一种用于晶圆加工的临时键合胶、其制备方法及用途与流程

1.本发明涉及键合胶技术，尤其涉及一种用于晶圆加工的临时键合胶、其制备方法及用途。


背景技术：

2.在半导体技术领域，对于半导体芯片产品如led芯片、功率芯片、射频芯片及通信芯片等而言，通常都采用蓝宝石、碳化硅、氮化镓、砷化镓、锗等衬底，在衬底的后段制程过程中的研磨、抛光工序中，临时键合胶是芯片加工的核心材料，对芯片加工质量和保护作用至关重要。
3.作为半导体产业核心材料之一的晶圆，其性能的优劣，直接影响着半导体产业的发展水平。随着半导体加工技术的发展，加工效率和产品质量要求进一步提升。目前半导体晶圆的减薄工艺主要包括芯片的砂轮减薄、铜抛加工和化学机械抛光工序。由于半导体晶圆在减薄后具有机械强度弱，受应力影响容易发生内翘曲，导致晶圆破损，尤其是在化学机械抛光过程中，加工温度和化学腐蚀性增加，热应力增强，常规的临时键合胶受热变形，晶圆受力不均，键合胶边缘被腐蚀，容易产生芯片厚薄不均、和出现滑片、破片和崩边等技术问题，严重影响晶圆加工质量和加工效率。其中用于固定晶圆的临时键合胶是保证晶圆加工质量和加工效率的关键技术，保证临时键合胶的热稳定性和耐化学腐蚀性提出新的挑战和要求。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于，针对常规键合胶存在的诸多问题，提出一种用于晶圆加工的临时键合胶，该键合胶是一种热稳定性高、抗化学腐蚀强、粘结力强、粘片均匀的临时键合胶，能广泛适用于晶圆加工。
5.为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种用于晶圆加工的临时键合胶，包括质量份如下的各组分：
[0006][0007]
进一步地，所述聚合树脂为线性结构的热塑性聚合树脂，所述线性结构的热塑性
聚合树脂为聚苯乙烯(聚合物的均相对分子质量＝3.0-10.0
×
104，优选5-8.0
×
104)、聚戊二烯(聚合物的均相对分子质量＝3.0-8.0
×
104，优选3-5.0
×
104)、聚乙烯-醋酸乙烯酯共聚物(聚合物的均相对分子质量＝5.0-10.0
×
104，优选5-8.0
×
104)和聚异氰酸酯(聚合物的均相对分子质量＝3.0-10.0
×
104，优选5-8.0
×
104)中的一种或几种。优选为聚乙烯-醋酸乙烯酯共聚物(聚合物的均相对分子质量＝5.0-8.0
×
104)和聚异氰酸酯(聚合物的均相对分子质量＝3.0-10.0
×
104，优选5-8.0
×
104)。更优选为聚乙烯-醋酸乙烯酯共聚物(聚合物的均相对分子质量＝5.0-8.0
×
104)和聚异氰酸酯(聚合物的均相对分子质量＝3.0-10.0
×
104，优选5-8.0
×
104)的混合物，所述聚乙烯-醋酸乙烯酯共聚物与聚异氰酸酯的质量比为4:1-1:1，优选2:1-1:1。所述聚合树脂优选的质量份为0.5～1份。
[0008]
进一步地，所述增粘树脂(分子量在500-5000之间，优选1000-3000)为软化点在100℃以上的聚合物，所述增粘树脂为聚合松香、聚合萜烯树脂、马林酸改性聚合松香酯、聚合松香甘油酯、聚合酚醛树脂、氢化聚合石油树脂和聚合石油树脂中的一种或几种。优选为聚合松香和氢化聚合石油树脂的混合物，所述聚合松香和氢化聚合石油树脂树脂的质量比1:1-9:1，优选1:1-4:1。所述增粘树脂优选的质量份为40～50份。
