專利名稱：用于半導體晶片的暫時粘合劑以及使用所述粘合劑制造半導體設備的方法
技術領域：
本發明涉及加工過程中用于暫時粘結半導體晶片的暫時粘合劑、和使用所述粘合劑制造半導體設備的方法以及樹脂組合物作為暫時粘合劑的用途。
背景技術：
為了進行諸如在半導體晶片上研磨和蝕刻的加工，有必要暫時粘結半導體晶片， 并且對此已經提出多種方法。例如，目前常使用的方法為將半導體晶片粘結在用于粘結的膜上部，所述膜為在其上已經具有粘合劑層的PET膜。使用該方法，如果將通常用于研磨的背面研磨機的研磨精度(大約為Iym)和通常用于固定晶片的BG(背面研磨)膠帶的厚度精度(大約為5μπι)加在一起，則超出所需的厚度精度，便可引起被研磨晶片的厚度變化的危險。此外，當為了穿透硅通孔(TSVs)加工晶片時，在使用BG膠帶連接的狀態中進行通孔和膜的形成，但是在這些情況下，溫度達到大約150攝氏度，并且這不幸地增加了 BG膠帶的粘附力。此外，BG膠帶的粘合劑層能被用于膜形成的電鍍化學品所腐蝕，由此發生剝落。此外，在某些情況下，例如復合半導體中的那些易碎晶片可能受機械研磨而損壞， 因此通過蝕刻使它們變薄。在該蝕刻過程中，如果蝕刻量的目標僅為去除應力則通常沒有問題，但是在進行適于蝕刻的若干微米情況下，BG膠帶則可能被蝕刻化學品破壞。另一方面，已經開始利用通過粘合劑進行粘結至具有光滑表面的支持基板的方法。例如，當蝕刻的目的為去除應力時，必須加熱至高溫，但是PET膜不能承受如此的高溫， 因此在這樣的情況下，優選利用的方法為使用支持基板。作為用于粘結至支持基板的材料，粘結材料在高溫下軟化，由此使晶片容易分離， 且已經提出由特殊化學品溶解的粘結材料。然而，這樣的材料的處理是不理想的，并且在分離之后必須清洗殘存在半導體晶片內部或使用化學品的設備等中的殘留粘結材料。此外，當從支持基板中分離所述半導體晶片時，存在變薄的晶片不能承受這個并且損壞的危險。當半導體晶片生長得更薄時，能預料到該可能性增加。例如，盡管專利文獻1和2的目的與本發明不同，但是其公開了關于制造半導體設備的聚合物。如上所述，關于為加工半導體晶片的粘結，需要可用于高精度加工的暫時粘結材料，其容易分離，且其不容易殘留在半導體晶片上。此外，需要半導體設備的制造方法，所述方法能夠減少對半導體晶片的損壞，使高精度加工成為可能，并能縮短熱分解所需的時間。現有技術文獻專利文獻專利文獻1日本第2006-504853號特開專利文獻2日本第2006-503335號特開
發明概述本發明的目的是提供用于半導體晶片的暫時粘合劑，所述粘合劑減少對半導體晶片的損壞，允許高精度加工，且允許加工之后容易分離所述半導體晶片，還提供減少對半導體晶片損壞的半導體設備的制造方法，其允許高精度加工，并能縮短熱分解所需的時間。根據本發明，為加工半導體晶片，提供了暫時將半導體晶片粘結至支持基板以及在加工之后用于通過加熱從所述支持基板分離所述半導體晶片的用于半導體晶片的暫時粘合劑。所述用于半導體晶片的暫時粘合劑包含樹脂組合物，所述樹脂組合物在通過活性能量射線照射之后其失重50%的溫度降低。此外，在本發明一種方式的實施方案中，在上述通過活性能量射線照射之前和之后所述失重50%的溫度之間的差為20至100攝氏度。此外，根據本發明，提供了半導體設備的制造方法，其包括以下步驟以薄層的形式在支持基板上部提供包含樹脂組合物的半導體用暫時粘合劑，在通過活性能量射線照射之后所述樹脂組合物的失重50%的溫度降低；在所述具有薄層的所述支持基板的表面上放置半導體晶片，并且將所述半導體晶片粘結至所述薄層；加工所述半導體晶片；使用活性能量射線照射所述薄層；以及通過加熱所述薄層從所述支持基板中移除所述半導體晶片。