CN111834246B - 晶圆键合装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及半导体制造技术领域,尤其涉及一种晶圆键合装置。所述晶圆键合装置包括晶圆放置台;所述晶圆放置台包括:凹槽,位于所述晶圆放置台的表面,用于容纳晶圆,且所述凹槽相对于水平方向倾斜预设角度,使得所述晶圆能够自所述凹槽的第一端部滑动至与所述第一端部相对的第二端部;凸起,位于所述第二端部,且凸设于所述凹槽的侧壁表面,所述凸起用于与所述晶圆的缺口卡合。本发明简化了晶圆键合过程中的对准操作,提高了晶圆键合效率,降低了晶圆的键合成本。
Description
技术领域
本发明涉及半导体制造技术领域,尤其涉及一种晶圆键合装置。
背景技术
经过半个世纪的高速发展,微电子技术和依托于微电子技术的信息技术已经对人类社会的发展产生了革命性的影响。然而,当今必须面对的问题是:传统晶体管的物理极限不断逼近,更小尺寸的制造技术越来越困难,集成电路的功耗不断增大,晶圆厂的投资迅速攀升。在这种情况下,如何继续保持微电子技术以摩尔定律所描述的速度持续发展,已经成为今天整个行业都在努力解决的问题。
三维集成电路的出现,为半导体和微电子技术的持续发展提供了一个新的技术解决方案。所谓三维集成电路,广义上是将具有集成电路的晶圆经过键合工艺形成键合晶圆,通过穿透晶圆的三维结构互连实现多层之间的信号连接。三维集成电路能够实现更小的芯片面积、更短的芯片间互连、更高的数据传输带宽以及不同工艺技术的异质集成,从而大幅度降低芯片功耗,减小延时,提高性能,扩展功能,并为实现复杂功能的片上系统(SOC)提供可能。
在晶圆键合工艺中,有些键合并不需要进行图像间的对准,而仅仅需要晶圆级别的对准即可,例如硅/硅键合、氧化硅/氧化硅键合等。但是,现有技术在实现这些晶圆级对准键合的过程中,需要使用价格昂贵的键合机台进行对准键合,这就导致了资源的浪费以及晶圆键合成本的升高。
因此,如何降低晶圆键合成本,简化晶圆键合过程中的对准操作,是目前亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明提供一种晶圆键合装置,用于解决现有技术中晶圆键合操作较为繁琐的问题,提高晶圆键合效率,并降低晶圆键合的成本。
为了解决上述问题,本发明提供了一种晶圆键合装置,包括晶圆放置台;所述晶圆放置台包括:
凹槽,位于所述晶圆放置台的表面,用于容纳晶圆,且所述凹槽相对于水平方向倾斜预设角度,使得所述晶圆能够自所述凹槽的第一端部滑动至与所述第一端部相对的第二端部;
凸起,位于所述第二端部,且凸设于所述凹槽的侧壁表面,所述凸起用于与所述晶圆的缺口卡合。
优选的,所述第二端部为弧形。
优选的,所述凹槽还包括与所述侧壁连接的底壁,所述底壁用于承载所述晶圆;所述凸起自所述底壁沿所述侧壁延伸,且所述凸起的高度大于或等于所述凹槽的深度。
优选的,所述底壁中具有开口,所述开口沿自所述第一端部指向所述第二端部的方向延伸。
优选的,所述凹槽的深度为2mm~5mm。
优选的,所述凸起的形状为三角形或者弧形。
优选的,所述预设角度为大于0度且小于或等于45度。
优选的,还包括用于支撑所述晶圆放置台的支架;所述晶圆放置台相对所述水平方向倾斜连接于所述支架顶部。
优选的,所述支架包括至少一沿所述水平方向延伸的固定架和至少一沿竖直方向延伸的支撑柱;所述支撑柱的一端与所述固定架连接、另一端与所述晶圆放置台连接。
优选的,所述支架还包括连接件;所述连接件用于连接所述晶圆放置台与所述支撑柱、并调整所述晶圆放置台相对于所述水平方向的倾斜角度。
本发明提供的晶圆键合装置,通过设置具有倾斜凹槽的晶圆放置台,并在所述凹槽的侧壁表面设置凸起,使得在键合两片晶圆的过程中,一方面一片待键合的晶圆能够自所述第一端部自动滑动至所述第二端部,并在所述凸起处卡合,实现对所述晶圆的对准放置;另一方面,另一片待键合的晶圆能够通过所述凸起的位置来与放置于所述凹槽中的晶圆对准,简化了晶圆键合过程中的对准操作,提高了晶圆键合效率,并且无需使用价格昂贵的对准机台,降低了晶圆的键合成本。
