用于將芯片接合到襯底的壓力傳遞設備的制作方法
【專利摘要】本發明涉及一種用于將多個芯片(13)接合到襯底(12)上的壓力傳遞設備，具有：-壓力主體(2)，用于將沿接合方向(B)起作用的接合力施加到芯片(13)，壓力主體(2)具有第一壓力側(2o)和對接合方向(B)橫向分布的相對第二壓力側(2f)，-固定部件(8，8’，8”)，能夠附連到壓力傳遞設備(1)的周邊，用于將壓力傳遞設備(1)沿接合方向(B)固定在保持主體(9)上，以及-滑動層(3)，用于壓力主體(2)對接合方向(B)的橫向滑動移動。
【專利說明】用于將芯片接合到襯底的壓力傳遞設備
【技術領域】
[0001]本發明涉及如權利要求1所述的用于將多個芯片接合到襯底的壓力傳遞設備以及如權利要求8所述的用于將多個芯片接合到襯底的接合裝置。
【背景技術】
[0002]在半導體工業中，存在用于將不同功能單元相互連接、特別是接合的多種可能性。這些可能性之一是芯片到晶圓(C2W)方法，其中將單獨芯片單獨地接合到襯底。另一個重要方法是所謂的“高級芯片到晶圓”(AC2W)方法，其中首先將芯片臨時地(暫時地)連接到襯底，并且永久連接在接合步驟中一起進行，其中所有芯片同時永久接合到襯底。在該接合步驟中，在將芯片壓到襯底上(接合力)的同時，對芯片和襯底進行加熱。
[0003]例如由于加熱期間的熱膨脹，上述壓力和加熱過程特別是對于變為越來越小的結構造成技術問題。
【發明內容】
[0004]因此，本發明的任務是給出壓力傳遞設備或者接合裝置，通過其，能夠優化上述方法并且在接合時的廢品為最少。
[0005]這個任務通過如權利要求1和8所述的特征來解決。在從屬權利要求中給出本發明的有利改進方案。在說明書、權利要求書和/或附圖中給出的特征的至少兩個的全體組合也落入本發明的范圍之內。在值范圍的情況下，位于所指示極限之內的值也將被認為作為邊界值來公開，并且將在任何組合中要求保護。
[0006]本發明的基本思路是壓力傳遞設備如此布置用于將多個芯片接合到襯底，使得將其構造成允許壓力主體對接合方向B橫向的滑動移動。但是，如果設置有用于限制對接合方向B的橫向滑動移動的限制部件、特別是采取用于將壓力傳遞設備沿接合方向B固定在保持主體上的固定部件的形式，則是有利的。具有AC2W方法的本發明的使用是特別有利的，其中將芯片暫時連接到襯底，并且然后在接合過程中使用壓力傳遞設備的情況下接合。此外，如果在壓力傳遞之前，到接合溫度的加熱過程至少大部分完成，則根據本發明是有利的。這樣，與采用沿接合方向B的緊貼接合力的情況下相比，壓力主體能夠更自由地對接合方向B橫向滑動。
[0007]特別是半導體，優選地是晶圓可能作為襯底。
[0008]通過本發明至少在很大程度上解決了在壓力傳遞設備與芯片表面之間在接合時發生的熱應力的技術問題，這是因為只有壓力主體本身的應力是相關的，這是因為它通過根據本發明的滑動層與對接合方向B橫向的滑動層的另一側上的所有組件至少大部分分離。因此，滑動層允許與其相接的組件的幾乎完全無摩擦相對移動。根據本發明，將滑動層特別構造為優選主要含碳的固體。優選地將其基面尤其至少大部分與接合方向B垂直對齊的石墨選擇作為材料。
[0009]按照本發明的有利實施形式規定，固定部件構對接合方向B橫向造成成彈性的。因此，同時，固定部件能夠提供沿接合方向B的壓力傳遞設備的結合，同時允許壓力主體對接合方向B的橫向滑動移動。同時，固定部件能夠按照這種方式充當上述限制部件，并且因此能夠承擔多個根據本發明的功能。
[0010]在這里，如果固定部件構造為用于沿保持主體的方向夾持壓力主體的夾具、特別具有布置在其之間的滑動層，則這是特別有利的。這種布置能夠特別容易并且節省空間地來實現，并且執行上述多個功能。
