CN107671412A - 用于对接合压力进行压力传递的压力传递板 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种压力传递板,用于尤其是在热压接合时将接合压力从压力施加设备压力传递到晶片上，具有：第一压力侧，其用于接触压力施加设备；背向第一压力侧的第二压力侧，所述第二压力侧具有用于对晶片进行接触和压力施加的有效接触面，其中至少有效接触面具有相对于晶片的小附着能力。本发明还涉及一种将压力传递板在接合时的应用。

Description

用于对接合压力进行压力传递的压力传递板
本申请是申请日为2012年3 月19日、申请号为201280071543.1、发明名称为“用于对接合压力进行压力传递的压力传递板”的中国专利申请的分案申请。
技术领域
本发明涉及根据权利要求1所述的压力传递板，用于尤其是在热压接合时将接合压力从压力施加设备压力传递到晶片上，并且涉及根据权利要求10所述的应用。
背景技术
众多接合方法之一是热压接合。在该接合方法的情况下，两个晶片在非常高的压力和温度下被彼此持久地连接/接合。为了获得尽可能均匀的接合界面，制造具有尽可能小的表面粗糙度的工具、接合卡盘（Bondchuck）（接合试样保持器）以及压力板（pressuredisc（压力盘））。这些工具优选地完全不具有表面粗糙度，是完美平面的并且尽可能不具有缺陷。为了平衡（ausgleich）可能的宏观不平度(Unebenheit)和/或不平整度(Welligkeit)，可以在压力板的一侧或两侧固定平衡板、例如石墨板。该平衡板是软性的和可变形的。因此，平衡板在接合工艺中位于压力盘与处于其下的工具和/或要接合的晶片的上侧之间。
对于大多数接合方法而言，平衡板履行了其平衡不平度的任务。这尤其是由平衡板通过有效地填充平衡板与晶片之间的空间来进行。但是在热压接合时存在的问题是，由于高的压力和温度在这时通过所述填充对不平度的补偿有效得以至于晶片挂在压力盘或平衡板上。如果接合室在接合过程以后被打开，则因此发生的是，晶片由此被损坏。该损坏主要通过如下方式进行：晶片在打开接合室时粘附在压力盘或平衡板的表面上，并且在几毫秒至几秒钟以后自发地失去该附着。由此，晶片脱落、撞击并且被损坏。
发明内容
因此，本发明的任务是，说明一种压力传递板，利用所述压力传递板尤其是可以在将经接合的晶片从接合装置中取出时避免在接合时的损坏。
该任务利用权利要求1和10的特征来解决。本发明的有利改进方案在从属权利要求中予以说明。落入本发明的范围内的还有由至少两个在说明书、权利要求书和/或附图中说明的特征构成的所有组合。在说明值范围时，处于所叙述的极限之内的值也应当作为极限值被公开，并且可以以任何组合要求保护。
本发明所基于的思想是，通过将对于晶片而言低粘性的压力传递板安放在压力施加设备处、因此安放在压力施加板与晶片之间，使得易于将晶片同压力施加设备脱离并由此避免损坏。通过减少附着，晶片在接合以后可以同相应的压力板脱离，而不由于粘附造成晶片损坏，例如由于下落造成晶片损坏。根据本发明，保证在保持其余有利特性的情况下可靠地同压力传递板脱离。
根据本发明，尤其是用附着能力来表示每m2的一定保持力，所述保持力根据本发明应当尽可能小，使得衬底在容纳面处的绝大部分固定是由固定片段中的固定装置造成的。
如果想要确定两个彼此连接的固体之间的附着，则可以测量为了开出穿过固体的裂缝所需的能量。在半导体工业中，常常使用所谓的“刀片测试（Rasierklingentest）”或者“Maszara刀片测试”。严格而言，该测试是确定两个固体之间的结合能的方法。在多数情况下，固体被彼此焊接在一起。为了现在确定相对于尽可能多的其它材料应当为低粘附性的层的附着能力，根据本发明优选地使用其它测量方法。最常使用的测量方法是接触角方法（Kontaktwinkelmethode）。
该接触角方法与杨氏方程一起使用，以便通过使用测试流体来获得关于固体的表面能的陈述。
