操作器件晶片和疊層結(jié)構(gòu)的方法和處理疊層結(jié)構(gòu)的裝置制造方法
【專利摘要】一種操作器件晶片和疊層結(jié)構(gòu)的方法和處理疊層結(jié)構(gòu)的裝置。提供用于通過使用包含一個或多個可釋放層的接合結(jié)構(gòu)暫時使操作器晶片與器件晶片接合的結(jié)構(gòu)和方法，這些可釋放層吸收長波長紅外輻射以通過紅外輻射燒蝕實現(xiàn)晶片脫粘。
【專利說明】操作器件晶片和疊層結(jié)構(gòu)的方法和處理疊層結(jié)構(gòu)的裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明一般涉及晶片操作技術(shù)，特別是涉及用于通過使用包含一個或多個可釋放層的接合結(jié)構(gòu)暫時使操作器晶片(handler wafer)與器件晶片接合的結(jié)構(gòu)和方法,該可釋放層吸收紅外輻射以通過紅外輻射燒蝕實現(xiàn)晶片脫粘。
【背景技術(shù)】
[0002]在半導(dǎo)體晶片處理的領(lǐng)域中，對于大規(guī)模集成、高密度硅封裝的越來越多的需求導(dǎo)致制作的半導(dǎo)體裸片非常薄。例如，對于一些應(yīng)用，硅(Si)晶片被后側(cè)研磨并被拋光到50 μ m或更薄的厚度。雖然單晶Si具有非常高的機械強度，但Si晶片和/或芯片在變薄時會變脆。諸如硅直通(TSV)處理、拋光和切割的處理步驟還會引入缺陷，這進一步降低減薄的晶片或芯片的機械強度。因此，操作減薄的Si晶片對于大多數(shù)的自動化設(shè)備提出明顯的挑戰(zhàn)。
[0003]為了有利于器件晶片的處理，通常將機械操作器晶片(或載體晶片)固定于器件晶片上以增強器件晶片在處理中的機械完整性。當完成器件晶片的處理時，需要從器件晶片釋放操作器晶片。最常用的操作器件晶片的方法是通過使用特別開發(fā)的粘接劑使操作器晶片與器件晶片層疊。根據(jù)諸如處理步驟、產(chǎn)品要求和粘接劑類型的因素，已使用或提出各種技術(shù)以使減薄的器件晶片從機械操作器晶片脫粘或分開，包括熱釋放、化學(xué)溶解和激光燒蝕技術(shù)。
[0004]典型的激光輔助脫粘過程使用聚合粘接劑(能夠充分地吸收UV (紫外)譜中的能量)以使器件晶片與UV透明玻璃操作器晶片接合。執(zhí)行激光燒蝕過程以燒蝕聚合粘接劑并實現(xiàn)玻璃操作器晶片與器件晶片之間的脫粘。在UV激光燒蝕過程中使用玻璃操作器具有幾個缺點，包括傳熱性較差、與某些半導(dǎo)體處理設(shè)備不兼容以及成本較高。雖然使用Si晶片操作器可潛在地克服這些缺點，但是硅對于UV光譜不透明并因此不與以前開發(fā)的UV激光釋放技術(shù)兼容。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]一般地，本發(fā)明的實施例包括用于通過使用包含一個或多個可釋放層的接合結(jié)構(gòu)暫時使操作器晶片與器件晶片接合的結(jié)構(gòu)和方法，這些可釋放層吸收紅外輻射以通過紅外輻射燒蝕實現(xiàn)晶片脫粘。
[0006]在本發(fā)明的一個實施例中，疊層結(jié)構(gòu)包含器件晶片、操作器晶片和設(shè)置在器件晶片與操作器晶片之間的用于將器件與操作器晶片接合在一起的接合結(jié)構(gòu)。接合結(jié)構(gòu)包含粘接劑層和金屬層。金屬層用作接合結(jié)構(gòu)的通過金屬層的紅外燒蝕的可釋放層。
[0007]在本發(fā)明的另一實施例中，疊層結(jié)構(gòu)包含器件晶片、操作器晶片和設(shè)置在器件晶片與操作器晶片之間的用于將器件與操作器晶片接合在一起的接合結(jié)構(gòu)。接合結(jié)構(gòu)包含具有紅外能量吸收納米粒子的粘接劑層。粘接劑層用作粘接劑層的紅外燒蝕的可釋放層。
[0008]在本發(fā)明的另一實施例中，提供用于操作器件晶片的方法。方法包括:設(shè)置具有器件晶片、操作器晶片和設(shè)置在器件晶片與操作器晶片之間的接合結(jié)構(gòu)的疊層結(jié)構(gòu)；和用長波長紅外能量照射接合結(jié)構(gòu)以燒蝕接合結(jié)構(gòu)。
