一种晶圆临时键合用热发泡减粘胶水的制备方法与流程

本发明属于半导体晶圆临时键合材料，更具体的，涉及一种晶圆临时键合用热发泡减粘胶水的制备方法。

背景技术：

1、在半导体器件、mems器件、传感器、光电器件以及微纳加工领域，晶圆在减薄、划片、抛光、刻蚀、清洗、搬运等工序中通常需要借助临时键合材料固定于支撑晶圆或支撑玻璃上。临时键合材料既要在加工阶段提供足够的固定能力，避免晶圆发生翘曲、破片、滑移或局部脱落，又要在加工完成后能够以较低应力完成解键合，以降低薄晶圆、脆性基板或微结构器件在解键合过程中的损伤风险。

2、现有晶圆临时键合材料通常采用热塑性树脂胶、热固化胶、uv减粘胶、溶剂解粘胶或双层粘结体系。上述材料虽然能够在一定程度上实现临时固定，但仍存在以下不足：其一，单纯提高胶层粘接力容易导致后续解键合应力增大，产生晶圆裂纹、器件污染或支撑基板残胶；其二，单纯降低胶层粘接力又容易在划片、搬运或热处理过程中提前失效；其三，溶剂解粘方式耗时较长且可能引入污染，uv解粘方式受基板透光性和照射均匀性限制，激光解键合方式对设备和吸收层要求较高；其四，传统发泡减粘材料若配方中基胶、发泡组分、粘结助剂及溶剂体系不匹配，容易出现发泡不足、界面不分离、残胶明显或初始键合强度不足的问题。

技术实现思路

1、本发明的目的是为了克服现有技术的上述缺陷，提供一种晶圆临时键合用热发泡减粘胶水的制备方法。

2、为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供以下技术方案：

3、一种晶圆临时键合用热发泡减粘胶水的制备方法，包括如下步骤：

4、将甲基丙烯酸酯类热塑性基体树脂、粘结助剂和有机溶剂混合，加热搅拌，得到基胶液；

5、将所述基胶液降温，加入热发泡微球并混合均匀，得到热发泡减粘胶水。

6、需要说明的是，甲基丙烯酸酯类热塑性基体树脂用于形成连续胶层，粘结助剂用于提高胶层在低温键合及加工阶段的固定能力，热发泡微球用于在加热解键合阶段产生膨胀作用。与单纯采用粘接力较强的丙烯酸胶粘剂作为热发泡层基胶不同，本发明采用非交联型、可旋涂成膜的甲基丙烯酸酯类热塑性基体树脂作为主体，使胶层在加工阶段具有适当的固定能力，同时在加热后能够随热发泡微球的膨胀发生减粘分离，避免因基胶粘接过强而导致热解键合失败。

7、本发明还通过制备顺序控制胶水状态。先将甲基丙烯酸酯类热塑性基体树脂、粘结助剂和有机溶剂加热搅拌，能够使树脂和粘结助剂充分溶解，形成均匀基胶液；随后在降温后加入热发泡微球，能够避免热发泡微球在制胶过程中提前受热膨胀。该步骤安排有利于保持热发泡微球的完整性和分散均匀性，从而提高旋涂成膜稳定性和后续热解键合的一致性。

8、进一步的，所述甲基丙烯酸酯类热塑性基体树脂包括聚甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯共聚物、甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸丁酯共聚物、甲基丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸丁酯共聚物中的一种或多种。

9、进一步的，按重量份计，甲基丙烯酸酯类热塑性基体树脂1-20份、热发泡微球1-20份、粘结助剂0.1-5份和有机溶剂20-80份。

10、进一步的，所述甲基丙烯酸酯类热塑性基体树脂、粘结助剂和有机溶剂的加热搅拌温度为40-60℃，加热搅拌时间为1-3h；加入热发泡微球前，所述基胶液降温至35℃以下。

11、进一步的，所述热发泡微球在未膨胀状态下的粒径d(0.5)为8-20μm，膨胀起始温度为118-135℃，最大膨胀温度为165-185℃。

12、需要说明的是，所述热发泡微球在受热前以未膨胀状态分散于甲基丙烯酸酯类热塑性基体树脂形成的胶层中。当温度达到膨胀起始温度后，微球外壳逐渐软化，内部膨胀介质使微球体积增大，由此在胶层内部形成局部膨胀应力，促使胶层内部或胶层与晶圆之间产生分离。

