I. 引言

近年来，红外（IR）激光解键合作为一种允许使用硅载体晶圆的竞争性临时键合选项逐渐兴起。这与采用玻璃的紫外（UV）激光解键合形成对比，后者必须应对热膨胀系数（CTE）不匹配以及与前端应用不兼容等挑战[1,2]。制造的激光释放层（LRLs）表现出对高温处理的卓越耐受性，显著超过了UV激光解键合可实现的阈值。这一进步极大地提高了临时键合选项的可行性，并为该技术的应用开辟了新的可能性。

为了满足先进封装行业对更稳健和可靠解决方案的需求，开发了多种临时键合解决方案，以在背面处理过程中提供机械支撑。尽管UV激光解键合技术越来越被接受，但基于硅的载体系统仍然是首选。本文详细介绍了在硅载体晶圆上应用红外（IR）激光解键合技术结合临时键合胶的研究成果。本研究的目标有两个：首先，评估IR激光解键合技术的潜力，该技术允许更高的处理温度，从而促进粘合剂和其他基于聚合物的工艺（如再分布层（RDL）优先应用）的发展；其次，评估IR激光曝光后在产品和硅载体晶圆解键合界面上残留物的清洁性。

研究表明，通过采用类似的无机IR激光释放层，可以应用各种键合方法，如融合或临时键合胶。此外，还表明在IR激光解键合后，可以使用标准化的清洗方法去除无机释放层残留物和应用的聚合物层，确保该技术适用于大批量利用和易于集成。

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II. 结果

通过一系列涉及激光曝光、工艺筛选、分离以及随后对产品晶圆进行粘合剂清洗研究的实验，建立了一个概念验证。最初的步骤是在硅载体晶圆上通过PVD沉积由多层堆叠（MLR）组成的释放层。MLR堆叠的设计旨在通过计算机模拟确定，以阻止激光传输到产品晶圆。随后，将临时键合胶应用于载体并与产品晶圆键合。

我们对准备好的300毫米晶圆堆叠进行了多次扫描区域的激光印记距离（间距）变化的系列测试，以确定临时键合胶分离后清洁性的最佳IR激光曝光参数。光学显微镜、轮廓仪和扫描电子显微镜（SEM）被用来检查和比较最终的工艺结果和横截面。

A. 测试载体准备

如图1所示，LRL通过PVD和CVD沉积在载体晶圆上。应用的介质和LRL已针对HVM工艺进行了优化，每层的厚度经过精确计算，以确保最大激光能量吸收并便于晶圆解键合。使用不同的介质需要不同的厚度，这些厚度必须与所用激光波长相匹配[3]。相反，优化的LRL堆叠确保了更高的激光-LRL相互作用，允许应用更大的间距，从而实现更快的曝光和更高的吞吐量。因此，必须通过工艺筛选优化激光曝光参数，以确保在曝光和分离后，载体和产品晶圆解键合界面上的LRL残留物易于去除。

                    图1. 双层（MLR）型红外激光释放层堆叠[4]

B. 临时键合

图2展示了临时键合堆叠准备的步骤。选择了Brewer-Bond C1301-50临时键合胶用于IR激光解键合试验。将胶水涂覆在载体晶圆的LRL堆叠上方，厚度在18-20微米之间。首先，将带有无机LRL的载体晶圆涂上胶水，然后在120°C下预烘烤1分钟。随后，将载体晶圆与一块裸的300毫米优质硅（产品）晶圆在室温下通过标准BKM键合配方在真空中进行键合。键合步骤之后，将胶水在220°C下固化7分钟。

