當(dāng)今的高性能電路要求將封裝設(shè)計(jì)和特性作為芯片設(shè)計(jì)的一部分。玻璃基板，尤其是低堿玻璃，已經(jīng)成為許多封裝應(yīng)用的優(yōu)勢，包括集成無源器件。在本文中，我們描述了使用我們的無聚合物臨時(shí)粘合工藝在硅手柄上成功加工玻璃晶片。一種優(yōu)選的手柄是硅，因此硅玻璃單元是剛性的、不透明的，并且與現(xiàn)有的硅加工設(shè)備兼容。使用馬賽克粘合方法，沒有粘合劑滲入玻璃通孔，從而實(shí)現(xiàn)良好的通孔填充。此外，剝離后清洗不需要溶劑。在本文中，我們展示了在玻璃解決方案批量生產(chǎn)中實(shí)施該技術(shù)的基本工藝能力。

　　馬賽克的粘合：

　　與任何粘合過程一樣，清潔度對馬賽克的粘合至關(guān)重要。優(yōu)質(zhì)硅晶片通常在接收時(shí)是純凈的，但是薄玻璃必須水平運(yùn)輸，帶有夾層，否則運(yùn)輸中不可避免的推擠會(huì)導(dǎo)致破裂。嚴(yán)格的玻璃清洗是必要的，包括在表面活性劑中超聲處理，然后是標(biāo)準(zhǔn)半導(dǎo)體清洗溶液，如“SC1”，一種稀釋的氫氧化銨/過氧化氫混合物，伴有兆頻超聲波攪拌。在圖1a中，當(dāng)在Tyvek interleaf上運(yùn)輸時(shí)，使用強(qiáng)光來照射玻璃上殘留的大量顆粒。有足夠數(shù)量的顆粒，玻璃具有不均勻的、幾乎模糊的外觀。清洗后的玻璃晶片如圖1b所示，相比之下，散射光的唯一特征是晶片的邊緣和支撐結(jié)構(gòu)的部分。

　　圖1 150毫米玻璃晶片的圖像被下方的強(qiáng)光照亮，a在運(yùn)輸夾層中接收的晶片，b清洗后的同一晶片。沒有粒子留在晶片上散射光線，因此除了邊緣，晶片看起來均勻黑暗

　　馬賽克將玻璃粘合到操作晶片上的過程如圖2所示，在此過程中，首先清潔玻璃，并按照客戶指定的設(shè)計(jì)在玻璃中創(chuàng)建通孔，然后在真空下將非聚合粘合劑施加到處理晶片上。它是一層薄薄的無機(jī)層。對準(zhǔn)和結(jié)合過程在室溫和大氣壓下進(jìn)行。初始粘合強(qiáng)度足以進(jìn)行簡單的處理，然后在氮?dú)鉅t中退火至250℃，將粘合強(qiáng)度設(shè)定為加工所需的值。如果玻璃晶片的粗糙度太大，初始結(jié)合將很弱或不存在。

　　圖2 將薄玻璃（藍(lán)色盤）連接到手柄晶圓（灰色盤），然后處理和解粘玻璃的示意圖

　　晶圓的清潔度和晶圓廠的空間都很重要，因?yàn)榧词故侨我唤雍媳砻嫔系男☆w粒也會(huì)在接合對上產(chǎn)生帳篷區(qū)域。潔凈室不僅需要達(dá)到100級或更高，工具也必須合格。由于玻璃的剛性和我們粘合層的薄度，這些氣泡缺陷橫向延伸比縱向延伸遠(yuǎn)得多，很容易被肉眼發(fā)現(xiàn)。例如，對于典型的結(jié)合能和薄玻璃，1.0微米高的粒子將產(chǎn)生直徑約1毫米的氣泡。盡管有缺陷的視覺影響，但對于許多應(yīng)用來說，在這樣的橫向距離上幾微米的表面高度變化不會(huì)對性能產(chǎn)生不利影響，而對于其他應(yīng)用來說，這可能很重要。

