FR2699329A1 - A method of positioning semiconductor wafers relative to each other. - Google Patents

A method of positioning semiconductor wafers relative to each other. Download PDF

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Abstract

L'invention concerne un procédé pour le positionnement l'une par rapport à l'autre de deux plaquettes de semi-conducteurs. On aménage au moins deux cavités de dimension déterminée dans la surface de chacune des plaquettes. On place dans chaque cavité de la première plaquette une bille de diamètre connu de telle sorte que la bille pénètre jusqu'à sa ligne équatoriale dans la cavité concernée et on pose la deuxième plaquette. Les billes assurent un positionnement précis des deux plaquettes l'une par rapport à l'autre.The invention relates to a method for positioning two semiconductor wafers relative to each other. At least two cavities of determined size are arranged in the surface of each of the plates. A ball of known diameter is placed in each cavity of the first wafer so that the ball penetrates to its equatorial line in the cavity concerned and the second wafer is placed. The balls ensure precise positioning of the two pads relative to each other.

Description

Procédé de positionnement l'une par rapport à l'autrePositioning method with respect to each other

de plaquettes de semi-conducteurs.of semiconductor chips.

L'invention concerne un procédé pour le positionnement pré-  The invention relates to a method for the prepositioning of

cis, l'une par rapport à l'autre, de deux plaquettes de semi-conduc-  cis, one with respect to the other, two semiconductor wafers

teurs. Le problème qui se pose lors de la fabrication de détecteurs, en particulier lors de la fabrication de détecteurs micro-mécaniques,  tors. The problem that arises during the manufacture of detectors, in particular during the manufacture of micromechanical detectors,

est qu'il faut d'abord positionner l'une par rapport à l'autre deux pla-  is that we must first position one against the other two

quettes de semi-conducteurs ou plus puis les relier par des procédés  semiconductors or more and then connect them by

techniques adaptés (par exemple liaison anodique, liaison autre de pla-  suitable techniques (eg anodic bonding, other bonding of

quettes) On connaît divers procédé permettant d'effectuer ce position-  Various methods are known for carrying out this position.

nement.ment.

Dans le procédé à lumière infrarouge transmise, on éclaire les  In the transmitted infrared light process, the

deux plaquettes de semi-conducteurs avec de la lumière de grande lon-  two semiconductor wafers with long-lasting light

gueur d'onde A l'aide d'un microscope, d'une caméra à infrarouges et d'un dispositif de positionnement on repère des structures particulières situées entre les plaquettes de semi-conducteurs et on les positionner les unes par rapport aux autres L'inconvénient de ce procédé est que  With the aid of a microscope, an infrared camera and a positioning device, particular structures are located between the semiconductor wafers and positioned relative to each other. disadvantage of this process is that

la lumière infrarouge de grande longueur d'onde ne permet pas d'obte-  long-wave infrared light does not allow to obtain

nir une précision de positionnement suffisante et que les zones forte-  to provide sufficient positioning accuracy and that

ment dopées ou métallisées ne peuvent pas être éclairées avec de la lu-  doped or metallized materials can not be illuminated with

mière infrarouge.infrared.

Le procédé de positionnement bilatéral fait appel à deux mi-  The bilateral positioning process uses two half

croscopes; le premier microscope est dirigé sur la face supérieure de la première plaquette de semi-conducteur et le deuxième microscope est dirigé sur la face inférieure de la deuxième plaquette Dans un premier temps on positionne les deux microscopes l'un par rapport à l'autre en utilisant un masque transparent On place ensuite les deux plaquettes  croscopes; the first microscope is directed on the upper face of the first semiconductor wafer and the second microscope is directed on the lower face of the second wafer. First, the two microscopes are positioned with respect to each other. using a transparent mask The two plates are then placed

de semi-conducteurs dans l'appareil et, au moyen d'un dispositif de po-  semiconductors in the apparatus and, by means of a po-

sitionnement, on règle la position de la plaquette supérieure avec ses repères par rapport au réticule du microscope supérieur On procède de la même manière pour la plaquette inférieure L'inconvénient de ce  sitioning, one adjusts the position of the upper plate with its marks relative to the reticle of the upper microscope The same procedure is used for the lower plate The disadvantage of this

procédé est entre autre la dépense élevée en appareillage.  This process is among other things the high cost of equipment.

Par ailleurs l'inconvénient de ces deux procédés est que la  Moreover, the disadvantage of these two methods is that the

liaison (communément appelée bonding) doit être réalisée immédiate-  link (commonly known as bonding) must be carried out immediately

ment après le positionnement, laquelle liaison se déroule à des tempé-  after positioning, which link takes place at

ratures de quelques centaines de degrés C Sur le plan de l'appareillage  erations of a few hundred degrees C In terms of equipment

la combinaison de dispositifs de chauffage et de dispositifs mécani-  the combination of heaters and mechanical devices

ques et optiques de haute précision est très délicate et très onéreuse.  high precision is very delicate and very expensive.