[0009]
进一步地，所述增强剂为酒石酸改性纳米水滑石、癸二酸改性纳米水滑石、柠檬酸改性纳米二氧化硅和硅氧烷改性纳米滑石粉中的一种或几种，优选为硅氧烷改性纳米滑石粉。所述增强剂优选的质量份为1～3份。
[0010]
酒石酸改性纳米水滑石，由以下方法制备而成：
[0011]
将纳米镁铝水滑石加入到装有dmf和乙醇的均质搅拌釜中，高速搅拌分散后加入酒石酸，搅拌冷却至室温，出料，离心机离心，得到的样品用无水乙醇洗涤后干燥，得到酒石酸改性纳米水滑石。
[0012]
癸二酸改性纳米水滑石，由以下方法制备而成：
[0013]
将纳米镁铝水滑石加入到装有dmf、环己烷和乙醇的均质搅拌釜中，高速搅拌分散后加入癸二酸，搅拌冷却至室温，出料，离心机离心，得到的样品用无水乙醇洗涤后，得到癸二酸改性纳米水滑石。
[0014]
柠檬酸改性纳米二氧化硅，由以下方法制备而成：
[0015]
将羟基改性的纳米氧化硅加入到装有乙酸乙酯和乙醇的均质搅拌釜中，高速搅拌分散后加入柠檬酸，搅拌冷却至室温，出料，离心机离心，得到的样品用无水乙醇洗涤后，得到柠檬酸改性纳米二氧化硅。
[0016]
所述硅氧烷改性纳米滑石粉的表面改性，包括以下步骤：
[0017]
将纳米滑石粉加入到装有乙酸乙酯和乙醇的密闭的均质搅拌釜中，高速搅拌分散后加入kh570，搅拌冷却至室温，出料，离心机离心，得到的样品用无水乙醇洗涤后，得到改性后的硅氧烷纳米滑石粉。
[0018]
进一步地，所述增塑剂为氯化石蜡、正己烷、正庚烷、甲基环己烷、异构十二酸、磷酸酯和环烷油中的一种或几种，优选为异构十二酸和正庚烷。所述增塑剂优选的质量份为3～5份。
[0019]
进一步地，所述高沸点溶剂是指沸点在150℃以上难挥发性溶剂，为异构十二烷、脱芳烃溶剂d60、正构十四烷、脱芳烃溶剂d40、异构十四烷、戊二醇、3-乙氧基丙酸乙酯、乙二醇丁醚、二丙二醇甲醚和丙二醇甲醚醋酸酯中的一种或几种，优选为3-乙氧基丙酸乙酯
和异构十二烷。所述高沸点溶剂优选的质量份为30～50份。
[0020]
进一步地，所述低沸点溶剂是指沸点在0-130℃以下的易挥发性溶剂，为乙酸乙酯、正丙醇、乙酸丁酯、异构辛烷、异丙醇、乙醇、丙二醇甲醚和丙二醇乙醚中的一种或几种，优选为异构辛烷和乙酸丁酯。所述低沸点溶剂优选的质量份为10～20份。
[0021]
进一步地，所述润湿剂为聚硅氧烷、氟化聚丙烯酸酯、磺基琥珀酸酯和丙烯酸酯聚合物中的一种或几种，优选为氟化聚丙烯酸酯和改性聚硅氧烷。所述润湿剂优选的质量份为0.5～1份。
[0022]
进一步地，所述抗氧剂为抗氧剂1010、抗氧剂168、抗氧剂1076和抗氧剂405中的一种或几种，优选抗氧剂405。所述抗氧剂优选的质量份为0.3～0.5份。
[0023]
本发明的另一个目的还公开了一种上述临时键合胶的制备方法，包括以下步骤：
[0024]
步骤(1)：向搅拌釜中加入高沸点溶剂和低沸点溶剂搅拌混合均匀；
[0025]
步骤(2)：将步骤(1)得到的溶液加热至40-50℃(优选40-45℃)，持续搅拌下加入增粘树脂，搅拌直至形成澄清透明液体；
[0026]
步骤(3)：向步骤(2)得到的溶液中加入增塑剂、润湿剂和抗氧化剂，搅拌直至形成澄清透明液体；
[0027]
步骤(4)：向步骤(3)得到的溶液中加入聚合树脂，搅拌直至形成澄清透明液体；
[0028]
