CN111540728B - 一种用于窄长器件精密对准的键合标记结构 - Google Patents

一种用于窄长器件精密对准的键合标记结构 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于窄长器件精密对准的键合标记结构，包括位于无源芯片上的键合标记层和位于有源激光器上的键合标记层。无源芯片上的键合标记层包括一个横向下游标标记、两个纵向下游标标记、一个凹型十字标记和两个游标基准标记。有源激光器上的键合标记层包括两个横向上游标标记、两个纵向上游标标记和一个凸型十字标记。本发明根据游标卡尺的原理，通过上、下游标标记的偏移数量，再加上十字标记确定的偏移方向，就能够精确读出键合过程中的偏移距离，从而实现有源激光器与无源芯片的精密键合。

Description

一种用于窄长器件精密对准的键合标记结构
技术领域
本发明属于半导体工艺领域，特别涉及了一种用于器件对准的键合标记结构。
背景技术
倒装键合(Flip-chip bonding,FCB)工艺将有源芯片的电气面(即金属接触面)朝下翻转，与无源芯片通过激光诱导前向转移(Laser-induced forward transfer,LIFT)方法形成的电气接触凸点(bump)通过热压或热声效应完成键合与组装。它有着紧凑可靠的电气连接性能、高器件集成度、小的寄生电阻等优点，近年来迅速成为光电子器件封装的主流方法，广泛应用在Wi-Fi、SiP、MCM、图像传感器、微处理器、硬盘驱动器、医用传感器以及RFID等方面。
与其他键合对准的方法一致的是，键合对准的精度问题始终是人们所关心的。如果在键合过程中产生较大的键合偏移，那么会对键合的质量产生影响，从而影响器件的最终性能，导致所制备的器件成为废品，降低生产效率。
为了避免键合过程对器件性能的影响，需要对键合精度提出很高的要求。通过使用各种套刻的几何对准图形和对准游标已经能够极大地实现精密对准，并且通过对游标的读数能够基本测得偏移量的大小。但是，由于整个对准标记的对称性，对于设置键合对准标记的区域有着一定的大小要求，因此，很难在窄长区域的键合层设置键合标记。
发明内容
为了解决上述背景技术提到的技术问题，本发明提出了一种用于窄长器件精密对准的键合标记结构，解决现有键合标记因结构原因而不适用于窄长区域的问题。
为了实现上述技术目的，本发明的技术方案为：
一种用于窄长器件精密对准的键合标记结构，包括位于无源芯片上的键合标记层和位于有源激光器上的键合标记层；
所述无源芯片上的键合标记层包括一个横向下游标标记、两个纵向下游标标记、一个凹型十字标记和两个游标基准标记，所述横向下游标标记位于所述凹型十字标记的上侧或下侧，所述两个纵向下游标标记分别位于所述凹型十字标记的两侧，所述横向下游标标记的方向与纵向下游标标记的方向垂直，所述横向下游标标记的长度大于所述纵向下游标标记的长度，所述两个游标基准标记为十字标记，其中一个游标基准标记位于一个纵向下游标标记的上端，另一个游标基准标记位于另一个纵向下游标标记的下端；
所述有源激光器上的键合标记层包括两个横向上游标标记、两个纵向上游标标记和一个凸型十字标记，所述两个横向上游标标记同时位于所述凸型十字标记的上侧或下侧，所述两个纵向上游标标记分别位于所述凸型十字标记的两侧，所述横向上游标标记的方向与纵向上游标标记的方向垂直，所述凸型十字标记的凸起部分的尺寸略小于前述凹型十字标记的凹陷部分的尺寸；
当两个键合标记层完全对准时，横向下游标标记的一端与一个横向上游标标记的一端对齐，横向下游标标记的另一端与另一个横向上游标标记的一端对齐，一个纵向下游标标记的下端与一个纵向上游标标记的下端对齐，另一个纵向下游标标记的上端与另一个纵向上游标标记的上端对齐，两个游标基准标记分别位于纵向下游标标记与纵向上游标标记的对齐端，凸型十字标记的凸起部分嵌套于凹型十字标记凹陷部分的正中位置。
