应用于暂时粘结、基片保护和MOEMS封装的新型材料

关键词：暂时粘结； 保护涂层； 微光电机械系统； 封装； 新型材料

中图分类号：TN305．94文献标识码：A文章编号：1004-4507(2005)05-0057-05

由于手机和其他消费型无线电子产品向更多功能和更小体积的发展，需要对芯片采取叠加封装。通过这种技术可以将记忆电路(如NAND／Flash)和逻辑电路(如典型的ASIC芯片)重叠封装在一起。除了其它步骤，这类封装要求对晶圆进行减薄，薄晶圆切割，多芯片叠加和芯片问加衬垫等工艺处理[1]。

除在硅工艺中采用晶圆减薄之外，复合半导体器件也需要晶圆减薄使其具有更佳的功耗和射频特性。由于完成加工的晶圆成本很高，在封装过程中晶圆的破碎率将直接影响整体成本。为减少晶圆破碎，需要将载有电路且超薄易碎晶圆临时粘结到另一载体上。

1 暂时粘结技术的开发
Brewer Science正在开发一系列专门用于暂时粘结用途的材料。这些材料在硅晶圆和复合半导体晶圆减薄、背面加工和大面积载体粘结等工艺中是必不可少的。这些产品的化学组成是针对晶圆加工时所处的恶劣环境条件而设计的。此外，还要考虑晶圆跟载体剥离时的机械、化学和温度等因素。例如，晶圆减薄过程中常常是将晶圆置于浓度很高的KOH或混合酸之中，这时就需要粘结剂抗强碱强酸。剥离通常是由加热软化实现的，有时则要求用溶剂来消除粘结。用于显示器的大面积基片通常需要高机械强度的粘结剂，在剥离时又不能使用任何化学试剂。

2 粘结工艺

Brewer Science公司的粘结材料是以液体形式提供的，可以直接旋转涂布在晶圆上。配方中固体含量是由所需膜的厚度决定，膜的均匀度可以通过涂布条件进行优化。典型的粘结产品旋涂速度曲线如所示。

如果期望将基片上已有的构型平面化，可以做多次涂布。典型的流程包括动态加料、旋转涂布、清洗边缘(EBR)。EBR溶剂取决于粘结剂的聚合物系统。旋转涂布和EBR之后，在170～200℃的温度下软烘并冷却，随后加热加压粘结到载体晶圆上。一般这些步骤是在有通孔的晶圆上在250℃的真空烘箱内完成。给出了其中一种Brewer Science材料的粘结与消除粘结的流程图。 这种工艺也适合于商业化设备在常压下粘结载体晶圆，关键是要做到无气泡粘结。

除了机械性能和化学惰性，粘合后的基片在处理时偶尔会暴露于高温下(>250℃)。为了能够剥离，粘合剂应在高于300 CC时保持其稳定性。在暴Brewer Science的聚合物旋转涂层是为在强蚀露于这些温度后，Brewer Science的有些材料在 刻剂长时间浸泡提供保护而设计的，同时保留TMAH中仍然可以溶解，如所示。因此完成加 了容易剥离的功能。这些新材料为批量微机械加工工操作后，可以使用简单的TMAH浸泡而剥离。

如上所述，Brewer Science还有众多材料正在开发,可以达到当今对暂时晶圆粘结的许多要求。

3 Pro-TEK刑系列

如今的微电机械系统(MEMS)设备制造商面临在深层硅湿法蚀刻过程中保护电子线路和其它敏感设备构造的挑战。这种类型的蚀刻，要求设备在具有强腐蚀性的酸或碱溶液中长时间浸泡，且温度高于室温。Brewer Science己为碱性蚀刻剂开发出一种多涂层体系。适合于多种半导体材料，对其在高浓度氢氧化钾(KOH)浸泡8 h以上提供保护。此外，另一个多涂层体系正在开发中，可用于强酸。这些材料是专门设计于来保护MEMS设备在晶圆减薄操作中不被酸性蚀刻剂破坏。

过去，一些厂商选择了使用已有的材料，如BCB、蜡、涂有特氟隆膜的圆形环以及超厚的光阻材料，来保护基板的正面。所有这些材料都有局限性。苯并环丁烯(BCB)在处理后很难去除。蜡很脏，难以去除，有时会把后面的操作步骤弄脏。特氟隆膜不适合保护基板，因为它会从圆形环周围渗出。这种技术也不适合大规模生产。，光阻材料也不合适，因为它们在蚀刻环境中不能支持太久。

Brewer Science的聚合物旋转涂层是为在强蚀刻剂长时间浸泡提供保护而设计的，同时保留了容易剥离的功能。这些新材料为批量微机械加工的挑战另辟新径。为典型的应用示意图。