步骤(5)：向步骤(4)得到的溶液中加入增强剂，搅拌直至形成均匀透明液体，制备得到临时键合胶。
[0029]
进一步地，步骤(1)的搅拌条件为：30～100r/min搅拌1-10min；步骤(2)的搅拌条件为：50-100r/min搅拌30-90min；步骤(3)的搅拌条件为：50-100r/min搅拌30-60min(优选30-40min)；步骤(4)的搅拌条件为：50-100r/min搅拌30-60min(优选30-40min)；步骤(5)的搅拌条件为2000-5000r/min(优选4000-5000r/min)搅拌30-90min(优选60-90min)。步骤(5)中加入的增强剂属于无机改性颗粒。本发明采用高速搅拌剪切，能增加无机颗粒的活化，增加其表面能，体系内形成微胶体颗粒，使得其均匀分散在体系内。
[0030]
本发明的另一个目的还公开了一种用于晶圆加工的临时键合胶在晶圆加工领域的用途。
[0031]
进一步地，所述用于晶圆加工的临时键合胶的施用方法如下：
[0032]
将涂有临时键合胶的晶圆(如蓝宝石晶圆)置于80～110℃烘箱中烘烤10-40s(优选20-30s)，烘烤后将晶圆涂胶的一面贴在载片台表面，在加热至130℃、加压1kg，键合3-10min(优选5-8min)，冷却至室温完成蓝宝晶圆的临时键合。
[0033]
进一步地，所述用于晶圆加工的临时键合胶的涂覆量为2～5g/70～100cm2。
[0034]
进一步地，所述用于晶圆加工的临时键合胶的施用方法如下：
[0035]
s1：将晶圆放置于旋涂机内，开启抽真空系统，吸盘固定晶圆，设定旋涂转速为1500-2500r/min，优选2000-2500r/min；
[0036]
s2：吸取2.5ml临时键合胶，均匀滴胶到晶圆中心，旋涂20-40s，优选20-30s；
[0037]
s3：关闭真空吸盘，取下涂有临时键合胶的晶圆，将其置于100℃烘箱中烘烤10-40s，优选20-30s后取出；
[0038]
s4烘烤后将晶圆涂胶的一面贴在载片台表面，在130℃加热和1kg加压下键合3-10min，优选5-8min，冷却至室温即完成晶圆的临时键合。
[0039]
本发明用于晶圆加工的临时键合胶配方科学合理，其制备方法简单易行，与现有技术相比较具有以下优点：
[0040]
1、本发明采用线性结构的聚合树脂和非极性小分子增塑剂复配，通过非极性小分子与弹性聚合树脂间的溶剂化作用，使得聚合树脂疏水端充分伸展，分子间链段距离变近，交错重叠程度增加，分子间作用力增强，形成致密的空间网状结构，增强键合胶体系内聚强度，同时在键合胶表面形成强疏水环境，避免高极性溶剂和强碱水溶液的浸入，提升临时键合胶耐强碱、防腐蚀的能力。
[0041]
2、本发明临时键合胶采用高软化点增粘树脂和无机纳米改性增强剂复合的方案，通过改性无机纳米颗粒表面亲油性，增加无机颗粒在体系的相容性，制备一种具有优良耐高温性能和粘接性能的临时键合胶，充分发挥聚合树脂的粘结作用和无机颗粒的热力学稳定性，增加临时键合胶高温下的力学强度，使得临时键合胶具有更高的软化点和高温稳定性，可以在130℃下保持良好的粘结效果，受力不变形，加工过程不会出现受力不均现象。
[0042]
3、本发明采取高沸点和低沸点溶剂复配技术，有效控制溶剂挥发速率，避免了溶剂挥发过快、键合胶无法有效铺展的问题，还解决了热键合时溶剂难以完全挥发、树脂固化失效、粘结力下降的问题；同时高沸点和低沸点溶剂复合低表面张力润湿剂，提高了键合胶在基材表面的铺展能力，使得键合胶能够均匀地旋涂在晶圆表面，避免出现涂胶厚薄不一和脱胶的问题，增加晶圆键合的均匀性。