进一步地，所述横向下游标标记和横向上游标标记均由若干个横向排列的游标刻度组成，所述纵向下游标标记和纵向上游标标记均由若干个纵向排列的游标刻度组成。
进一步地，所述游标刻度的形状为矩形。
进一步地，所述横向下游标标记的游标刻度与横向上游标标记的游标刻度的尺寸相同，所述纵向下游标标记的游标刻度与纵向上游标标记的游标刻度的尺寸相同。
进一步地，无源芯片上键合标记层的相邻游标刻度间距大于有源激光器上键合标记层的相邻游标刻度间距。
进一步地，所述凹型十字标记和凸型十字标记分别位于两个键合标记层的中央。
进一步地，所述凸型十字标记为凸出的十字结构，所述凹型十字标记为中间凹陷一个十字的正方形结构。
进一步地，当两个键合标记层完全对准时，所述横向下游标标记与横向上游标标记之间存在间距，所述纵向下游标标记与纵向上游标标记之间存在间距。
进一步地，当两个键合标记层完全对准时，所述横向上游标标记位于横向下游标标记的内侧，所述纵向上游标标记位于纵向下游标标记的内侧。
进一步地，两个游标基准标记分别位于两个键合标记层完全对准时纵向下游标标记与纵向上游标标记的对齐端。
采用上述技术方案带来的有益效果：
本发明设计的键合标记结构，减小了键合对准标记对纵向长度的需求，并且将传统的双横向游标标记合而为一，充分利用了窄长区域的长度优势。此外，设置游标基准标记于纵向上、下游标标记的对齐侧，在实际键合过程中，便于确定纵向游标标记的起始方向。
附图说明
图1是本发明中无源芯片上的键合标记层示意图；
图2是本发明中有源激光器上的键合标记层示意图；
图3是本发明两个键合标记层完全对准时的示意图；
图4是本发明两个键合标记层发生偏移时的示意图；
标号说明：101、横向下游标标记；102、横向上游标标记；111、纵向下游标标记；112、纵向上游标标记；201、凹型十字标记；202、凸型十字标记；301、游标基准标记。
具体实施方式
以下将结合附图，对本发明的技术方案进行详细说明。
本发明设计了一种用于窄长器件精密对准的键合标记结构，包括位于无源芯片上的键合标记层和位于有源激光器上的键合标记层。
如图1所示，无源芯片上的键合标记层包括一个横向下游标标记101、两个纵向下游标标记111、一个凹型十字标记201和两个游标基准标记301。所述横向下游标标记101位于所述凹型十字标记201的上侧或下侧，所述两个纵向下游标标记111分别位于所述凹型十字标记201的两侧。所述横向下游标标记101的方向与纵向下游标标记111的方向垂直。所述两个游标基准标记301为十字标记，其中一个游标基准标记位于一个纵向下游标标记的上端，另一个游标基准标记位于另一个纵向下游标标记的下端。
如图2所示，有源激光器上的键合标记层包括两个横向上游标标记102、两个纵向上游标标记112和一个凸型十字标记202。所述两个横向上游标标记102同时位于所述凸型十字标记202的上侧或下侧，所述两个纵向上游标标112记分别位于所述凸型十字标记202的两侧。所述横向上游标标记102的方向与纵向上游标标记112的方向垂直。所述凸型十字标记202的凸起部分的尺寸略小于前述凹型十字标记201的凹陷部分的尺寸。
如图3所示，当两个键合标记层完全对准时，横向下游标标记101的一端与一个横向上游标标记102的一端对齐，横向下游标标记101的另一端与另一个横向上游标标记102的一端对齐。一个纵向下游标标记111的下端与一个纵向上游标标记112的下端对齐，另一个纵向下游标标记111的上端与另一个纵向上游标标记112的上端对齐。两个游标基准标记301分别位于纵向下游标标记111与纵向上游标标记112的对齐端。凸型十字标记202的凸起部分嵌套于凹型十字标记201凹陷部分的正中位置。
