两步直接接合工艺及其实施工具制造技术

方法包括在第二封装部件上方放置多个第一封装部件，第二封装部件包括第三封装部件。第一封装部件中的第一金属连接件与第二封装部件的相应的第二金属连接件对准。在放置多个第一封装部件之后，实施金属与金属接合以将第一金属连接件接合至第二金属连接件。本发明专利技术还提供了两步直接接合工艺及其实施工具。

【技术实现步骤摘要】
两步直接接合工艺及其实施工具相关申请的交叉引用本申请要求于2013年3月12日提交的标题为“Two-StepDirectBondingProcessesandToolsforPerformingtheSame”的美国临时专利申请第61/778,277号的优先权，其全部内容结合于此作为参考。
本专利技术一般地涉及半导体
，更具体地来说，涉及半导体接合工艺及其实施装置。
技术介绍
直接接合是制造集成电路的通常使用的接合方法。在直接接合的过程中，两个金属凸块接合在一起而没有设置在其中焊料。例如，直接接合可以是铜与铜接合或金与金接合。实施直接接合的方法包括热压缩接合（TCB,有时被称为热压缩接合）。在直接接合工艺的过程中，器件管芯的金属凸块与封装衬底的金属凸块对准且相对放置。施加压力以彼此相对地挤压器件管芯和封装衬底。在接合工艺的期间，还对器件管芯和封装衬底进行加热。通过压缩和升高的温度，器件管芯和封装衬底的金属凸块的表面部分相互扩散，以形成接合件（bond）。厚度小于3μm的焊料层可以添加至器件管芯和封装衬底的金属凸块的每一侧作为相应的金属凸块的顶部。在直接接合的过程中，焊料层彼此相接触，并且与金属凸块的下面的不可流动部分相接合。为允许相互扩散的发生，直接接合通常是一个漫长的过程，有时需要数小时或数天完成。因此，直接接合的生产率很低。
技术实现思路
为了解决现有技术中所存在的缺陷，根据本专利技术的一方面，提供了一种方法，包括：在包括在第三封装部件中的第二封装部件的上方放置多个第一封装部件，其中，所述第一封装部件中的第一金属连接件与所述第二封装部件的相应的第二金属连接件对准；以及在放置所述多个第一封装部件之后，实施金属与金属接合以将所述第一金属连接件接合至所述第二金属连接件。在该方法中，所述第一金属连接件和所述第二金属连接件没有焊料。在该方法中，所述第一金属连接件和所述第二金属连接件中的至少一个包括焊料。该方法进一步包括：在放置所述多个第一封装部件的步骤之前，在底部夹具上方放置所述第三封装部件；在放置所述多个第一封装部件的步骤之后，在所述多个第一封装部件上方放置顶部夹具；以及固定所述底部夹具、所述顶部夹具、所述多个第一封装部件和所述第三封装部件以形成集成夹具装配件。在该方法中，所述顶部夹具包括含有弹性涂层的部分，并且所述顶部夹具的与所述多个第一封装部件的顶面接触的表面被配置为响应于下方的所述多个第一封装部件中相应的一个封装部件的顶面的倾斜程度而倾斜。该方法进一步包括：在所述多个第一封装部件上方堆叠多个重量单元，所述多个重量单元中的每一个都被配置为将重量单独地施加在下方的所述多个第一封装部件中相应的一个封装部件上。该方法进一步包括：放置第一重量件以对所述多个第一封装部件中的第一个施加力；以及放置第二重量件以对所述多个第一封装部件中的第二个施加力，其中，所述第一重量件不同于所述第二重量件。根据本专利技术的另一方面，提供了一种方法，包括：放置底部夹具；在所述底部夹具上方放置第一封装部件，其中，所述第一封装部件其中包括多个第二封装部件；在所述多个第二封装部件上方放置多个第三封装部件；在所述多个第三封装部件上方放置顶部夹具；将所述顶部夹具、所述底部夹具、所述第一封装部件和所述多个第三封装部件固定在一起以形成夹具装配件；以及在所述夹具装配件上实施金属与金属接合。在该方法中，在所述金属与金属接合之后，所述多个第三封装部件中的金属连接件接合至所述多个第二封装部件中的金属连接件以形成接合件，并且所述接合件没有焊料。在该方法中，所述金属与金属接合的步骤包括：加热所述夹具装配件；以及施加压力以将所述多个第三封装部件压向所述多个第二封装部件。该方法进一步包括：形成与所述夹具装配件基本相同的附加夹具装配件；以及在所述夹具装配件上方堆叠所述附加夹具装配件，其中，对所述夹具装配件和所述附加夹具装配件同时实施所述金属与金属接合。该方法进一步包括：在所述金属与金属接合的步骤之前，调节单独施加在所述多个第三封装部件之一上的力。在该方法中，所述多个第二封装部件包括封装衬底，并且所述多个第三封装部件包括器件管芯。根据本专利技术的又一方面，提供了一种装置，包括：至少一个拾取头，被配置为：拾取和放置底部夹具；拾取和放置位于所述底部夹具上方的第一封装部件，所述第一封装部件其中包括多个第二封装部件；拾取和放置位于所述多个第二封装部件上方的多个第三封装部件；拾取和放置位于所述多个第三封装部件上方的顶部夹具；以及将所述顶部夹具、所述底部夹具、所述第一封装部件和所述多个第三封装部件固定在一起以形成夹具装配件；以及控制单元，与所述至少一个拾取头连接，并且被配置为控制所述至少一个拾取头。在该装置中，所述控制单元被配置为控制所述多个第三封装部件与所述多个第二封装部件中的相应封装部件的对准。在该装置中，所述至少一个拾取头和所述控制单元是拾取和放置工具的一部分。在该装置中，所述拾取和放置工具被配置为形成附加夹具装配件，并且所述附加夹具装配件堆叠在所述夹具装配上方。该装置进一步包括：接合工具，被配置为对所述夹具装配件实施金属与金属接合。在该装置中，在所述金属与金属接合期间，所述接合工具被配置为施加并调节施加在所述夹具装配件上的力。在该装置中，在所述金属与金属接合期间，所述接合工具被配置为施加并调节所述夹具装配件的温度。附图说明为了更全面地理解实施例及其优势，现将结合附图所进行的以下描述作为参考，其中：图1至图3是根据一些示例性实施例的在夹具装配堆叠件的形成过程中的中间步骤的截面图；图4示出了根据一些示例性实施例的在夹具装配堆叠件上实施定向接合的接合工具；图5示出了根据一些示例性实施例的直接接合工艺；以及图6至图9C是根据一些示例性实施例的顶部夹具的各种设计。具体实施方式下面，详细讨论本专利技术各实施例的制造和使用。然而，应该理解，本专利技术提供了许多可以在各种具体环境中实现的可应用的概念。所讨论的具体实施例仅为示例性的，而不用于限制本专利技术的范围。根据一些示例性实施例提供了用于实施直接接合的方法和相应的工具。提供了在接合工艺期间的中间步骤。讨论了实施例的变型例。在各个附图和所有的示例性实施例中，相同的参考符号用于指定相同的元件。图1示出了拾取和放置工具100，其被配置为拾取和放置多个部件，并且将部件组装成为夹具装配件。在一些实施例中，拾取和放置工具100包括控制单元102和多个拾取头。图1示意性地示出了拾取头104来表示通过控制单元102进行控制的多个拾取头，以实施包括拾取、放置以及堆叠图1至图3所示的多个不同部件的相应任务。图1还示出了底部夹具22、位于底部夹具22上方的底部封装部件24以及位于底部封装部件24上方的顶部封装部件32的拾取和放置。在一些实施例中，底部夹具22包括具有平坦顶面的面板，将底部封装部件24放置在面板的顶面上。底部夹具22可以由陶瓷、不锈钢、铝、铜、它们任意的合金，或其他形成。底部封装部件24可以是封装衬底带，但是底部封装部件24可以是其他类型的封装部件，诸如中介层晶圆、封装晶圆、器件晶圆等。封装部件26包括在底部封装部件24中，封装部件26可以是封装衬底26，但是封装部件可以是其他类型的封装部件。封装部件26可以彼此完全相同。在一些实施例中，封装部件26是本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种方法，包括：在包括在第三封装部件中的第二封装部件的上方放置多个第一封装部件，其中，所述第一封装部件中的第一金属连接件与所述第二封装部件的相应的第二金属连接件对准；以及在放置所述多个第一封装部件之后，实施金属与金属接合以将所述第一金属连接件接合至所述第二金属连接件。