Par la demande publiée de brevet japonais 3-106012 du  By Japanese Patent Application Publication 3-106012 of

02.05 1991, on connaît un procédé pour positionner et ajuster optique-  02.05 1991, a method for positioning and adjusting optical

ment des substrats de semi-conducteurs, lequel procédé nécessite l'ap-  semiconductor substrates, which process requires the application of

plication sur les substrats de couches présentant une perméabilité pré-  plication on the substrates of layers with a pre-permeability

déterminée à la lumière.determined by light.

L'objet de la présente invention est de proposer un moyen simple qui permette de positionneet d'ajuster avec précision l'une par  The object of the present invention is to provide a simple means that allows positioning and precision to adjust one by

rapport à l'autre deux plaquettes de semi-conducteurs.  report to the other two semiconductor wafers.

Le problème est résolu conformément à l'invention par le fait que l'on introduit une bille de diamètre connu dans une cavité dans la  The problem is solved according to the invention by the fact that a ball of known diameter is introduced into a cavity in the

première plaquette de semi-conducteur de telle sorte que la bille pénè-  first semiconductor wafer so that the ball penetrates the

tre jusqu'à sa ligne équatoriale dans ladite cavité et que l'on amène  to reach its equatorial line in the said cavity and that

une cavité correspondante de la deuxième plaquette de semi-conduc-  a corresponding cavity of the second semiconductor wafer

teur en relation avec l'autre moitié du diamètre de la bille, de telle sorte que la bille assure un positionnement exact des deux plaquettes  in relation to the other half of the diameter of the ball, so that the ball ensures exact positioning of the two plates

de semi-conducteurs l'une par rapport à l'autre.  of semiconductors relative to each other.

Conformément à une caractéristique de l'invention, les cavi-  According to a feature of the invention, cavities

tés dans les plaquettes de semi-conducteurs sont réalisées par des pro-  in semiconductor wafers are carried out by means of

cédés chimiques ou physiques anisotropes ou isotropes Les cavités ont des dimensions définies et sont disposées en des points situés en vis-à- vis sur les plaquettes de semi-conducteurs La bille pénètre dans une proportion techniquement adaptée de son diamètre dans la cavité  ceded anisotropic or isotropic chemical or physical cavities The cavities have defined dimensions and are arranged at points facing the semiconductor wafers The ball penetrates into a technically adapted proportion of its diameter in the cavity

correspondante des plaquettes de semi-conducteurs à positionner.  corresponding semiconductor wafers to be positioned.

Conformément à une caractéristique de l'invention, chacune des plaquettes de semi-conducteurs à positionner comporte plusieurs  According to one characteristic of the invention, each of the semiconductor chips to be positioned comprises several

cavités et une bille est associée chaque fois à deux cavités qui coinci-  cavities and a ball is associated each time with two cavities which coincide

dent. Le procédé selon l'invention est décrit ci-après à partir de  tooth. The process according to the invention is described below from

l'exemple d'un détecteur d'écoulement représenté sur la figure 1.  the example of a flow detector shown in Figure 1.

Le détecteur d'écoulement est constitué des plaquettes de se-  The flow detector consists of

mi-conducteurs 1 et 2 entre lesquelles sont disposés le canal d'écoule-  semiconductors 1 and 2 between which are arranged the flow channel

ment 3 et le capteur 4.3 and the sensor 4.

Par un procédé photolithographique on réalise au moins deux ouvertures sur chacune des surfaces à assembler Puis, par un procédé chimique ou physique, on réalise des cavités 5 dans les plaquettes de  By a photolithographic process, at least two openings are made on each of the surfaces to be assembled. Then, by a chemical or physical process, cavities are made in the platelets.

semi-conducteurs 1 et 2, à l'endroit des ouvertures (figure 2) La for-  semiconductors 1 and 2 at the openings (Figure 2).

me de la cavité ainsi obtenue doit être connue; elle doit être telle qu'une bille 6 de diamètre parfaitement défini puisse être placée dans la dite cavité et pénètre dans celle-ci précisément jusqu'à sa ligne  the cavity thus obtained must be known; it must be such that a ball 6 of perfectly defined diameter can be placed in said cavity and penetrates into it precisely to its line

