的示例性实施例的特性和示例性实施例的元件特征。附图仅用于例示目的并且并非按比例绘制。可以通过参照随后结合附图进行的详细描述最好地理解关于组织和操作方法两者的示例性实施例，在附图中:
[0010]图1(a)到(f)例示了用于从多个半导体装置移除装卸器晶片的现有技术处理。
[0011]图2(a)到(g)例示了用于从多个半导体装置移除装卸器晶片的示例性实施例处理。
[0012]图3(a)到(g)例示了用于从多个半导体装置移除装卸器晶片的示例性实施例处理。
[0013]图4(a)到(b)例示了从半导体晶片移除装卸器晶片的示例性实施例处理。
[0014]图5(a)到(b)例示了从半导体晶片移除装卸器晶片的示例性实施例处理。【具体实施方式】
[0015]更详细地参照附图，并且尤其参照图1(a)到(f)，例示了用于从多个半导体装置移除装卸器晶片的现有技术处理。
[0016]如图1(a)所示，有装卸器晶片10和半导体装置晶片12。装卸器晶片10是可以设计成具有与半导体装置晶片12的热膨胀系数相一致的热膨胀系数的光学透明晶片(如上所述)。由于装卸器晶片10不包含半导体装置或者任何布线，因此装卸器晶片10是非功能性的。半导体装置晶片12由半导体材料制成，该半导体材料通常是硅，但也可以是当前使用或者考虑使用的任何半导体材料。半导体装置晶片12还可以包括至少部分地延伸穿过半导体装置晶片12的穿硅通孔(TSV)14。半导体装置晶片12包括多个半导体装置。半导体装置中的每一个可以包括晶体管、电容器、其它部件和各种布线，为了清楚起见这些都没有示出。 [〇〇17]装卸器晶片10还包括与装卸器晶片10直接接触的第一粘合层16,而半导体装置晶片12还包括与半导体装置晶片12直接接触的第二粘合层18。
[0018]现在参考图1(b)，将半导体装置晶片12翻转以使得半导体装置晶片12上的第二粘合层18面向装卸器晶片10上的第一粘合层16。
[0019]现在参考图1(c)，装卸器晶片10和半导体装置晶片12经受将第一粘合层16粘附至第二粘合层18的热压缩接合处理。
[0020]此后，在减薄之后，现在如图1(d)所示，半导体装置晶片12的背面经受减薄处理以减小半导体装置晶片12的厚度。
[0021]半导体装置晶片12可以经受其中锯或者激光器单切构成半导体装置晶片12的半导体装置20的切片处理。如图1(e)所示，有多个半导体装置20。[〇〇22]在处理的这一步中，多个半导体装置20仍然粘附至第二粘合层18。现在参考图1 (f)，装卸器晶片10曝露于来自源(诸如激光器)的紫外线(UV)辐射22。群辐射穿过光学透明装卸器晶片10对第一粘合层16和第二粘合层18进行加热。当第一粘合层16和第二粘合层18被充分地加热时，多个半导体装置20可以从第二粘合层18和装卸器晶片10脱离。
[0023]图1(a)到图1(f)中描述的现有技术处理存在若干困难。第一是必须使用昂贵的光学透明装卸器晶片。第二是需要高的热预算(heat budget)以将足够的热量输入到装卸器晶片和粘合层中以允许半导体装置分离。第三是必须使用光学激光器或者UV激光器以提供使得半导体装置从装卸器晶片分离所需要的热量。
[0024]本发明人提出在粘合层中的一个或者两者下面添加非晶碳层以使得能够使用硅晶片装卸器晶片以及提供更高效的粘合层加热。由于非晶碳层在红外辐射光谱中良好的热吸收，非晶碳层还可以减少加热粘合层需要的热量。
[0025]非晶碳不具有任何晶体结构。由于前体的部分非反应所产生的氢终止的碳键，因此非晶碳通常包括一些氢，尤其在沉积处理期间的较低温度和/或较低等离子体功率下。示例性实施例中使用的非晶碳膜可以具有从大约1%到大约40%的氢原子浓度。