【技术特征摘要】
2013.03.12 US 61/778,277;2013.04.19 US 13/866,8581.一种半导体接合方法，包括：在底部夹具上方放置封装部件组，其中，所述封装部件组包括多个第一封装部件，所述多个第一封装部件的相邻封装部件彼此接触以形成封装部件组；在所述多个第一封装部件的上方放置多个第二封装部件，其中，所述多个第一封装部件中的第一金属连接件与所述多个第二封装部件的相应的第二金属连接件对准；在所述多个第二封装部件上方放置顶部夹具；使用夹具固定所述底部夹具、所述顶部夹具、所述多个第一封装部件和所述多个第二封装部件以形成集成夹具装配件；在所述多个第二封装部件上方堆叠多个重量单元，其中，所述多个重量单元包括：具有第一重量的第一重量单元；和具有第二重量的第二重量单元，所述第二重量单元不同于所述第一重量单元；以及对所述集成夹具装配件实施金属与金属接合以将所述第一金属连接件接合至所述第二金属连接件。2.根据权利要求1所述的半导体接合方法，其中，所述第一金属连接件和所述第二金属连接件没有焊料。3.根据权利要求1所述的半导体接合方法，其中，所述第一金属连接件和所述第二金属连接件中的至少一个包括焊料。4.根据权利要求1所述的半导体接合方法，其中，所述顶部夹具包括含有弹性涂层的部分，并且所述顶部夹具的与所述多个第二封装部件的顶面接触的表面被配置为响应于下方的所述多个第二封装部件中相应的一个封装部件的顶面的倾斜程度而倾斜。5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述多个重量单元中的每一个都被配置为将重量单独地施加在下方的所述多个第二封装部件中相应的一个封装部件上。6.根据权利要求1所述的半导体接合方法，进一步包括：第一重量件对所述多个第二封装部件中的第一个施加力；以及第二重量件对所述多个第二封装部件中的第二个施加力。7.一种半导体接合方法，包括：放置底部夹具；在所述底部夹具上方放置第一封装部件组，其中，所述第一封装部件组包括多个第二封装部件，所述多个第二封装部件的相邻第二封装部件彼此接触以形成所述第一封装部件组；在所述多个第二封装部件上方放置多个第三封装部件；在所述多个第三封装部件上方放置顶部夹具；使用夹具将所述顶部夹具、所述底部夹具、所述第一封装部件和所述多个第三封装部件固定在一起以形成夹具装配件；在所述多个第三封装部件上方堆叠多个重量单元，其中，所述多个重量单元包括：具有第一重量的第一重量单元；和具有第二重量的第二重量单元，所述第二重量单元不同于所述第一重量单元；以及在所述夹具装配件上实施金属与金属...

【专利技术属性】
技术研发人员：萧义理，史达元，董志航，余振华，
申请(专利权)人：台湾积体电路制造股份有限公司，
类型：发明
国别省市：中国台湾;71