键合基板的加工方法、版图结构和封装方法与流程

1.本发明涉及半导体技术领域，特别涉及一种键合基板的加工方法、版图结构和封装方法。


背景技术：

2.在半导体制造中一般包括芯片的前道加工制程和对芯片的后道封装制程，传统的封装方式通常采用引线键合进行封装，但是随着超大规模集成电路的发展趋势，引线键合工艺已经无法满足工艺需求。为此，领域内提出了晶圆级键合封装技术，其能够顺应市场对微电子产品的日益轻薄化的要求，因此逐渐取代了引线键合封装而成为了较为重要的封装方法。例如，微机电系统(micro electro mechanical system，mems)中，即可利用晶圆和晶圆之间的相互键合而实现芯片封装。
3.图1中示意出了对芯片进行键合封装的第一种键合结构，其通常是在两个基板的芯片区内分别形成位置对应的键合垫(即，图1中所标示的键合垫10和键合垫20)，通过对两个基板施加相对的压力，以使芯片区内位置对应的键合垫相互挤压而产生互熔键合，实现芯片封装。然而图1所示的键合结构常常会因为所施加的压力大小而使得键合效果存在波动。例如，当施加的压力过大，即会导致键合材料被大量挤出，导致键合界面的键合材料的余量较少，影响可靠性，同时被挤出的键合材料还会引起粘连风险。
4.图2中示意出了对芯片进行键合封装的第二种键合结构，其具体是在键合垫的侧边设置有溢流槽30，从而在对两个基板施加压力以进行键合时，被挤出的键合材料即可被引流至所述溢流槽30内，有效规避了粘连的风险。但是，图2所示的结构在键合时仍然会因为键合材料被挤出，而导致键合界面的键合材料的余量较少，影响可靠性。
5.图3中示意出了对芯片进行键合封装的第三种键合结构，其具体是在键合垫的侧边设置有挡墙40，在对两个基板施加压力以进行键合的过程中，即可通过该挡墙40有效抵抗所施加的压力，限制两个基板相互挤压的程度，避免键合材料被大量挤出。
6.虽然图3所示的键合结构可以有效改善键合材料被大量挤出的问题，但是该键合方式要求额外形成挡墙40，不可避免的增加了制备工序，提高加工成本。


技术实现要素：

7.本发明的目的在于提供一种键合基板的加工方法，用于简化键合基板的加工制程。
8.为此，本发明提供的一种键合基板的加工方法，包括：提供键合基板，所述键合基板上定义有对准标记区、多个芯片区和位于相邻芯片区之间的切割道区；在所述键合基板的表面上形成第一掩模层，所述第一掩模层在所述对准标记区内形成有第一图形结构，在所述切割道区内形成有第二图形结构，并且所述第一掩模层暴露出所述芯片区；以所述第一掩模层为掩模，刻蚀所述键合基板的芯片区，并将所述第一图形结构复制至所述对准标记区内以形成对准标记，同时将所述第二图形结构复制至所述切割道区内以形成键合限位
件；以及，在所述芯片区内形成第一键合垫。
9.可选的，所述第一掩模层的制备方法包括：在所述键合基板上形成掩模材料层；基于一掩模版执行光刻工艺，以在所述掩模材料层中形成所述第一图形结构和所述第二图形结构。其中，所述掩模版上形成有对准标记图案和限位件图案，所述对准标记图案用于定义出所述第一图形结构，所述限位件图案用于定义出所述第二图形结构。
10.可选的，所述第二图形结构包括沿着所述切割道区连续延伸的延伸线；或者，所述第二图形结构包括多个沿着所述切割道区依次排布的条形段。
11.可选的，所述第一键合垫的顶表面低于所述键合限位件的顶表面。
12.可选的，所述第一键合垫的制备方法包括：形成第二掩模层，所述第二掩模层覆盖所述对准标记和所述键合限位件，并在芯片区内形成有第三图形结构；以所述第二掩模层为掩模执行刻蚀工艺，以将所述第三图形结构复制至所述芯片区内，形成凸出于芯片区顶表面的底部支撑垫；以及，去除所述第二掩模层，并在所述底层支撑垫上形成键合材料层，以构成所述第一键合垫。
13.可选的，以所述第一掩模层为掩模刻蚀所述键合基板的芯片区，以使所述芯片区的顶表面下沉0.5μm-2.0μm。
