载体晶片从器件晶片的激光去键合的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及半导体晶片制作，并且特别地涉及用于将载体晶片从包含电气组件的器件晶片去键合的工艺，其中载体晶片在器件晶片的处理期间为器件提供临时机械支撑。
【背景技术】
[0002]尽管本发明应用于事实上任何类型的半导体器件晶片的制作，但是给出制作发光二极管(LED)晶片的示例。
[0003]诸如用于生成蓝色光的基于氮化镓的LED是通过在诸如蓝宝石之类的生长衬底(晶片)之上外延生长半导体层而制造的。P型与η型层之间的有源层发射具有峰值波长的光，并且峰值波长由有源层的材料组成确定。这样的半导体层可以在数十微米厚的量级上并且非常易碎。然后在LED晶片上执行金属化和其它公知的处理以例如移除生长衬底、减薄LED层以及形成电极。LED晶片随后被切分以形成LED芯片以供封装。
[0004]在其中从LED晶片移除生长衬底以便在面向生长衬底的LED层上执行处理的情况中，或者在其中减薄生长衬底以便用于划线和折断单个化的情况中，载体晶片必须首先被键合到LED晶片的相对表面以在生长衬底的移除或减薄期间为薄LED层提供机械支撑。在将载体晶片键合到LED晶片并且移除或减薄生长衬底之后，可以进一步处理任何暴露的LED层，诸如减薄LED层以及在所暴露的LED层之上沉积薄膜。载体晶片可以临时或永久地连接。如果载体晶片是临时的，则必须执行将载体晶片从LED晶片去键合的方法。硅载体晶片由于其低廉的成本和公知的特性而通常被使用。硅载体晶片吸收来自LED的光并且应当最终从LED层移除。
[0005]使用载体晶片(典型地为硅)进行机械支撑通常在集成电路工艺中使用，特别是在其中堆叠IC晶片以形成三维(3-D)模块并且导电通路竖直延伸通过IC晶片的情况下。典型地，通过使用中间温度(例如直至250°C)聚合物粘合剂来将载体晶片键合到IC晶片，使得粘合剂在预期的IC晶片处理温度处不释放。在完成IC晶片处理之后，以高热量并且利用特殊工具和技术(例如使用Brewer Science的HT1010?热滑动去键合工艺)来执行载体晶片的去键合。
[0006]还已知的是在载体晶片之上应用特殊光热转换(LTHC)层，然后通过使用在相对低温处熔化的特殊粘合剂将载体晶片键合到器件晶片。激光束然后用于加热LTHC层，其进而使粘合剂熔化以用于去键合载体晶片。LTHC材料、特殊粘合剂材料(例如3M的LC3200和LC5200)以及特殊工具从3M公司可得到。该工艺相对昂贵并且耗时。由于粘合剂需要在相对低温处熔化(3M粘合剂被认为仅直至180°C )，所以在需要沉积优良薄膜时该去键合工艺是不合适的，因为这样的薄膜典型地需要在250°C以上沉积。
[0007]在用于形成高质量薄膜的一些工艺(诸如PECVD工艺)中，工艺温度大幅高于250°C。用于将载体晶片临时键合到IC或LED晶片的聚合物因此必须是极高温聚合物(例如>350°C)，这要求更加复杂且更高温度的去键合工艺和工具。
[0008]所需要的是比现有技术工艺更简单的用于将载体晶片从器件晶片去键合的经改进的技术。优选的是去键合工艺与通常使用的键合层材料一起工作，所述键合层材料包括高温聚合物(例如BCB、PBO、聚酰亚胺等)、中间温度聚合物/粘合剂(例如Brewer Science的HT1010?、3M的LC3200/LC5200等)、低温胶合剂/粘合剂以及甚至金属(例如共晶合金)键合材料。
【发明内容】
[0009]替代于诸如硅之类的光吸收载体晶片，使用诸如蓝宝石或SiC晶片之类的透明载体晶片。在LED晶片工艺的示例中，与受生长衬底支撑的那一侧相对地将载体晶片键合到LED晶片。键合材料典型地为常规聚合物粘合剂，诸如直至350°C都稳定的聚合物。然后将生长衬底从LED晶片移除，并且进一步处理所暴露的LED层。这样的进一步处理可以包括减薄、沉积薄膜、形成通路等。生长衬底可以被减薄而不是被移除。器件晶片可以是包含电路系统的任何晶片。