[0026]现在参考图2(a)到(g)，公开了第一示例性实施例。如图2(a)所示，具有装卸器晶片110和半导体装置晶片112。装卸器晶片110可以由与半导体加工相容的任何材料制成。优选地，装卸器晶片110由硅制成，其优点在于具有与半导体装置112相一致的热膨胀系数并且可以在制造半导体装置晶片112的相同设备上制成。尽管不是优选的，但是装卸器晶片 110可以由光学透明晶片(如上所述)制成，其可以设计成具有与半导体装置晶片112的热膨胀系数相一致的热膨胀系数。
[0027]由于装卸器晶片110不包括半导体装置或者任何布线，因此装卸器晶片110是非功能性的。半导体装置晶片112由半导体材料制成，半导体材料通常是硅但也可以是当前使用或者考虑使用的任何半导体材料。半导体装置晶片112还可以包括至少部分地延伸穿过半导体装置晶片112的穿硅通孔(TSV)114。半导体装置晶片112可以包括多个半导体装置。虚线122指示可以切片半导体装置晶片112以产生多个半导体装置的大概位置。半导体装置中的每一个可以包括晶体管、电容器、其它部件和各种布线，为了清楚起见这些都没有示出。
[0028]在该第一示例性实施例中，在装卸器晶片110上形成或者沉积非晶碳层116。用于形成非晶碳层116的优选处理是等离子体增强化学气相沉积(PECVD)。非晶碳层116可以形成为大约100埃到5000埃的厚度，优选地为大约2000埃。通常，非晶碳层116的厚度应当厚到足以提供高效热分布但不会厚到引起剥落。[〇〇29] PECVD处理中通常使用的气体可以包括C2H6、C3H8、C2H2等等。也可以在氦气的存在下进行PECVD处理。处理压强可以在1托到100托的范围中。处理温度优选地在100°C到400°C 范围中。等离子体功率可以是高频率RF或者双高频率RF和低频率RF并且可以从50W变化到 30001
[0030]现在参考图2(b)，装卸器晶片110和半导体装置晶片112中的至少一个还可以包括粘合剂。如图2(b)所示，装卸器晶片110还可以包括第一粘合层118,而半导体装置晶片112 还可以包括第二粘合层120。可以在非晶碳层116上直接形成或者沉积第一粘合层118。半导体晶片112可以包括包含晶体管、电容器等等和后段制程布线的有源侧124以及不包含装置或者布线的无源侧126。在半导体装置晶片112的有源侧124上形成第二粘合层120。为了例示而非限制的目的，可以用于第一粘合层118和第二粘合层120的一些粘合剂可以包括基于聚酰亚胺的粘合剂、基于蜡的粘合剂、热塑性聚合物和它们的混合物。
[0031]现在参考图2(c)，将半导体装置晶片112翻转以使得半导体装置晶片112上的第二粘合层120面向装卸器晶片110上的第一粘合层118。在该处理中，半导体装置晶片112还与装卸器晶片110恰当地对准。
[0032]现在参考图2(d)，装卸器晶片110和半导体装置晶片112可以经受将第一粘合层 118粘附至第二粘合层120的热压缩接合处理。
[0033]此后，在减薄之后，现在如图2(e)所示，半导体装置晶片112的无源侧126经受减薄处理以减小半导体装置晶片112的厚度。
[0034]半导体装置晶片112可以经受其中锯或者激光器在半导体装置晶片112内的虚线 122(图2(e)所示)处单切半导体装置128的切片处理。"单切"意指将晶片切片成单个半导体装置。如图2(f)所示，有多个半导体装置128。[〇〇35]此时，在处理中，多个半导体装置128仍然粘附至第二粘合层120。现在参考图2 (g)，装卸器晶片110曝露于来自源(诸如激光器)的辐射130。如果装卸器晶片110由优选的硅材料制成，则辐射可以是红外(IR)辐射。替换地，如果装卸器晶片110是光学透明材料，则激光辐射通常是光学辐射或者UV辐射。辐射130穿过装卸器晶片110与非晶碳层116接触，该非晶碳层116从辐射130吸收热量并且随后重发射热量以加热第一粘合层118和第二粘合层 120。当第一粘合层118和第二粘合层120被充分地加热时，多个半导体装置128可以从第二粘合层120和装卸器晶片110脱离。
