CN105174209A - 晶圆级光刻机键合方法 - Google Patents
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Abstract
一种晶圆级光刻机键合方法，包括如下步骤：制作第一带通孔晶圆；取一第一支撑片，在支撑片上面的侧边制作第一保护片；在第一保护片上粘接第一带通孔晶圆，形成下底片；制作第二带通孔晶圆；取一第二支撑片，在第二支撑片上面的侧边制作第二保护片；在第二保护片上粘接第二带通孔晶圆，形成上盖片；在下底片上面的侧边制作键合材料层；通过光刻机将上盖片和下底片对准扣置，使第一带通孔晶圆和第二带通孔晶圆相对键合；去除下底片中的第一支撑片和第一保护片；去除上盖片中的第二支撑片和第二保护片，加热固化，完成键合。本发明通过在光刻机中实现带通孔圆片键合，提高了对准精度。该方法具有工艺简单和成本低的优势。
Description
技术领域
本发明涉及微纳体加工工艺制作的MEMS、MOEMS和BioMEMS和集成电路领域的封装方法，提供一种低成本、高对准精度的带通孔器件的光刻机圆片级封装方法。
背景技术
微机电系统(MEMS)是微电子学与微机械学相互融合的产物，它将集成电路制造工艺中的硅微细加工技术和机械工业中的微机械加工技术结合起来，制造出光、机、电一体的新器件。经过十几年的发展，MEMS芯片已经相当成熟，但是很多芯片却没有作为产品得到实际应用，其主要原因之一是封装问题。
圆片级封装由于具有成本低、成品率高、尺寸小和可靠性高等优势，在MEMS、MOEMS和BioMEMS封装中具有很强的吸引力。圆片级封装技术包括薄膜封装、熔融键合、阳极键合、热压缩键合、玻璃浆料键合、共晶或焊料键合、聚合物或粘附层键合和局部加热等。这些键合都要求在专用的键合设备中完成，对准通常采用人工粗对准或光刻机背面对准。其中人工粗对准精度差，在光刻机背面对准中需要夹具固定，易影响对准过程，降低对准精度。
MEMS、MOEMS和BioMEMS中大部分的工艺都是先做键合，再在键合片上制作MEMS器件，以避免带通孔晶圆难以实现键合的问题，特别是高精度对准键合的问题。
因此开发工艺简单、对准精度高的键合方法对推动MEMS、MOEMS和BioMEMS的实用化具有重要意义。本发明所提出采用光刻机键合方法，不仅能够保证对准精度，也简化了工艺。
发明内容
为了实现对带通孔圆片的高精度对准键合，本发明通过在光刻机中实现带通孔圆片键合，提高了对准精度。该方法具有工艺简单和成本低的优势。
本发明提供一种晶圆级光刻机键合方法，包括如下步骤：
步骤1：制作第一带通孔晶圆；
步骤2：取一第一支撑片，在支撑片上面的侧边制作第一保护片；
步骤3：在第一保护片上粘接第一带通孔晶圆，形成下底片；
步骤4：制作第二带通孔晶圆；
步骤5：取一第二支撑片，在第二支撑片上面的侧边制作第二保护片；
步骤6：在第二保护片上粘接第二带通孔晶圆，形成上盖片；
步骤7：在下底片上面的侧边制作键合材料层；
步骤8：通过光刻机将上盖片和下底片对准扣置，使第一带通孔晶圆和第二带通孔晶圆相对键合；
步骤9：去除下底片中的第一支撑片和第一保护片；
步骤10：去除上盖片中的第二支撑片和第二保护片，加热固化，完成键合。
本发明的有益效果是：通过光刻机键合方法能在普通光刻机中实现高精度键合，特别对带通孔的晶圆能够实现高精度对准键合，避免键合设备中专用对准夹具影响对准精度。本发明提出的方法简单、可靠、成本低。在高质量MEMS器件、MEMS生物芯片、光电器件和微电子器件的研制方面具有非常重要的应用。
附图说明
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面以光刻胶键合为例，并参照附图，对本发明进一步详细说明，其中：
图1是本发明的制备流程图；
图2是光刻机键合图；
图3是完成后的两片带通孔晶圆键合图。
具体实施方式
请参阅图1，并结合参阅图2、3，本发明提供一种晶圆级光刻机键合方法，包括如下步骤：
步骤1：制作第一带通孔晶圆3；采用微纳体加工工艺制作出第一片4寸带通孔9和器件10的晶圆3(参阅图2)，带通孔的晶圆难以实现直接对准键合。
步骤2：取一第一支撑片1，在支撑片1上面的侧边制作第一保护片2；选择4寸抛光玻璃片或硅片1为第一支撑片；选择小于通孔阵列外围区域尺寸的抛光硅片或玻璃片作为保护片2；采用双面胶将保护片2和支撑片1粘接，使二者之间实现有效粘接。