本發明的用于半導體晶片的暫時粘合劑具有減少對半導體晶片的損壞的效果，使高精度加工成為可能，并且使在加工之后容易分離所述半導體晶片。此外，使用所述用于半導體晶片的暫時粘合劑制造半導體設備的方法具有減少對半導體晶片的損壞的效果，使高精度加工成為可能，并縮短熱分解所需的時間。本發明的實施方案術語定義在本發明中，“暴露之前和之后的失重50 %的溫度”所指的溫度為，在該溫度下損失50%的重量。此外，“失重5%的溫度”和“失重95%的溫度”分別所指的溫度為，在該溫度下損失5%和95%的重量。在本發明中，“活性能量射線”是指紫外光射線、可見光射線、紅外射線、電子束等。關于上述活性能量射線的類型，由于紫外光或可見光不需要任何特殊的設備且方便，因此它們優選地用作上述活性能量射線。接下來，說明根據本發明的用于半導體晶片的暫時粘合劑的一種方式的實施方案。用于半導體晶片的暫時粘合劑根據本方式的實施方案，用于半導體晶片的暫時粘合劑為半導體晶片用暫時粘合劑，其能夠將半導體晶片暫時粘結至支持基板來加工半導體晶片，在加工之后使用所述粘合劑來通過加熱從支持基板分離所述半導體晶片，所述粘合劑包含樹脂組合物，在通過活性能量射線照射之后所述樹脂組合物的失重50%的溫度降低。由于具有上述組成的用于半導體晶片的暫時粘合劑包含樹脂組合物，在通過活性能量射線照射之后所述樹脂組合物的失重50%的溫度降低，因此其實現了通過使用活性能量射線照射能夠降低暫時粘合劑的熱分解溫度的效果，且使半導體晶片在加工之后容易分離，以及暫時粘合劑不容易殘留在半導體晶片上。此外，由于其能在具有光滑表面和具有足夠精度的支持基板上以薄層形式形成， 因此其實現了使諸如研磨的加工具有高精度的效果。更優選地，上述樹脂組合物在通過上述活性能量射線照射之前和之后，所述失重 50%的溫度之間的差為20至100攝氏度。由此，能更大程度地改善的效果是，使半導體晶片容易分離，且在加工之后所述暫時粘合劑不容易殘留在半導體上。此外，由于在半導體的加工之后通過使用活性能量射線照射，能降低暫時粘合劑的熱分解溫度，因此防止由于在加工之后半導體晶片的熱積累而損壞的效果能更大程度地改善。此外，關于上述樹脂組合物，期望通過使用活性能量射線照射之后，上述在失重 95%的溫度和失重5%的溫度之間的差為1攝氏度彡(失重95%的溫度)_(失重5%的溫度)彡200攝氏度。由此，能更大程度地改善的效果是，暫時粘合劑的熱分解所需的溫度范圍變窄和熱分解所需的時間縮短，以及抑制對所述半導體晶片的損壞。此外，能更大程度地改善的效果是，半導體晶片容易分離，以及在加工之后暫時粘合劑不容易殘留在半導體上。此外，由于能確保其能穩定使用的寬溫度范圍，因此能使其進行各種加工步驟同時仍暫時固定在支持基板上。此外，由于其能在具有光滑且足夠精度的表面的支持基板上以薄層的形式形成， 因此能更大程度地改善在諸如研磨的加工過程中的的高精度效果。此外，關于上述樹脂組合物，期望的是在使用活性能量射線照射之后在失重95% 的溫度和失重5%的溫度之間的差為80攝氏度彡(失重95%的溫度)_(失重5%的溫度)彡150攝氏度。由此，能更大程度地改善的效果是，縮短熱分解所需的時間，以及確保其能穩定使用的寬溫度范圍。