[0036]非晶碳层116提供高效加热机构以加热第一粘合层118和第二粘合层120。通过均匀地加热第一粘合层118和第二粘合层120,可以降低辐射130的强度以避免半导体装置128 的过度加热。通过将吸收体层(非晶碳层116)放置在装卸器晶片侧上，可以在较远离半导体装置的粘合剂接合的装卸器晶片侧上实现加热效应的局部化，而就可靠性而言半导体装置可能对热步骤更敏感。
[0037]如图2(f)和图2(g)所示，在从第二粘合层120单独地移除半导体装置128中的每一个之前切片半导体装置晶片112。现在参考图4(a)和图4(b)，例示了第二示例性实施例，其中图4(a)示出了减薄过的并且准备切片的半导体装置晶片112,以及图4(b)示出了从第二粘合层120移除半导体装置晶片112而不使用图2(f)中例示的单切处理。可以在从装卸器晶片110移除之后，在单独的处理中单切单个的半导体装置128。
[0038]现在参考图3(a)到(g)，公开了第三示例性实施例。装卸器晶片210和半导体装置晶片212可以是如关于图2(a)到(g)中的第一示例性实施例描述的相同装卸器晶片和半导体装置晶片。
[0039]虚线220指示可以切片半导体装置晶片212以产生多个半导体装置的大概位置。半导体装置中的每一个可以包括晶体管、电容器、其它部件和各种布线，为了清楚起见这些都没有示出。
[0040]在该第三示例性实施例中，在装卸器晶片210上形成非晶碳层214。用于形成非晶碳层214的优选处理是先前描述的PECVD处理。在该第三示例性实施例中，还可以在半导体装置晶片212的有源侧218上形成非晶碳层216。
[0041]现在参考图3(b)，装卸器晶片210和半导体装置晶片212中的至少一个还可以包括粘合剂。如图3(b)所示，装卸器晶片210还可以包括第一粘合层222,而半导体装置晶片212 还可以包括第二粘合层224。第一粘合层222可以直接形成或者沉积在非晶碳层214上，而第二粘合层224可以直接形成或者沉积在非晶碳层216上。粘合层222、224可以包括先前描述的粘合剂。半导体晶片212还可以包括不包含装置或者布线的无源侧226。
[0042]现在参考图3(c)，将半导体装置晶片212翻转以使得半导体装置晶片212上的第二粘合层224面向装卸器晶片210上的第一粘合层222。在该处理中，半导体装置晶片212还与装卸器晶片110适当地对准。
[0043]现在参考图3(d)，装卸器晶片210和半导体装置晶片212可以经受将第一粘合层 222粘附至第二粘合层224的热压缩接合处理。
[0044]此后，在减薄之后，现在如图3(e)所示，半导体装置晶片212的无源侧226经受减薄处理以减小半导体装置晶片212的厚度。
[0045]半导体装置晶片212可以经受其中锯或者激光器在半导体装置晶片212内的虚线 220(图3(e)所示)处单切半导体装置228的切片处理。如图3(f)所示，具有多个半导体装置 228。注意，在图3(f)中的描述的切片处理期间，非晶碳层216连同多个半导体装置228—起被切片。
[0046]在处理的这一步中，多个半导体装置228仍然粘附至第二粘合层224。现在参考图3 (g)，装卸器晶片210曝露于来自源(诸如，如先前描述的激光器)的辐射130。优选地，装卸器晶片210是硅，而辐射是IR辐射。辐射230穿过装卸器晶片210与非晶碳层214接触，该非晶碳层214从辐射230吸收热量并且随后重发射以加热第一粘合层222和第二粘合层224。当第一粘合层222和第二粘合层224被充分地加热时，多个半导体装置228可以从第二粘合层224和装卸器晶片210脱离。注意，非晶碳层216可以连同多个半导体装置228—起脱离。