[0009]本發(fā)明的這些和其它實施例將被描述，或者，從要結(jié)合附圖閱讀的實施例的以下的詳細描述變得明顯。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]圖1是根據(jù)本發(fā)明的實施例的用于處理和操作半導(dǎo)體晶片的方法的流程圖。
[0011]圖2示意性地示出根據(jù)本發(fā)明的實施例的包含用于暫時接合器件晶片與操作器晶片的接合結(jié)構(gòu)的疊層結(jié)構(gòu)。
[0012]圖3示意性地示出根據(jù)本發(fā)明的另一實施例的包含用于暫時接合器件晶片與操作器晶片的接合結(jié)構(gòu)的疊層結(jié)構(gòu)。
[0013]圖4示意性地示出根據(jù)本發(fā)明的另一實施例的包含用于暫時接合器件晶片與操作器晶片的接合結(jié)構(gòu)的疊層結(jié)構(gòu)。
[0014]圖5示意性地示出根據(jù)本發(fā)明的另一實施例的包含用于暫時接合器件晶片與操作器晶片的接合結(jié)構(gòu)的疊層結(jié)構(gòu)。
[0015]圖6示意性地示出根據(jù)本發(fā)明的另一實施例的包含用于暫時接合器件晶片與操作器晶片的接合結(jié)構(gòu)的疊層結(jié)構(gòu)。
[0016]圖7示意性地示出根據(jù)本發(fā)明的另一實施例的包含用于暫時接合器件晶片與操作器晶片的接合結(jié)構(gòu)的疊層結(jié)構(gòu)。
[0017]圖8示意性地示出根據(jù)本發(fā)明的另一實施例的包含用于暫時接合器件晶片與操作器晶片的接合結(jié)構(gòu)的疊層結(jié)構(gòu)。
[0018]圖9示意性地示出根據(jù)本發(fā)明的另一實施例的包含用于暫時接合器件晶片與操作器晶片的接合結(jié)構(gòu)的疊層結(jié)構(gòu)。
[0019]圖10A、圖1OB和圖1OC示意性地示出根據(jù)本發(fā)明的實施例的用于執(zhí)行使器件晶片與操作器晶片分開的脫粘過程的裝置。
【具體實施方式】
[0020]現(xiàn)在關(guān)于用于通過使用包含一個或多個可釋放層的接合結(jié)構(gòu)暫時使操作器晶片與器件晶片接合的結(jié)構(gòu)和方法進一步詳細討論本發(fā)明的實施例，這些可釋放層吸收紅外輻射以通過紅外輻射燒蝕實現(xiàn)晶片脫粘。例如，圖1是根據(jù)本發(fā)明的實施例的用于處理和操作半導(dǎo)體晶片的方法的流程圖。參照圖1，方法包括通過用包含粘接劑和金屬薄層的接合結(jié)構(gòu)接合操作器晶片(或操作器基板)與器件晶片(或芯片)執(zhí)行晶片接合過程(步驟10)。在本發(fā)明的一個實施例中，由于機械Si操作器晶片的使用使得能夠與標準CMOS硅晶片處理技術(shù)兼容，因此操作器晶片是與Si器件晶片接合的Si操作器晶片(或基板)。在本發(fā)明的其它實施例中，操作器晶片可由對于用于IR激光燒蝕的紅外(IR)光譜中的某些波長透明或半透明(例如，50%透明)的其它適當?shù)牟牧闲纬伞?br> [0021]并且，根據(jù)本發(fā)明的實施例的接合結(jié)構(gòu)利用一個或多個粘接劑層和用作利用IR放射線被燒蝕以使器件與操作器晶片脫粘的可釋放層的金屬薄層。具體地，在一個實施例中，接合結(jié)構(gòu)包含被配置為強烈地吸收從脈沖IR激光器發(fā)射的IR能量并提高燒蝕效率并降低接合結(jié)構(gòu)的燒蝕能量閾值的一個或多個金屬薄層。事實上，通過這些接合結(jié)構(gòu)，用于來自IR激光器的IR能量的超短脈沖可很容易地被金屬薄層(限于接合結(jié)構(gòu)內(nèi)的非常淺的深度)吸收，以由此迅速并有效地汽化金屬薄層的至少一部分和粘接劑層與金屬薄層之間的界面上的粘接劑層的至少一部分，并從操作器晶片釋放器件晶片。將在后面參照圖2?9進一步詳細描述根據(jù)本發(fā)明的替代性實施例的各種接合結(jié)構(gòu)。