14.本发明还提供了一种掩模版的版图结构，所述掩模版具有对准标记区、多个芯片区和位于相邻芯片区之间的切割道区。以及，所述掩模版上形成有对准标记图案和限位件图案，所述对准标记图案位于所述对准标记区内，所述限位件图案位于所述切割道区。
15.可选的，所述限位件图案为沿着所述切割道区连续延伸的延伸线；或者，所述限位件图案包括多个沿着所述切割道区依次排布的条形段。
16.本发明还提供了一种封装方法，包括：利用如上所述的加工方法对键合基板进行加工，以在所述键合基板的芯片区内形成第一键合垫，在所述键合基板的切割道区内形成键合限位件；以及，将所述键合基板和一器件基板键合，所述器件基板的芯片区内形成有第二键合垫，所述第二键合垫和所述第一键合垫相互键合。
17.可选的，键合所述键合基板和所述器件基板的方法包括：使所述键合基板和所述器件基板相对设置，并对所述键合基板和/或所述器件基板施加压力，以使所述第二键合垫和所述第一键合垫相互熔合，直至键合基板上的键合限位件抵触至所述器件基板上。
18.在本发明提供的键合基板的加工方法中，第一掩模层内同时形成有对准标记的图形结构和键合限位件的图形结构，并通过刻蚀工艺同时形成对准标记和键合限位件，使得键合限位件的制备工序可以融合至对准标记的制备工序中，省略了键合限位件的加工流程，大大减少了工艺步骤，有利于降低加工成本。并且，键合限位件被设置在切割道区内，不需要再额外占据芯片区的空间，实现了芯片面积的有效缩减，同时还可以在切割道区的区域范围内尽可能的增大键合限位件的尺寸，确保键合限位件具有较高的强度以抵抗后续的键合压力。此外，在进行键合封装时，由于键合限位件的存在，能够有效控制对基板的挤压程度，避免出现过压情况而导致键合材料被大量挤出，保障了芯片封装的可靠性。
附图说明
19.图1为键合封装的第一种键合结构。
20.图2为键合封装的第二种键合结构。
21.图3为键合封装的第三种键合结构。
22.图4为本发明一实施例中的键合基板的加工方法的流程示意图。
23.图5为本发明一实施例中的键合基板的加工方法中其第一掩模层的俯视图。
24.图6-图10为本发明一实施例中的键合基板在其加工过程中的剖面示意图。
25.图11-图12为本发明一实施例中的封装方法在其键合过程中的示意图。
26.其中，附图标记如下：
27.10/20-键合垫；
28.30-溢流槽；
29.40-挡墙；
30.100-键合基板；
31.100a-芯片区；
32.110a-第一芯片区；
33.120a-第二芯片区；
34.100b-切割道区；
35.100c-对准标记区；
36.210-第一掩模层；
37.210c-第一图形结构；
38.210b-第二图形结构；
39.220-第二掩模层；
40.220c-第一覆盖部；
41.220b-第二覆盖部；
42.220a-第三图形结构；
43.300c-对准标记；
44.300b-键合限位件；
45.400-第一键合垫；
46.410-底部支撑垫；
47.420-键合材料层；
48.500-器件基板；
49.600-第二键合垫。
具体实施方式
50.本发明的核心构思在于提供一种键合基板的加工方法，具体可参考图4所示，键合基板的加工方法可包括如下步骤。
51.步骤s100，提供键合基板，所述键合基板上定义有对准标记区、多个芯片区和位于相邻芯片区之间的切割道区。
52.步骤s200，在所述键合基板的表面上形成第一掩模层，所述第一掩模层在对准标记区内形成有第一图形结构，在切割道区内形成有第二图形结构，并且所述第一掩模层暴露出所述芯片区。
53.步骤s300，以所述第一掩模层为掩模，刻蚀所述键合基板的芯片区，并将第一图形
结构复制至所述对准标记区内以形成对准标记，同时将第二图形结构复制至所述切割道区内以形成键合限位件，所述键合限位件即凸出于芯片区的顶表面。
54.步骤s400，在所述芯片区内形成第一键合垫。
55.即，本发明中通过将键合限位件的制备工序和对准标记的制备工序相融合，从而不需要再额外执行键合限位件的制备流程，大大减少了工艺步骤，有利于降低加工成本。并且，加工形成的键合基板中其键合限位件位于切割道区内，并不需要再额外占用芯片区的面积，有利于实现芯片面积的有效缩减。此外，在利用该键合基板执行键合封装时，即可利用限位件有效抵抗键合压力，控制基板之间的挤压程度，避免键合材料被大量挤出，保障了芯片封装的可靠性。