[0011]在本發明的改進方案中規定，壓力主體、特別是關于材料和/或尺寸，如此選擇使得它至少沿接合方向B的橫向的熱膨脹性質對應于產品襯底的熱膨脹性質。優選地選擇襯底和/或芯片的材料作為材料。如果特別是對接合方向B的橫向上，壓力主體的尺寸與襯底的尺寸基本一致，則根據本發明是特別有利的。熱膨脹性質特別是包括壓力主體和/或襯底和/或芯片的熱膨脹的系數。非排他地具體來說，能夠使用諸如金屬、陶瓷、塑料或者合成材料之類的材料類。具體來說是S1、CTE匹配玻璃、因此其熱膨脹系數與產品襯底相適應的玻璃、低CTE金屬等。CTE匹配玻璃和低CTE金屬在英語名稱的情況下也稱為“CTE matched glass”和“low CTE metals”。其熱傳導性極高的材料特別是優選的。娃的熱膨脹系數例如是大約2.6^10-?-10產品襯底和根據本發明的實施形式的熱膨脹系數的差的絕對量小于10=KKr6IT1,優選地小于1=KKr6IT1,更優選地小于ι^ιο?τ1,最優選地小于0.1^KT6IT1,最為優選地小于0.0l^Kr6IT1,最理想地為O K'
[0012]通過設置有至少沿接合方向B是彈性的并且特別是在芯片的中間空間上至少部分中斷的層以用于壓力平衡，通過該壓力傳遞設備還平衡沿接合方向B的膨脹、應力和高度差，使得可實現均勻壓力施加。因此，彈性層用作補償層。特別地，彈性層具有的彈性模量在I MPa與10 GPa之間，優選地在I MPa與10 GPa之間，甚至更優選地在I MPa與I GPa之間。優選材料是聚合物。有效各向同性彈性模量大約為I MPa的橡膠用作彈性模量的對比值。纖維增強聚合物是優選的，其沿纖維的縱軸的有效彈性模量大約為100 GPa0它們標志彈性材料的上限。
[0013]在本發明的另一個有利實施形式中規定，在壓力主體與芯片之間，設置有硬的、特別是在芯片的中間空間上至少部分中斷的層，以用于到芯片上的直接壓力傳遞。該硬層具有比彈性層要高的彈性模量(特別是兩倍大)，其中硬層用作保護層。具體來說，硬層還用來構造平面表面，特別是其中平均表面粗糙度小于10 μπι，優選地小于I ym，甚至更優選地小于100 nm，最優選地小于10 nm。硬層優選地構造為超硬層。優選材料是金屬和陶瓷，特別是鐵材料、非鐵金屬、硬金屬、氮化物層、碳化物層、硼化物層和氧化物陶瓷。硬層沿接合方向B的厚度小于10 mm,更優選地小于5 mm,甚至更優選地小于2 mm,最最優選地小于500 μ m,更為優選地小于100 μ m。
[0014]有利地，按照另一個實施形式規定，壓力主體具有固定位點，其布置在第一壓力側的周邊，特別是采取優選環形凹槽的形式。這樣，壓力主體在保持主體上的節省空間的固定是可能的，其中由于在接合期間從保持主體直到要接合的芯片的可能熱傳遞，沿接合方向B盡可能薄的壓力傳遞設備的擴展方案是有利的。
[0015]壓力傳遞設備的所述特征類似地適用于根據本發明的接合裝置。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0016]通過優選示范實施例的以下描述并且根據附圖，將得出本發明的其它優點、特征和細節。它們在以下附圖中示出:
圖1示出根據本發明的接合裝置的示意側視圖，
圖2a示出第一實施形式中根據本發明的的接合裝置的示意詳細視圖，
圖2b示出壓力傳遞設備的根據本發明的另一個實施形式的示意視圖，
圖2c示出另一個實施形式中的根據本發明的壓力傳遞設備的示意側視圖，
圖3a示出根據本發明的接合裝置的另一個實施形式的示意詳細視圖，
圖3b示出另一個實施形式中根據本發明的壓力傳遞設備的示意側視圖，以及圖3c示出另一個實施形式中根據本發明的壓力傳遞設備的示意側視圖。
【具體實施方式】
[0017]相同或等效組件在附圖中采用相同參考標號來標識。
[0018]圖1示出接合裝置的示意性并且高度簡化表示，其具有殼體11，殼體11包圍接合室16，該殼體11能夠經由未示出的開口來裝載和卸載，并且該開口能夠采用未示出的門來封閉。在接合室16中，能夠調整定義的大氣壓和溫度，對其能夠設置對應進料管線和排料管線或加熱部件。特別是，保持主體9和/或容器10用作加熱部件。