图2. a.) 带有PVD沉积的LRL堆叠的载体晶圆；b.) 在LRL上方旋涂的临时键合胶；c.) 使用虚拟硅晶圆作为产品晶圆的临时键合堆叠

图3展示了键合（载体与虚拟硅产品晶圆）和固化胶水层后的扫描声学显微镜（CSAM）结果，其中没有观察到与键合相关的空洞。

图3. 通过临时键合胶层将载体晶圆与虚拟硅产品晶圆键合后的CSAM图像

C. 红外激光曝光和晶圆分离

图4展示了最终临时键合堆叠的示意图，该堆叠通过红外激光曝光。通过载体硅块体施加激光脉冲会引发LRL的化学分解，从而释放少量气体，使界面分离。释放的加压气体进一步分离之前连接的表面，直到气体压力与粘附力平衡，随着气体压力的扩散，分离过程完成[5]。

                          图4. 红外激光曝光期间的临时键合堆叠

C. 红外激光曝光和晶圆分离

如图5所示，展示了残余层堆叠的示意图以及红外激光曝光和分离后产品晶圆解键合界面的光学显微镜图像。由于分离发生在LRL内的明确定义的界面处，堆叠的底层残余层部分转移到临时键合胶的最上层。

图5. a.) 红外激光曝光和分离后产品晶圆解键合界面，LRL残余物在顶部；b.) 产品晶圆解键合界面的俯视光学显微镜图像

在图6中，展示了残余层堆叠的示意图以及红外激光曝光和分离后产品晶圆解键合界面的光学显微镜图像。观察到载体晶圆解键合界面呈现出产品晶圆解键合界面的“负像”。在激光烧蚀痕迹（激光印记）处，无机LRL部分或完全缺失。如图7a所示，展示的是产品晶圆，图7b展示了载体晶圆在经过红外激光曝光和随后的分离之后的情况。

图6. a.) 红外激光曝光和分离后载体晶圆解键合界面，LRL残余物在顶部；b.) 载体晶圆解键合界面的俯视光学显微镜图像

图7. a.) 红外激光曝光和分离后的产品晶圆，LRL残余物和粘合剂层在顶部；b.) 红外激光曝光和分离后的载体晶圆，LRL残余物在顶部，相机图像

D. 产品晶圆解键合界面的清洗结果

（1) APM清洗测试

接下来，我们讨论产品晶圆解键合界面的清洗结果。在曝光和晶圆分离后，对虚拟产品晶圆进行了后续清洗步骤。该清洗步骤使用了无机溶剂，从而去除了最上层转移的RL残余物。

进行了两步APM清洗，首先在产品晶圆解键合界面上形成一个水坑，持续时间为三分钟，然后进行第二次水坑清洗步骤，再持续五分钟。在两个清洗阶段中，APM保持在40°C的施加温度。没有检测到粘合剂表面有明显的变化。然而，来自介质层的残余颗粒仍然留在临时键合胶表面上，这些颗粒不能被APM完全溶解，如图8b所示。这个清洗步骤确保了后续通过有机溶剂去除临时键合胶层的通道。

图8. a.) APM清洗后的产品晶圆解键合界面，粘合剂层上方有少量LRL残余物；b.) APM清洗后的产品晶圆解键合界面的俯视光学显微镜图像

在从粘合剂表面去除无机LRL残余物后，使用与粘合剂类型相容的有机溶剂。将500-600毫升的有机溶剂与200转/分钟的旋转过程相结合，确保了从产品晶圆解键合界面有效地去除临时键合胶。在用异丙醇冲洗并干燥旋转后，实现了无粘合剂残余物的晶圆表面。在整个光学显微镜检查中，没有观察到虚拟设备晶圆上由于红外激光曝光、解键合或清洗步骤而产生的缺陷，如图9b所示。

图9. a.) 粘合剂溶剂清洗后的产品晶圆解键合界面；b.) 粘合剂层清洗后的产品晶圆解键合界面的俯视光学显微镜图像

               图10. APM和粘合剂层清洗后的产品晶圆，相机图像

结果表明，最佳间距范围内的间距可以实现令人满意的清洗性能。然而，较短的间距是不足够的，因为溶剂无法接触到临时粘合剂，这是由于残余层保持完整且释放层被转移到粘合剂层上。大多数经过测试的商业临时键合胶都表现出最佳的激光曝光工艺窗口，由于粘合剂和激光释放层堆叠之间的粘附特性不同，这个窗口有所不同。

