一种芯片键合对准方法
【专利摘要】本发明公开了一种芯片键合对准方法，具有如下特征：在加工有用于芯片组装的金属焊接盘的下层芯片或晶圆上设置限位结构；所述限位结构突出于下层芯片或晶圆表面，利用所述限位结构的辅助，实现芯片对准键合；在键合对准过程中，至少一个所述限位结构的内壁与芯片边缘接触。本发明通过制作限位结构，辅助芯片对准，不需要精密设备，简单易行，通过优化控制过程，可以提供高效率、低成本键合对准解决方案。
【专利说明】一种芯片键合对准方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及半导体封装【技术领域】，属于微电子【技术领域】。
【背景技术】
[0002]芯片在键合过程中的对准，是三维集成技术的关键技术方面。三维集成中的对准技术主要分为芯片级对准技术和晶圆级对准技术，芯片级对准技术是把一个芯片对准到另一个芯片或者晶圆的特定位置，晶圆级对准技术则是把一个晶圆与另一个晶圆进行对准。目前，三维集成的对准技术，无论是芯片级对准技术还是晶圆级对准技术，主要采用光学对准技术，即利用上下两层芯片或晶圆的图案标志，通过复杂的光学视觉系统，实现上下两层芯片或晶圆的光学对准。随后通过机械的方法，使两层芯片或晶圆接触在一起，完成芯片或晶圆的对准及键合操作。然而，这种光学对准精度与操作时间相关，如果要实现较高的对准精度，一般需要耗费更多的操作时间，如采用倒装芯片(Flip chip)设备实现芯片到晶圆的对准，若每秒完成一个芯片的对准，其对准精度只有约10微米，若要求对准精度为I微米，可能完成一个芯片的对准会需要10秒或更多时间，而且对准精度越高，对应设备越复杂，也越昂贵。此外，在光学对准之后，还需要机械转移过程完成两层芯片或晶圆的接触，这一机械过程容易带来额外的对准误差。
[0003]Fine-Tech的倒装焊机器，采用光学半透的形式，在同一个目镜同时观测将要压合的两层芯片的正面，之后采用机械下压的形式实现两层芯片的接触，效率较低；EVG公司的SmartView技术,采用观察并记录两个晶圆正面对准标记的形式,实现两层晶圆套准，并经由机械控制部件实现两个晶圆的接触，设备复杂昂贵，且仅能完成晶圆对晶圆的对准。这些现有方法一方面系统复杂、使用成本高，另一方面，光学对准与机械移动分开，精度和效率难以同时保证。如何获得一种简单易行的芯片对准方法，一直是三维集成技术的一项重大挑战。
【发明内容】
[0004]本发明解决的技术问题是提供一种简单方便、成本低的芯片键合对准方法。
[0005]本发明的技术方案是:
一种芯片键合对准方法，在加工有用于芯片组装的金属焊接盘的下层芯片或晶圆上设置限位结构；所述限位结构突出于下层芯片或晶圆表面，利用所述限位结构的辅助，实现芯片对准键合；在键合对准过程中，至少一个所述限位结构的内壁与芯片边缘接触。
[0006]进一步地，限位结构为多个板状或柱状突起。
[0007]进一步地，限位结构经由电镀的方式形成。
[0008]进一步地，在加工所述限位结构的工艺过程中，还同时加工其他并非用于限位的
金属柱。
[0009]有益效果:由于采用了以上技术方案，本发明所取得的技术进步如下。
[0010]本发明通过制作限位结构，辅助芯片对准，不需要精密设备，简单易行，通过优化控制过程，可以提供高效率、低成本键合对准解决方案。
【专利附图】
【附图说明】
[0011]图1为本发明实施例的第一步示意图；
图2A为本发明实施例的第二步示意图；
图2B为本发明实施例的第二步中有限位结构的示意图；
图3A为本发明实施例的第三步示意图；
图3B为本发明的第三步芯片内含TSV结构的示意图。
[0012]图中:101—底层晶圆衬底、102—底层晶圆表面电路层、103—芯片焊接盘、104A、104B、104C—限位结构、105A、105B—金属柱、202—组装芯片表面电路层、203—组装芯片表面金属焊点、204— TSV结构。