　　圖3a示出了具有1.2%氣泡面積的晶片。3b顯示了一個(gè)幾乎檢測不到的氣泡。實(shí)施改進(jìn)的顆粒去除工藝后，在馬賽克工廠粘合的區(qū)域。使用低于1.5%的缺陷面積作為通過/失敗標(biāo)準(zhǔn)，6個(gè)晶片的最近運(yùn)行的產(chǎn)量統(tǒng)計(jì)如圖3c所示，進(jìn)展到基本無氣泡的樣品。隨著晶片尺寸的增加，顆粒附著的橫截面也增加，值得注意的是，在最近的完全屈服試驗(yàn)中，一些樣品的直徑為200毫米，缺陷密度仍低于0.1%。

　　圖3 a.直徑150mm的粘結(jié)對（0.125mm厚玻璃）的光學(xué)掃描圖像。盡管可見缺陷數(shù)量，但只有1.19%的氣泡缺陷面積。b.識別和消除粒子源后，直徑150mm粘合對的光學(xué)掃描圖像，氣泡缺陷面積為0.005%，氣泡缺陷面積為5%c。相對于直徑小于150mm和200mm的馬賽克生產(chǎn)運(yùn)行，相對于需要1.5%的質(zhì)量規(guī)格的運(yùn)行產(chǎn)率圖

　　剝離過程：

　　在處理玻璃襯底的前側(cè)之后，晶片可以被機(jī)械地剝離到切割帶上以進(jìn)行分割。切割帶上的剝離示意圖如圖4a所示，薄玻璃由真空吸盤保持平坦，同時(shí)移除處理晶片。因此，玻璃晶片上的應(yīng)力很小。剝離后0.1毫米厚的金屬化100毫米玻璃晶片的圖像如圖4b所示。

　　圖4 a.將玻璃解粘到夾緊膠帶上的示意圖。b.0.1mm厚100mm直徑玻璃脫粘在帶環(huán)上的例子

　　剝離后的玻璃晶片無可見殘留物。我們正在探索玻璃在脫粘之前和之后到底有什么不同，到目前為止還沒有發(fā)現(xiàn)任何區(qū)別。可以用短氧等離子體清洗處理晶片上施加的粘合層。

　　TGV和相關(guān)過程：

　　當(dāng)TGV玻璃臨時(shí)結(jié)合到處理晶片時(shí)，穿透玻璃的通孔終止于處理晶片的表面。因此，通孔填充工藝更類似于硅盲通孔填充，而不是印刷電路板通孔的通孔填充。因?yàn)樵阪I合過程中，鍵合不會(huì)經(jīng)歷液態(tài)，所以沒有什么會(huì)芯吸到通孔中而污染后續(xù)的金屬化過程，這與聚合物在高于其熔融溫度時(shí)會(huì)發(fā)生的情況不同。

　　實(shí)現(xiàn)盲孔高質(zhì)量、無空隙填充的一個(gè)要求是輪廓為直邊或錐形，但不能是凹入的。這允許濺射的粘附層達(dá)到穿透，并允許良好的共形和完全填充的通孔。電鍍后，鍵合晶片可以通過正面處理繼續(xù)。最后，機(jī)械剝離是露出通孔底部的全部要求，這與背面研磨露出工藝相反。

　　玻璃的材料特性使其成為下一代應(yīng)用的誘人材料，尤其是在射頻和封裝應(yīng)用中。因此，在過去的十年里，人們對利用玻璃解決方案產(chǎn)生了濃厚的興趣，但是在大容量環(huán)境中實(shí)施這些解決方案的挑戰(zhàn)一直是一個(gè)挑戰(zhàn)。一種新的臨時(shí)粘合技術(shù)為大批量實(shí)施薄玻璃解決方案提供了一個(gè)極好的解決方案。利用硅處理晶片上薄(~100 Pm)玻璃的臨時(shí)結(jié)合層，可以使用與硅晶片成熟的相同工藝來處理具有和不具有TGV的玻璃。這種解決方案在高溫(高達(dá)400℃及以上)下可行，沒有除氣作用，并且使用直接的機(jī)械剝離方法。這不僅避免了昂貴的背面研磨操作，而且非常適合于粘合多層薄基板，實(shí)現(xiàn)2.5D和3D集成。如本文所述，已經(jīng)完成了重要的演示，展示了使用這種方法利用成熟的薄玻璃制造工藝的可行性。這些工藝包括電鍍、化學(xué)機(jī)械拋光、光刻、蝕刻和其他精加工工藝。這些發(fā)展為建立應(yīng)對下一代射頻和封裝挑戰(zhàn)的薄玻璃解決方案提供了可行的途徑。

　　審核編輯：鄢夢凡