此外，優選地，上述暫時粘合劑包含活化劑，當通過上述活性能量射線照射增加能量時活化劑產生活性種(active species)，并在所述活性種的存在下降低上述樹脂組合物的分解溫度。樹脂組合物只要在活化劑的存在下，由于通過活性能量射線照射而降低其熱分解溫度，則樹脂組合物不受特別的限制。優選地，上述樹脂組合物在含有上述活性種的情況下，其主鏈熱裂解。其原因是因為，由于能有效降低暫時粘合劑的熱分解溫度，因此能有效防止由于半導體熱積累導致的損壞，此外，由于上述樹脂組合物的主鏈熱裂解，且其以低分子片段的形式蒸發，因此暫時粘合劑不容易殘留在半導體晶片上。優選地，上述樹脂組合物在上述活性種的存在下，促進上述樹脂組合物的熱閉環反應。其原因是因為，由于上述樹脂組合物經歷熱閉環，更有效地使上述樹脂組合物容易熱分解。
優選地，上述樹脂組合物在其主鏈中具有脂肪族季碳原子。其原因是由于，所述樹脂組合物的熱分解過程中，能提高由所述樹脂組合物獲得的中間物的穩定性。優選地，上述樹脂組合物在其主鏈中具有雜原子。其原因是由于，這使其容易結合電子而移動，因此促進主鏈的熱分解和熱閉環反應，因此使樹脂組合物的容易發生熱分解。此外，優選地，上述樹脂組合物在其主鏈中具有與雜原子相鄰的叔碳原子。其原因是由于，在所述樹脂組合物的熱分解過程中，由所述樹脂組合物獲得的中間物具有穩定性， 且進一步由于這使其容易結合電子來移動，并促進主鏈的熱分解和熱閉環反應。此處，“雜原子”是指除氫或碳原子之外的原子。優選地，上述樹脂組合物的主鏈中重復原子的數量為5至7。其原因是由于如果重復原子的數量為5至7，容易形成環形結構(5至7元環)，且所述樹脂組合物容易熱分解。優選地，上述樹脂組合物在其主鏈中具有X-C ( = 0)_Υ結構。此處，X和Y各自為氧原子、氮原子或硫原子。其原因是由于，這使其容易結合電子而移動，因此促進主鏈的熱分解和熱閉環反應，因此容易發生所述樹脂組合物的熱分解。優選地，上述樹脂組合物在其主鏈上具有伯或仲碳原子、與所述碳原子的側鏈連接的官能團。其原因是由于主鏈的熱分解通過官能團而促進。此外，優選地，上述官能團為羰基、硫代羰基、甲縮醛或乙縮醛中的一種。其原因是由于更有效地促進主鏈的熱分解。優選地，上述樹脂組合物為聚碳酸酯類樹脂、聚酯類樹脂、聚酰胺類樹脂、聚酰亞胺類樹脂、聚醚類樹脂、聚氨酯類樹脂或(甲基)丙烯酸酯類樹脂((metQacrylate based resin)中的一種。其原因是由于在活化劑的存在下能有效地降低熱分解的溫度。此外，上述暫時粘合劑更優選地包含光敏的聚碳酸酯類樹脂、乙烯基類樹脂或 (甲基)丙烯酸類樹脂((meta)acryl based resin)。“光敏的聚碳酸酯類樹脂”是指下列聚碳酸酯類樹脂和上述活化劑的組合。上述聚碳酸酯類樹脂不受特別的限制，但其可為，例如，聚丙烯碳酸酯、聚乙烯碳酸酯、1，2-聚丁烯碳酸酯、1，3-聚丁烯碳酸酯、1，4-聚丁烯碳酸酯、順式_2，3-聚丁烯碳酸酯、反式-2，3-聚丁烯碳酸酯、α，β-聚異丁烯碳酸酯、α，Y _聚異丁烯碳酸酯、順式_1，
2-聚環丁烯碳酸酯、反式-1，2-聚環丁烯碳酸酯、順式-1，3-聚環丁烯碳酸酯、反式-1，
