sylvain.poulet@cea.fr 摘要 — 超薄基板上柔性薄膜电子设备的出现是由开发与前端和后端工艺完全兼容的替代处理方法的需求所驱动。这项研究的目的是提出一种新的超薄玻璃基板处理方法,该方法基于直接玻璃-玻璃键合和室温剥离脱粘。通过在超薄玻璃基板(<100µm)上实现薄膜电池(<20µm)来评估这一概念。为了键合,将超薄玻璃层压在厚的载体玻璃(>500µm)上,没有中间层。薄膜电池堆栈采用连续物理气相沉积法制造,温度高达 400°C。脱粘过程在室温下通过机械剥离层压在薄膜电池上的封装膜完成。结果,脱粘后超薄玻璃(<100µm)没有任何裂纹的迹象。此外,脱粘过程之前和之后进行的电化学阻抗谱 (EIS) 和恒电流循环表明器件性能略有稳定。
关键词:光子剥离、临时键合和解键合、薄晶圆处理、键合粘合剂 摘要 临时键合和解键合 (TB/DB) 工艺已成为晶圆级封装技术中很有前途的解决方案。这些工艺为晶圆减薄和随后的背面处理提供了途径,这对于使用 3D 硅通孔和扇出晶圆级封装等技术实现异质集成至关重要。这些对于整体设备小型化和提高性能至关重要。在本文中,介绍了一种新颖的光子解键合 (PDB) 方法和相应的键合材料。PDB 通过克服与传统解键合方法相关的许多缺点来增强 TB/DB 工艺。PDB 使用来自闪光灯的脉冲宽带光 (200 nm – 1100 nm) 来解键合临时键合的晶圆对与玻璃作为载体晶圆。这些闪光灯在短时间间隔(~300 µs)内产生高强度光脉冲(高达 45 kW/cm 2 ),以促进脱粘。引言近年来,三维 (3D) 芯片技术在微电子行业中越来越重要,因为它们具有电路路径更短、性能更快、功耗和散热更低等优势 [1]。这些技术涉及异质堆叠多个减薄硅 (Si) 芯片(<100 µm)并垂直互连以形成三维集成电路 (3D-IC) [2]。在现代 3D 芯片技术中,可以使用硅通孔 (TSV) 来代替传统的引线键合技术在硅晶圆之间垂直互连。减薄晶圆使得这些 TSV 的创建更加容易 [3, 4]。为了便于处理薄硅晶圆,需要对硅晶圆进行临时键合。在临时键合工艺中,次级载体晶圆充当主器件晶圆的刚性支撑,并利用两者之间的粘合层将两个晶圆粘合在一起。晶圆粘合在一起后,即可进行背面研磨和后续背面处理。背面处理后,减薄后的晶圆和载体堆叠
2 2401 Brewer Driver,Rolla,MO 65401,美国 * 通讯作者的电子邮件:vikram.turkani@novacentrix.com 摘要 临时键合和脱键合 (TB/DB) 工艺已成为晶圆级封装技术中很有前途的解决方案。这些工艺为晶圆减薄和随后的背面处理提供了途径,这对于使用 3D 硅通孔 (TSV) 和扇出晶圆级封装等技术实现异质集成至关重要。这些对于整体设备小型化和提高性能至关重要。在本文中,介绍了一种新颖的光子脱键合 (PDB) 方法和相应的键合材料。PDB 通过克服与传统脱键合方法相关的许多缺点来增强 TB/DB 工艺。PDB 使用来自闪光灯的脉冲宽带光 (200 nm – 1100 nm) 来脱键合临时键合的晶圆对与玻璃作为载体晶圆。这些闪光灯在短时间间隔(~100 µs)内产生高强度光脉冲(高达 45 kW/cm 2 )以促进脱粘。通过成功将减薄(<70 μm)硅晶圆从玻璃载体上脱粘,证明了 PDB 在 TB/DB 工艺中的可行性。对减薄晶圆和载体的脱粘后清洁进行了评估。通过每个闪光灯提供均匀、大面积照明(75 mm x 150 mm),并且能够串联灯以增加 PDB 工具的照明面积,PDB 方法为晶圆级和面板级封装技术提供了一种高通量、低成本的脱粘解决方案。关键词光子剥离、闪光灯、临时键合和脱粘、临时键合材料、晶圆级封装。
