一种批量化高精度层转移异质集成方法技术

本发明专利技术公开了一种批量化高精度层转移异质集成方法，首先采用临时键合工艺，将筛选后分立的芯片高精度地重构在支撑载片上，然后采用衬底剥离工艺，将极薄的芯片器件层从衬底剥离，键合转移到目标衬底上。通过这种方式，即可以解决多芯片的批量集成问题，又可以兼容后续的高精度微电子工艺加工，满足芯片小型化、集成化、高性能的发展要求。此外通过去掉热导率较低的衬底、缓冲层，增加散热层、采用高热导率键合介质等方式，还可以有效改善集成芯片的散热效果。热效果。热效果。

【技术实现步骤摘要】
一种批量化高精度层转移异质集成方法


[0001]本专利技术属于半导体工艺
，特别涉及半导体器件异质集成方法。

技术介绍

[0002]在后摩尔时代，传统单一的材料器件性能已经接近瓶颈，基于单一工艺节点和材料结构开发芯片的成本和复杂性不断提高。通过将不同工艺节点、不同材料、不同类型的芯片集成在一起，成为后摩尔时代芯片技术发展的重要解决方案。通常这些芯片都是分立的小片，面临的挑战时如何将这些分立的芯片重新组合在一起。目前一种主流方案是通过die to wafer/die to die等芯片键合设备，将这些分立的芯片正面朝下键合到目标衬底上。虽然通过高精度键合设备可以获得很高的集成精度，但是这种集成方案是两种或多种芯片间的集成，集成后总芯片厚度显著增加，且很难继续进行微电子工艺的加工。同时如果仅仅依靠凸点或者金球等方式进行键合，上方的芯片还将面临较为严峻的散热挑战，给集成芯片的性能和可靠性带来不利影响。

