用于基板的自组装的方法和依此获得的设备技术

本申请公开了用于基板的自组装的方法和依此获得的设备。公开了一种在基板上定义具有不同表面液体张力属性的区域的方法，所述方法包括：提供基板，该基板带有具有第一表面液体张力属性的主表面，该主表面至少部分地覆盖有籽晶层，且还包括形成于所述籽晶层上的至少一个微凸块，藉此将部分籽晶层暴露在外；图案化所暴露的籽晶层，藉此暴露出部分主表面，用于形成封围主表面的区域的至少一个闭环结构；以及化学处理晶片的主表面，藉此在所述至少一个闭环结构和至少一个凸块的表面上生成第二表面液体张力属性，该第二表面液体张力属性显著不同于所述主表面的第一表面液体张力属性。

【技术实现步骤摘要】
用于基板的自组装的方法和依此获得的设备
本专利技术涉及半导体光电子和MEMS封装领域，更具体地，涉及用于将半导体、光电子和MEMS设备自组装成功能性系统的方法。
技术介绍
将微米级别和纳米级别的半导体设备集成为多功能系统是半导体封装领域的主要挑战之一。挑战来自于制造不同的半导体设备所需的制造步骤的不兼容性。作为这种不兼容性的结果，不能采用单片集成方案（其中诸设备在共同的基板上制造）。因此，在多样化功能性系统中，半导体设备被分开制造，且在随后的阶段被组装，以形成多功能系统。机器人拾-放是用于将分立的半导体设备组装和封装成功能性系统的常用方法。该技术已经被用于大规模半导体设备的集成，且已被证明是准确且可靠的。然而，随着半导体设备尺寸继续缩小，该组装技术变得不那么可取。机器人拾-放方法的主要劣势在于，其没有提供用于组装小型半导体设备（包括数以百计甚至千计的精细间距的微凸块）的所需准确度。此外，鉴于机器人拾-放技术的顺序性特点，产量相当地低，由此导致形成多功能系统的整体工艺变得昂贵。一种替代机器人拾-放的可选封装方案是半导体设备的自组装（SA）。自组装（SA）的使用允许元件自发组织成有序的图案和结构而不需人工干预。结果，SA具有并行的特点，且可应用于宽的半导体设备尺度范围。Fukushima等人（Fukushima,T.；Ohara,Y.；Murugesan,M.；Bea,J.-C.；Lee,K.-W.；Tanaka,T.；Koyanagi,M.）著述有"Self-assemblytechnologieswithhigh-precisionchipalignmentandfine-pitchmicrobumpbondingforadvanceddie-to-wafer3Dintegration（用于先进的管芯到晶片3D集成的，采用高精度芯片对准和精细间距微凸块接合的自组装技术）"，电子组件和技术会议(ECTC)（ElectronicComponentsandTechnologyConference），2011IEEE61st,vol.,no.,pp.2050-2055，2011年5月31日-2011年6月3日，描述了利用形成在接合表面上的铟/金微凸块阵列的半导体基板SA方法。然而，半导体基板的精确对准依然是个问题。这是因为半导体基板的精确对准高度依赖于相对于精细间距的微凸块的疏水区域的形成。结果，疏水区域形成期间的误差可导致小滴限制区（小滴限制区受疏水区的控制）和微凸块之间的偏移。该偏移对于具有精细间距的微凸块的半导体设备的组装而言事关重大。这种偏移可导致精细间距的微凸块之间的短路或是弱连接，藉此危害功能性系统的产率。此外，所给出的方法并未提供用于保护包括氧化材料的微凸块（其在半导体制造中是常用的）免于氧化的任何预防措施。所提议的SA方法的又一缺点是使用热压缩来持久接合半导体基板，此举可损害某些包含对该步骤期间施加的高温以及力敏感的设备的半导体基板。另外，在高温下的最终热压缩可引起归因于CTE失配的某种偏移。因此，需要提供一种SA方法，其提供具有精细间距的微凸块的设备的高组装准确度，且兼容于常规的处理流程。
技术实现思路
本专利技术的一个目标是提供一种方法，其实现半导体光电子和MEMS设备的高准确度的自组装（SA），藉此克服现有技术的缺陷。本专利技术的又一目的是提供一种SA方法，其兼容于用于形成包括氧化材料的精细间距的微凸块的常规处理流程。根据本专利技术，利用显示权利要求的技术特征的方法和系统来实现这些和其他目的。在本专利技术的第一方面中，提出一种方法，用于通过在基板上定义具有不同的表面液体张力属性的区域来实现基板的SA，该方法包括以下步骤：a)提供带有主表面的基板，该主表面具有第一表面液体张力属性，该主表面至少部分地以籽晶层所覆盖，且还包括在所述籽晶层上形成的至少一个微凸块，藉此将部分籽晶层暴露在外；b）图案化所暴露的籽晶层，藉此暴露出部分主表面，并且形成至少一个闭环结构，该闭环结构封围所述主表面的一区域，以及；c）化学处理所述基板的所述主表面，藉此在所述至少一个闭环结构和所述至少一个微凸块的表面上形成第二表面液体张力属性，所述第二表面液体张力属性显著不同于所述主表面的所述第一表面液体张力属性。在根据本专利技术的第一方面的实施例中，通过在基板的主表面上提供至少一个闭环结构用于限定在SA期间使用的液态小滴，可改进SA准确度。其中基板可包括半导体、光电子或MEMS设备。所述至少一个封闭结构被图形化于所暴露出的籽晶层上，其中该籽晶层包括导电材料，例如Cu、TiN、Ti、TiW、Ta、TaN、Al、Sn。所述微凸块也包括导电焊料材料，例如基于Cu的焊料、基于CuSn的焊料、基于AuSn的焊料、基于In的焊料。该实施例的优点在于所述至少一个闭环结构和所述至少一个微凸块在图案化籽晶层的同一处理步骤被加以限定。因此，缘于处理工具误差的偏移被最小化。在根据本专利技术的第一方面的又一实施例中，通过化学处理来功能化基板的主表面，藉此形成不同表面液体张力属性的区域，用于限定在SA期间使用的液态小滴。