載體晶片從器件晶片的激光去鍵合的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及半導體晶片制作，并且特別地涉及用于將載體晶片從包含電氣組件的器件晶片去鍵合的工藝，其中載體晶片在器件晶片的處理期間為器件提供臨時機械支撐。
【背景技術】
[0002]盡管本發明應用于事實上任何類型的半導體器件晶片的制作，但是給出制作發光二極管(LED)晶片的示例。
[0003]諸如用于生成藍色光的基于氮化鎵的LED是通過在諸如藍寶石之類的生長襯底(晶片)之上外延生長半導體層而制造的。P型與η型層之間的有源層發射具有峰值波長的光，并且峰值波長由有源層的材料組成確定。這樣的半導體層可以在數十微米厚的量級上并且非常易碎。然后在LED晶片上執行金屬化和其它公知的處理以例如移除生長襯底、減薄LED層以及形成電極。LED晶片隨后被切分以形成LED芯片以供封裝。
[0004]在其中從LED晶片移除生長襯底以便在面向生長襯底的LED層上執行處理的情況中，或者在其中減薄生長襯底以便用于劃線和折斷單個化的情況中，載體晶片必須首先被鍵合到LED晶片的相對表面以在生長襯底的移除或減薄期間為薄LED層提供機械支撐。在將載體晶片鍵合到LED晶片并且移除或減薄生長襯底之后，可以進一步處理任何暴露的LED層，諸如減薄LED層以及在所暴露的LED層之上沉積薄膜。載體晶片可以臨時或永久地連接。如果載體晶片是臨時的，則必須執行將載體晶片從LED晶片去鍵合的方法。硅載體晶片由于其低廉的成本和公知的特性而通常被使用。硅載體晶片吸收來自LED的光并且應當最終從LED層移除。
[0005]使用載體晶片(典型地為硅)進行機械支撐通常在集成電路工藝中使用，特別是在其中堆疊IC晶片以形成三維(3-D)模塊并且導電通路豎直延伸通過IC晶片的情況下。典型地，通過使用中間溫度(例如直至250°C)聚合物粘合劑來將載體晶片鍵合到IC晶片，使得粘合劑在預期的IC晶片處理溫度處不釋放。在完成IC晶片處理之后，以高熱量并且利用特殊工具和技術(例如使用Brewer Science的HT1010?熱滑動去鍵合工藝)來執行載體晶片的去鍵合。
[0006]還已知的是在載體晶片之上應用特殊光熱轉換(LTHC)層，然后通過使用在相對低溫處熔化的特殊粘合劑將載體晶片鍵合到器件晶片。激光束然后用于加熱LTHC層，其進而使粘合劑熔化以用于去鍵合載體晶片。LTHC材料、特殊粘合劑材料(例如3M的LC3200和LC5200)以及特殊工具從3M公司可得到。該工藝相對昂貴并且耗時。由于粘合劑需要在相對低溫處熔化(3M粘合劑被認為僅直至180°C )，所以在需要沉積優良薄膜時該去鍵合工藝是不合適的，因為這樣的薄膜典型地需要在250°C以上沉積。
[0007]在用于形成高質量薄膜的一些工藝(諸如PECVD工藝)中，工藝溫度大幅高于250°C。用于將載體晶片臨時鍵合到IC或LED晶片的聚合物因此必須是極高溫聚合物(例如>350°C)，這要求更加復雜且更高溫度的去鍵合工藝和工具。
[0008]所需要的是比現有技術工藝更簡單的用于將載體晶片從器件晶片去鍵合的經改進的技術。優選的是去鍵合工藝與通常使用的鍵合層材料一起工作，所述鍵合層材料包括高溫聚合物(例如BCB、PBO、聚酰亞胺等)、中間溫度聚合物/粘合劑(例如Brewer Science的HT1010?、3M的LC3200/LC5200等)、低溫膠合劑/粘合劑以及甚至金屬(例如共晶合金)鍵合材料。
【發明內容】
[0009]替代于諸如硅之類的光吸收載體晶片，使用諸如藍寶石或SiC晶片之類的透明載體晶片。在LED晶片工藝的示例中，與受生長襯底支撐的那一側相對地將載體晶片鍵合到LED晶片。鍵合材料典型地為常規聚合物粘合劑，諸如直至350°C都穩定的聚合物。然后將生長襯底從LED晶片移除，并且進一步處理所暴露的LED層。這樣的進一步處理可以包括減薄、沉積薄膜、形成通路等。生長襯底可以被減薄而不是被移除。器件晶片可以是包含電路系統的任何晶片。