[0022]重新參照圖1，一旦完成晶片接合過程，就可通過固定于器件晶片上的操作器晶片執(zhí)行標準晶片處理步驟(步驟11)。例如，在本發(fā)明的一個實施例中，操作器晶片與在器件晶片的活動表面上形成的BEOL (后段制程)結(jié)構(gòu)接合。在這種情況下，可以執(zhí)行諸如研磨/拋光器件晶片的后側(cè)(不活動)表面以減薄器件晶片的標準晶片處理步驟。其它的晶片處理步驟包含通過器件晶片的后側(cè)形成硅直通，直到在器件晶片的活動側(cè)形成的集成電路。在其它的實施例中，器件晶片可通過固定的操作器晶片經(jīng)受晶片切割過程，使得單個裸片或多個裸片可被暫時操作器晶片保持以供裸片組裝或其它的過程，這里，裸片被組裝到基板或另一全厚度裸片，并然后在諸如后組裝或后底部填充的隨后的操作中被釋放。在這些處理步驟中，本領(lǐng)域技術(shù)人員很容易理解，操作器晶片將賦予器件晶片一定的結(jié)構(gòu)強度和穩(wěn)定性。
[0023]圖1的解釋性的過程中的下一步驟包括執(zhí)行激光燒蝕晶片脫粘過程以從操作器晶片釋放器件晶片(步驟12)。在一個實施例中，該過程包括通過用長波長IR能量通過操作器晶片照射接合結(jié)構(gòu)，以激光燒蝕接合結(jié)構(gòu)并釋放器件晶片。更具體地，在一個實施例中，該過程包括在操作器晶片上引導(dǎo)脈沖IR激光束并且跨著疊層結(jié)構(gòu)的至少一部分掃描脈沖的IR激光束以激光燒蝕接合結(jié)構(gòu)的至少一部分。如上所述，接合結(jié)構(gòu)的燒蝕包含汽化金屬薄層的至少一部分并且/或者汽化金屬薄層的至少一部分和粘接劑層與金屬薄層之間的界面上的粘接劑，這使得能夠從操作器晶片釋放器件晶片。將在后面參照圖2?10進一步詳細描述IR激光燒蝕過程的各種實施例。
[0024]一旦完成IR激光燒蝕過程并且從操作器晶片釋放器件晶片，就可執(zhí)行后脫粘清潔過程以從器件晶片去除任何剩余的粘接劑材料或其它的殘留物(源自接合結(jié)構(gòu)的燒蝕)(步驟13)。例如，可通過使用化學(xué)清潔過程實現(xiàn)清潔過程以去除任何基于聚合物的粘接劑材料，或者可使用其它已知的清潔方法以去除燒蝕的接合結(jié)構(gòu)的殘留物。
[0025]圖2示意性地示出根據(jù)本發(fā)明的實施例的包含用于暫時接合器件晶片與操作器晶片的接合結(jié)構(gòu)的疊層結(jié)構(gòu)。具體而言，圖2是包括硅器件晶片21、硅操作器晶片22和接合結(jié)構(gòu)23的疊層結(jié)構(gòu)20的示意性側(cè)示圖。接合結(jié)構(gòu)23包含粘接劑層24和金屬薄層25。圖2還示出IR激光器14，該IR激光器14在操作器晶片22上發(fā)射IR激光束以照射接合結(jié)構(gòu)23的一部分，從而導(dǎo)致激光燒蝕區(qū)域16。
[0026]在本發(fā)明的一個實施例中，IR激光器14發(fā)射用于激光燒蝕接合結(jié)構(gòu)23的脈沖紅外激光束，其中，IR激光器14發(fā)射具有大于約5μπι的輸出波長的長波長紅外激光束。在一個替代性實施例中，IR激光器14是在約5 μ m?30 μ m的電磁光譜的近IR部分中具有輸出波長的遠紅外(FIR)激光器。硅操作器晶片22在這些頻率上具有約50%的透過率，使得激光束將穿過硅操作器晶片22并照射接合結(jié)構(gòu)23。
[0027]在一個實施例中，粘接劑層24可由能夠或者不能充分地吸收從IR激光器14輸出的IR能量的任何適當?shù)木酆衔镎辰觿┎牧闲纬?。不管粘接劑?4的IR吸收能力如何，在本發(fā)明的一個實施例中，金屬薄層25都被配置(在材料成分和厚度上)為強烈地吸收IR能量并用作通過IR激光能量燒蝕的接合結(jié)構(gòu)23的主可釋放層。金屬薄層25提高激光燒蝕效率，并因此降低接合結(jié)構(gòu)23的燒蝕閾值(與單獨使用粘接劑層的接合結(jié)構(gòu)相比)。在本發(fā)明的一個實施例中，接合結(jié)構(gòu)23被足以完全汽化(燒蝕)暴露于IR能量的金屬薄層25的至少一部分的紅外能量照射。
[0028]并且，在本發(fā)明的替代性實施例中，接合結(jié)構(gòu)23被紅外能量照射以足以完全汽化(燒蝕)暴露于IR能量的金屬薄層25的至少一部分，以及汽化、改性、碳化或以其它的方式燒蝕粘接劑層24的處于粘接劑層24與金屬薄層25的被照射和燒蝕部分之間的界面上的至少一部分。換句話說，在圖2所示的接合結(jié)構(gòu)23中，金屬薄層25的被IR激光器14照射的部分被加熱和汽化，并且，金屬薄層25的該加熱和燒蝕導(dǎo)致粘接劑層24的周圍材料的加熱(在照射的金屬薄層25與粘接劑層24之間的界面上)，這導(dǎo)致粘接劑層的燒蝕。另外，根據(jù)用于形成粘接劑層24的材料的IR吸收性能，進一步通過由于粘接劑層24對于IR能量的吸收導(dǎo)致的任何附加加熱，實現(xiàn)粘接劑層24的燒蝕。