在本实施例中，横向下游标标记101和横向上游标标记102均由若干个横向排列的游标刻度组成，纵向下游标标记111和纵向上游标标记112均由若干个纵向排列的游标刻度组成。有源激光器上的游标标记的游标刻度间距与无源芯片上的游标标记的游标刻度间距不同，无源芯片上的游标刻度间距优选为0.2μm～0.3μm，而在有源器件上的游标刻度间距则要小于这个值。
在本实施例中，横向游标标记101、102和纵向游标标记111、112的游标刻度均为大小一致的矩形，其长没有明确要求，可选用1μm，对于其宽，为了保证测量效果，应选用与游标刻度间距差距不大的值，可选用0.2μm。
对于横向游标标记101、102，有充足的横向空间可以利用，因此，可以在缩小无源芯片上游标刻度的间距与有源器件上游标刻度的间距之间差距的同时，增大游标刻度的大小，这样既可以提高可测量偏移量的精度，又能使得观察时更加清晰。而对于纵向游标标记111、112，由于纵向空间的限制，为了提高可测量偏移量的精度，只能适当的缩小游标刻度尺寸。在本实施例中，为了方便器件，将纵向游标标记111、112的游标刻度和横向游标标记101、102的游标刻度的大小设置为相同。
由两个键合层上的纵向游标标记111、112所组成的完整纵向游标标记用于测量键合过程中在Y轴方向，也就是纵向的位置偏移。设置两个纵向游标标记的作用是分别用来测量芯片与器件键合时的上偏移和下偏移，因此，在图3完全对准的情况下，两个纵向游标标记端点的游标刻度共线的位置不同，即一个在上端点处，一个在下端点处。这样，在测量纵向位置偏移时，才能通过纵向游标标记读出上偏移量或是下偏移量。
在本实施例中，无源芯片上横向游标标记101的总长度长于纵向游标标记102，且横向游标标记101设置的数量为1个，纵向游标标记设置的数量为2个。如此设置的目的是为了节省纵向空间，而充分利用横向空间。横向游标标记101设置于凹型十字标记201用于测量左右偏移量。图1对应的是横向游标标记101位于凹型十字标记201的上侧的方案。在本实施例中，有源激光器上的横向游标标记102设置的数量为2个。
在本实施例中，两个键合标记层完全对准时，横向下游标标记101与横向上游标标记102之间存在一定间距，所述纵向下游标标记111与纵向上游标标记112之间存在一定间距，防止在完全对准状况下两者重叠。
在本实施例中，游标基准标记301的长宽可以设置为1μm。游标基准标记301的数量设置为2个，分别位于两侧纵向游标标记中游标刻度共线的一端。通过观察游标基准标记301的位置，在键合对准标记未对准的情况下，可以判断两侧的纵向游标标记中，哪一侧是用来表明上偏移量的，哪一侧是用来显示下偏移量的。
在本实施例中，凹型十字标记201和凸型十字标记202分别位于两个键合标记层的中央。凸型十字标记202为凸出的十字结构，其长宽可以设置为4μm～6μm。凹型十字标记201为中间凹陷一个十字的正方形结构，其长宽略大于凸型十字标记202。当键合对准标记发生偏移时，凸型十字标记202与凹型十字标记201的对称轴不再相同，当产生图4所示的偏移时，可以判断键合时，与无源芯片的位置相比，有源激光器偏右上方了。
在测量偏移量时，本发明的测量方法与传统方法相同，这里作简要说明。如图4所示，通过凹型十字标记201和凸型十字标记202判断出有源激光器偏右上后，可以确定所需要观察的游标标记位置为横向游标标记的右端以及左侧的纵向游标标记。通过观察横向游标标记右端游标刻度偏移的格数，以及左侧纵向游标标记偏移的格数，再乘上无源芯片上游标对准标记的游标刻度间距与有源激光器上游标对准标记的游标刻度间距之差Δd，就可以得到横向和纵向的偏移量。通过调整两者间距之差Δd，可实现不同精度的偏移量测量。