附图说明
附图1是本发明具体实施方式中晶圆键合装置的结构示意图;
附图2是本发明具体实施方式中位于凹槽中的凸起的结构示意图;
附图3是本发明具体实施方式中晶圆键合装置的截面示意图;
附图4A-4D是使用本具体实施方式提供的晶圆键合装置键合晶圆的流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明提供的晶圆键合装置的具体实施方式做详细说明。
本具体实施方式提供了一种晶圆键合装置,附图1是本发明具体实施方式中晶圆键合装置的结构示意图,附图2是本发明具体实施方式中位于凹槽中的凸起的结构示意图,附图3是本发明具体实施方式中晶圆键合装置的截面示意图。如图1-图3所示,本具体实施方式提供的晶圆键合装置,包括晶圆放置台10;所述晶圆放置台10包括:
凹槽11,位于所述晶圆放置台10的表面,用于容纳晶圆,且所述凹槽11相对于水平方向倾斜预设角度γ,使得所述晶圆能够自所述凹槽11的第一端部111滑动至与所述第一端部111相对的第二端部112;
凸起12,位于所述第二端部,且凸设于所述凹槽11的侧壁114表面,所述凸起12用于与所述晶圆的缺口(notch)卡合。
具体来说,所述晶圆键合装置放置于水平面(即图1中的XY平面)内,在沿X轴的方向上,所述凹槽11具有所述第一端部111以及与所述第一端部111相对的第二端部112。所述凹槽11相对于所述水平方向(即图1中的X轴方向)倾斜所述预设角度γ,即所述凹槽11整体沿Z轴方向向下(即负Z轴方向)倾斜,使得在沿与所述水平方向垂直的竖直方向(即图1中的Z轴方向)上,所述第一端部111的高度高于所述第二端部112的高度。当进行晶圆键合时,将待键合的晶圆自所述第一端部111放入所述凹槽11,所述晶圆在重力的作用下自动沿所述凹槽11自所述第一端部111向所述第二端部112滑动;当所述晶圆滑动至所述第二端部112后,调整所述晶圆的位置,使得所述晶圆上的缺口与所述凸起12卡合,从而限定了所述晶圆在所述凹槽11中的位置,避免所述晶圆在键合过程中发生位置的偏移,简化了晶圆键合过程中的对准操作,提高了晶圆键合效率,降低了晶圆键合的成本。
为了避免对放置于所述凹槽11中的晶圆造成损伤,本具体实施方式中所述凹槽11的尺寸大于待键合的所述晶圆的尺寸,使得所述晶圆能够完全放置于所述凹槽11内。优选的,所述凹槽11的宽度大于所述晶圆的直径。即所述凹槽11沿Y轴方向的宽度大于待键合的所述晶圆的直径,例如所述凹槽11沿Y轴方向的宽度比所述晶圆的直径大1mm~3mm。
所述凹槽11的深度本领域技术人员可以根据实际需要进行设置,只要确保所述晶圆能够稳定的放置于所述凹槽11,不会从所述凹槽11滑落即可。本具体实施方式为了扩大所述晶圆键合装置的应用范围,以适用于不同尺寸的晶圆键合需求,优选的,所述凹槽11的深度为2mm~5mm。
优选的,所述第二端部112为弧形。
具体来说,所述第二端部112为圆弧形,与所述第二端部112相对的所述第一端部111为直线形,以避免所述晶圆滑动至所述第二端部112时出现损伤。在其他具体实施方式中,本领域技术人员根据实际需要也可以将所述第一端部111设置为圆弧形,便于放置晶圆。
优选的,所述凹槽11还包括与所述侧壁114连接的底壁115,所述底壁115用于承载所述晶圆;所述凸起12自所述底壁115沿所述侧壁114延伸,且所述凸起12的高度大于或等于所述凹槽11的深度。
具体来说,位于所述第二端部的所述凸起12自所述底壁115开始,沿所述侧壁114向上(即正Z轴方向)延伸。由于所述凸起12的高度大于或等于所述凹槽11的深度,一方面可以使得具有任意厚度的晶圆都能够通过其上的缺口与所述凸起12卡合,扩大了所述晶圆键合装置的应用领域;另一方面,当另一片晶圆与位于所述凹槽11内的晶圆键合时,也能够根据所述凸起12的位置,快速实现键合对准,简化了对准操作,提高了晶圆键合的效率。本领域技术人员还可以根据实际需要在所述晶圆放置台10表面设置用于指示所述凸起12的位置的标识15,所述标识15位于所述凹槽11外部,以便于用户快速、清楚的知晓所述凸起12的位置。