[0029]在本發(fā)明的一個實施例中，金屬薄層25由具有諸如具有反應(yīng)性(沒有惰性)、軟和具有相對較低的熔點的性能的金屬材料形成。例如，金屬薄層25可由諸如鋁(Al) Ji(Sn)或鋅(Zn)的材料形成。并且，在本發(fā)明的一個實施例中，以約5納米?約100納米的范圍中的厚度形成金屬薄層25。通過使用諸如化學(xué)氣相沉積(CVD)、物理氣相沉積(PVD)或原子層沉積(ALD)的各種標準技術(shù)中的一種在操作器晶片22上形成金屬薄層25。IR激光照射的燒蝕閾值(曝光水平和曝光時間)根據(jù)用于形成金屬薄層25的金屬材料的厚度和類型改變。在所有的情況下，金屬薄層25被配置為基本上吸收(或者不反射)IR激光能量，使得出現(xiàn)金屬薄層25的燒蝕。
[0030]可通過使用已知的材料和沉積技術(shù)形成粘接劑層24。例如，粘接劑層24可由任何適當?shù)木酆险辰觿┎牧闲纬?，并且，粘接劑材料可以旋轉(zhuǎn)涂敷于金屬薄層25上或Si器件晶片22的表面上。然后，實現(xiàn)標準接合過程以接合器件與操作器晶片21和22。
[0031]圖3示意性地示出根據(jù)本發(fā)明的另一實施例的包含用于暫時接合器件晶片與操作器晶片的接合結(jié)構(gòu)的疊層結(jié)構(gòu)。具體地，圖3是疊層結(jié)構(gòu)30的示意性側(cè)示圖，除了圖3所示的接合結(jié)構(gòu)33包含第一粘接劑層34、第二粘接劑層36和設(shè)置在第一粘接劑層34與第二粘接劑層36之間的金屬薄層35以外，該疊層結(jié)構(gòu)30與圖2的疊層結(jié)構(gòu)20類似。在圖3的實施例中，接合結(jié)構(gòu)33還通過具有增加接合結(jié)構(gòu)33的IR吸收和加熱的兩個金屬粘接劑材料界面進一步降低燒蝕閾值，并由此增加燒蝕過程的效率。
[0032]第一粘接劑層34和第二粘接劑層36以及金屬薄層35可由與以上參照圖2討論的材料相同或類似的材料形成。在圖3的實施例中，第二粘接劑層36可被旋轉(zhuǎn)涂敷到操作器晶片22的表面上并然后通過使用已知的硬化工藝硬化。硬化工藝導(dǎo)致形成聚合物鈍化層，在該聚合物鈍化層上，可通過使用以上討論的金屬材料和方法沉積金屬薄層35。第一粘接劑層34可被旋轉(zhuǎn)涂敷到金屬薄層35上或者器件晶片21的表面上。然后，可通過使用已知的接合技術(shù)將器件和操作器晶片21和22接合在一起。
[0033]圖4示意性地示出根據(jù)本發(fā)明的另一實施例的包含用于暫時接合器件晶片與操作器晶片的接合結(jié)構(gòu)的疊層結(jié)構(gòu)。具體地，圖4是疊層結(jié)構(gòu)40的示意性側(cè)示圖，除了圖4所示的接合結(jié)構(gòu)43包含與具有粗糙非平坦表面(示意性地由層45的交叉陰影示出)的金屬薄層45接觸的粘接劑層44以外，該疊層結(jié)構(gòu)40與圖2的疊層結(jié)構(gòu)20類似。粘接劑層44和金屬薄層45可由與以上參照圖2討論的材料相同或類似的材料形成。
[0034]在圖4的實施例中，金屬薄層45的粗糙表面形貌用于增加粘接劑層44與金屬薄層45之間的界面的接觸面積。增加的接觸面積能夠通過在金屬薄層45通過IR照射被加熱和燒蝕時從金屬薄層45向粘接劑層44的周圍材料傳遞更多的熱，來降低燒蝕閾值。在本發(fā)明的一個實施例中，可通過首先蝕刻(干蝕刻或濕蝕刻)操作器晶片22的表面以粗糙化操作器晶片22的硅表面，形成具有粗糙表面形貌的金屬薄層45。金屬材料然后保形地沉積于Si晶片操作器22的粗糙表面上(通過使用以上討論的適當?shù)慕饘俨牧虾统练e方法)。由于金屬材料的沉積保形地遵循操作器晶片22的粗糙表面的形貌，因此該沉積工藝自然地形成粗糙表面薄金屬材料45。
