申请/专利权人：湖北芯研投资合伙企业(有限合伙)

申请日：2023-07-05

公开（公告）日：2024-04-02

公开（公告）号：CN116525475B

主分类号：H01L21/603

分类号：H01L21/603;H01L21/68

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.04.02#授权;2023.08.18#实质审查的生效;2023.08.01#公开

摘要：本发明公开了一种基于预定位自补偿式对准的晶圆级混合键合方法，包括：在上层芯粒晶圆上制备Cu+焊帽凸点结构，经裂片后涂敷粘合剂并进行图形化压印和预固化，成型后的粘合剂高度低于凸点高度，形成正高度差；在下层晶圆上制备Cu+焊块凸点结构后涂敷粘合剂并进行图形化压印和预固化，成型后的粘合剂形成预定位台阶且粘合剂高度高于凸点结构，形成负高度差；键合时通过下层晶圆高速旋转产生的离心力以及预制粘合剂台阶完成预定位，同时下层晶圆凸点结构直径大于上层芯粒凸点结构直径，形成具有预定位自补偿对准功能的凸点键合方式。本发明能有效解决传统晶圆级混合键合工艺中晶圆级混合键合偏移大、预对准时间长、键合强度不高的问题。

主权项：1.一种基于预定位自补偿式对准的晶圆级混合键合方法，其特征在于，包括如下步骤：（1）提供上层芯粒晶圆和下层晶圆，并在上层芯粒晶圆上制备Cu+焊帽凸点结构，在下层晶圆中制备TSV结构，在下层晶圆上制备Cu+焊块凸点结构；所述Cu+焊帽凸点结构中的焊帽高度为1～5μm，所述Cu+焊块凸点结构中的焊块高度为1～5μm；（2）将上层芯粒晶圆裂片成上层芯粒后，在该上层芯粒上涂敷芯粒粘合剂至上层芯粒凸点周围并完全覆盖凸点结构，在下层晶圆上涂敷晶圆粘合剂至下层晶圆凸点周围并完全覆盖凸点结构；（3）在芯粒粘合剂上使用芯粒粘合剂图形化纳米压印模具通过纳米压印技术进行图形化压印和预固化露出Cu+焊帽凸点结构，形成该凸点结构与芯粒粘合剂之间正的高度差；在晶圆粘合剂上使用晶圆粘合剂图形化纳米压印模具，通过纳米压印技术进行图形化压印和预固化制作，使得晶圆粘合剂两侧为用于预定位的台阶结构、相邻之间为凹槽结构，并露出Cu+焊块凸点结构，形成该凸点结构与晶圆粘合剂之间负的高度差；其中，所述下层晶圆凸点结构的直径大于上层芯粒凸点结构的直径，所述上层芯粒凸点结构高出芯粒粘合剂尺寸为1～5μm，所述下层晶圆凸点结构低于晶圆粘合剂尺寸为1～5μm；（4）将步骤（3）制备的上层芯粒倒装入晶圆粘合剂的凹槽结构内，并高速旋转下层晶圆，使上层芯粒在离心力的作用下紧贴于晶圆粘合剂台阶远端侧壁，完成上层芯粒与下层晶圆预定位；之后通过键合装置施加压力，使上层芯粒正的凸点突出与下层晶圆负的凸点凹陷自补偿式互相接触，同时使凸点周边的两粘合剂相互对准接触，形成稳定的预键合状态；（5）将预键合的上层芯粒和下层晶圆回流键合处理，接着对键合后的所述上层芯粒和下层晶圆表面减薄至所需厚度，然后在所述下层晶圆底面制备再布线层；其中，步骤（3）中，所述芯粒粘合剂图形化纳米压印模具的制备方法包括如下步骤：准备第一纳米压印模具基板，对该基板表面进行抛光处理，保证基板表面粗糙度Ra小于1nm，表面反射率大于90%，表面漫射率小于10%，表面接触角小于5°；使用去离子水和有机溶剂对基板表面进行清洗处理，去除表面的污垢和杂质，保持表面干燥和无尘；接着将光刻胶SU-8通过旋涂法均匀地涂布在该基板表面上，保持涂敷厚度在2～10μm之间；之后将涂有SU-8光刻胶的基板放入烘箱中，以约95℃的温度进行烘烤处理，持续20分钟左右，使光刻胶薄膜形成均匀的厚度；将经过烘烤处理的基板放入紫外曝光机中，使用UV-365光源进行曝光，曝光时间20s；接着将曝光后的基板进行显影处理，使用SU-8专用显影液将光刻胶表面未被曝光的部分溶解掉，控制显影温度为25℃，显影时间为5分钟，形成所需的纳米结构图案；使用深反应离子刻蚀工艺对基板进行刻蚀，控制气体流量在5～20sccm之间，RF功率为500W，温度控制在-10到20℃，得到所需图形；使用丙酮溶液进行Su-8光刻胶的清洗去除，浸泡时间为20分钟，再使用去离子水冲洗3次，并用氮气吹干；接着使用抛光法对模具表面进行修整处理，保证表面粗糙度小于1nm；最后将修整后的模板放入去离子水中浸泡，超声波清洗10分钟，用去离子水洗净，并用氮气吹干；步骤（3）中，所述晶圆粘合剂图形化纳米压印模具的制备方法包括如下步骤：准备第二纳米压印模具基板，对该基板表面进行抛光处理，保证基板表面粗糙度Ra小于1nm，表面反射率大于90%，表面漫射率小于10%，表面接触角小于5°；使用去离子水和有机溶剂对基板表面进行清洗处理，去除表面的污垢和杂质，保持表面干燥和无尘；接着将光刻胶SU-8通过旋涂法均匀地涂布在基板表面上，保持涂敷厚度在2～10μm之间；之后将涂有SU-8光刻胶的基板放入烘箱中，以约95℃的温度进行烘烤处理，持续20分钟左右，使光刻胶薄膜形成均匀的厚度；将经过烘烤处理的基板放入紫外曝光机中，使用UV-365光源进行曝光，曝光时间20s；接着将曝光后的基板进行显影处理，使用SU-8专用显影液将光刻胶表面未被曝光的部分溶解掉，控制显影温度为25℃，显影时间为5分钟，形成所需的纳米结构图案一；使用深反应离子刻蚀工艺对基板进行刻蚀，控制气体流量在5～20sccm之间，RF功率为1000W，温度控制在-10到20℃，得到所需图形一；然后使用丙酮溶液进行Su-8光刻胶的清洗去除，浸泡时间为20分钟，再使用去离子水冲洗3次，并用氮气吹干；重复上述步骤，完成二次光刻以及图形二刻蚀；再使用显微检查配合离子束刻蚀机对模具表面进行修整处理，保证表面粗糙度小于1nm；最后将修整后的模板放入去离子水中浸泡，超声波清洗10分钟，用去离子水洗净，并用氮气吹干。

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