一种晶圆级临时键合与解键合的方法及结构与流程

本发明属于电子封装，涉及一种晶圆级临时键合与解键合的方法及结构。

背景技术：

1、随着先进封装技术的发展，对各种元器件集成度和功能的要求也越来越高，研究的方向逐渐转向如何实现更高密度的封装。高密度封装体的主要特点是通过将晶圆和晶圆(wafer to wafer)或芯片和晶圆(chip to wafer)进行层层堆叠，以能提高芯片或者相应电子器件的集成度。也就要求层层堆叠的薄型化，无论2.5d集成还是3d集成，在整个集成过程中，最关心也最担忧的还是集中在薄晶圆拿持技术的可靠性，以及利用该技术进行后续背面工艺研究的可行性。对于超薄器件的封装晶圆，由于其机械强度的降低以及翘曲度或弯曲度的增加，普通的半导体设备几乎难以完成支撑和传输动作，碎片率极高。为了解决这种薄晶圆的支撑和传输问题，业界通常采用临时键合与解键合技术。

2、目前，普遍使用的临时键合技术是载片与器件晶圆通过中间胶层键合在一起。这种中间胶层一般有两层，分别是粘结层和解键合层，作用主要是粘接和解离；当受到机械力、化学物质、紫外线(uv)光、热或激光能量作用时，可以促使器件晶圆与载体分离。且作用力仅在解键合层。因此，解键合的技术相应也就包括：化学浸泡，高温热拆键合，机械拆键合或激光键合。但现有技术中，化学浸泡是直接将整块键合完的晶圆放在化学药水里浸泡，由于载片与晶圆之间粘接较为严密，化药溶液较难渗透到里面，导致解键合时间较长，且解键合后的晶圆表面通常有键合胶固体残留难以清洗干净。在化药浸泡过程中对于一些脆性及悬臂梁式的超薄器件目前的工艺并不适合，尤其对于洁净度要求较高的光学器件，此步骤会损失很多良品，导致良率下降。高温热拆键合使得在高温下使分离后的薄晶圆产生一定的翘曲以及一定的碎片风险；机械解键合缺点是解键合前的预浸泡时间长，同时存在解键合的机械应力，导致碎片风险很大。所以业内普遍使用激光解键合的方法。

3、虽然激光解键是业内首选的解键合方案，但由于解键合层采用了胶键合，依然逃脱不了高温、高压、酸碱工艺造成的边缘胶变性的宿命，导致激光解键合后边缘解不开。同时纳米级的解键合层要求玻璃载片的ttv必须足够的低，才能满足涂胶、临时键合等工艺的要求。目前业界有采用，将边缘变形胶采用光刻、刻蚀的方法去掉，但一定程度上，损失了边缘die。

4、综上所述，传统的临时键合工艺存在涂胶工艺繁琐、解键合不彻底，载片不能重复使用且质量要求苛刻等技术缺陷。因此目前亟待开发一种工艺简单、操作方便，而且效率较高的、能代替临时键合胶的一种临时键合/解键合的材料及临时键合/解键合的方法。

技术实现思路

1、本发明的目的在于解决现有技术中临时键合工艺繁琐、解键合不彻底且载片不能重复使用的技术问题，提供一种晶圆级临时键合与解键合的方法及结构。

2、为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

3、第一方面，本发明提供一种晶圆级临时键合与解键合的方法，包括以下步骤：

4、步骤1，在器件晶圆正面依次制作tsv掩膜层、金属层、正面种子层、正面rdl层、正面pi层、正面ubm层和粘附层；

5、步骤2，将正面工艺制作完成的器件晶圆与临时键合载体进行键合；

6、步骤3，对键合后的器件晶圆背面依次制作背面种子层、背面rdl层、背面pi层、背面ubm层；

7、步骤4，采用激光束将器件晶圆与临时键合载体分解。

8、进一步地，所述步骤1具体包括以下步骤：

9、步骤1.1，在器件晶圆正面采用光敏有机材料胶进行涂覆，光刻图形化并固化得到tsv掩膜层，然后在tsv掩膜层上刻蚀形成通孔；在晶圆表面及通孔内采用无机介质材料进行化学气相沉积得到介质层；