[0019]在接合室16的底板上，設置用于接納產品襯底14的容器10，其中產品襯底的固定能夠特別是通過真空通路、機械夾持或者通過靜電進行。
[0020]產品襯底14由襯底12 (其平放在容器10上并且固定到容器10)和芯片13 (其暫時固定在襯底12上)組成，并且設置接合裝置用于對其的永久固定。
[0021]在容器10上方，設置保持主體9，其中保持主體9能夠相對于容器10、也就是沿X、Y和Z方向相對移動。保持主體9優選地還能夠圍繞X、Y和/或Z軸轉動，以便平衡楔入故障或者改進相互之間表面的取向。相對移動優選地通過保持主體9的移動進行，同時容器10是剛性的或者沒有任何自由度。
[0022]在將產品襯底14裝載到接合室16中并且將壓力傳遞設備I附連到保持主體9的下側9u之后，壓力傳遞設備I相對于產品襯底14來對齊并且降低，直到壓力傳遞設備I鄰接其側面Iu (其與產品襯底14相對)，并且通過沿接合方向B的移動的對應控制來將限定接合力施加到芯片13的芯片表面13ο上。同時或者隨后，將產品襯底14加熱到接合溫度。該過程由控制設備來控制。
[0023]圖2a中詳述壓力傳遞設備I和產品襯底14，其中為了表示目的而使所示部分的關系是聞度不意性的，以及特別是芯片13不是對應于真正事實。
[0024]在按照圖2a的第一所示實施形式中，除了所有實施方式均具有的壓力主體2之夕卜，壓力傳遞設備I還具有保持主體4，其經由采取多個夾在壓力主體2和保持主體4的周邊上的夾具的形式的固定部件8夾持到壓力主體2。
[0025]在壓力主體2與保持主體4之間，特別是整個表面地設置有滑動層3，通過其實現壓力主體2對接合方向B的橫向滑動移動。
[0026]壓力主體2和保持主體4構造成特別是接近鏡像的(在滑動層3上反射)。
[0027]壓力傳遞設備I通過固定部件8、特別是夾具上成型的支臂8a來固定在接合裝置的保持主體9上。作為替代或補充，保持主體4能夠通過真空通路固定在保持主體9上。
[0028]固定部件8具有U形段8u，在其支臂之間實現與保持主體4的壓力主體2的夾持。因此，U形段8u圍繞壓力主體2和保持主體4的周邊的一部分。為了嚙合U形段8u，在第一壓力側2ο的壓力主體2上布置固定位點17，特別是采取壓力主體2的周邊上的特別優選的環形凹槽的形式。在對接合方向B的橫向，在固定位點設置余隙18，使得實現壓力主體2對接合方向B的橫向滑動移動。
[0029]U形段8u的相對支臂嚙合保持主體4的對應固定位點，其中在這里優選地設置有沒有余隙的固定。
[0030]壓力元件5附連在背向滑動層3的壓力主體2的第一壓力側2ο上，確切地說在沿X和Y方向、因此沿第一壓力側20的與襯底12上芯片13對應的位置上。壓力元件5由彈性層6 (其與芯片13之間的中間空間15分別對應被中斷)和硬層7 (其分別施加到彈性層6上)組成。同樣，硬層在中間空間15的區域中與彈性層6類似地被中斷，使得在壓力施加至Li芯片13的情況下,對接合方向橫向伸展的可能側力為最小。
[0031 ] 在壓力施加到具有壓力表面Iu的芯片13的情況下，在這里在硬層7的表面7ο上，其中壓力元件5的重心5s分別以單獨芯片13的重心13s為中心來對齊。壓力元件5因壓力主體2和襯底12的相似或相同熱膨脹系數并且因壓力主體2對接合方向B橫向的在很大程度上無摩擦相對移動而完全跟隨芯片13，使得沒有引起橫向位移和橫向力。
[0032]圖2b中，設置有簡化固定部件8’，其中壓力主體2和保持主體4的固定通過經修改的固定部件8’來實現，經修改的固定部件8’排他地固定在壓力主體2的固定位點而不是保持主體4，使得實現沿接合方向在壓力主體2與保持主體9之間的固定。具有余隙18的壓力主體2和滑動層3的運動學是圖2a中的運動學。因此，以更簡單實施得到改變的壓力傳遞設備I’，因為更簡單實現固定部件8，和保持主體4’。
[0033]在按照圖2c的實施形式中，省略保持主體4，并且滑動層3直接設置在壓力主體2與保持主體9之間。得出改變的壓力傳遞設備1”，其構造成比上述壓力傳遞設備1、1’更為簡單，因為能夠省略保持主體4、4’，以及壓力傳遞設備I ”能夠構造成更薄并且倘若保持主體9產生熱量，更好地傳遞熱量。