[0035]圖5示意性地示出根據(jù)本發(fā)明的另一實施例的包含用于暫時接合器件晶片與操作器晶片的接合結(jié)構(gòu)的疊層結(jié)構(gòu)。具體地，圖5是疊層結(jié)構(gòu)50的示意性側(cè)示圖，除了圖5所示的接合結(jié)構(gòu)53包含設(shè)置在第一粘接劑層54與第二粘接劑層56之間的粗糙表面金屬薄層55以外，該疊層結(jié)構(gòu)50與圖3的疊層結(jié)構(gòu)30類似。粘接劑層54、56和粗糙表面金屬薄層55可由與以上討論的材料相同或類似的材料形成。在圖5的實施例中，金屬薄層55的粗糙表面用于增加第一粘接劑層54與金屬薄層55之間的界面的接觸面積以及增加第二粘接劑層56與金屬薄層55之間的界面的接觸面積。該接合結(jié)構(gòu)53還通過使得能夠從金屬薄層55向第一和第二粘接劑層54、56的周圍材料傳送更多的熱，來降低燒蝕閾值，由此提高激光燒蝕區(qū)域16中的照射材料的燒蝕效率。
[0036]可通過將聚合粘接劑材料旋轉(zhuǎn)涂敷到操作器晶片22上并然后進行粘接劑硬化處理以形成第二粘接劑層56，制造圖5的層疊結(jié)構(gòu)50。然后通過使用干蝕刻工藝(例如，等離子蝕刻)蝕刻第二粘接劑層56以粗糙化粘接劑層56的表面形貌。然后在第一粘接劑層56的粗糙表面上保形地沉積金屬材料(通過使用以上討論的適當?shù)慕饘俨牧虾统练e方法)。由于金屬材料的沉積保形地遵循蝕刻粘接劑層56的粗糙表面的形貌，因此該沉積過程自然形成粗糙表面薄金屬材料55。第一粘接劑層54可通過使用已知的技術(shù)旋轉(zhuǎn)涂敷到金屬薄層55上或者器件晶片21的表面上，隨后進行接合處理，以將器件與操作器晶片21和22接合在一起。
[0037]圖6示意性地示出根據(jù)本發(fā)明的另一實施例的包含用于暫時接合器件晶片與操作器晶片的接合結(jié)構(gòu)的疊層結(jié)構(gòu)。具體地，圖6是疊層結(jié)構(gòu)60的示意性側(cè)示圖，該疊層結(jié)構(gòu)60包含娃器件晶片21、娃操作器晶片22和接合結(jié)構(gòu)63。接合結(jié)構(gòu)63包含保護金屬層61和粘接劑層64。在圖6的實施例中，保護金屬層61被設(shè)置在(接合結(jié)構(gòu)63的)粘接劑層64與器件晶片21之間以避免器件晶片21在激光燒蝕過程中被從IR激光器14發(fā)射的紅外能量照射。
[0038]在圖6的實施例中，保護金屬層61被配置(在材料成分和厚度上)為將離開器件晶片21的入射的IR激光能量反射回粘接劑層64。在本實施例中，雖然金屬薄層不在接合結(jié)構(gòu)63中被用作IR激光燒蝕的主可釋放層，但將來自保護金屬層61的IR激光能量反射回到粘接劑層64中增加粘接劑層64的照射部分中的IR吸收(并由此增加發(fā)熱)，這增加激光燒蝕區(qū)域16中的照射粘接劑材料的燒蝕效率?？赏ㄟ^使用具有足以反射IR能量的厚度(比給定IR激光波長上的保護金屬層61的表皮深度厚)的諸如鈦、金或銅的不活潑金屬材料形成保護金屬層61。
[0039]圖7示意性地示出根據(jù)本發(fā)明的另一實施例的包含用于暫時接合器件晶片與操作器晶片的接合結(jié)構(gòu)的疊層結(jié)構(gòu)。具體而言，圖7是與疊層結(jié)構(gòu)20 (圖2)和60 (圖6)類似的疊層結(jié)構(gòu)70的示意性側(cè)視圖，其中，圖7所示的接合結(jié)構(gòu)73包含保護金屬層61、粘接劑層74和用作IR激光燒蝕的主可釋放層的金屬薄層75的組合。粘接劑層74和金屬薄層75可由與以上參照圖2討論的材料相同或類似的材料形成，并且，保護金屬層61可由與以上參照圖6討論的材料相同的材料形成。在圖7的實施例中，通過從保護金屬層61反射回的附加IR照射，進一步增強激光燒蝕區(qū)域16中的照射粘接劑材料和金屬層75的燒蝕效率。
[0040]圖8示意性地示出根據(jù)本發(fā)明的另一實施例的包含用于暫時接合器件晶片與操作器晶片的接合結(jié)構(gòu)的疊層結(jié)構(gòu)。具體地，圖8是疊層結(jié)構(gòu)80的示意性側(cè)視圖，除了圖8所示的接合結(jié)構(gòu)83包含粘接劑層84和金屬薄層53并且其中粘接劑層84包含紅外能量吸收納米粒子(由層84的點填充示意性地示出)以外，疊層結(jié)構(gòu)80與圖2的疊層結(jié)構(gòu)20類似。IR能量吸收納米粒子增強粘接劑層84的IR能量吸收，并因此降低接合結(jié)構(gòu)83的總體燒蝕閾值。