3-聚環丁烯碳酸酯、聚己烯碳酸酯、聚環丙烯碳酸酯、聚環己烯碳酸酯、聚(甲基環己烯碳酸酯)、聚(乙烯基環己烯碳酸酯)、聚二氫萘碳酸酯、聚六氫苯乙烯碳酸酯、聚環己烷丙烯碳酸酯、聚苯乙烯碳酸酯、聚(3-苯基丙烯碳酸酯)、聚(3-三甲基硅氧基丙烯碳酸酯)、聚 (3-甲基丙烯酰氧基丙烯碳酸酯)、聚全氟丙烯碳酸酯、聚降冰片烯碳酸酯、聚(1，3_環己烯碳酸酯)或其兩種或多種類型的組合。在這些之中，由于在活化劑的存在下它們能顯著有效地降低熱分解溫度的原因， 優選的是聚丙烯碳酸酯、聚環己烯碳酸酯和聚丁烯碳酸酯。上述乙烯基類樹脂不受特別的限制，但其可為，例如，諸如聚苯乙烯或聚α -甲基苯乙烯的苯乙烯衍生物的聚合物，諸如聚(乙基乙烯基醚)、聚(丁基乙烯基醚)、聚乙烯基甲縮醛等的聚乙烯基醚，或其衍生物，或其兩種或多種類型的組合。在這些之中，由于通過使用活性能量射線照射其能顯著有效地降低熱分解溫度的原因且具有良好的可使用性，因此優選的是聚α -甲基苯乙烯。
上述(甲基)丙烯酸類樹脂不受特別的限制，但其可為，例如，(甲基)丙烯酸酯類單體的共聚物，所述單體選自(甲基)丙烯酸甲酯、(甲基)丙烯酸乙酯、(甲基)丙烯酸正丙酯、(甲基)丙烯酸正丁酯、(甲基)丙烯酸酯、(甲基)丙烯酸2-羥基乙基酯等。在這些之中，由于通過使用活性能量射線照射其能顯著有效地降低熱分解溫度的原因且具有優異的可使用性，因此優選的是聚甲基丙烯酸甲酯和聚甲基丙烯酸乙酯。上述樹脂組合物的重均分子量(Mw)優選為1，000至1，000, 00，且更優選為5，000 至800，000。通過使所述重均分子量高于上述下限，能實現在薄層形成步驟的過程中改善暫時粘合劑對半導體晶片或支持主體(supporting body)的潤濕性的效果，還提高層成型性能。此外，通過使其低于上述上限，能實現與包含暫時粘合劑的各個組合物的相容性，以及在各種類型溶劑中的溶解性的效果，此外，還提高加熱步驟過程中暫時粘合劑的熱分解性能。優選地混入上述樹脂組合物，使其比例為暫時粘合劑總量的10%至100%。更優選地，其應被混入使其比例為30%至100%。原因是因為通過使所包含的樹脂組合物的量大于上述下限，能防止暫時粘合劑殘留在半導體晶片或支持主體上。此外，當通過使用上述活性能量射線照射增加能量時，上述暫時粘合劑包含產生活性種的活化劑。活化劑上述樹脂組合物不受特別的限制，但其可為例如，光酸發生劑、光堿發生劑等。 上述光酸發生劑不受特別的限制，但其可為例如，四(五氟苯基)硼酸鹽-4-甲基苯基 [4-(1-甲基乙基)苯基]碘鐺(DPI-TPFPB)、三(4-叔丁基苯基)锍四(五氟苯基)硼酸鹽(TTBPS-TPFPB)、三(4-叔丁基苯基)锍六氟磷酸鹽(TTBPS-HFP)、三苯基锍三糠酸酯(triphenyl sulfonium trifurate，TPS-Tf)、雙(4-叔丁基苯基)碘鐺三糠酸酯 (DTBPI-Tf)、三嗪(TAZ-101)、三苯基锍六氟亞銻酸鹽(TPS-103)、三苯基锍雙(全氟甲烷磺酰基)酰亞胺(TPS-N1)、二(對叔丁基)苯基碘鐺、雙(全氟甲烷磺酰基)酰亞胺 (DTBPI-Nl)、三苯基锍、三(全氟甲烷磺酰基)甲基化物(TPS-Cl)、二(對叔丁基苯基)碘鐺三(全氯甲烷磺酰基)甲基化物(DTBPI-Cl)，或其兩種或多種類型的組合。在這些之中，由于其能有效地降低上述樹脂組合物的熱分解溫度的原因，特別優選的為四(五氟苯基)硼酸鹽-4-甲基苯基甲基乙基)苯基]碘鐺(DPI-TPFPB)。上述光堿發生劑不受特別的限制，但其可為例如，5-芐基-1，5- 二氮雜雙環 (4.3.0)壬烯、1-(2-硝基苯甲酰氨基甲酰基)咪唑等。在這些之中，由于其能有效地降低上述樹脂組合物的熱分解溫度的原因，特別優選的為5-芐基-1，5-二氮雜雙環(4.3.0)壬烯及其衍生物。