[0010]為了將載體晶片從LED晶片去鍵合，在載體晶片之上掃描激光束，其中載體晶片對來自激光束的光的波長基本上透明。聚合物粘合劑直接吸收激光束能量，并且能量使聚合物-載體的化學鍵合斷裂，而不是簡單地通過熱熔化聚合物。不存在所使用的光熱轉換(LTHC)層，因此不需要特殊材料。激光強度并不足以損壞LED晶片內的任何結構。在一個實施例中，使用248nm激光。也可以使用近UV或藍色激光器。在另一實施例中，發射具有800mj/cm2 (40ff/cm2 )的能量強度的193nm的峰值波長的UV激光器被用于去鍵合直至350°C都穩定的苯并環丁烯(BCB)聚合物粘合劑。
[0011]因此，不要求加熱以釋放粘合劑，因此粘合劑可以是在用于薄膜處理的充分高的溫度下穩定的粘合劑。
[0012]在移除載體晶片之后，然后清除LED晶片的經去鍵合的表面上的殘余粘合劑。
[0013]在另一實施例中，諸如合適共晶金屬合金層之類的金屬層被沉積在器件晶片和透明載體晶片(例如藍寶石)二者上。然后在熱和壓力之下將晶片鍵合在一起而沒有任何附加粘合劑。激光束然后掃描通過載體晶片，其中激光能量使金屬層與透明載體晶片之間的化學鍵合斷裂，這將載體晶片從金屬層去鍵合。保留在器件晶片上的金屬層然后可以在單個化之前被蝕刻/清除。在一些情況中，金屬層可以用作反射器和/或用于器件晶片的電極并且不需要在單個化之前被移除。
[0014]去鍵合技術還可以應用于其它類型的鍵合技術/材料，諸如陽極鍵合、熔融鍵合、玻璃熔料鍵合等。
[0015]去鍵合工藝可以用于任何類型的IC晶片并且不限于LED應用。所有這樣的晶片在本文中被稱為器件晶片。
[0016]還描述了工藝的各種其它示例，諸如用于形成通過晶片的導電通路以得到三維模塊的工藝。
【附圖說明】
[0017]圖1是包括生長襯底的現有技術LED晶片的一小部分的截面視圖，為了簡化起見而示出兩個LED區域。LED晶片此后被稱為器件晶片，因為可以就任何類型的晶片執行去鍵合工藝。
[0018]圖2圖示了圖1的器件晶片的較大部分并且為了簡化起見而除去LED的細節。使用吸收UV或藍色激光的聚合物粘合劑將透明載體晶片鍵合到器件晶片。
[0019]圖3圖示了在移除生長襯底(如果對于器件晶片而言恰當的話)之后和在減薄或以其它方式進一步處理所暴露的器件晶片之后的圖2的結構。
[0020]圖4圖示了蝕刻通過其余器件晶片的通路孔，其中通路孔然后被涂敷有電介質并且填充有導電材料。然后形成圖案化的電極層以用于終止導電通路。通路創建器件晶片的相對表面之間的導電路徑。
[0021]圖5圖示了附接于器件晶片的表面的可拉伸粘性膠帶。
[0022]圖6圖示了掃描通過透明載體晶片并且其能量被聚合物粘合劑吸收以使聚合物與載體晶片之間的化學鍵合斷裂的激光束。
[0023]圖7圖示了移除經去鍵合的載體晶片和移除其余聚合物粘合劑。具有過孔通路的器件晶片的其余部分然后可以鍵合到另一晶片或者夾在兩個晶片之間以用于提供3-D模塊中的附加電路系統。然后諸如通過切鋸單個化模塊，并且然后拉伸膠帶以分離模塊以為封裝模塊做準備。
[0024]圖8-12圖示了其中器件晶片夾在兩個晶片之間的雙鍵合方法。
[0025]圖8類似于圖2，其中將透明載體晶片鍵合到器件晶片。器件晶片可以是LED晶片或任何IC晶片。
[0026]圖9圖示了器件晶片，其中已經移除它的生長襯底(如果恰當的話)，接著進一步處理(例如減薄)器件晶片，接著通過聚合物粘合劑將另一晶片鍵合到所暴露的表面。
[0027]圖10圖示了掃描通過透明載體晶片并且其能量被聚合物粘合劑吸收以使聚合物與載體晶片之間的化學鍵合斷裂的激光束。
[0028]圖11圖示了移除經去鍵合的載體晶片和移除其余聚合物粘合劑。
[0029]圖12圖示了蝕刻通過其余器件晶片的通路孔，其中通路孔然后被涂敷有電介質并且填充有導電材料。然后形成圖案化的電極層以用于終止導電通路。通路創建器件晶片的