第1步为已涂有ProTEK B1的前侧有电路的基板。在晶圆背面的深度硅蚀刻时，正面的涂层保护基板不被腐蚀。第2步描述了第二次涂层处理，可在蚀刻氧化硅时抵挡酸侵蚀，这种防酸保护涂层为ProTEK Al。

如以前的出版物所述，我们对大量的材料进行了研究，以期发现对微机械处理中使用的典型蚀刻剂有保护能力的材料叫。实验结果显示，对于各向异性湿法蚀刻工艺的选择是一些热塑性聚合物，并用硅烷作为底层涂层。保护涂层与底层的结合在用于各种碱性蚀刻剂的工艺中获得了的效果。在蚀刻处理后，热塑聚合物在工业标准的溶剂中可溶解，从而可以容易清除。

除了化学保护涂层，不同的应用还需要其它类型的保护层。例如，在使用高能量YAG激光技术进行深度微机械加工时，需要保护晶圆表面防止污染。另一种Brewer Science的材料就可以防止碎片留在设备表面，如所示。

4 保护涂层的应用

本节简述一下旋涂保护层的使用流程。开始，有机硅烷底料以1 500 r／min旋涂60 s，随后在130℃电炉上烘烤60 s。膜厚大约2．5 nm。然后碱性保护涂层以1 000～3 500 r／min的速度旋涂90 s，以达到要求的膜厚。薄膜的固化取决于基片的表面构型和碱浴的腐蚀性。我们发现三段烘烤可以产生极好的效果：在100℃电炉烘烤2 min并增加到一个中间温度(如，130℃)继续烘烤2 min，随后在205℃下烘烤1 min。这个过程可产生固化的无孔薄膜。

对于酸防护，防酸涂层使用一个1000～3500 r／min间的操作范围旋涂在底层涂层之上，为时90 s，以获得要求的膜厚度。该薄膜使用与基板烘烤程序类似的烘烤程序。

由于应用于YAG材料的功能不是化学防护，其涂布程序极其简单。它是采用一种与其它产品类似的旋涂条件，在170～200℃=下以简单的烘烤成膜。

5 防护涂层的去除

背面研磨处理后，必需要清除防护性涂层。当MEMS加工己完成时，应小心考虑清除处理。通常，用溶剂清除是不可能的，因为这会损坏之前己形成和受到保护的任何构型。
下表列出了可能的清除办法。

如上所述，Brewer Science正在开发可以同时进行化学和机械防护，并可方便清除的新型旋涂材料。

6 协助MOEMS功能以及改善HB—LED性能的高折射率聚合材料

1．7到1．8范围的高折射指数的聚合材料可明显地增加封装LED的光输出。而且，对于大多数集成光路或平面光线路所使用的半导体材料，如硅、磷化铟、砷化镓，高折射率聚合物可以降低光损耗，并提供调节功能。另外，聚合物的机械特性使其可通过涂布、铸造、冲压或压纹等技术进行加工，可为光导设备提供快速低成本的成形工艺。高折射指数聚合物还可用于衍射光栅中的波束分裂应用。高折射指数将降低光栅的光学厚度，从而使光栅的构造变薄。这些材料可涂布成从几百纳米直至500μm的厚度。

对于高折射率材料，了一种新方法，可得到混合涂层系统，并避免了与微粒和溶胶凝胶技术有关的问题。在该方法中，高折射指数金属氧化物在涂层的固化过程时同步形成，使有机聚合物和金属氧化物处于分子水平上的互混与分散。产牛的涂层具有从1．6～1．9的折射指数(在400～700 nm)，取决于氧化金属的含量。

早期，应用于提高OLED功能和波导的高折射指数材料，要做到在0．5 mm的厚度下不破裂或泛黄。1．9折射指数材料的透射曲线如所示。

除了可以旋涂和热固化形成薄膜的高度透明的高折射指数材料，Brewer Science正在开发较厚的(0．5 mm)薄膜材料，可用紫外线(UV)进行固化。主要应用于高亮度发光二极管。由于对厚膜的要求，这些是基于环氧树脂的材料，不会泛黄。为了作成厚膜，这些产品可以旋涂、注模、浸渍涂布，厚度可高达500μm。在400 nm时折射指数为1．67。可用大约3．5 J／cm2的紫外线放射量进行固化。我们正在研究继续提高这些厚膜的折射指数、透射率和寿命。

7 结论

Brewer Science的暂时粘合剂的详细情况已经做过探讨。除了粘合质量，还对剥离的简便性进行了简述。

以上还简述了旋涂防护材料的开发。这些材料对强酸和强碱如KOH的化学抵抗力提供了一种简单的对正面电路的保护方法。同时对背面进行研磨、深层蚀刻或激光切除。另外，与其它可用于正面保护的方法相反，这些材料很容易去除，不留残余。

，介绍了高折射指数材料，它可帮助提高波导、光存储设备以及MOEMS等设备的功能，并减少发光二极管与其包装的耦合损耗。