優選地混入上述活化劑中，以便使其比例為暫時粘合劑總量的0. 01%至50%。更優選地，將其混入使其比例為總量的0. 至30%。通過使其高于上述下限，能穩定降低上述樹脂組合物的熱分解溫度，且通過使其低于上述上限，能有效地防止暫時粘合劑殘留在半導體晶片或支持基板上而成為殘留物。特別優選地，光敏的聚碳酸酯類樹脂的組合為聚丙烯碳酸酯、1，4_聚丁烯碳酸酯或碳酸新戊酯，且作為活化劑，四(五氟苯基)硼酸鹽-4-甲基苯基甲基乙基)苯基]碘鐺(DPI-TPFPB)。
在這種情況下，優選地，樹脂組合物為暫時粘合劑總量的30%至100%，活化劑為暫時粘合劑總量的0. 至30%，且暫時粘合劑的重均分子量(Mw)為5，000至800，000。 其原因是由于這將確保半導體晶片或支持主體的潤濕性、暫時粘結劑的層成型性能、與包含暫時粘合劑的各個類型的組合物的相容性、與各個類型溶劑的溶解性以及加熱步驟過程中暫時粘合劑的熱分解性能。由于上述聚碳酸酯類樹脂形成的結構的主鏈在上述活化劑的存在下容易熱裂解， 或聚碳酸酯類樹脂本身形成的熱閉環結構容易熱分解(熱閉環反應)，因此能降低熱分解溫度。下列反應通式(1)示出聚丙烯碳酸酯樹脂主鏈的熱鍵裂解機理以及熱閉環結構的形成。首先，由上述活化劑獲得的H+將丙烯碳酸酯樹脂的羰基氧質子化，然后進一步改變極性過渡狀態而產生互變異構的中間體[A]和[B]。然后，在主鏈熱裂解的情況下，中間體[A]分裂成為丙酮和C02。在形成熱閉環結構(a或b)的情況下，中間體[B]產生碳酸丙烯酯，然后碳酸丙烯酯分裂成為(X)2和環氧丙烷(propylene oxide)。[通式1]
權利要求
1.用于半導體晶片的暫時粘合劑，其用于將半導體晶片暫時地粘結在支持基板上以加工半導體晶片，并用于在加工之后通過加熱從支持基板上分離半導體晶片，所述粘合劑包含樹脂組合物，在通過活性能量射線照射之后所述樹脂組合物的失重50%的溫度降低。
2.如權利要求1所述的用于半導體晶片的暫時粘合劑，其中通過所述活性能量射線照射之前和之后所述失重50%的溫度的差為20至100攝氏度。
3.如權利要求1或2所述的用于半導體晶片的暫時粘合劑，其中在通過所述活性能量射線照射之后所述樹脂組合物失重95%的溫度和失重5%的溫度之間的差為1攝氏度彡(失重95%的溫度)-(失重5%的溫度)彡200攝氏度。
4.如權利要求1或2所述的用于半導體晶片的暫時粘合劑，其中在通過所述活性能量射線照射之后所述樹脂組合物失重95%的溫度和失重5%的溫度之間的差為80攝氏度彡(失重95%的溫度)-(失重5%的溫度)彡150攝氏度。
5.如權利要求1至4中任一項權利要求所述的用于半導體晶片的暫時粘合劑，其包含在通過使用所述活性能量射線照射增加能量時產生活性種的活化劑，且其中在所述活性種的存在下所述樹脂組合物的分解溫度降低。
6.如權利要求1至5中任一項權利要求所述的用于半導體晶片的暫時粘合劑，其中在所述活性種的存在下，所述樹脂組合物的主鏈熱裂解。
7.如權利要求1至6中任一項權利要求所述的用于半導體晶片的暫時粘合劑，其中在所述活性種的存在下，促進了所述樹脂組合物的熱閉環反應。
8.如權利要求1至7中任一項權利要求所述的用于半導體晶片的暫時粘合劑，其中所述樹脂組合物在其主鏈中具有脂肪族季碳原子。
9.如權利要求1至7中任一項權利要求所述的用于半導體晶片的暫時粘合劑，其中所述樹脂組合物在其主鏈中具有雜原子。