56.以下结合附图以及具体实施例对本发明提出的键合基板的加工方法、版图结构和封装方法进一步详细说明。根据下面说明，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。应当认识到，附图中所示的诸如“上方”，“下方”，“顶部”，“底部”，“上方”和“下方”之类的相对术语可用于描述彼此之间的各种元件的关系。这些相对术语旨在涵盖除附图中描绘的取向之外的元件的不同取向。例如，如果装置相对于附图中的视图是倒置的，则例如描述为在另一元件“上方”的元件现在将在该元件下方。
57.在制备键合基板的步骤s100中，具体参考图5和图6所示，提供键合基板100，所述键合基板100上定义有对准标记区100c、多个芯片区100a和位于相邻的芯片区之间的切割道区100b。所述键合基板100例如为晶圆等。
58.本实施例中，所述键合基板100在加工后可用于与另一器件基板(图中未示出)相键合，该器件基板内一一对应的设置有多个芯片区，并在芯片区内还可形成有器件结构等，通过将键合基板100键合至器件基板上，以使得键合基板100的芯片区100a封盖器件基板的芯片区，实现对器件基板内的各个芯片进行芯片封装。
59.进一步的，所述键合基板100上的多个芯片区100a可呈阵列式排布。其中，所述键合基板100上的多个芯片区100a可包括用于封盖功能芯片的第一芯片区(即，图5所示的第一芯片区110a)和用于封盖测试芯片的第二芯片区(即，图5所示的第二芯片区120a)，所述功能芯片例如为器件基板上形成有器件结构的芯片，所述测试芯片例如为器件基板上形成有测试结构或标记结构的芯片。本实施例中，所述对准标记区100c即设置在用于封盖测试芯片的第二芯片区(即，图5所示的第二芯片区120a)内。
60.继续参考图5和图6所示，相邻的芯片区100a之间具有切割道区100b，在后续工艺中通过对切割道区100b进行切割，以分离基板上的多个芯片。以及，键合基板100上的对准标记区100c用于制备对准标记，所形成的对准标记可作为后续光刻工艺的对位靶点，还可作为后续键合工艺时两个基板之间的对位靶点。
61.在制备键合基板的步骤s200中，继续参考图5和图6所示，在所述键合基板100的表面上形成第一掩模层210，所述第一掩模层210暴露出芯片区100a，并在对准标记区100c内中形成有第一图形结构210c，在所述切割道区100b内形成有第二图形结构210b。其中，所述第一图形结构210c对应于对准标记的图形结构，所述第二图形结构210b对应于键合限位件的图形结构。即，所述第一掩模层210同时界定出对准标记的图形结构和键合限位件的图形结构。
62.进一步的，第一掩模层210内的对准标记的图形结构(即，第一图形结构210c)和键合限位件的图形结构(即，第二图形结构210b)还可以由同一掩模版同时定义出，使得键合限位件的制备步骤可以完全融合至对准标记的制备步骤中，省略了额外制备键合限位件的制备工序，有效键合了制备工艺，并可减少加工成本。
63.具体而言，所述第一掩模层210的制备方法例如包括：1)在键合基板100上形成掩模材料层，所述掩模材料层例如为光刻胶层；2)利用一掩模版执行光刻工艺，以在所述掩模材料层中形成所述第一图形结构210c和所述第二图形结构210b。其中，所述掩模版上形成有对准标记图案和限位件图案，所述对准标记图案形成在对准标记区内用于定义出所述第一图形结构210c，所述限位件图案形成在所述切割道区内用于定义出所述第二图形结构210b。
64.具体示例中，键合限位件的图形结构(即，第二图形结构210b)可根据切割道区100c内的具体状况而对应调整。例如，当切割道区100c内未设置有其他组件时，则所述第二图形结构210b可以沿着切割道区100c连续延伸，举例而言，所述第二图形结构210b可以是围绕在所述芯片区100a外围并连续延伸的延伸线，或者，所述第二图形结构210b包括了多个沿着切割道区100c依次排布的条形段。