[0047]非晶碳层214提供高效加热机构以加热第一粘合层222和第二粘合层224。通过均匀地加热第一粘合层222和第二粘合层224,可以降低辐射230的强度以避免半导体装置228 的过度加热，该半导体装置228具有相同的如之前描述的使加热效应局部化的优点。[〇〇48]另外，在该示例性实施例中，粘合剂接合的半导体装置侧上的第二吸收体层(非晶碳层216)可以充当确保第一吸收体层(非晶碳层214)中没有吸收的任何辐射在第二吸收体层中被吸收的装置。第二吸收体层还可以促使粘合剂接合中的温度更好并且更均匀。
[0049]在后续处理中，多个半导体装置228可以在加热的同时曝露于氧化气氛以从多个半导体装置228移除非晶碳层216。在一个优选处理中，非晶碳层216可以在氧化气氛中曝露于激光并且由激光加热以基本上氧化并且移除非晶碳层216。该第三示例性实施例的另外的优点是当移除非晶碳层216时来自第二粘合层224的任何粘合剂残余物都被移除。
[0050]如图3(f)和图3(g)所示，在从第二粘合层224单独地移除半导体装置228中的每一个之前切片半导体装置晶片212。现在参考图5(a)和图5(b)，例示了第四示例性实施例，其中图5(a)示出了减薄过的并且准备切片的半导体装置晶片212,而图5(b)示出了从第四粘合层224移除半导体装置晶片212而不使用图3(f)中例示的单切处理。可以在从装卸器晶片 210移除之后，在单独处理中单切单个的半导体装置228。[〇〇51]在示例性实施例的范围内还考虑如例如图2(d)和3(d)中所示的半导体晶片和装卸器晶片的组合件。组合件包括装卸器晶片110、210和具有多个半导体装置的半导体装置晶片112、212,半导体装置晶片具有有源表面侧124、218和无源表面侧126、226。在装卸器晶片的表面上形成或者沉积非晶碳层116、214。在装卸器晶片110、210的非晶碳层116、214上可以具有第一粘合层118、222。可以在半导体装置晶片112、212的有源表面侧上沉积第二粘合层120、224。在如图2(d)中所例示的一个实施例中，可以仅在装卸器晶片110上形成或者沉积非晶碳层116。在如图3(d)中所例示的一个实施例中，非晶碳层214可以在装卸器晶片 210上形成或者沉积，而非晶碳层216可以另外在半导体装置晶片212上形成或者沉积。装卸器晶片110、210可以通过相应的第一粘合层118、222和第二粘合层120、224接合至半导体装置晶片112、212。[〇〇52]对关注本公开的本领域技术人员清晰的是，可以在不背离本发明精神的情况下进行超出本文具体描述的那些实施例以外的示例性实施例的其它修改。相应地，在仅由所附权利要求限定的本发明范围内考虑这种修改。
【主权项】
1.一种移除装卸器晶片的方法，所述方法包括:提供装卸器晶片和具有多个半导体装置的半导体装置晶片，所述半导体装置晶片具有 有源表面侧和无源表面侧；对所述装卸器晶片的表面施加非晶碳层；对所述装卸器晶片的所述非晶碳层和所述半导体装置晶片的所述有源表面侧中的至 少一个施加粘合层；通过一个或者多个所述粘合层将所述装卸器晶片接合至所述半导体装置晶片；对所述装卸器晶片施加激光辐射以引起所述非晶碳层的加热，所述非晶碳层的加热进 而引起一个或者多个所述粘合层的加热；以及使所述半导体装置晶片的所述多个半导体装置从所述装卸器晶片分离。2.根据权利要求1所述的方法，其中在所述接合和施加激光辐射的步骤之间，还包括在 所述半导体装置晶片的所述无源表面侧上减薄所述半导体装置晶片。3.