技术实现思路

[0003]针对上述现有技术的不足，本专利技术设计一种批量化高精度层转移异质集成方法，解决多芯片的批量集成问题，又可以兼容后续的高精度微电子工艺加工，满足芯片小型化、高性能的发展要求。
[0004]一种批量化高精度层转移异质集成方法，包括以下步骤：
[0005]1)在需要集成的分立芯片表面旋涂保护剂，覆盖住芯片表面器件、电路结构；2)在支撑载片正面旋涂粘附剂；
[0006]3)将分立芯片正面与支撑载片正面相对，依次放置到支撑载片上特定的位置，并进行临时键合；
>[0007]4)将临时键合到支撑载片上的分立芯片的衬底减薄；
[0008]5)将临时键合到支撑载片上的分立芯片除器件层以外的剩余衬底去除；
[0009]6)在去除衬底后的分立芯片器件层背面旋涂永久键合材料；
[0010]7)将分立芯片器件层背面与待集成的目标衬底正面进行对准，并永久键合；
[0011]8)将支撑载片与目标衬底以及永久键合到目标衬底上的分立芯片器件层组成的键合结构进行分离，并清洗；
[0012]9)将目标衬底上的分立芯片器件层表面的保护剂清洗去除。
[0013]进一步地，在步骤1)中，所述分立芯片包括但不限于微电子器件、MEMS器件、光电子器件、存储器和/或处理器，所述分立芯片的材料包括但不限于Si、GaAs、InP、GaN、SiC和/或LiNO3，所述分立芯片的结构包括衬底、衬底上方的器件层或衬底、衬底上方的自停止层和自停止层上方的器件层，所述分立芯片的尺寸在10μm
×
10μm至5cm
×
5cm，所述分立芯片的总厚度在30μm—725μm，所述器件层的厚度在500nm—20μm，所述保护剂为聚合物材料，所述聚合物材料包括但不限于聚甲基丙烯酸甲酯，所述保护剂的热稳定温度为100℃—300
℃，所述保护剂能够溶于丙酮等有机和/或碱性等无机试剂。
[0014]进一步地，在步骤2)中，所述支撑载片包括但不限于蓝宝石、硅片、碳化硅片或氮化铝片中的一种，所述支撑载片的厚度在100μm—1000μm；所述粘附剂为聚合物，包括但不限于光刻胶、高温蜡类或BCB中的一种。
[0015]进一步地，在步骤3)中，所述放置到支撑载片上特定位置的方法为采用倒装焊或芯片键合设备，放置的精度在
±
0.5μm—5μm；所述临时键合的温度为80
‑
250℃，压力为5MPa—100MPa，时间为5
‑
60分钟。
[0016]进一步地，在步骤4)中，所述衬底减薄的方法为机械研磨、机械抛光、化学抛光中的任意一种或多种，减薄后的剩余衬底厚度不小于1μm，且不大于100μm。
[0017]进一步地，在步骤5)中，所述剩余衬底去除的方法为湿法腐蚀或干法刻蚀中的任意一种或多种，去除剩余衬底后，露出器件层的背面，或者露出器件层背面的自停止层。
[0018]进一步地，在步骤6)中，所述永久键合材料为聚合物或金属焊料，所述聚合物包括但不限于BCB或PI，所述金属焊料包括但不限于金锡或金铟，永久键合材料的厚度为20nm至20μm。
[0019]进一步地，在步骤7)中，所述对准的方法为采用键合机通过对准标记进行对准；所述永久键合方式包括共晶键合、热压键合、活化键合和直接键合方式中的一种，键合温度为100℃至350℃，键合时间为1分钟至2小时，键合压力为200N至60000N。
[0020]进一步地，在步骤8)中，所述分离的方法包括但不限于热解键合、激光解键合和气解键合方式。
[0021]进一步地，在步骤9)中，保护剂去除的方法包括但不限于溶液浸泡、气体刻蚀方式。
[0022]本专利技术的有益效果：
[0023]本专利技术首先采用临时键合工艺，将筛选后分立的芯片高精度地重构在支撑载片上，然后采用衬底剥离工艺，将极薄的芯片器件层从衬底剥离，键合转移到目标衬底上。通过这种方式，即可以解决多芯片的批量集成问题，又可以兼容后续的高精度微电子工艺加工，满足芯片小型化、高性能的发展要求。此外通过去掉热导率较低的衬底、缓冲层，增加散热层、采用高热导率键合介质等方式，还可以有效改善集成芯片的散热效果。
附图说明
[0024]图1是在分立的芯片表面旋涂保护剂的示意图；
[0025]图2是把分立的芯片临时键合到支撑载片上的示意图；
[0026]图3是把临时键合到支撑载片上的分立芯片的衬底减薄的示意图；
[0027]图4是把临时键合到支撑载片上的分立芯片的剩余衬底去除的示意图；
[0028]图5是把临时键合到支撑载片上的分立芯片的自停止层去除的示意图；
[0029]图6是在临时键合到支撑载片上的分立芯片的器件层的背面制备粘附剂的示意图；
[0030]图7是把临时键合到支撑载片上的分立芯片的器件层的背面与目标衬底进行永久键合的示意图；
[0031]图8是把永久键合到目标衬底的分立芯片器件层与支撑载片分离的示意图；
[0032]图9是把分立芯片器件层表面的保护剂去除的示意图。
[0033]图中标号说明：1、芯片器件层；2、芯片自停止层；3、芯片衬底；4、保护剂；5、支撑载片；6、粘附剂；7、永久键合材料；8、目标衬底表面结构；9、目标衬底。
具体实施方式
[0034]下面结合附图进一步描述本专利技术的技术方案。
[0035]一种批量化高精度层转移异质集成方法，包括以下步骤：
[0036]1)在需要集成的分立芯片表面旋涂保护剂，覆盖住芯片表面器件、电路等结构：其中分立芯片包括但不限于微电子器件、MEMS器件、光电子器件、存储器、处理器等功能器件；所述分立芯片的材料包括但不限于Si、GaAs、InP、GaN、SiC、LiNO3等；所述分立芯片的结构包括衬底、衬底上方的器件层或衬底、衬底上方的自停止层和自停止层上方的器件层等结构；所述分立芯片的尺寸在10μm
×
10μm至本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种批量化高精度层转移异质集成方法，其特征在于，包括以下步骤：1)在需要集成的分立芯片表面旋涂保护剂，覆盖住芯片表面器件、电路结构；2)在支撑载片正面旋涂粘附剂；3)将分立芯片正面与支撑载片正面相对，依次放置到支撑载片上特定的位置，并进行临时键合；4)将临时键合到支撑载片上的分立芯片的衬底减薄；5)将临时键合到支撑载片上的分立芯片除器件层以外的剩余衬底去除；6)在去除衬底后的分立芯片器件层背面旋涂永久键合材料；7)将分立芯片器件层背面与待集成的目标衬底正面进行对准，并永久键合；8)将支撑载片与目标衬底以及永久键合到目标衬底上的分立芯片器件层组成的键合结构进行分离，并清洗；9)将目标衬底上的分立芯片器件层表面的保护剂清洗去除。2.根据权利要求1所述批量化高精度层转移异质集成方法，其特征在于，在步骤1)中，所述分立芯片包括但不限于微电子器件、MEMS器件、光电子器件、存储器和/或处理器，所述分立芯片的材料包括但不限于Si、GaAs、InP、GaN、SiC和/或LiNO3，所述分立芯片的结构包括衬底、衬底上方的器件层或衬底、衬底上方的自停止层和自停止层上方的器件层，所述分立芯片的尺寸在10μm
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10μm至5cm
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5cm，所述分立芯片的总厚度在30μm—725μm，所述器件层的厚度在500nm—20μm，所述保护剂为聚合物材料，所述聚合物材料包括但不限于聚甲基丙烯酸甲酯，所述保护剂的热稳定温度为100℃—300℃，所述保护剂能够溶于有机和/或无机试剂。3.根据权利要求1所述批量化高精度层转移异质集成方法，其特征在于，在步骤2)中，所述支撑载片包括但不限于蓝宝石、硅片、碳化硅片或氮化铝片中的一种，所述支撑载片的厚度在100μm—1000μm；所述粘附剂为聚合物，包括但不限于光刻胶、高温蜡类或BCB中的一...

【专利技术属性】
技术研发人员：戴家赟，王飞，吴立枢，王宇轩，孔月婵，陈堂胜，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第五十五研究所，
类型：发明
国别省市：