65.在制备键合基板的步骤s300中，具体结合图5和图7所示，以所述第一掩模层210为掩模，刻蚀所述键合基板100，以将所述第一图形结构210c复制至所述对准标记区100c内而形成对准标记300c，同时将所述第二图形结构210b复制至所述切割道区100b内而形成键合限位件300b。之后，可去除所述第一掩模层210。
66.本实施例中，在第一掩模层210的掩模作用下，刻蚀暴露出的芯片区100a，使得芯片区100a的顶表面下沉，进而在切割道区100b内形成凸出的键合限位件300b，以及在对准标记区100c内形成凸出的对准标记300c。具体的，可对所述芯片区100a刻蚀大约0.5μm-2.0μm的厚度，相应的使所述键合限位件300b相对于芯片区的顶表面的凸起高度h1为0.5μm-2.0μm，更具体的，可使所述键合限位件300b相对于芯片区的顶表面凸起1μm-1.5μm。
67.需要说明的是，本实施例中，通过将键合限位件300b设置在切割道区100b内，而不需要再额外占据芯片区100a的空间，有利于实现芯片面积缩减，同时还可以在切割道区100b的区域范围内尽可能的增大键合限位件300b的尺寸，确保键合限位件300b具有较高的强度以抵抗后续的键合压力。以图3所示的键合结构为例，其挡墙40是设置在芯片区内，需要在芯片区内占用一定的空间，例如挡墙40的宽度尺寸为15μm，挡墙40距离键合垫10的间隔尺寸为30μm，那么即相当于在芯片的单侧即需要额外占用45μm。然而，与图3所示的键合结构相比，本实施例中将键合限位件300b设置在切割道区100b内，并不需要占用芯片区100a的空间，大大缩减了芯片区100a的尺寸。
68.在制备键合基板的步骤s400中，具体参考图8-图10所示，在芯片区100a内形成第一键合垫400。本实施例中，所述第一键合垫400的顶表面低于所述键合限位件300b的顶表面。
69.进一步的，所述第一键合垫400可包括底部支撑垫410和键合材料层420，所述底部支撑垫410可以为凸出于芯片区表面的块状结构，所述键合材料层420形成在所述底部支撑垫410上，从而可利用所述底部支撑垫410提高所述第一键合垫400的整体强度。本实施例中，所述键合材料层420形成在所述底部支撑垫410的顶表面上，还覆盖所述底部支撑垫410
的侧壁。
70.具体示例中，所述第一键合垫400的制备方法例如包括如下步骤。
71.首先参考图8所示，形成第二掩模层，所述第二掩模层覆盖所述对准标记300c和所述键合限位件300b，并在芯片区100a内形成有第三图形结构220a，所述第三图形结构220a对应于键合垫的图形结构。如图8所示，所述第二掩模层包括覆盖对准标记300c的第一覆盖部220c、覆盖键合限位件300b的第二覆盖部220b和形成在芯片区内的第三图形结构220a。
72.继续参考图8所示，以所述第二掩模层为掩模，执行刻蚀工艺，以将第三图形结构220a复制至芯片区100a内，从而在芯片区100a内形成凸出于芯片区顶表面的底部支撑垫410。本实施例中，具体可对所述芯片区100a刻蚀大约1.5μm-2.5μm的厚度，相应的使所形成的底部支撑垫410相对于芯片区的顶表面的凸起高度h2为1.5μm-2.5μm。应当认识到，此时键合限位件300b相对于芯片区顶表面的高度即为第一次凸出高度h1和第二次凸起高度h2之和。
73.接着参考图9-图10所示，去除所述第二掩模层，并在所述底层支撑垫410上形成键合材料层420，以构成所述第一键合垫400。其中，所述键合材料层420例如为金属材料层，所述金属材料层可进一步为铝层、锗层等。以及，所述键合材料层420中位于底部支撑垫410上方的厚度例如为0.4μm-1.2μm。
74.在如上所述的键合基板的加工方法中，其具体可利用同一掩模版同时定义出对准标记300c的图形和键合限位件300b的图形，并在同一刻蚀工艺中将对准标记的图形和键合限位件的图形同时复制至键合基板100内，可以实现在对准标记300c的制备工艺中同时形成了键合限位件300b，节省了限位件的制备工序。