实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于窄长器件精密对准的键合标记结构，其特征在于：包括位于无源芯片上的键合标记层和位于有源激光器上的键合标记层；
所述无源芯片上的键合标记层包括一个横向下游标标记、两个纵向下游标标记、一个凹型十字标记和两个游标基准标记，所述横向下游标标记位于所述凹型十字标记的上侧或下侧，所述两个纵向下游标标记分别位于所述凹型十字标记的两侧，所述横向下游标标记的方向与纵向下游标标记的方向垂直，所述横向下游标标记的长度大于所述纵向下游标标记的长度，所述两个游标基准标记为十字标记，其中一个游标基准标记位于一个纵向下游标标记的上端，另一个游标基准标记位于另一个纵向下游标标记的下端；
所述有源激光器上的键合标记层包括两个横向上游标标记、两个纵向上游标标记和一个凸型十字标记，所述两个横向上游标标记同时位于所述凸型十字标记的上侧或下侧，所述两个纵向上游标标记分别位于所述凸型十字标记的两侧，所述横向上游标标记的方向与纵向上游标标记的方向垂直，所述凸型十字标记的凸起部分的尺寸略小于前述凹型十字标记的凹陷部分的尺寸；
当两个键合标记层完全对准时，横向下游标标记的一端与一个横向上游标标记的一端对齐，横向下游标标记的另一端与另一个横向上游标标记的一端对齐，一个纵向下游标标记的下端与一个纵向上游标标记的下端对齐，另一个纵向下游标标记的上端与另一个纵向上游标标记的上端对齐，两个游标基准标记分别位于纵向下游标标记与纵向上游标标记的对齐端，凸型十字标记的凸起部分嵌套于凹型十字标记凹陷部分的正中位置。
2.根据权利要求1所述用于窄长器件精密对准的键合标记结构，其特征在于：所述横向下游标标记和横向上游标标记均由若干个横向排列的游标刻度组成，所述纵向下游标标记和纵向上游标标记均由若干个纵向排列的游标刻度组成。
3.根据权利要求2所述用于窄长器件精密对准的键合标记结构，其特征在于：所述游标刻度的形状为矩形。
4.根据权利要求2所述用于窄长器件精密对准的键合标记结构，其特征在于：所述横向下游标标记的游标刻度与横向上游标标记的游标刻度的尺寸相同，所述纵向下游标标记的游标刻度与纵向上游标标记的游标刻度的尺寸相同。
5.根据权利要求2所述用于窄长器件精密对准的键合标记结构，其特征在于：无源芯片上键合标记层的相邻游标刻度间距大于有源激光器上键合标记层的相邻游标刻度间距。
6.根据权利要求1所述用于窄长器件精密对准的键合标记结构，其特征在于：所述凹型十字标记和凸型十字标记分别位于两个键合标记层的中央。
7.根据权利要求1所述用于窄长器件精密对准的键合标记结构，其特征在于：所述凸型十字标记为凸出的十字结构，所述凹型十字标记为中间凹陷一个十字的正方形结构。
8.根据权利要求1所述用于窄长器件精密对准的键合标记结构，其特征在于：当两个键合标记层完全对准时，所述横向下游标标记与横向上游标标记之间存在间距，所述纵向下游标标记与纵向上游标标记之间存在间距。
9.根据权利要求1所述用于窄长器件精密对准的键合标记结构，其特征在于：当两个键合标记层完全对准时，所述横向上游标标记位于横向下游标标记的内侧，所述纵向上游标标记位于纵向下游标标记的内侧。
10.根据权利要求1所述用于窄长器件精密对准的键合标记结构，其特征在于：两个游标基准标记分别位于两个键合标记层完全对准时纵向下游标标记与纵向上游标标记的对齐端。
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