用于键合芯片的方法和装置制造方法及图纸

提出了一种用于将芯片（7）键合到衬底（11'）上或键合到其它芯片上的方法，其特征在于，所述芯片（7）通过直接键合来被键合到所述衬底（11'）或者所述其它芯片上。

Methods and devices for bonding chips

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于键合芯片的方法和装置
本专利技术涉及一种用于键合芯片的方法和装置。
技术介绍
在现有技术中描述经由焊料球或具有焊料帽的铜柱（英文Copperpillarswithsoldercaps）来实施芯片到晶圆（C2W）或芯片到芯片（C2C）工艺。然而，焊料球或具有焊料帽的铜柱极大而且使这样产生的芯片的厚度增加。
技术实现思路
因此，本专利技术的任务是说明一种经改善的键合方法或一种经改善的键合装置或一种经改善的产品。该任务利用专利并列权利要求的主题来解决。本专利技术的有利的扩展方案在从属权利要求中说明。由在说明书、权利要求书和/或附图中说明的特征中的至少两个特征构成的全部组合也落入到本专利技术的保护范围内。在所说明的值域的情况下，在所提到的极限之内的值也应明显被看作是极限值并且应该能以任意的组合来要求保护。根据本专利技术，规定了一种用于将芯片键合到衬底、尤其是半导体衬底上或键合到其它芯片上的方法，其中通过直接键合将这些芯片键合到衬底或者其它芯片上。直接键合被理解为直接经由两个表面的相互作用构造的、未形成液相的键合。根据另一术语定义，直接键合被理解为其中不必使用附加材料的键合。直接键合尤其被理解为金属-金属固体键合，尤其是扩散键合、预键合或由预键合引起的熔合键合或者混合键合、也就是说基于熔合键合部分以及金属键合部分的键合。根据本专利技术，还规定了一种用于将芯片键合到衬底或其它芯片上的装置，其中可以通过直接键合将这些芯片键合到衬底或者其它芯片上。根据本专利技术，还规定了一种由芯片构成的芯片堆，其中这些芯片通过直接键合来彼此键合。根据本专利技术，还规定了一种具有芯片的衬底（产品），其中这些芯片通过直接键合来键合至该衬底上。根据本专利技术，能够实现在C2C或C2W层面上的直接键合可能性。有利地，不再需要焊料球或具有焊料帽的铜柱。所产生的芯片堆或产品的厚度变得更小，吞吐量提高而且芯片通信的效率升高。直接键合尤其具有大于0.1J/m2、优选地大于0.5J/m2、还更优选地大于1.0J/m2、最优选地大于2.0J/m2、尤其最优选地大于2.5J/m2的键合强度。直接键合尤其是在小于400℃、优选地小于300℃、还更优选地小于200℃、最优选地小于150℃、尤其最优选地小于100℃的温度下进行。此外，直接键合在不产生液相的情况下进行。本专利技术所基于的思想在于：保持芯片的表面清洁，使得可进行接下来的直接键合步骤。接着，可将这样制备的包括无污染的键合表面的芯片键合到衬底上（英文：chip-to-wafer（芯片到晶圆），C2W）或键合到其它芯片上（英文：chip-to-chip（芯片到芯片），C2C）。在本披露的进一步进程中，衬底或半导体衬底被理解为半导体行业的尚未分离的、尤其是圆形的半成品。特别有利地，衬底是晶圆。衬底可具有任何任意的形状，但是优选地为圆形。衬底的直径尤其是有行业标准。对于晶圆来说，行业常用的直径是1英寸、2英寸、3英寸、4英寸、5英寸、6英寸、8英寸、12英寸和18英寸。但是，根据本专利技术的实施方式原则上可运用任何衬底，与该衬底的直径无关。在本披露的进一步进程中，芯片被理解为通过分离半导体衬底（晶圆）来获得的、大多是矩形的零件。芯片通常包含集成电路，该集成电路在加工半导体衬底时形成。在本披露中，键合表面被理解为在工艺期间将在某一时刻变成键合分界面的部分的表面。特别地，键合表面被理解为在芯片被键合之前该芯片的必须根据本专利技术来处理、尤其是清洁的表面。如果将芯片键合至衬底上，则衬底表面也可被称作键合表面。在一个优选的实施方式中，键合表面是混合键合表面。混合键合表面被理解为如下键合表面，该键合表面由金属区和介电区组成并且借此由金属键合表面部分和介电键合表面部分组成。因此，所有在本披露中提到的通常涉及直接键合的方法和/或装置可应用于混合表面的键合。优选地，金属表面部分和介电表面部分尽可能位于一个平面内。尤其是，金属表面部分相对于介电表面部分凹入或相对于介电表面部分突出小于0.5μm、优选地小于100nm、更优选地小于50nm、最优选地小于10nm。清洁方法在进一步披露中，清洁被理解为通过如下方法中的一个和/或多个方法来除去键合表面的污染：·湿化学清洁，尤其是○用水，尤其是▪含CO2的水○用醇○用酸，尤其是▪甲酸▪柠檬酸▪过氧单硫酸·标准清洁1（SC1）-标准清洁2（SC2）○用碱，尤其是▪NH4OH·等离子体清洁·等离子体灰化·机械清洁，尤其是○刷洗。等离子体清洁被理解为用等离子体的离子化部分对表面的轰击、一般是高能量的轰击。