[0034]相反，在圖3a所示的實施方式中，省略圖2a至圖2c所示的壓力元件5，使得壓力主體2的第一壓力側2ο承擔硬層7的功能。在壓力主體2與保持主體4之間設置彈性層6’。在彈性層6’與壓力主體2之間的界面上，設置滑動層3，而固定部件8對應于圖2a的固定部件8。因此，得到壓力傳遞設備Γ”的改變實施方式。
[0035]在這個實施方式中第一壓力側2ο充當壓力表面lu’，通過其將壓力施加到芯片13的芯片表面13ο。
[0036]在圖3b所示的實施方式中，對應于圖2b所示的實施方式，設置固定部件8’，其省略與保持主體4’的嚙合。因此，得到壓力傳遞設備I””的改變實施方式。
[0037]在圖3c所示的壓力傳遞設備I””’的實施中，對應圖2c所述的實施省略保持主體4、4’保持主體4、4’。相應地，還使用與固定部件8”類似的固定部件。
[0038]參考標號列表
1，1’，1〃，1〃’，1〃〃壓力傳遞設備 lu, lu’壓力表面 2壓力主體2ο第一壓力側2f第二壓力側3滑動層4，4’保持主體5壓力元件6，6’彈性層7硬層
8，8’，8〃固件部件8a支臂8u u形段9保持主體9u下側10容器11殼體12襯底13芯片13ο芯片表面13s 重心14產品襯底15中間空間16接合室17固定位點18余隙接合方向B
【權利要求】
1.一種用于將多個芯片(13)接合到襯底(12)上的壓力傳遞設備，具有: -壓力主體(2)，用于將沿接合方向(B)起作用的接合力施加到所述芯片(13)，其中所述壓力主體(2)具有第一壓力側(2ο)和對所述接合方向(B)橫向伸展的相對第二壓力側(2f)， -能夠附連到所述壓力傳遞設備(I)的周邊的固定部件(8，8’，8”)，用于將所述壓力傳遞設備(I)沿所述接合方向(B)固定在保持主體(9)上，以及 -滑動層(3)，用于所述壓力主體(2)對所述接合方向(B)的橫向滑動移動。
2.如權利要求1所述的壓力傳遞設備，所述固定部件(8，8’，8”)對所述接合方向(b)橫向地構造為彈性的。
3.如以上權利要求中的任一項所述的壓力傳遞設備，其中，所述固定部件(8，8’，8〃)構造為夾具，用于沿所述保持主體(9)的方向夾持所述壓力主體(2)，特別是具有布置在其之間的滑動層(3)。
4.如以上權利要求中的任一項所述的壓力傳遞設備，其中，所述壓力主體(2)、特別是相對材料和/或尺寸如此選擇使得其至少沿所述接合方向(B)的橫向的熱膨脹性質對應于所述襯底(2)的熱膨脹性質。
5.如以上權利要求中的任一項所述的壓力傳遞設備，其中，設置有至少沿所述接合方向⑶是彈性的并且特別是在所述芯片(13)的中間空間(15)上被中斷的層(6)以用于壓力平衡。
6.如以上權利要求中的任一項所述的壓力傳遞設備，其中，在所述壓力主體(2)與所述芯片(13)之間，設置有硬的、特別是在所述芯片(13)的中間空間(15)上被中斷的層(7)以供到所述芯片(13)上的直接壓力傳遞。
7.如以上權利要求中的任一項所述的壓力傳遞設備，其中，所述壓力主體(2)具有布置在所述第一壓力側(2ο)的周邊、特別是采取優選環形凹槽形式的固定位點。
8.一種用于將多個芯片(13)接合到襯底(12)上的接合裝置，具有: -如以上權利要求中任一項所述的壓力傳遞設備(I)， -所述保持主體(9)， -容器(10)，用于接納所述襯底(12)， -加熱部件，用于加熱所述芯片(13)和所述襯底(12)， -驅動部件，用于特別是通過所述保持主體(9)沿所述接合方向(B)的移動來產生所述接合力。
【文檔編號】H01L21/67GK104303281SQ201280043727
【公開日】2015年1月21日 申請日期:2012年3月16日 優先權日:2012年3月16日
【發明者】M.溫普林格, A.西格爾 申請人:Ev 集團 E·索爾納有限責任公司