该方法通过某种测试流体、在大多数情况下通过水来对表面的表面能进行评定。本领域技术人员已知相应的测量方法以及分析方法。利用接触角方法确定的接触角可以换算成以N/m或J/m2为单位的表面能。但是为了在相同测试流体的情况下对不同表面进行相对比较，对接触角的说明已经足以获得对表面的附着能力的（相对）估计。因此，可以通过将水用作测试流体来指明：在水滴处产生大约30°接触角的被润湿的表面与在水滴处成大约120°接触角的表面相比具有更高的附着（严格而言仅对水而言）。
根据本发明的实施方式优选地被用于对Si晶片进行压力施加。因此，所期望的是确定根据本发明所使用的任意低附着层相对于Si的表面能。由于Si在室温下不是流质的，因此如上面所提到的那样，使用测试流体来表征关于该测试流体的根据本发明的低附着层。所有下面的接触角值和/或表面能因此都是如下的值：所述值量化了关于测试流体的根据本发明的低附着层，并且至少允许关于与其它物质、优选固体、更优选Si的附着能力的相对陈述。
在本发明的一个优选实施方式中规定：附着能力由小于0.1 J/m2、尤其是小于0.01J/m2、优选小于0.001J/m2、更优选小于0.0001J/m2、理想地小于0.00001J/m2的表面能来定义。
可替代或附加地，根据本发明的一个有利的实施方式规定：接触面的附着能力用大于20°、尤其是大于50°、优选大于90°、更优选大于150°的接触角来定义。表面对其它材料的附着能力可以借助于上述接触角方法来确定。在此，已知流体、优选水的液滴（根据本发明的相对于水的值）（可替代地为甘油或十六烷）沉积在要测量的表面上。借助于显微镜，从侧面精确地测量角度、即液滴的切线与表面之间的角度。
根据本发明的另一有利的实施方式规定：压力传递板被构造成尤其是具有小于2mm、优选小于1mm、较优选小于0.5mm、更优选小于0.1mm、最优选小于0.01mm的网孔尺寸M的栅格网。本领域的技术人员清楚，最优网孔尺寸还可依赖于晶片的直径和厚度，并且尤其是通过试验以经验方式确定。抗粘附作用是由非常小、但有限的网孔尺寸M引起的。根据本发明，网孔尺寸M小得足以将压力传递设备的均匀压力分布尽可能好地传递给晶片的表面，同时将绝对接触面减小为使得晶片在压力传递设备上、尤其是在上方工具上的附着不再是可能的，或至少比晶片的重力更小。
可替代或附加于此地，在本发明的改进方案中规定：至少第二压力侧的接触面具有尤其通过喷丸、喷沙、打磨、蚀刻和/或抛光生成的处于l00nm至100μm之间的表面粗糙度、尤其是处于1μm至10μm之间的表面粗糙度、更优选处于3μm至5μm之间的表面粗糙度。表面粗糙度尤其是也可以相对于晶片厚度和/或晶片直径而言的。可以得出，对于一定晶片直径和/或一定晶片厚度存在最优的粗糙度。根据本发明，该最优粗糙度于是相应地以经验方式确定的。在一个优选实施方式中，以湿化学方式产生表面粗糙度。通过使用酸，有针对性地腐蚀表面。通过所说明的方法即以相应大小的粒度（Körnung）喷丸、喷砂、打磨和/或抛光，产生了具有相应粗糙度的表面。由此产生的抗粘附作用的效果与栅格网的相似之处仅在于：在这种情况下，不是规则的网结构、而是不规则的表面引起所期望的低附着效果。
从纳米技术中公知的是，微米和/或纳米范围的低附着表面恰好具有极度的不平度，其形态恰好有助于低附着或者甚至导致低附着。本领域技术人员公知的示例是所谓的“莲花效应（Lotusblüteneffekt）”。
只要压力传递板由直到至少400°C、尤其是直到至少800°C、优选直到至少1200°C、更优选直到至少2000°C、更优选直到至少3000°C为热力学上稳定的材料形成，该压力传递板就可以有利地用于热压接合。
在此特别有利的是，压力传递板由如下材料形成：该材料尤其是跨大温度范围地、尤其是在高于400°C的温度、大于100MPa、尤其是大于500MPa、优选大于1000MPa、更优选大于2000MPa下具有不变和高的耐压强度。耐压强度尤其是可以通过压力板的侧面周界处的限制装置来提高（至少双轴耐压强度）。
可设想的材料类尤其是：
高温塑料；
陶瓷、SiC、SiN等等；
金属；
耐高温金属（Refraktärmetal）；
耐热钢；
一般性的工具钢；
或者前述材料的任意组合。