已经证明，在红外激光解键合和晶圆分离后，无机LRL残余物去除过程的有效性，随后是临时键合胶的清洗。

（2) 去胶带测试

作为一种替代方法，在红外激光曝光和分离后，对相同的产品晶圆解键合界面进行了去胶带处理，测试了通过机械方式去除LRL残余物。通过滚涂工艺将粘性箔片应用于产品晶圆，然后将其拉回，物理上从临时键合胶层的顶部去除了大部分无机LRL残余物。

图11. a.) 去胶带后的产品晶圆解键合界面，粘合剂层上方有少量LRL残余物；b.) 去胶带后的产品晶圆解键合界面的俯视光学显微镜图像

与图11b所示的APM清洗相比，去胶带样品显示出更少的剩余无机残余物。之后，按照前面描述的相同有机溶剂清洗过程进行了处理，如图12b所示。这个测试被证明是一种有效的替代方法，与需要几分钟时间以确保溶剂能够接触到粘合剂层的APM清洗相比，这种方法更快。

图12. a.) 去胶带后的产品晶圆解键合界面，顶部有少量LRL残余物和粘合剂层，相机图像；b.) 去胶带和粘合剂层清洗后的产品晶圆，相机图像

III. 临时键合和红外激光解键合的工艺流程

              图13. 利用硅载体晶圆和IR LRL进行临时键合的示意图

图13展示了一个示意图，其中硅晶圆取代了传统的玻璃晶圆，PVD沉积的LRL作为牺牲层，替代了临时键合方法中使用的传统紫外吸收层。在准备产品晶圆和载体晶圆后，执行标准的旋涂程序，随后根据所用粘合剂类型的指定温度曲线对粘合剂层进行固化。后续步骤包括产品晶圆的背面处理，包括背面减薄、CMP和/或薄膜沉积。根据所需的产品晶圆厚度，可能会选择性地加入薄膜框架安装，以在红外激光曝光和晶圆分离后提供机械支撑。随后，晶圆堆叠通过红外激光曝光，参数根据所用的LRL类型和工艺筛选的结果进行调整。然后，通过一个受力和速度控制的过程将晶圆分离，以确保平稳且无应力的分离。激光曝光后的残余粘结强度可以通过调整间距（即曝光区域之间的距离）来调节，以确保在分离前能够正确处理晶圆。分离后，可以采用后续的LRL清洗工艺，如湿法刻蚀或CMP，来回收硅载体晶圆。如前所述，产品晶圆的清洗需要一个两步程序。首先，必须去除LRL残余物，以允许有机溶剂接触到可溶解的粘合剂层。因此，我们评估了几种方法，如标准APM清洗，以及替代方法——去胶带，其中通过将胶带应用于产品晶圆的解键合界面，物理提取LRL残余物。这两种方法都成功地去除了LRL残余物，并使产品晶圆能够进行进一步处理。

结论

利用硅载体晶圆，通过临时键合胶层实现地形嵌入的红外激光解键合技术已经得到验证。为了开发一种适用于大批量制造的技术，已经建立了一个全面的工艺流程。这包括在硅载体晶圆上制备无机LRL，以及在激光曝光和分离后对载体和产品晶圆的解键合界面进行清洗。优化的激光参数和明确定义的激光能量限制确保了无损伤的曝光过程，使得硅载体晶圆可以重复使用，从而显著降低成本和环境影响。

使用聚合物层成功演示红外激光解键合工艺表明了新的开发机会，例如再分布层（RDL）优先方法。这项技术为玻璃载体晶圆难以管理的挑战提供了解决方案。