[0041]在本發(fā)明的一個實施例中，粘接劑層84由與提高粘接劑材料的IR吸收性的金屬納米粒子預(yù)混合的聚合物粘接劑材料形成。例如，納米粒子可由Sn、Zn、Al、碳納米管或石墨烯或它們的組合形成?？赏ㄟ^將與金屬納米粒子預(yù)混合的聚合物粘接劑材料旋轉(zhuǎn)涂敷到金屬薄層85的表面上或者器件晶片21的表面上，形成粘接劑層84。
[0042]圖9示意性地示出根據(jù)本發(fā)明的另一實施例的包含用于暫時接合器件晶片與操作器晶片的接合結(jié)構(gòu)的疊層結(jié)構(gòu)。具體地，圖9是疊層結(jié)構(gòu)90的示意性側(cè)視圖，除了圖9所示的接合結(jié)構(gòu)93包括包含紅外能量吸收納米粒子(由層94的點填充示意性地示出)的粘接劑層94以增強粘接劑層94的IR能量吸收并降低接合結(jié)構(gòu)93的燒蝕閾值以外，疊層結(jié)構(gòu)90與圖6的疊層結(jié)構(gòu)類似。將來自保護金屬層61的IR激光能量反射回納米粒子粘接劑層94中進一步增加納米粒子粘接劑層94的照射部分中的IR吸收率和發(fā)熱，以由此進一步增強接合結(jié)構(gòu)93的激光燒蝕區(qū)域16中的照射材料的燒蝕效率。保護金屬層61和納米粒子粘接劑層94可由以上討論的相同或類似的材料形成。
[0043]在本發(fā)明的其它實施例中，接合結(jié)構(gòu)可只包含納米粒子粘接劑層，沒有激光燒蝕金屬薄層或保護金屬層。具體地，可通過用具有紅外能量吸收納米粒子的粘接劑層將硅器件晶片與硅操作器晶片接合在一起，形成疊層結(jié)構(gòu)，其中，粘接劑層用作通過粘接劑層的紅外燒蝕的可釋放層。在其它的替代性實施例中，圖3、圖4、圖5和圖7所示的粘接劑層可由納米粒子粘接劑層形成。
[0044]圖10A、圖1OB和圖1OC示意性地示出根據(jù)本發(fā)明的實施例的用于執(zhí)行使器件晶片與操作器晶片分開的脫粘過程的裝置。具體地，圖10A、圖1OB和圖1OC示意性地示出用于處理包含器件晶片21、操作器晶片22和設(shè)置在器件晶片21和操作器晶片22之間的接合結(jié)構(gòu)123的疊層結(jié)構(gòu)的裝置100。例如，接合結(jié)構(gòu)123可以是圖2、圖3、圖4、圖5、圖6、圖7、圖8或圖9所示的接合結(jié)構(gòu)中的任一個。裝置100包括包含第一真空夾盤110和第二真空夾盤120的真空系統(tǒng)以及紅外激光掃描系統(tǒng)115、117。真空系統(tǒng)通過第一真空夾盤110施加真空吸附力，以將疊層結(jié)構(gòu)21/123/22保持在適當?shù)奈恢蒙?，使得器件晶?1與第一真空夾盤接觸。
[0045]紅外激光掃描系統(tǒng)115、117在操作器晶片22的后側(cè)施加脈沖紅外激光115以用紅外能量照射接合結(jié)構(gòu)123并燒蝕接合結(jié)構(gòu)123以從器件晶片釋放操作器晶片。掃描系統(tǒng)117被用于跨著疊層結(jié)構(gòu)22/123/21往復(fù)掃描IR激光115，其中，紅外激光掃描系統(tǒng)115、117例如以足以有效地?zé)g接合結(jié)構(gòu)123或接合結(jié)構(gòu)123的處于疊層結(jié)構(gòu)的希望的目標區(qū)域上的部分的方式，通過控制功率(能量密度束)、掃描速度和脈沖率來控制激光燒蝕掃描過程。IR激光掃描的參數(shù)可根據(jù)接合結(jié)構(gòu)框架改變。
[0046]圖1OB示出裝置100的狀態(tài)，其中，完成IR激光掃描，并且，整個接合結(jié)構(gòu)被充分地?zé)g以從器件晶片21釋放操作器晶片22。具體地，圖1OB示意性地示出完全燒蝕的接合結(jié)構(gòu)123A存在于操作器晶片22與器件晶片21之間的狀態(tài)(由圖1OB所示的層123A的交叉陰影示意性地示出)。在本發(fā)明的其它的實施例中，可以控制IR激光掃描過程，諸如接合結(jié)構(gòu)的某些區(qū)域被激光燒蝕(例如，切割裸片區(qū)域)，而接合結(jié)構(gòu)的其它區(qū)域不被激光燒蝕。