根据本发明，该压力传递板有利地具有一定的弹性/变形能力，由此可以在压力施加时平衡晶片和/或压力传递设备的不平度或不平整度。
根据另一有利的实施方式规定：压力传递板具有小于15mm、优选小于10mm、较优选小于5mm、更优选小于1mm、最优选小于0.1mm、第一优选小于0.05mm的厚度d。
另外，有利的是，在本发明的改进方案中，至少第二压力侧、优选整个压力传递板由在给定条件下相对于晶片为惰性和/或者不与晶片材料反应和/或相对于晶片材料不可溶的材料形成。尤其是在具有对金属杂质高度敏感的逻辑家族的晶片情况下，至少处于第二压力侧处、优选处于整个压力传递板中的相应化学元素的浓度都根据本发明低于预先给定的极限值。在CMOS兼容性的特殊情况下，压力传递板的材料优选地不含合金元素Au、Cu、Ag。
根据本发明，对小附着能力的减小和/或调整还通过有针对性地定义沿着表面的空气通道尤其是与其它根据本发明的措施组合，由此最小化或防止接触面处的真空形成。
在另一根据本发明的实施方式中，平衡板具有粗糙的表面以用于气体分子在晶片与平衡板之间的入口。因此根据本发明，通过经由上述方法生成粗糙表面，防止了晶片与平衡板之间的真空。
关于压力传递板所描述的特征应当也作为公开内容被认为是所描述的应用特征，并且反之亦然。
作为独立发明，还公开了将前述压力传递板用于接合、尤其是热压接合的应用。
附图说明
本发明的另外的优点、特征和细节从下面对优选实施例的描述中、以及根据附图得出，所述附图分别以示意图的方式示出了：
图1示出了在使用根据本发明的压力传递板的情况下的接合装置的示意性横截面图；
图2a示出了根据本发明的压力传递板的第一实施方式的俯视图；
图2b示出了根据本发明的压力传递板的第一实施方式的示意性横截面图；
图3a示出了根据本发明的压力传递板的第二实施方式的俯视图；以及
图3b示出了根据本发明的压力传递板的第二实施方式的示意性横截面图。
在这些图中，本发明的优点和特征用根据本发明的实施方式的各自标识出这些优点和特征的附图标记来表征，其中具有相同或作用相同的功能的构件或特征用相同附图标记来表征。
在这些图中，根据本发明的特征不是比例正确地示出的，以便能够完全地示出各个特征的功能。各个构件的比例也是部分地不合比例的。
具体实施方式
图1示出了用于将第一晶片5与第二晶片6接合的接合装置，所述晶片为此目的被容纳在容纳设备、在此为卡盘7上，并且尤其是通过真空带（Vakuumbahn）、夹具等被固定。
接合装置尤其是也可以具有接合室，在所述接合室中容纳有或可容纳图1中所示的构件并且在所述接合室中可以产生所定义的气氛、尤其是高温度和高压力或者负压（真空）。
在由第一晶片5和第二晶片6构成的晶片对之上布置有压力施加设备1，该压力施加设备1可以相对于晶片对被定向，并且可以利用接合压力或接合力被施加到晶片对上。用于相对的定向和均匀的压力施加的相应控制设备是本领域技术人员公知的。
在压力施加设备1的朝向晶片对的侧1o上，通过固定装置2将尤其是被构造成石墨板的平衡板3固定在压力施加设备1处。平衡板3用于平衡晶片5、6或晶片对的不平度。在平衡板3的背向压力施加设备1的侧3o上，尤其是同样通过固定装置2固定有根据本发明的压力传递板4。压力传递板具有第一压力侧4d，压力传递板以所述第一压力侧4d来与侧3o接触。此外，压力传递板4具有背向第一压力侧4d的第二压力侧4o以用于在晶片对的表面5o处接触晶片对、在此为晶片5。
在所示实施方式中，平衡板3和压力传递板4在其侧周界处具有基本上相等的尺寸，所述尺寸与晶片5、6的尺寸基本上一致，在任何情况下都稍微超出或未超出所述晶片。
固定装置2从平衡板3和压力传递板4的侧周界对它们进行固定，其中也可以设想夹持在第二压力侧4o的侧边缘处。
第二压力侧4o的与晶片5接触的区域是有效的接触面4k，该接触面4k在本实施例中与第二压力侧4o基本上一致。
根据本发明的压力传递板4、4'优选地具有4英寸、6英寸、8英寸、12英寸或18英寸的直径，因此这些压力传递板与晶片的现行工业规格相对应。也可以设想任何其它直径。