步骤3：在第一保护片2上粘接第一带通孔晶圆3，形成下底片；采用双面胶将保护片2和带通孔晶圆3粘接，使二者之间实现有效粘接。
步骤4：制作第二带通孔晶圆5；采用微纳体加工工艺制作出第一片4寸带通孔9和器件10的晶圆5(参阅图2)。
步骤5：取一第二支撑片7，在第二支撑片7上面的侧边制作第二保护片6；选择5寸玻璃掩模板7作为第二支撑片；选择小于通孔阵列外围区域尺寸的抛光硅片或玻璃片作为保护片6；采用双面胶将保护片6和支撑片7粘接，使二者之间实现有效粘接。
步骤6：在第二保护片6上粘接第二带通孔晶圆5，形成上盖片；采用双面胶将保护片6和带通孔晶圆5粘接，使二者之间实现有效粘接。
步骤7：在下底片上面的侧边制作键合材料层4，所述键合材料层4为聚合物材料，金属材料或半导体材料，是采用淀积、甩胶或手涂的方法沉积在第一带通孔晶圆3或第二带通孔晶圆5上面的侧边；键合材料4的厚度范围从2纳米-100微米，承受温度从室温-500℃。
其中所述底片和盖片中各层之间的粘接强度小于键合材料的4键合强度。
步骤8：通过光刻机将上盖片和下底片对准扣置，使第一带通孔晶圆3和第二带通孔晶圆5相对键合(参阅图2)；将盖片作为光刻掩模板，底片作为光刻衬底，在MA6光刻机进行正面(或背面)高精度对准，采用真空(或硬接触)曝光方式，实现对样品加压；紫外光(8)对样品的加热能量在30W到500W之间，控制曝光时间在2s到50min之间，以对加压时间和加热时间进行控制。
步骤9：去除下底片中的第一支撑片1和第一保护片2(参阅图3)；将取出的样品去除底片上支撑片1和保护片2。
步骤10：去除上盖片中的第二支撑片7和第二保护片6(参阅图3)，加热固化，所述加热固化的方式包括热板、烘箱或退火炉加热，完成键合。将样品去除盖片上的保护片6和支撑片7，就得到由键合层材料4连接的3和5键合片。为了增强键合强度，采用热板对键合片进行120℃加热烘烤10min-10小时。键合强度在10kPa到10MPa之间，其能够满足应用要求。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种晶圆级光刻机键合方法，包括如下步骤：
步骤1：制作第一带通孔晶圆；
步骤2：取一第一支撑片，在支撑片上面的侧边制作第一保护片；
步骤3：在第一保护片上粘接第一带通孔晶圆，形成下底片；
步骤4：制作第二带通孔晶圆；
步骤5：取一第二支撑片，在第二支撑片上面的侧边制作第二保护片；
步骤6：在第二保护片上粘接第二带通孔晶圆，形成上盖片；
步骤7：在下底片上面的侧边制作键合材料层；
步骤8：通过光刻机将上盖片和下底片对准扣置，使第一带通孔晶圆和第二带通孔晶圆相对键合；
步骤9：去除下底片中的第一支撑片和第一保护片；
步骤10：去除上盖片中的第二支撑片和第二保护片，加热固化，完成键合。
2.根据权利要求1所述的晶圆级光刻机键合方法，其中所述第一带通孔晶圆和第二带通孔晶圆由微纳体加工方法制作。
3.根据权利要求1所述的晶圆级光刻机键合方法，其中所述键合材料层为聚合物材料，金属材料或半导体材料，是采用淀积、甩胶或手涂的方法沉积在第一带通孔晶圆或第二带通孔晶圆上面的侧边。
4.根据权利要求1所述的晶圆级光刻机键合方法，其中所述第一保护片和第二保护片的粘接强度小于键合材料层键合强度。
5.根据权利要求1所述的晶圆级光刻机键合方法，其中所述加热固化的方式包括热板、烘箱或退火炉加热。
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Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110190036A (zh) * | 2019-06-10 | 2019-08-30 | 华天慧创科技（西安）有限公司 | 一种泛光照明模组的晶圆级封装结构及封装方法 |
| CN112688170A (zh) * | 2020-12-24 | 2021-04-20 | 北京工业大学 | 基于波导光栅耦合器的阵列激光器及其制备方法 |
| CN113644020A (zh) * | 2021-10-15 | 2021-11-12 | 浙江集迈科微电子有限公司 | 半导体键合结构及其制备方法 |
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