[0047]在接合結(jié)構(gòu)123的IR激光燒蝕之后，參照圖10C，真空系統(tǒng)使第二真空夾盤120與操作器晶片22接觸，并且通過第二真空夾盤120施加真空吸附力，并且，第二真空夾盤120通過提升裝置122被提升，以從器件晶片21拉動操作器晶片22。
[0048]然后，器件晶片21可被傳送到化學(xué)站以蝕刻或以其他方式去除圖1OC所示的在脫粘處理之后保持于器件晶片21的表面上的殘留暫時粘接劑層123A。雖然圖10A、圖1OB和圖1OC沒有示出，但裝置100還可包括空氣操作器、過濾/冷凝系統(tǒng)或排氣系統(tǒng)以去除和捕獲在脫粘處理中產(chǎn)生的過量氣體。應(yīng)當理解，如這里討論的那樣，圖10AU0B和圖1OC—般示出可對于IR激光燒蝕和晶片脫粘實現(xiàn)或改裝的標準晶片處理機器的高級結(jié)構(gòu)示圖。
[0049]雖然這里出于解釋的目的參照附圖描述了實施例，但應(yīng)理解，本發(fā)明不限于這些確切的實施例，并且，不背離本發(fā)明的精神的情況下，本領(lǐng)域技術(shù)人員可實現(xiàn)各種其它的變化和修改。
【權(quán)利要求】
1.一種用于操作器件晶片的方法，包括: 提供包含器件晶片、操作器晶片和器件晶片與操作器晶片之間的接合結(jié)構(gòu)的疊層結(jié)構(gòu)，其中，接合結(jié)構(gòu)包含粘接劑層和金屬薄層，并且，接合結(jié)構(gòu)使器件晶片與操作器晶片相互接合；和 用紅外能量照射接合結(jié)構(gòu)，以燒蝕接合結(jié)構(gòu)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中，用紅外能量照射接合結(jié)構(gòu)以燒蝕接合結(jié)構(gòu)包含: 在操作器晶片上引導(dǎo)脈沖紅外激光束；和 跨著疊層結(jié)構(gòu)的至少一部分掃描脈沖紅外激光束以激光燒蝕接合結(jié)構(gòu)的至少一部分。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的方法,其中，紅外能量的波長處于約5μπι~約30μ m的范圍中。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中，用紅外能量照射接合結(jié)構(gòu)以燒蝕接合結(jié)構(gòu)包含通過使用紅外能量汽化金屬薄層的至少一部分。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中，用紅外能量照射接合結(jié)構(gòu)以燒蝕接合結(jié)構(gòu)包含汽化金屬薄層的至少一部分和粘接劑層與金屬薄層之間的界面上的粘接劑層的至少一部分。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中，金屬薄層具有約5納米~100納米的范圍中的厚度。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中，金屬薄層由Al、Sn和Zn中的至少一種形成。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中，疊層結(jié)構(gòu)包含設(shè)置在接合結(jié)構(gòu)與器件晶片之間的用于避免器件晶片被紅外能量照射的保護性金屬層。
9.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中，粘接劑層包含具有紅外能量吸收納米粒子的聚合物材料。
10.根據(jù)權(quán)利要求1的方法,其中，納米粒子包含至少一種Sn、Zn、Al、碳納米管和石墨烯。
11.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中，操作器晶片是硅操作器晶片。