[0043]
因此，本发明的临时键合胶在半导体芯片临时键合保护领域具有非常良好的应用前景和大规模工业化推广潜力。
附图说明
[0044]
图1为对比例1旋涂4寸蓝宝石表面键合胶烘干后照片。
[0045]
图2为实施例1旋涂4寸蓝宝石键合胶烘干后照片。
具体实施方式
[0046]
以下结合实施例对本发明进一步说明：
[0047]
实施例1-12
[0048]
实施例1-12公开了多种用于晶圆加工的临时键合胶，其组分及质量份如表1所示。
[0049]
实施例1-12多种用于晶圆加工的临时键合胶的制备方法如下：
[0050]
步骤(1)：向搅拌釜中加入高沸点溶剂和低沸点溶剂搅拌混合均匀；搅拌条件为：70r/min搅拌5min；
[0051]
步骤(2)：将步骤(1)得到的溶液加热至40℃，持续搅拌下加入增粘树脂，搅拌直至形成澄清透明液体；搅拌条件为：80r/min搅拌50min；
[0052]
步骤(3)：向步骤(2)得到的溶液中加入增塑剂、润湿剂和抗氧化剂，搅拌直至形成澄清透明液体；搅拌条件为：80r/min搅拌40min；
[0053]
步骤(4)：向步骤(3)得到的溶液中加入聚合树脂，搅拌直至形成澄清透明液体；搅拌条件为：80r/min搅拌30min；
[0054]
步骤(5)：向步骤(4)得到的溶液中加入增强剂，搅拌直至形成均匀透明液体，制备得到临时键合胶，搅拌条件为4000r/min搅拌60min。
[0055]
表1实施例1-12的组分及质量份
[0056]
[0057][0058]
[0059]
酒石酸改性纳米水滑石由以下方法制备而成：
[0060]
将100g纳米镁铝水滑石加入到装有800ml dmf和200ml乙醇的均质搅拌釜中，5000r/min高速搅拌分散30min，然后加入10g酒石酸，在80℃下200r/min搅拌6h，冷却至室温，出料，离心机离心，得到的样品用无水乙醇反复洗涤三次，然后在80℃下真空干燥24h，最后得到酒石酸改性纳米水滑石。
[0061]
癸二酸改性纳米水滑石由以下方法制备而成：
[0062]
将100g纳米镁铝水滑石加入到装有400ml dmf、400ml环己烷和200ml乙醇的均质搅拌釜中，5000r/min高速搅拌分散30min，然后加入10g癸二酸，在80℃下200r/min搅拌8h，冷却至室温，出料，离心机离心，得到的样品用无水乙醇反复洗涤三次，然后在80℃下真空干燥24h，最后得到癸二酸改性纳米水滑石。
[0063]
柠檬酸改性纳米二氧化硅由以下方法制备而成：
[0064]
将100g羟基改性的纳米氧化硅加入到装有800ml乙酸乙酯和200ml乙醇的均质搅拌釜中，5000r/min高速搅拌分散30min，然后加入10g柠檬酸，在80℃下200r/min搅拌8h，冷却至室温，出料，离心机离心，得到的样品用无水乙醇反复洗涤三次，然后在80℃下真空干燥24h，最后得到柠檬酸改性纳米二氧化硅。
[0065]
所述硅氧烷改性纳米滑石粉的表面改性包括以下步骤：
[0066]
将100g纳米滑石粉加入到装有750ml乙酸乙酯和250ml乙醇的密闭的均质搅拌釜中，5000r/min高速搅拌分散30min，然后加入20g kh570，在60℃下剧烈搅拌6h，冷却至室温，出料，离心机离心，得到的样品用无水乙醇反复洗涤三次，然后在80℃下真空干燥24h，最后得到改性后的硅氧烷纳米滑石粉。