10、步骤1.2，采用导电材料在介质层上沉积金属层并进行孔内金属填充，然后采用cmp方式将多余介质和金属磨掉，得到整平的金属表面；

11、步骤1.3，在整平的金属表面采用导电材料沉积正面种子层；

12、步骤1.4，在正面种子层表面利用光敏有机材料胶涂覆后光刻图形化形成rdl掩膜层，通过电镀工艺形成正面rdl层；最后用去胶工艺去掉rdl掩膜层的有机材料；

13、步骤1.5，在晶圆正面的表面采用光敏有机材料胶涂覆pi，光刻图形化后固化形成正面pi层；

14、步骤1.6，在正面pi层采用光敏有机材料胶进行涂覆，光刻图形化并固化得到相应的掩膜层，再通过电镀工艺将非掩膜区电镀金属材料形成正面ubm层，最后用去胶工艺去掉掩膜层的有机材料胶涂覆；

15、步骤1.7，最后在整个晶圆正面的表面采用有机材料胶涂覆粘附层。

16、进一步地，所述晶圆的表面材质为无机介质材料、有机材料、金属材料或金属合金材料中的一种或多种复合材料。

17、进一步地，所述步骤1.1、步骤1.4、步骤1.5、步骤1.6和步骤1.7中的涂覆方式为旋涂或喷涂中的一种或两种方法相结合的喷涂方式。

18、进一步地，所述步骤1.2中进行孔内金属填充的材料为导电材料。

19、进一步地，所述步骤2中的临时键合载体包括生长有gan系材料的蓝宝石衬底或生长有gan系材料的玻璃载片；所述gan系材料与玻璃载片之间还设置有缓冲层。

20、进一步地，所述步骤2具体包括：采用对准机或对准工装将待键合的器件晶圆与临时键合载体对准，再使用晶圆级键合机通过gan系材料作为键合层进行临时键合；键合环境为真空环境，环境温度为50℃～250℃，压力为1500n～5000n；所述缓冲层为透明石墨烯材料。

21、进一步地，所述步骤3具体包括：对键合后的晶圆背面进行背面减薄，并依次制作背面种子层、背面rdl层、背面pi层和背面ubm层。

22、进一步地，所述步骤4具体包括：将激光束聚焦在晶圆与载体之间的gan系材料解键合层，并在键合层扫描，致其热分解，再加热到ga的熔点以上后除去蓝宝石衬底或玻璃载体。

23、第二方面，本发明提供一种晶圆级临时键合与解键合结构，通过上述方法制得。

24、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

25、本发明公开了一种晶圆级临时键合与解键合的方法及结构，由于gan系材料化学稳定性好(几乎不被任何酸腐蚀)、强的耐高温、高压、热膨胀系数小等特点。因此能大大规避晶圆减薄后的翘曲度影响且不会受过程工艺如高温、高压、强酸碱等干扰。同时解决了传统临时键合和解键合完全依赖临时键合胶，以及涂覆临时键合胶的设备、涂覆工艺，尤其涂层均匀性、ttv、涂层背残均会导致解键合难解、烂边、解不开等缺陷，并且解决了激光解键合层与粘附层的匹配问题，传统的胶类激光解键合层，需要特定且唯一对应的粘附层与其匹配，本发明非胶类的激光解键合层，由于此类激光解键合层采用沉积生长方式，可粘附器件晶圆的粘附层均可与其粘结。粘附层的选择范围不再需要考虑与对应胶类的匹配，对以及在此基础上引入的其它工艺条件。同时采用本发明提供的临时键合和解键合的方法，规避了边缘一圈die的损失。

26、进一步地，本发明提供的临时键合载体，当激光穿过透光的临时键合载体时，很容易将gan系材料分解，达到临时键合载体与器件晶圆顺利解离的目的。且解键合后无杂质残留，一定程度上改善了传统临时键合胶层对激光波段的限制。临时键合载体被解键合后，经过清洗后，可重新生长gan系材料作为下一个器件晶圆的临时键合载体反复使用，有效提高载片的利用率，更适合批量化生产大大降低晶圆制作成本。

27、进一步地，本发明的蓝宝石衬底具有低导热性、高强度、高硬度、强耐酸碱的特性，能够减小翘曲、酸碱腐蚀、烂边等，与gan材料匹配是双重保护，具有双重优势，是更优的载体选择。