12.—種疊層結(jié)構(gòu),包括: 器件晶片； 操作器晶片；和 設(shè)置在器件晶片與操作器晶片之間的接合結(jié)構(gòu)，其中，接合結(jié)構(gòu)使器件與操作器晶片相互接合，其中，接合結(jié)構(gòu)包含: 粘接劑層；和 用作接合結(jié)構(gòu)的通過金屬層的紅外燒蝕的可釋放層的金屬層。
13.根據(jù)權(quán)利要求12的疊層結(jié)構(gòu)，其中，部分地由于金屬層的紅外能量的吸收，粘接劑層還用作粘接劑層與金屬層之間的界面上的粘接劑層的至少一部分的紅外燒蝕的可釋放層。
14.根據(jù)權(quán)利要求12的疊層結(jié)構(gòu)，其中，金屬層通過具有約5μπι~約30μ m的范圍中的波長的紅外能量的照射被燒蝕。
15.根據(jù)權(quán)利要求12的疊層結(jié)構(gòu)，其中，金屬薄層具有約5納米~100納米的范圍中的厚度。
16.根據(jù)權(quán)利要求12的疊層結(jié)構(gòu)，其中，金屬薄層由Al、Sn和Zn中的至少一種形成。
17.根據(jù)權(quán)利要求12的疊層結(jié)構(gòu)，其中，金屬層在操作器晶片的表面上形成。
18.根據(jù)權(quán)利要求12的疊層結(jié)構(gòu)，其中，金屬層形成有粗糙表面以增加金屬層與粘接劑層之間的接觸面積。
19.根據(jù)權(quán)利要求12的疊層結(jié)構(gòu)，其中，粘接劑層包含第一粘接劑層和第二粘接劑層，其中，金屬層被設(shè)置在第一粘接劑層與第二粘接劑層之間。
20.根據(jù)權(quán)利要求12的疊層結(jié)構(gòu)，還包括設(shè)置在接合結(jié)構(gòu)與器件晶片之間的用于避免器件晶片被紅外能量照射的保護性金屬層。
21.根據(jù)權(quán)利要求20的疊層結(jié)構(gòu)，其中，保護性金屬層由鈦、金或銅中的至少一種形成。
22.根據(jù)權(quán)利要求12的疊層結(jié)構(gòu)，其中，粘接劑層包含具有紅外能量吸收納米粒子的聚合物材料。
23.根據(jù)權(quán)利要求22的疊層結(jié)構(gòu)，其中，納米粒子由Sn、Zn、Al、碳納米管和石墨烯中的至少一種形成。
24.根據(jù)權(quán)利要求12的疊層結(jié)構(gòu)，其中，操作器晶片和器件晶片是硅晶片。
25.一種疊層結(jié)構(gòu)，包括: 器件晶片； 操作器晶片；和 設(shè)置在器件晶片與操作器晶片之間的接合結(jié)構(gòu)，其中，接合結(jié)構(gòu)將器件和操作器晶片接合在一起，接合結(jié)構(gòu)包含粘接劑層，粘接劑層包含紅外能量吸收納米粒子，粘接劑層用作粘接劑層的紅外燒蝕的可釋放層。·
26.根據(jù)權(quán)利要求25的疊層結(jié)構(gòu)，其中，納米粒子由Sn、Zn、Al、碳納米管和石墨烯中的至少一種形成。
27.一種處理疊層結(jié)構(gòu)的裝置，該疊層結(jié)構(gòu)包含器件晶片、操作器晶片和設(shè)置在器件晶片與操作器晶片之間的接合結(jié)構(gòu)，其中，接合結(jié)構(gòu)包含粘接劑層和金屬薄層，并且，接合結(jié)構(gòu)使器件晶片與操作器晶片相互接合，該裝置包括: 包含第一真空夾盤和第二真空夾盤的真空系統(tǒng)；和 紅外激光掃描系統(tǒng)； 其中，真空系統(tǒng)通過第一真空夾盤施加真空吸收力以使疊層結(jié)構(gòu)保持在使得器件晶片接觸第一真空夾盤的位置上， 紅外激光掃描系統(tǒng)在操作器晶片的后側(cè)施加脈沖紅外激光，以用紅外能量照射接合結(jié)構(gòu)并燒蝕接合結(jié)構(gòu)以從器件晶片釋放操作器晶片，并且， 真空系統(tǒng)在接合結(jié)構(gòu)的紅外燒蝕之后使第二真空夾盤接觸操作器晶片，并且通過第二真空夾盤施加真空吸附力以從器件晶片拉動操作器晶片。
28.根據(jù)權(quán)利要求27的裝置，其中，紅外能量的波長處于約5μ m~約30 μ m的范圍中。
【文檔編號】H01L21/02GK103854973SQ201310624785
【公開日】2014年6月11日 申請日期:2013年11月28日 優(yōu)先權(quán)日:2012年11月28日
【發(fā)明者】黨兵, J·U·尼克伯克, C·K-I·曾 申請人:國際商業(yè)機器公司