[0067]
对比例1-4
[0068]
对比例1-4公开了多种键合胶，其组分及质量份如表2所示。
[0069]
对比例1-4的制备方法与实施例1相同。
[0070]
表2对比例1-4的组分及质量份
[0071][0072]
性能测试与说明
[0073]
实施例1-12和对比例1-4的测试结果如表3所示。
[0074]
其中：
[0075]
性能1涂胶均匀性的测试方法：
[0076]
以4寸蓝宝石片为例，使用本发明临时键合胶进行旋涂验证，将4寸蓝宝石片放置于旋涂机内腔，设定转速为1500r/min，旋涂时间30s，滴胶1.5ml，旋涂结束后，观察键合胶是否均匀铺展整个蓝宝石片表面。
[0077]
性能2涂胶后ttv测试方法：
[0078]
以4寸蓝宝石片为例，使用本发明临时键合胶进行旋涂验证，将旋涂后蓝宝石片放置在100℃烘箱内30s进行溶剂挥发，取出干燥的蓝宝石片，采用测厚仪对涂胶后的蓝宝石片进行ttv测量。
[0079]
性能3键合后ttv测试方法：
[0080]
以4寸蓝宝石片为例，使用本发明临时键合胶进行旋涂验证，将烘烤后的涂有键合胶的蓝宝石片放置到陶瓷盘上，120℃加热条件下，5kg压力作用下键合5min后取下，待冷却后，采用测厚仪对键合后的蓝宝石片进行ttv测量。
[0081]
性能4高温稳定性测试方法：
[0082]
以4寸蓝宝石片为例，使用本发明临时键合胶进行旋涂验证，将键合后的蓝宝石片和陶瓷盘，放置在加热台上，设定起始温度为80℃，以1℃/min进行程序升温，将电子拉力机牵引端水平固定在蓝宝石片上，设定水平拉力为100n，开启拉力机直至蓝宝石片出现滑动，记录此刻温度，即为该键合胶的最高承受温度。
[0083]
性能5耐强碱腐蚀性测试方法：
[0084]
以4寸蓝宝石片为例，使用本发明临时键合胶进行旋涂验证，将键合后蓝宝石片和陶瓷盘一起浸泡在1.5％koh水溶液中，50℃浸泡3h取出擦干水分，测量蓝宝石边缘侧蚀深度。
[0085]
性能6粘结强度测试方法：
[0086]
以4寸蓝宝石片为例，使用本发明临时键合胶进行旋涂验证，将电子拉力仪的测试水平探头表面通过键合胶固定在蓝宝石片表面，开启拉力仪，拉伸速率为10mm/min，直至蓝宝石片与水平探头分开，即为该键合胶的粘结强度。
[0087]
性能7cmp抛光后ttv测试方法：
[0088]
以4寸蓝宝石片为例，使用本发明临时键合胶进行旋涂验证，将键合后的蓝宝石片进行化学机械抛光3h，抛光后取出测定蓝宝石片ttv，测10片取ttv平均值。
[0089]
抛光条件为：抛光机台：创技抛光机，压力100kg/轴，上轴转速：60r/min，下盘转速：45r/min，流量：1.0l/min，抛光垫：聚氨酯抛光垫，抛光温度：45℃，抛光液：1μm氧化铝抛光液。
[0090]
表3实施例1-12和对比例1-4测试结果
[0091][0092][0093]
此外，还对比了对比例1和实施例1键合胶旋涂烘干后的照片。图1为对比例1旋涂4寸蓝宝石表面键合胶烘干后照片，键合胶表面龟裂不均匀；图2为实施例1旋涂4寸蓝宝石键
合胶烘干后照片，键合胶均匀旋涂在蓝宝石表面。
[0094]
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。