[1]《超声波焊接》,第 8 章,载于:《焊接手册》第 9 版第 3 卷,《焊接工艺》,第 2 部分,美国焊接学会,迈阿密,2007 年。[2] AA Fedulova、Yu.A. Ustinov、EP Kotov、VP Shustov 和 ERYavich,《多层印刷电路板技术》,无线电和通信,莫斯科,1990 年(俄罗斯语)。[3] QJ Chen、A. Pagba、D. Reynoso、S. Thomas 和 HJ Toc,《铜线及其他 - 银线是铜的替代品吗?》 , 载于:2010 年第 12 届电子封装技术会议,IEEE,2010 年,第 591-596 页。[4] P. Liu、L. Tong、J. Wang、L. Shi 和 H. Tang,铜线键合技术的挑战与发展,微电子可靠性,2012 年,第 52 卷,第 6 期,第 1092-1098 页。[5] ZW Zhong,使用铜线的引线键合,微电子国际,2009 年,第 26 卷,第 1 期,第 10-16 页。 [6] A. Shah、T. Rockey、H. Xu、I. Qin、W. Jie、O. Yauw 和 B. Chylak,《银线先进引线键合技术》,载于:2015 IEEE 第 17 届电子封装与技术会议 (EPTC),IEEE,2015 年,第 1-8 页。[7] ZW Zhong,《使用铜线或绝缘线的引线键合概述》,《微电子可靠性》,2011 年,第 51 卷,第 1 期,第 4-12 页。
图 2:典型球/月牙互连的简化表示 自动引线键合机于 20 世纪 80 年代初推出。当时,大多数互连都是使用铝线制作的。随着对高可靠性需求的增加,金线变得更加普遍。随着封装密度的增加,引线互连键合间距减小。细间距的初始解决方案是楔形键合,因为楔形工具设计允许将引线紧密键合(并排)。 细间距互连 在更小的空间内封装更多元件的需求导致 ASIC 设计变得更加密集。人们曾认为,互连细间距封装的最佳方法是通过楔形键合。在 20 世纪 90 年代后期,典型的键合间距从约 110µm 减小到约 90µm。在此期间,平均楔形工具尖端大约是球键合毛细管工具尖端宽度的三分之一。毛细管材料缺乏支持细间距工艺的稳健性。从那时起,改进的材料使细间距设计成为可能,其中尖端尺寸小于 70µm 的情况并不罕见。更小的特征、更高的密度和更多的 I/O 需要细间距。在当今的细间距环境中,任何使用楔形键合机键合的设备都可以使用球焊设备更快地键合。图 3 和图 4 描绘了使用 1.0 mil 导线通过球焊互连的 55µm 细间距架构。
电话:707-628-5107 电子邮件:jbahena@veeco.com 摘要 5G、物联网和其他全球技术趋势的需求,加上缩小工艺节点成本的增加,已导致向更集成的封装要求转变。扇出晶圆级封装、2.5D/3D IC 封装和异构集成等先进封装技术的出现,为更小尺寸、更高功能和带宽带来了潜力。为了实现这些技术,通常需要对器件晶圆进行背面处理或减薄。这就要求使用临时粘合材料将器件晶圆粘附到刚性载体晶圆上,以便在处理和加工过程中提供机械支撑。释放载体后,必须彻底清除器件晶圆上的临时粘合材料。许多此类粘合剂都暴露在高功率激光或高温下,这使得清除更具挑战性。临时键合材料去除的亚微米级颗粒清洁要求也达到了通常为前端处理保留的标准。这在 3D 工艺中尤其重要,例如混合键合,其中特征和间距尺寸接近 < 1 µm,清洁不充分会导致后续键合工艺失败。因此,必须仔细考虑所有处理步骤以满足严格的颗粒要求。这项工作研究了硅晶片上涂层和烘烤的临时键合材料的去除,重点是获得最佳颗粒结果的加工条件。通过进行试样级研究和测量表面特性,在烧杯级评估了几种化学物质。根据这些发现,使用可定制的单晶圆加工工具对 300 毫米晶圆进行了研究。关键词临时键合材料、湿法清洗、晶圆级封装、单晶圆加工。I.简介 虽然晶体管和节点缩放一直在不断进步,但相关的成本和复杂性要求采用其他途径来提高性能。最突出的是,先进封装中的 2.5D/3D 集成通过将不同尺寸和材料的不同组件集成到单个设备中,显示出巨大的前景 [1]。由于许多当前的集成工艺流程都需要对设备晶圆进行背面处理或减薄,因此使用临时键合和脱键合 (TBDB) 系统已被证明是必要的多种类型的集成技术已经得到开发,例如扇出型晶圆级封装 (FOWLP)、2.5D 中介层、3D 硅通孔 (TSV) 和堆叠封装 (PoP),具有高集成度、低功耗、小型化和高可靠性等预期优势 [1-3]。