在图2a中所示的压力传递板4的实施方式中，所述压力传递板4在图2b中的横截面图中根据来自图1的放大部分A被放大示出，所述压力传递板4被构造成栅格网。抗粘附作用或小的附着力是由非常小、但有限的网孔尺寸M引起的。网孔尺寸M小得足以将平衡板3的均匀压力分布尽可能佳地传递给晶片5的表面5o。通过所示实施方式，压力传递板4与晶片5之间的绝对接触面或有效接触面4k被减小，使得压力传递板4相对于晶片5的附着作用被最小化，并且通过相应的材料选择而变为小得以至于晶片对在压力传递板4上的粘附不再进行。
尤其是在被构造成片或膜的压力传递板4'的图3a和3b中所示的实施方式中，第二压力侧4o'具有高的表面粗糙度。表面粗糙度尤其是可以以湿化学方式产生。通过有针对性地使用酸，表面4o'被腐蚀。尤其是可以接着或仅仅通过以相应大小的粒度进行喷丸、喷砂、打磨和/或抛光来产生确定的（dezidiert）表面粗糙度。
在压力传递板4'与平衡板3的协作下，仍实现了良好的压力分布和均匀的接合力施加。
在此，压力传递板4'是足够弹性的，以便匹配于处于其之上的平衡板3和/或被施加接合力的晶片5的不平度。
作为根据本发明的压力传递板4、4'的材料尤其是使用钢和/或耐高温金属、尤其是其合金。优选地使用耐热钢。
压力传递板4、4'具有一定厚度d，以便实现足够的抗弯刚度，以用于从其侧面、即通过固定装置2进行固定。固定装置2尤其是具有固定元件，所述固定元件被布置为分布在压力传递板4、4'的周界处。
作为固定装置也可以考虑尤其是通过高温粘合剂和/或将压力传递板4、4'的材料嵌入到平衡板3的石墨基质中来与平衡板3直接连接。根据另一实施方式，根据图2a和2b的实施方式的栅格网以及石墨层3尤其是通过将尤其是金属的栅格网嵌入到较软石墨层3中而在压力方向上观察变为串行复合体（Seriellverbund）。
附图标记清单
1 压力施加设备
1o 侧
2 固定装置
3 平衡板
3o 侧
4、4' 压力传递板
4o、4o' 第二压力侧
4d 第一压力侧
4k 接触面
5 第一晶片
5o 表面
6 第二晶片
7 卡盘
d 厚度
M 网孔尺寸
M' 表面粗糙度

Claims (7)

1.一种压力传递板（4，4'），用于在热压接合时将接合压力从压力施加设备（1）压力传递到晶片（5）上，具有：
－第一压力侧（4d），其用于接触压力施加设备（1）；
－背向第一压力侧（4d）的第二压力侧（4o，4o'），所述第二压力侧（4o，4o'）具有用于对晶片（5）进行接触和压力施加的有效接触面（4k），其中至少有效接触面（4k）具有相对于晶片（5）的小附着能力；
其特征在于，
压力传递板（4，4'）被构造成栅格网，其中，压力传递板（4，4'）具有小于15mm并且大于1mm的厚度d，其中，压力传递板（4，4'）的材料具有大于500MPa的耐压强度。
2.根据权利要求1所述的压力传递板，其中所述附着能力由小于0.1 J/m2、尤其是小于0.01J/m2、优选小于0.001J/m2、更优选小于0.0001J/m2、理想地小于0.00001J/m2的表面能来定义。
3.根据前述权利要求之一所述的压力传递板，其中接触面（4k）的附着能力用大于20°、尤其是大于50°、优选大于90°、更优选大于150°的接触角来定义。
4.根据前述权利要求之一所述的压力传递板，其中所述栅格网具有小于2mm、优选小于1mm、较优选小于0.5mm、更优选小于0.1mm、最优选小于0.01mm的网孔尺寸M。
5.根据前述权利要求之一所述的压力传递板，其中压力传递板（4，4'）由直到至少400°C、尤其是直到至少800°C、优选直到至少1200°C、更优选直到至少2000°C、更优选直到至少3000°C为热力学上稳定的材料形成。
6.根据前述权利要求之一所述的压力传递板，其中至少第二压力侧（4o，4o'）、优选整个压力传递板（4，4'）由在给定条件下相对于晶片（5）为惰性和/或者不与晶片材料反应和/或相对于晶片材料不可溶的材料形成。
7.一种将根据前述权利要求之一所述的压力传递板（4，4'）在热压接合时的应用。
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