10.如權利要求9所述的用于半導體晶片的暫時粘合劑，其中所述樹脂組合物具有與其主鏈的雜原子相鄰的叔碳原子。
11.如權利要求1至10中任一項權利要求所述的用于半導體晶片的暫時粘合劑，其中所述樹脂組合物的主鏈中重復原子的數量為5至7。
12.如權利要求1至11中任一項權利要求所述的用于半導體晶片的暫時粘合劑，其中所述樹脂組合物在其主鏈中具有X-C ( = 0)-Y結構(此處，X和Y各自為氧原子、氮原子或硫原子)。
13.如權利要求1至12中任一項權利要求所述的用于半導體晶片的暫時粘合劑，其中所述樹脂組合物在其主鏈中具有伯碳原子或仲碳原子以及與所述碳原子的側鏈連接的官能團。
14.如權利要求13所述的用于半導體晶片的暫時粘合劑，其中所述官能團為羰基、硫代羰基、甲縮醛或乙縮醛。
15.如權利要求1至14中任一項權利要求所述的用于半導體晶片的暫時粘合劑，其中所述樹脂組合物為聚碳酸酯類樹脂、聚酯類樹脂、聚酰胺類樹脂、聚酰亞胺類樹脂、聚醚類樹脂、聚氨酯類樹脂或(甲基)丙烯酸酯類樹脂中的一種。
16.如權利要求15所述的用于半導體晶片的暫時粘合劑，其中所述聚碳酸酯類樹脂為聚丙烯碳酸酯、聚環己烷碳酸酯或聚丁烯碳酸酯中的一種。
17.如權利要求1至16中任一項權利要求所述的用于半導體晶片的暫時粘合劑，其中所述活性種為酸或堿。
18.如權利要求1至17中任一項權利要求所述的用于半導體晶片的暫時粘合劑，其中所述活性能量射線為紫外光或可見光。
19.如權利要求1至18中任一項權利要求所述的用于半導體晶片的暫時粘合劑，其中用于所述半導體晶片的暫時粘合劑包含光敏的聚碳酸酯類樹脂。
20.半導體設備的制造方法，其包括以下步驟在支持基板上部提供包含樹脂組合物的用于半導體的暫時粘合劑的薄層，在通過活性能量射線照射之后所述樹脂組合物的失重50%的溫度降低；在所述具有薄層的支持基板或半導體晶片的表面上放置所述支持基板或半導體晶片， 并且將所述支持基板或半導體晶片粘結至所述薄層；加工所述半導體晶片；以及通過加熱所述薄層從所述支持基板移除所述半導體晶片。
21.如權利要求20所述的半導體設備的制造方法，其中所述半導體晶片的暫時粘結方法包括當通過使用所述活性能量射線照射增加能量時活化劑產生活性種，以及在所述活性種的存在下所述樹脂組合物的分解溫度降低。
22.如權利要求20或21所述的半導體設備的制造方法，其中所述組合物為聚碳酸酯類樹脂、聚酯類樹脂、聚酰胺類樹脂、聚酰亞胺類樹脂、聚醚類樹脂、聚氨酯類樹脂或(甲基) 丙烯酸酯類樹脂中的一種。
23.如權利要求22所述的半導體設備的制造方法，其中所述聚碳酸酯類樹脂為聚丙烯碳酸酯、聚環己烯碳酸酯或聚丁烯碳酸酯中的一種。
全文摘要
本發明提供了用于半導體晶片的暫時粘合劑，所述粘合劑能減少對半導體晶片的損壞、使其容易分離并能縮短熱分解所需的時間，本發明還提供使用所述粘合劑制造半導體設備的方法。本發明提供的用于半導體晶片的暫時粘合劑，用于將半導體晶片暫時地粘結在支持基板上以便對半導體晶片進行加工，還用于在加工之后通過加熱將半導體晶片從支持基板上分離，所述粘合劑包含樹脂組合物，在通過活性能量射線照射之后所述樹脂組合物的失重50％的溫度降低。
文檔編號H01L21/304GK102224215SQ201080003313
公開日2011年10月19日 申請日期2010年6月15日 優先權日2009年6月15日
發明者久保山俊治, 川田政和, 杉山廣道, 楠木淳也, 竹內江津 申請人:住友電木株式會社