在将晶圆放置至所述凹槽11的过程中,可以以所述晶圆上的缺口与所述凸起12对准的方式放入,使得所述晶圆滑动至所述第二端部112后,能够自动与所述凸起12卡合。
本具体实施方式为了简化对准操作,优选的,所述底壁115中具有开口113,所述开口113沿自所述第一端部111指向所述第二端部112的方向延伸。具体来说,所述开口113贯穿所述底壁115。在放入晶圆至所述凹槽11前,所述晶圆上的缺口与所述凸起12可以不对准,在所述晶圆滑动至所述第二端部112后,通过穿过所述开口113的吸笔等工具吸附晶圆,在小范围内转动所述晶圆,调整所述晶圆缺口的位置,使得所述缺口与所述凸起12卡合,从而实现对键合对准步骤的进一步简化。
本具体实施方式中,所述凸起12的形状、尺寸本领域技术人员可以根据实际需要进行设置,只要能与所述晶圆上的缺口卡合,能够对所述晶圆在所述凹槽11中的位置进行限定即可。优选的,所述凸起12的形状为三角形或者弧形。
具体来说,所述凸起12朝向所述凹槽11的端部为尖角或者圆角(通过对尖角进行倒圆角处理形成)。所述尖角或者所述圆角的尺寸优选为小于所述晶圆上的缺口的尺寸,以避免在卡合过程中因与所述晶圆之间的摩擦力过大而损伤晶圆。例如,针对8英寸晶圆来说,所述凸起12在XY平面内的截面为等腰三角形,且其尺寸为0.8mm×1.8mm(即高×底边)。
优选的,所述预设角度γ为大于0度且小于或等于45度。
优选的,所述晶圆键合装置还包括用于支撑所述晶圆放置台10的支架;所述晶圆放置台10相对所述水平方向倾斜连接于所述支架顶部。
优选的,所述支架包括至少一沿所述水平方向延伸的固定架13和至少一沿竖直方向延伸的支撑柱14;所述支撑柱14的一端与所述固定架13连接、另一端与所述晶圆放置台10连接。
具体来说,所述支架放置于水平面(即XY平面)内,所述晶圆放置台10相对于X轴方向的倾斜角度与所述凹槽11相对于所述X轴方向的倾斜角度相同。为了提高所述支架对所述晶圆放置台10的支撑稳定性,所述支架包括两根固定架13和四根支撑柱14,每根所述固定架13沿X轴方向延伸,且两根所述固定架13沿Y轴方向平行排列;每根所述支撑柱14沿Z轴方向延伸,且每根所述固定架13上连接两根所述支撑柱14。为了简化所述晶圆键合装置的整体结构,每根所述固定架13上连接的两根所述支撑柱14的高度不同,从而使得所述晶圆放置台10能够倾斜的固定于所述支架顶部。另外,所述支撑柱14可以为伸缩杆,从而本领域技术人员还可以根据实际需要调整每根所述固定架13上连接的两根所述支撑柱14之间的相对高度,以间接实现对所述晶圆放置台10倾斜角度的调整。
所述支撑柱14与所述晶圆放置台10之间的连接可以为固定连接,也可以为可拆卸连接。优选的,所述支架还包括连接件;所述连接件用于连接所述晶圆放置台10与所述支撑柱14、并调整所述晶圆放置台10相对于所述水平方向的倾斜角度。例如,可以通过设置具有转轴的连接件连接所述晶圆放置台10与所述支撑柱14,通过所述转轴的转动,调整所述晶圆放置台10的倾斜角度,从而实现对所述凹槽11倾斜角度的调整。
附图4A-4D是使用本具体实施方式提供的晶圆键合装置键合晶圆的流程图。举例来说,键合第一晶圆41与第二晶圆42的步骤如下所示:
首先,用吸笔或者其他工具吸附所述第一晶圆41的背面(即与第一晶圆待键合的表面相对的面),将所述第一晶圆41自所述凹槽11的第一端部111放入,所述第一晶圆41在重力的作用下,自所述第一端部111滑动至所述第二端部112,并再次采用吸笔等工具自所述开口113吸附所述第一晶圆41以调整所述第一晶圆41的位置,使得所述第一晶圆41上的缺口与所述凸起12卡合,实现对所述第一晶圆41的定位,如图4A所示。
