介紹

多年來(lái)，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(jī)或無(wú)機(jī)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(diǎn)，例如相對(duì)較低的鍵合溫度、沒(méi)有電壓或電流、與標(biāo)準(zhǔn)互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體晶片的兼容性以及實(shí)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(guò)粘合材料得到一定程度的補(bǔ)償。也可以用選擇性粘合晶片鍵合來(lái)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(jī)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(lái)防止晶圓片在膠接過(guò)程中相對(duì)移動(dòng)。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(shí)，該結(jié)構(gòu)在兩個(gè)晶片之間提供摩擦。利用這種技術(shù)，對(duì)于使用標(biāo)準(zhǔn)晶片鍵合設(shè)備的粘性晶片鍵合，可以實(shí)現(xiàn)等于或優(yōu)于5m的有效對(duì)準(zhǔn)精度。

粘合晶片鍵合和晶片對(duì)準(zhǔn)

如圖1所示。使用了結(jié)合對(duì)準(zhǔn)器以對(duì)準(zhǔn)兩個(gè)晶片，其中第一晶片的對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記的圖像被數(shù)字化并存儲(chǔ)。第二晶片被疊加并與數(shù)字化圖像對(duì)準(zhǔn)，如圖1所示。第一步.在對(duì)準(zhǔn)兩個(gè)晶片后，它們被夾在由三個(gè)墊片分開(kāi)的運(yùn)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(duì)準(zhǔn)示意圖 。步驟1:使用背面對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記和數(shù)字化圖像進(jìn)行對(duì)準(zhǔn)；步驟2:在將夾具和夾緊的晶片移動(dòng)到焊接室之前，在運(yùn)輸夾具上對(duì)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(méi)有任何粘合材料。因此，兩個(gè)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(shí)引入晶片疊層的剪切力。當(dāng)中間粘合材料處于液態(tài)時(shí)，防止了晶片相對(duì)于彼此的移動(dòng)。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(bǔ)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(xiàng)研究，在使用市場(chǎng)上可買到的接合設(shè)備將晶片與粘合劑接合材料接合時(shí)，名義上獲得了相對(duì)較差的對(duì)準(zhǔn)精度(15–50m)。未對(duì)準(zhǔn)發(fā)生在中間粘合材料的固化過(guò)程中，同時(shí)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(duì)于彼此移動(dòng)。為了防止移位，已經(jīng)開(kāi)發(fā)了晶片表面的摩擦結(jié)構(gòu)。這些結(jié)構(gòu)在兩個(gè)晶片之間提供了固態(tài)材料接觸區(qū)域，其間沒(méi)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(gè)晶片相對(duì)于彼此移動(dòng)。評(píng)估了由2.1m高摩擦鋁結(jié)構(gòu)組成的兩種不同模式。一個(gè)圖案包含八個(gè)直徑為12毫米的圓形鋁點(diǎn)，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(duì)移動(dòng)，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(shí)現(xiàn)優(yōu)于5米的粘合后對(duì)準(zhǔn)精度。

　　審核編輯：湯梓紅