【具体实施方式】
[0013]下面将结合附图对本发明进行进一步详细说明。
[0014]本发明提供一种芯片键合对准方法，具有如下特征:在加工有用于芯片组装的金属焊接盘的下层芯片或晶圆上设置限位结构；所述限位结构突出于下层芯片或晶圆表面，利用所述限位结构的辅助，实现芯片对准键合；在芯片键合对准过程中，至少一个所述限位结构的内壁与芯片边缘接触。
[0015]一个具体实施例叙述如下:
(I)在底层晶圆表面加工用于芯片组装的金属焊接盘，如微凸点，UBM焊盘等，如图1所示。具体来说，可以加工C4焊球、Cu/Sn凸点或者Cu/ENIG焊盘。对应微凸点或UBM焊盘与待组装芯片上微凸点或微焊球相匹配。
[0016]图1中，底层晶圆衬底101上方为电路层102，电路层102上加工有芯片焊接盘103，用于芯片组装。
[0017](2)在电路层102上加工限位结构104A、104B和金属柱105A、105B，优选电镀的方式加工，如图2A所示。具体来说，同时加工限位结构104A、104B和金属柱105A、105B，其中，限位结构用于键合过程中的芯片对准，金属柱用于垂直向电学连接。具体工艺流程为:首先使用物理气象沉积(PVD)的方式沉积Ti/Cu种子层，Ti层厚度选择50-200纳米，Cu层厚度选择100-300纳米；使用厚胶光刻，形成限位结构和金属柱的加工图形，光刻厚胶可以选择SU8、AZ4620或JSR 151N等材料，厚度选择50~150微米；采用铜电镀的方式，加厚无光刻胶保护位置的铜层，获得限位结构和金属铜柱；去除光刻胶并腐蚀Ti/Cu种子层，完成限位结构和金属铜柱的加工。
[0018]一种相应的三维结构示意图如图2B所示，限位结构104A、104B、104C，可以是板状结构或柱状凸起。金属柱105AU05B等用于垂直向电学连接。
[0019](3)利用限位结构104AU04B等的辅助，实现芯片对准键合，在键合对准过程中，至少一个限位结构的内壁与芯片边缘接触，如图3A所示。
[0020]图3A中，待组装芯片包含衬底201和表面电路层202以及表面金属焊点203，如微凸点等，在键合对准过程中，待组装芯片表面金属焊点203与底层晶圆衬底101表面的芯片焊接盘103连接，限位结构104A与待组装芯片衬底201的侧壁边缘接触，形成对对准位置的限定。为了保证对准精度，待组装芯片的尺寸需要精密控制，一种方法是使用干法刻蚀的方式划片，精密控制待组装芯片的尺寸及侧壁垂直度。为了提高键合对准效率，可以将多个芯片放置于底层晶圆之后，采用底层晶圆旋转的方式，使得每个芯片的边缘都与至少一个限位结构的内壁接触，实现位置对准。
[0021]待组装芯片内可以包含事先加工好的TSV结构204，如图3B所示。在组装完成之后，可以对组装完成的芯片实施背面减薄工艺，使TSV从芯片背面露出，用于新的芯片层或外接信号的互连。
[0022]以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种芯片键合对准方法，具有如下特征: 在加工有用于芯片组装的金属焊接盘的下层芯片或晶圆上设置限位结构； 所述限位结构突出于下层芯片或晶圆表面，利用所述限位结构的辅助，实现芯片对准键合； 在键合对准过程中，至少一个所述限位结构的内壁与芯片边缘接触。
2.根据权利要求1所述的芯片键合对准方法，其特征在于:所述限位结构为多个板状或柱状突起。
3.根据权利要求1所述的芯片键合对准方法，其特征在于:所述限位结构经由电镀的方式形成。
4.根据权利要求1所述的芯片键合对准方法，其特征在于:在加工所述限位结构的工艺过程中，还同时加工其他并非用于限位的金属柱。
【文档编号】H01L21/60GK103500716SQ201310463023
【公开日】2014年1月8日 申请日期:2013年10月8日 优先权日:2013年10月8日
【发明者】宋崇申 申请人:华进半导体封装先导技术研发中心有限公司