13、进一步的，所述热发泡微球包括表面改性热发泡微球；所述表面改性热发泡微球的制备方法，包括步骤：

14、将硅氧烷改性丙烯酸酯共聚物溶液与乙酸乙酯混合，得到改性液；

15、将热发泡微球加入所述改性液中，在室温下搅拌；随后在35℃以下减压除去乙酸乙酯，得到表面改性热发泡微球。

16、优选的，所述硅氧烷改性丙烯酸酯共聚物由甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸缩水甘油酯、单甲基丙烯酰氧丙基封端聚二甲基硅氧烷和引发剂在有机溶剂中经自由基聚合反应得到。

17、需要说明的是，本发明所述硅氧烷改性丙烯酸酯共聚物中，甲基丙烯酸甲酯结构单元有利于提高所述共聚物与pmma基体树脂的相容性；甲基丙烯酸缩水甘油酯结构单元有利于提高所述共聚物的极性和成膜性；硅氧烷结构单元有利于降低热发泡微球周围胶层的粘附作用。减压除去乙酸乙酯后，所述共聚物沉积于热发泡微球表面。加热解键合时，热发泡微球发生膨胀，位于微球表面的硅氧烷改性丙烯酸酯共聚物有利于胶层在微球周围发生松动和分离，从而减少解键合后的残胶。

18、进一步的，所述粘结助剂包括氢化松香酯增粘树脂、松香甘油酯、松香季戊四醇酯、萜烯树脂、萜烯酚醛树脂中的一种或多种。

19、进一步的，所述有机溶剂包括乙酸乙酯、苯甲醚、丙酮中的一种或多种。

20、优选的，所述热发泡微球在改性液中的搅拌时间为20-60min。

21、本发明的有益效果：

22、第一，本发明采用甲基丙烯酸酯类热塑性基体树脂、热发泡微球、粘结助剂和有机溶剂制备热发泡减粘胶水。甲基丙烯酸酯类热塑性基体树脂能够在晶圆表面形成连续胶层，热发泡微球能够在加热时膨胀，粘结助剂能够提高胶层在键合和加工阶段的固定能力。上述组分配合后，使胶水在晶圆临时键合阶段具有适当的键合强度，在加工完成后又能够通过加热实现解键合，从而兼顾临时固定和后续分离的要求。

23、第二，本发明在制备过程中，先将甲基丙烯酸酯类热塑性基体树脂、粘结助剂和有机溶剂加热搅拌形成基胶液，再在降温后加入热发泡微球。该制备方式能够使基体树脂和粘结助剂先充分溶解，同时避免热发泡微球在制胶过程中提前受热膨胀，有利于提高热发泡微球在胶水中的分散均匀性和胶层成膜稳定性。

24、第三，本发明通过粘结助剂提高热发泡减粘层的初始粘附性能，能够降低晶圆在划片、搬运等加工过程中提前脱粘的风险。与直接采用粘接力过强的丙烯酸胶粘剂作为热发泡层基胶相比，本发明的热发泡减粘层在保证临时固定的同时，不会使后续热解键合变得困难。

25、第四，本发明所采用的热发泡微球具有与解键合温度相匹配的膨胀温度，使其在制胶、旋涂、烘烤和键合过程中保持未膨胀状态，并能够在加热解键合过程中发生膨胀，促使热发泡减粘层与晶圆或支撑基板分离，从而实现热触发解键合。

26、第五，本发明还采用硅氧烷改性丙烯酸酯共聚物对热发泡微球进行表面改性，使该共聚物预先附着于热发泡微球表面。与将硅氧烷改性丙烯酸酯共聚物直接加入胶水体系相比，表面改性方式能够使硅氧烷链段主要位于热发泡微球表面附近。这样，在加热解键合时，热发泡微球膨胀的位置与硅氧烷链段所在位置相对应，胶层更容易在热发泡微球周围发生分离，从而减少局部残胶。

27、第六，本发明的表面改性热发泡微球同时兼顾分散性和解键合效果。硅氧烷改性丙烯酸酯共聚物中的甲基丙烯酸酯结构单元有利于其与甲基丙烯酸酯类热塑性基体树脂相容，使热发泡微球在胶层中较均匀分散；其中的硅氧烷结构单元有利于降低热发泡微球表面附近的粘附作用，使加热后胶层更容易分离。因此，能够在保持键合强度的同时，进一步改善解键合后的残胶情况。

28、第七，本发明将硅氧烷改性丙烯酸酯共聚物设置在热发泡微球表面，使其作用位置与热发泡微球的膨胀位置相对应。该方式能够提高热发泡微球在解键合过程中的有效作用，改善普通热发泡微球体系中局部残胶较难控制的问题。