75.具体而言，所采用的掩模版的版图结构中对应的设置有对准标记区、多个芯片区和位于相邻芯片区之间的切割道区。以及，所述掩模版上形成有对准标记图案和限位件图案，所述对准标记图案位于所述对准标记区内，所述限位件图案位于所述切割道区。其中，所述限位件图案例如为沿着所述切割道区连续延伸的延伸线；或者，所述限位件图案包括多个沿着所述切割道区依次排布的条形段。
76.基于如上所述的键合基板，下面对进一步的封装方法进行说明。其中，所述封装方法包括：采用如上所述的加工方法对键合基板进行加工，并将加工后的键合基板和一器件基板相互键合。
77.具体可参考图11-图12所示，对键合基板100进行加工，以在所述键合基板100的芯片区内形成第一键合垫400，在所述键合基板100的切割道区内形成键合限位件300b，以及还在对准标记区内形成对准标记300c。本实施例中，所述键合限位件300b和所述对准标记300c是在同一制备工序中同时形成，两者均凸出于芯片区的顶表面并具有相同的高度。
78.以及，所述器件基板500的芯片区内形成有第二键合垫600，在键合基板100和器件基板500相互键合时，所述第二键合垫600和所述第一键合垫400相互键合。其中，所述第二键合垫600例如为金属垫，该金属垫的材料例如包括铝或锗等。
79.本实施例中，所述第一键合垫400和所述第二键合垫600的高度之和大于所述键合限位件300b的高度，使得第一键合垫400和第二键合垫600预留有足够的互熔量，确保键合充分。例如，所述第一键合垫400(包括底部支撑垫410和键合材料层420)的高度为2μm-3.5μm，所述第二键合垫600的高度为0.5μm-1.5μm，所述第一键合垫400和所述第二键合垫600的
高度之和大约为2.5μm-5μm，则键合限位件300b的高度(对应于第一次凸出高度h1和第二次凸起高度h2之和)可以为2μm-4.5μm。
80.具体参考图11-图12所示，将键合基板100和器件基板500相互键合的过程例如包括：使所述键合基板100和所述器件基板500相对设置，并对所述键合基板100和/或所述器件基板500施加压力，以使所述第二键合垫600和所述第一键合垫400相互接触，并在压力作用下相互挤压，使得第二键合垫600和所述第一键合垫400相互熔合，相应的使键合基板100和器件基板500相互靠近，直至键合基板100上的键合限位件300b的顶表面抵触至所述器件基板500的表面上。
81.在如上所述的封装方法中，由于键合限位件300b的存在，使得对基板的挤压程度得到有效控制，避免了在过压情况下导致键合材料被大量挤出，保障了芯片封装的可靠性。
82.虽然本发明已以较佳实施例披露如上，然而上述实施例并非用以限定本发明。对于任何熟悉本领域的技术人员而言，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案作出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围。
83.还需要说明的是，说明书中对“一个实施例”、“实施例”，“具体实施例”、“一些实施例”等的引用仅指示所描述的实施例可以包括特定特征、结构或特性。而且，这样的短语不一定指相同的实施例。此外，当结合实施例描述特定特征、结构或特性时，无论是否明确描述，结合其他实施例实现这种特征、结构或特性在相关领域技术人员的知识范围内。
84.以及应当理解的是，除非特别说明或者指出，否则说明书中的术语“第一”、“第二”、“第三”等描述仅仅用于区分说明书中的各个组件、元素、步骤等，而不是用于表示各个组件、元素、步骤之间的逻辑关系或者顺序关系等。以及，词语“或”应该被理解为具有逻辑“或”的定义，而不是逻辑“异或”的定义，除非上下文明确表示相反意思。此外，本发明实施例中的方法和/或设备的实现可包括手动、自动或组合地执行所选任务。