该步骤包括沉积材料，该材料被选中以为所述至少一个闭环结构和所述至少一个焊料凸块的表面提供第二表面液体张力属性，其不同于主表面的液体表面张力属性。主表面的功能化对应于在SA期间所要使用的液体小滴的化学成分。例如，在使用水基液体小滴的情况下，所述至少一个闭环结构和所述至少一个微凸块的表面可提供有疏水属性，而主表面可提供有亲水属性。被选中用于沉积的材料可属于端硫基自组装单分子层（SAM）的类别，其可由在所述至少一个闭环结构和至少一个微凸块的表面上所存在的导电材料选择性吸收，从而使这些表面呈现疏水性。应理解的是，可根据被选中用于沉积的材料来调整表面液体张力区域的极性，因此本专利技术不限于该实施例。该实施例的一项优势在于，端硫基SAM兼容于常规处理流程，且可由气相或由液相来沉积这些端硫基SAM。此外，由于端硫基SAM被特定材料选择性吸收，可局部地执行主表面的功能化以得到不同表面液体张力属性的区域。此外，水基液体小滴可能导致所述至少一个闭环结构和所述至少一个微凸块的表面的氧化。在这种情况下，端硫基SAM防止所述至少一个闭环结构和所述至少一个微凸块的表面在SA方法期间被氧化。通过使用具有不和导电表面反应的化学成分（例如，轻度稀释的酸、基于酸的液体、包括有机材料（如熔剂）的低粘性液体、环氧胶、粘合剂）的液体小滴、可进一步防止氧化。在根据本专利技术的第一方面的又一个实施例中，化学处理主表面的步骤涉及清洁步骤，该清洁步骤在沉积端硫基SAM之前、且在图案化用于形成所述至少一个闭环结构的籽晶层之后执行。清洁步骤从所述至少一个闭环结构和所述至少一个微凸块的表面上移除了在处理基板的主表面期间所留下的任何杂质。该实施例的优势在于，通过清洁将被提供有不同表面液体张力的表面，可增强端硫基SAM的吸收率。结果，疏水的和亲水的区域之间的接触角差别将更高，藉此改进了SA方法的准确度。在本专利技术的第二方面中，用于自组装基板的方法包括以下步骤：a)提供根据本专利技术的第一方面的第一基板，该第一基板具有形成于主表面上的至少一个闭环结构；b)在所述第一基板的主表面上供给液体小滴；c)提供至少一个根据本专利技术的第一方本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
2012.08.24 EP 12181742.31.一种在基板上定义具有不同表面液体张力属性的区域的方法，该方法包括以下步骤：a.提供带有主表面(102)的基板(101)，所述主表面(102)具有第一表面液体张力属性，所述主表面至少部分地以籽晶层(103)所覆盖，且还包括在所述籽晶层上形成的至少一个微凸块(105)，藉此将部分籽晶层暴露在外；b.图案化所暴露的籽晶层(103)，藉此暴露部分所述主表面(102)，并从所述籽晶层(103)形成至少一个闭环结构(107)，所述至少一个闭环结构(107)封围所述主表面(102)的区域并且还封围所述至少一个微凸块(105)，以及；c.化学处理所述基板的所述主表面(102)，藉此在所述至少一个闭环结构(107)和所述至少一个微凸块(105)的表面上形成第二表面液体张力属性，所述第二表面液体张力属性显著不同于所述主表面(102)的所述第一表面液体张力属性，其中所述第二表面液体张力属性是液体疏离性的。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(c)还包括在所述基板的所述主表面(102)上沉积材料的步骤，所沉积的材料被选中以为所述至少一个闭环结构和所述至少一个微凸块的表面提供所述第二表面液体张力属性。3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所沉积的材料是端硫基自组装单分子层。4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述材料是从液相或气相沉积的。5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述至少一个闭环结构和所述至少一个微凸块的表面包括导电材料。6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(c)还包括清洁所述至少一个闭环结构和所述至少一个微凸块的表面的步骤。7.一种自组装基板的方法，包括以下步骤：a.提供第一基板(101)，其具有形成在主表面(102)上的至少一个闭环结构(107)，以及提供至少一个第二基板(302)，其具有至少一个闭环结构(307)，所述第一基板和所述第二基板均通过以下来提供：提供带有主表面的基板，所述主表面具有第一表面液体张力属性，所述主表面至少部分地以籽晶层所覆盖，且还包括在所述籽晶层上形成的至少一个微凸块，藉此将部分籽晶层暴露在外；图案化所暴露的籽晶层，藉此暴露部分所述主表面，并从所述籽晶层形成至少一个闭环结构，所述至少一个闭环结构封围所述主表面的区域并且还封围所述至少一个微凸块；以及化学处理所述基板的所述主表面，藉此在所述至少一个闭环状结构和所述至少一个微凸块的表面上形成第二表面液体张力属性，所述第二表面液体张力属性显著不同于所述主表面的所述第一表面液体张力属性，其中所述第二表面液体张力属性是液体疏离性的；其中所述至少一个第二基板(302)的所述至少一个闭环结构(307)中的至少一个具有和所述第一基板的所述至少一个闭环结构(107)中的至少一个相同的布局，b.在所述第一基板(101)的主表...

【专利技术属性】
技术研发人员：P·索萨，张文奇，S·阿米尼，
申请(专利权)人：IMEC公司，
类型：发明
国别省市：