[0010]为了将载体晶片从LED晶片去键合，在载体晶片之上扫描激光束，其中载体晶片对来自激光束的光的波长基本上透明。聚合物粘合剂直接吸收激光束能量，并且能量使聚合物-载体的化学键合断裂，而不是简单地通过热熔化聚合物。不存在所使用的光热转换(LTHC)层，因此不需要特殊材料。激光强度并不足以损坏LED晶片内的任何结构。在一个实施例中，使用248nm激光。也可以使用近UV或蓝色激光器。在另一实施例中，发射具有800mj/cm2 (40ff/cm2 )的能量强度的193nm的峰值波长的UV激光器被用于去键合直至350°C都稳定的苯并环丁烯(BCB)聚合物粘合剂。
[0011]因此，不要求加热以释放粘合剂，因此粘合剂可以是在用于薄膜处理的充分高的温度下稳定的粘合剂。
[0012]在移除载体晶片之后，然后清除LED晶片的经去键合的表面上的残余粘合剂。
[0013]在另一实施例中，诸如合适共晶金属合金层之类的金属层被沉积在器件晶片和透明载体晶片(例如蓝宝石)二者上。然后在热和压力之下将晶片键合在一起而没有任何附加粘合剂。激光束然后扫描通过载体晶片，其中激光能量使金属层与透明载体晶片之间的化学键合断裂，这将载体晶片从金属层去键合。保留在器件晶片上的金属层然后可以在单个化之前被蚀刻/清除。在一些情况中，金属层可以用作反射器和/或用于器件晶片的电极并且不需要在单个化之前被移除。
[0014]去键合技术还可以应用于其它类型的键合技术/材料，诸如阳极键合、熔融键合、玻璃熔料键合等。
[0015]去键合工艺可以用于任何类型的IC晶片并且不限于LED应用。所有这样的晶片在本文中被称为器件晶片。
[0016]还描述了工艺的各种其它示例，诸如用于形成通过晶片的导电通路以得到三维模块的工艺。
【附图说明】
[0017]图1是包括生长衬底的现有技术LED晶片的一小部分的截面视图，为了简化起见而示出两个LED区域。LED晶片此后被称为器件晶片，因为可以就任何类型的晶片执行去键合工艺。
[0018]图2图示了图1的器件晶片的较大部分并且为了简化起见而除去LED的细节。使用吸收UV或蓝色激光的聚合物粘合剂将透明载体晶片键合到器件晶片。
[0019]图3图示了在移除生长衬底(如果对于器件晶片而言恰当的话)之后和在减薄或以其它方式进一步处理所暴露的器件晶片之后的图2的结构。
[0020]图4图示了蚀刻通过其余器件晶片的通路孔，其中通路孔然后被涂敷有电介质并且填充有导电材料。然后形成图案化的电极层以用于终止导电通路。通路创建器件晶片的相对表面之间的导电路径。
[0021]图5图示了附接于器件晶片的表面的可拉伸粘性胶带。
[0022]图6图示了扫描通过透明载体晶片并且其能量被聚合物粘合剂吸收以使聚合物与载体晶片之间的化学键合断裂的激光束。
[0023]图7图示了移除经去键合的载体晶片和移除其余聚合物粘合剂。具有过孔通路的器件晶片的其余部分然后可以键合到另一晶片或者夹在两个晶片之间以用于提供3-D模块中的附加电路系统。然后诸如通过切锯单个化模块，并且然后拉伸胶带以分离模块以为封装模块做准备。
[0024]图8-12图示了其中器件晶片夹在两个晶片之间的双键合方法。
[0025]图8类似于图2，其中将透明载体晶片键合到器件晶片。器件晶片可以是LED晶片或任何IC晶片。
[0026]图9图示了器件晶片，其中已经移除它的生长衬底(如果恰当的话)，接着进一步处理(例如减薄)器件晶片，接着通过聚合物粘合剂将另一晶片键合到所暴露的表面。
[0027]图10图示了扫描通过透明载体晶片并且其能量被聚合物粘合剂吸收以使聚合物与载体晶片之间的化学键合断裂的激光束。
[0028]图11图示了移除经去键合的载体晶片和移除其余聚合物粘合剂。
[0029]图12图示了蚀刻通过其余器件晶片的通路孔，其中通路孔然后被涂敷有电介质并且填充有导电材料。然后形成图案化的电极层以用于终止导电通路。通路创建器件晶片的