然后,用吸笔或者其他工具吸附所述第二晶圆42的背面即与第二晶圆待键合的表面相对的面),并对所述第二晶圆42进行翻转,使得所述第二晶圆42的待键合表面朝向所述第一晶圆41的待键合表面;之后,沿所述第二晶圆42上的缺口与所述凸起12对齐的方向,将所述第二晶圆42转移至所述第一晶圆41表面,此时,所述第二晶圆42上的缺口也与所述凸起12卡合,实现所述第一晶圆41与所述第二晶圆42的键合对准,如图4B所示。
接着,采用质量适当的工具,例如小锤(前端尖锐但不要过于锋利,以避免损伤晶圆),敲击所述第二晶圆42的背面,以向所述第二晶圆42施加压力,使得所述第一晶圆41与所述第二晶圆42键合在一起,形成键合结构,如图4C所示。
最后,用吸笔或者其他工具吸附所述键合结构,将所述键合结构自所述晶圆放置台10取出,如图4D所示。取出后的所述键合结构还需经退火等处理,以加强所述第一晶圆41与所述第二晶圆42之间的键合强度。
本具体实施方式提供的晶圆键合装置,通过设置具有倾斜凹槽的晶圆放置台,并在所述凹槽的侧壁表面设置凸起,使得在键合两片晶圆的过程中,一方面一片待键合的晶圆能够自所述第一端部自动滑动至所述第二端部,并在所述凸起处卡合,实现对所述晶圆的对准放置;另一方面,另一片待键合的晶圆能够通过所述凸起的位置来与放置于所述凹槽中的晶圆对准,简化了晶圆键合过程中的对准操作,提高了晶圆键合效率,并且无需使用价格昂贵的对准机台,降低了晶圆的键合成本。
以上所述仅是本发明的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员,在不脱离本发明原理的前提下,还可以做出若干改进和润饰,这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种晶圆键合装置,其特征在于,包括晶圆放置台;所述晶圆放置台包括:凹槽,在水平方向上,所述凹槽具有第一端部、以及与所述第一端部相对的第二端部,所述凹槽位于所述晶圆放置台的表面,用于容纳晶圆,且所述凹槽相对于水平方向倾斜预设角度,在沿与水平方向垂直的竖直方向上,所述第一端部的高度高于所述第二端部的高度,使得在所述晶圆自所述第一端部放入所述凹槽后,所述晶圆能够在重力的作用下自动自所述凹槽的所述第一端部滑动至与所述第一端部相对的所述第二端部,所述预设角度为大于0度且小于或等于45度;
凸起,位于所述第二端部,且凸设于所述凹槽的侧壁表面,所述凸起用于与自所述第一端部滑动至所述第二端部的一片待键合的所述晶圆的缺口卡合,另一片待键合的晶圆上的缺口能够通过与所述凸起卡合来与放置于所述凹槽中的一片待键合的所述晶圆对准;
所述凹槽还包括与所述侧壁连接的底壁,所述底壁用于承载所述晶圆,所述底壁中具有贯穿所述底壁的开口,所述开口沿自所述第一端部指向所述第二端部的方向延伸,用于吸附所述晶圆的吸笔能够穿过所述开口,以通过所述开口调整一片待键合的所述晶圆的缺口的位置。
2.根据权利要求1所述的晶圆键合装置,其特征在于,所述第二端部为弧形。
3.根据权利要求2所述的晶圆键合装置,其特征在于,所述凸起自所述底壁沿所述侧壁延伸,且所述凸起的高度大于或等于所述凹槽的深度。
4.根据权利要求1所述的晶圆键合装置,其特征在于,所述凹槽的深度为2mm~5mm。
5.根据权利要求1所述的晶圆键合装置,其特征在于,所述凸起的形状为三角形或者弧形。
6.根据权利要求1所述的晶圆键合装置,其特征在于,还包括用于支撑所述晶圆放置台的支架;所述晶圆放置台相对所述水平方向倾斜连接于所述支架顶部。
7.根据权利要求6所述的晶圆键合装置,其特征在于,所述支架包括至少一沿所述水平方向延伸的固定架和至少一沿竖直方向延伸的支撑柱;所述支撑柱的一端与所述固定架连接、另一端与所述晶圆放置台连接。
8.根据权利要求7所述的晶圆键合装置,其特征在于,所述支架还包括连接件;所述连接件用于连接所述晶圆放置台与所述支撑柱、并调整所述晶圆放置台相对于所述水平方向的倾斜角度。
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