在此，等离子体的离子通过电场和/或磁场来加速而且具有不可忽视的渗入深度。等离子体清洁可伴随着表面的等离子体活化。等离子体灰化被理解为对表面的有机物的清洁工艺、一般是低能量的清洁工艺。清洁在此尤其是通过有机物的尤其是与氧和/或氟或任何其它适合的并且可离子化的氧化剂的氧化而实现。优选地，通过等离子体灰化而被氧化的有机成分从反应室排出。这或者通过等离子体的持续的流动或者通过对等离子体室的连续的充气和排气来实现。然而，在一个更优选的实施方式中，通过化学和/或物理方法在等离子体室之内使被灰化和被氧化的有机成分键合，使得防止这些有机成分回到衬底表面。由此，避免了以等离子体的循环为前提的复杂装置。可选地，在等离子体灰化之后，利用上面提到的液体中的一种或多种液体来执行湿化学清洁，以便借此还进一步改善表面的清洁度和/或待清洁的表面的表面化学，尤其是通过利用适合的、本领域技术人员公知的物质终止该表面来优化表面的清洁度和/或待清洁的表面的表面化学。有利地，该方法用于：除去颗粒、尤其是在等离子体灰化时形成和/或残留在表面上的颗粒。因此，也可通过所提到的方法中的多个方法来执行对键合表面的清洁。该清洁可以在一个芯片上执行或者在多个芯片上同时执行。尤其是，各个芯片可以在两个阶段之间运输时被清洁。自对准在一个优选的实施方式中，芯片被定位并且进行芯片的自对准。自对准（英文：selfalignment）被理解为对对象、在当前情况下是芯片的通过最小化的物理定律来驱动的定位过程。自对准优选地通过如下方式来实现：芯片在键合表面上以极小的静摩擦、尤其是由于在键合表面上沉积的液体引起的极小的静摩擦来驱动到键合表面的特征部之间的位置、尤其是中心的位置。例如，会是可设想的是：例如有四个金属区、尤其是如接触垫那样的金属键合面处在键合表面上，尤其是作为混合键合表面的部分或通道。芯片在其键合表面上同样具有四个区。如果将这种芯片放到液体上，则出发点应该是：更亲水区将定位于更亲水区上方，而更疏水区将定位于更疏水区上方。因此，将出现对准，其中混合键合表面的金属区将被覆盖。本领域技术人员清楚的是，参与自对准的结构的对称性越高，这种自对准就可以实现得越好。属于此的是芯片的几何形状、混合键合表面的金属区之间的距离、金属区的形状等等。优选地，芯片应该是方形的。此外，混合键合表面的金属区优选地同样应该位于所设想的方形的角上。如果在相对应的混合键合区的亲水性与疏水性之间的差异尽可能大，则将会存在另一优点。构造在测试液滴、尤其是水与待测量的表面之间的接触角是对亲水性或疏水性的量度。亲水表面使液滴平坦，因为液体与表面之间的黏着力超过液体的内聚力而占主导，并且因此形成小的接触角。疏水表面导致液滴的球形形本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于将芯片（7）键合到半导体衬底（11'）上或键合到其它芯片上的方法，其特征在于，所述芯片（7）通过直接键合来被键合到所述半导体衬底（11'）或者所述其它芯片上。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于将芯片（7）键合到半导体衬底（11'）上或键合到其它芯片上的方法，其特征在于，所述芯片（7）通过直接键合来被键合到所述半导体衬底（11'）或者所述其它芯片上。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述芯片（7）的键合表面（7b）上进行所述直接键合，其中所述键合表面（7b）是混合键合表面。3.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述芯片（7）被定位而且进行所述芯片（7）的自对准。4.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，为了制造所述芯片（7），将衬底（11）固定在载体（15）上，尤其是固定在胶带上，并且然后将所述衬底（11）分离成所述芯片（7）。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，在将所述衬底（11）固定在所述载体（15）上之前，对所述衬底（11）的键合表面（7b）进行清洁。6.根据权利要求4或5所述的方法，其特征在于，在从所述载体（15）除去期间和/或在运输到其它位置、尤其是键合位置期间，对所述芯片（7）的键合表面（7b）进行清洁，尤其是持续地进行清洁。7.根据权利要求4、5或6所述的方法，其特征在于，所述芯片（7）通过机械分离装置来分离，其中事先已将缝隙（12）引入到所述衬底（11）的键合表面（7b）中。8.一种用于将芯片（7）键合到半导体衬底（11'）或其它芯片上的装置，其特征在于，所述芯片（7）能...

【专利技术属性】
技术研发人员：M温普林格，
申请(专利权)人：EV集团E·索尔纳有限责任公司，
类型：发明
国别省市：奥地利,AT