根据权利要求2所述的方法，其中所述半导体装置晶片包括穿硅通孔，以及所述减薄 的步骤进行直到在所述半导体装置的所述无源侧上露出所述穿硅通孔。4.根据权利要求1所述的方法，其中在接合和施加激光辐射之间，还包括将所述半导体 装置晶片切片成所述多个半导体装置，以及在所述分离的步骤期间，使所述多个半导体装 置中的每一个从所述装卸器晶片分离。5.根据权利要求1所述的方法，其中所述半导体装置晶片未被单切，以及从所述装卸器 晶片一次移除整个半导体晶片。6.根据权利要求1所述的方法，其中所述装卸器晶片是硅晶片，以及所述激光辐射是红 外辐射。7.根据权利要求1所述的方法，其中所述施加非晶碳层的步骤通过等离子体增强化学 气相沉积PECVD处理进行。8.根据权利要求7所述的方法，其中在KKTC到400°C的温度执行所述PECVD处理。9.根据权利要求1所述的方法，其中所述非晶碳层具有100埃到5000埃的厚度。10.—种移除装卸器晶片的方法，所述方法包括:提供装卸器晶片和具有多个半导体装置的半导体装置晶片，所述半导体装置晶片具有 有源表面侧和无源表面侧；对所述装卸器晶片的表面施加第一非晶碳层；对所述半导体装置晶片的所述有源表面侧施加第二非晶碳层；对所述装卸器晶片的所述第一非晶碳层和所述半导体装置晶片的所述第二非晶碳层 中的至少一个施加粘合层；通过一个或者多个所述粘合层将所述装卸器晶片接合至所述半导体装置晶片；对所述装卸器晶片施加激光辐射以引起至少所述第一非晶碳层的加热，至少所述第一 非晶碳层的加热进而引起一个或者多个所述粘合层的加热；以及使所述半导体装置晶片的所述多个半导体装置从所述装卸器晶片分离。11.根据权利要求10所述的方法，其中在从所述装卸器晶片分离之后所述第二非晶碳 层保持在所述多个半导体装置上。12.根据权利要求11所述的方法，还包括在从所述装卸器晶片分离之后从多个半导体装置移除所述第二非晶碳层。13.根据权利要求10所述的方法，其中在所述接合和施加激光辐射的步骤之间，还包括 在所述半导体装置晶片的所述无源表面侧上减薄所述半导体装置晶片。14.根据权利要求13所述的方法，其中所述半导体装置晶片包括穿硅通孔，以及所述减 薄的步骤进行直到在所述半导体装置的所述无源侧上露出所述穿硅通孔。15.根据权利要求10所述的方法，其中在接合和施加激光辐射之间，还包括将所述半导 体装置晶片切片成所述多个半导体装置，以及在所述分离的步骤期间，使所述多个半导体 装置中的每一个从所述装卸器晶片分离。16.根据权利要求10所述的方法，其中所述半导体装置晶片未被单切，以及从所述装卸 器晶片一次移除整个半导体晶片。17.根据权利要求10所述的方法，其中所述施加所述第一非晶碳层和所述第二非晶碳 层的步骤通过等离子体增强化学气相沉积PECVD处理进行。18.根据权利要求17所述的方法，其中在100 °C到400 °C的温度执行所述PECVD处理。19.一种半导体晶片和装卸器晶片的组合件，所述组合件包括:装卸器晶片和具有多个半导体装置的半导体装置晶片，所述半导体装置晶片具有有源 表面侧和无源表面侧；所述装卸器晶片的表面上的非晶碳层；所述装卸器晶片的所述非晶碳层上的至少一个粘合层；以及所述装卸器晶片通过所述至少一个粘合层接合至所述半导体装置晶片。20.根据权利要求19所述的组合件，还包括在所述有源表面侧与第二粘合层之间的所 述半导体装置晶片的所述有源表面侧上的非晶碳层。
【文档编号】H01L21/78GK105960707SQ201480060788
【公开日】2016年9月21日
【申请日】2014年10月14日
【发明人】党兵, S·H·尼克尔伯克尔, 小道格拉斯·C·拉图利佩, S·斯科尔达斯, C·K·曾, K·R·温斯特尔
【申请人】格罗方德半导体股份有限公司