半導(dǎo)體晶片鍵合的對準(zhǔn)方法

介紹

多年來，半導(dǎo)體晶片鍵合一直是人們感興趣的課題。使用中間有機或無機粘合材料的晶片鍵合與傳統(tǒng)的晶片鍵合技術(shù)相比具有許多優(yōu)點，例如相對較低的鍵合溫度、沒有電壓或電流、與標(biāo)準(zhǔn)互補金屬氧化物半導(dǎo)體晶片的兼容性以及實際上能夠接合任何種類的晶片材料。粘合晶片鍵合不需要特殊的晶片表面處理或平面化步驟。晶片表面的結(jié)構(gòu)和顆?？梢员蝗萑?，并通過粘合材料得到一定程度的補償。也可以用選擇性粘合晶片鍵合來局部鍵合光刻預(yù)定的晶片區(qū)域。粘合晶片鍵合可應(yīng)用于先進(jìn)微電子和微機電系統(tǒng)(MEMS)的制造、集成和封裝。

在這篇文章中，我們提出了一種新的方法來防止晶圓片在膠接過程中相對移動。該方法利用晶片表面的結(jié)構(gòu)，當(dāng)中間粘合材料處于液態(tài)時，該結(jié)構(gòu)在兩個晶片之間提供摩擦。利用這種技術(shù)，對于使用標(biāo)準(zhǔn)晶片鍵合設(shè)備的粘性晶片鍵合，可以實現(xiàn)等于或優(yōu)于5m的有效對準(zhǔn)精度。

粘合晶片鍵合和晶片對準(zhǔn)

如圖1所示。使用了結(jié)合對準(zhǔn)器以對準(zhǔn)兩個晶片，其中第一晶片的對準(zhǔn)標(biāo)記的圖像被數(shù)字化并存儲。第二晶片被疊加并與數(shù)字化圖像對準(zhǔn)，如圖1所示。第一步.在對準(zhǔn)兩個晶片后，它們被夾在由三個墊片分開的運輸夾具上，如圖2所示。第二步.然后將夾具轉(zhuǎn)移到焊接室，并在室內(nèi)建立真空氣氛。

圖1.常規(guī)晶圓鍵合對準(zhǔn)示意圖 。步驟1:使用背面對準(zhǔn)標(biāo)記和數(shù)字化圖像進(jìn)行對準(zhǔn)；步驟2:在將夾具和夾緊的晶片移動到焊接室之前，在運輸夾具上對準(zhǔn)晶片。

討論

圖2a和2b導(dǎo)致在結(jié)構(gòu)的區(qū)域直接晶片到晶片的接觸，而在表面之間沒有任何粘合材料。因此，兩個晶片之間的摩擦增加。摩擦力抵消了當(dāng)用鍵合工具將晶片壓在一起時引入晶片疊層的剪切力。當(dāng)中間粘合材料處于液態(tài)時，防止了晶片相對于彼此的移動。用于摩擦結(jié)構(gòu)的晶片區(qū)域保持未結(jié)合，不能用于功能器件。最小化從鍵合卡盤引入到晶片疊層的剪切力將減少補償這些剪切力所需的摩擦表面積。

圖2.具有(a)圖案化鋁圈和(b)圖案化鋁環(huán)的晶圓，用于在粘合晶圓期間增加摩擦
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結(jié)論

本文已經(jīng)進(jìn)行了一項研究，在使用市場上可買到的接合設(shè)備將晶片與粘合劑接合材料接合時，名義上獲得了相對較差的對準(zhǔn)精度(15–50m)。未對準(zhǔn)發(fā)生在中間粘合材料的固化過程中，同時使用粘合工具將晶片壓在一起，并且粘合材料變成液體。液體粘合劑材料不能承受由接合工具引入晶片疊層的剪切力，因此，晶片相對于彼此移動。為了防止移位，已經(jīng)開發(fā)了晶片表面的摩擦結(jié)構(gòu)。這些結(jié)構(gòu)在兩個晶片之間提供了固態(tài)材料接觸區(qū)域，其間沒有任何粘合材料。由此產(chǎn)生的摩擦力抵消了剪切力，并防止兩個晶片相對于彼此移動。評估了由2.1m高摩擦鋁結(jié)構(gòu)組成的兩種不同模式。一個圖案包含八個直徑為12毫米的圓形鋁點，沿晶圓邊緣放置。第二種圖案由晶片邊緣8毫米寬的鋁環(huán)組成。這兩種模式都提供了足夠的摩擦力，以防止直徑為10厘米的晶圓彼此相對移動，并且使用2米厚的粘合劑涂層進(jìn)行粘合劑粘合，可以重復(fù)實現(xiàn)優(yōu)于5米的粘合后對準(zhǔn)精度。

　　審核編輯：湯梓紅