équatoriale ou jusqu'à la moitié de son diamètre Si maintenant on dis-  equatorial or up to half its diameter

pose la première plaquette de semi-conducteur 1 de telle sorte que ses cavités soient tournées vers le haut et on place des billes 6 dans les cavités, on peut amener la deuxième plaquette de semi-conducteur 2  placing the first semiconductor wafer 1 so that its cavities are turned upwards and balls 6 are placed in the cavities, the second semiconductor wafer 2 can be brought

pourvue de cavités 5 semblables sur la première, seul un positionne-  provided with cavities 5 similar on the first, only one position-

ment grossier étant nécessaire dans ce cas Par l'action du poids de la plaquette supérieure, les cavités se positionnent sur les moitiés saillantes des billes de telle sorte que l'on obtient un positionnement  In this case, by the action of the weight of the upper plate, the cavities are positioned on the projecting halves of the balls so that a positioning is obtained.

précis des plaquettes les unes par rapport aux autres Le capteur déli-  Precise platelets relative to each other The sensor delimits

vre des signaux électriques en direction de l'extérieur pour l'intermé-  electrical signals to the outside for the intermediate

diaire de contacts 7.number of contacts 7.

Ce procédé présente un certain nombre d'autres avantages: les étapes du procédé photolithographique, les étapes des  This process has a number of other advantages: the steps of the photolithographic process, the steps of

procédés d'attaque chimique et physique font partie des étapes de pro-  chemical and physical attack processes are part of

cédé standard de fabrication de semi-conducteurs et par conséquent,  standard semiconductor manufacturing process and therefore

les cavités peuvent être réalisées de manière simple au cours d'une sé-  the cavities can be made in a simple manner during a

quence d'un procédé standard.quence of a standard process.

le positionnement automatique des plaquettes de semi-  automatic positioning of semiconductor wafers

conducteurs par leur propre poids s'effectue avec une précision de l'or-  conductors by their own weight is carried out with a precision of gold-

dre du micromètre.dre of the micrometer.

les plaquettes de semi-conducteurs peuvent être transpor-  semiconductor wafers can be transported

tées sans difficulté à l'état de positionnement avec une faible pression d'application. aucune installation coûteuse, telle que microscopes à infra-  without difficulty in the positioning state with a low application pressure. no expensive installation, such as microscopes at

rouges, dispositifs bilatéraux et autres manipulateurs, n'est nécessaire.  red, bilateral devices and other manipulators, is necessary.

le positionnement des plaquettes peut être effectué directe-  platelet positioning can be done directly

ment sur le dispositif d'exécution des liaisons avec peu moyens addi-  the link execution device with little additional

tionnels. Le procédé peut être appliqué non seulement à la fabrication de détecteurs micro-mécaniques au silicium mais encore dans tous les  tional. The method can be applied not only to the manufacture of silicon micro-mechanical detectors but also in all

domaines de la micro-électronique et de la micro-mécanique o un po-  areas of microelectronics and micro-mechanics where a po-

sitionnement extrêmement précis est nécessaire et o il n'est possible  extremely precise sitioning is necessary and where it is not possible

d'utiliser des butées mécaniques disposées au niveau des bords exté-  to use mechanical stops arranged at the outer edges

rieurs des substrats.substrates.

Claims (4)

REVENDICATIONS 1 Procédé pour le positionnement et l'ajustement l'une par rapport à l'autre de deux plaquettes de semi-conducteurs, caractérisé  Method for the positioning and adjustment of two semiconductor wafers with respect to one another, characterized par le fait que l'on introduit une bille de diamètre connu dans une ca-  by the fact that a ball of known diameter is introduced into a vité de la première plaquette de semi-conducteur de manière telle que celle-ci pénètre jusqu'à sa ligne équatoriale dans ladite cavité et que  of the first semiconductor wafer so that it penetrates to its equatorial line in said cavity and that l'on amène l'autre moitié de la bille en relation avec une cavité corres-  the other half of the ball is brought into relation with a cavity corresponding to pondante de la deuxième plaquette de semi-conducteur de manière à obtenir à l'aide de la bille un positionnement des deux plaquettes de  of the second semiconductor wafer so as to obtain with the aid of the ball a positioning of the two wafers of semi-conducteurs l'une par rapport à l'autre.  semiconductors relative to each other. 2 Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les cavités ( 5) sont réalisées par des procédés chimiques ou physiques  Process according to Claim 1, characterized in that the cavities (5) are produced by chemical or physical processes anisotropes ou isotropes.anisotropic or isotropic. 3 Procédé selon l'une quelconque des revendications précé-  Process according to any one of the preceding claims dentes, caractérisé par le fait que les cavités ont des dimensions défi-  characterized by the fact that the cavities have defined dimensions nies et sont disposées en des points situés en vis-à-vis sur les plaquet-  and located at points facing the plaquet- tes de semi-conducteurs.semiconductors. 4 Procédé selon l'une quelconque des revendications précé-  Process according to any one of the preceding claims dentes, caractérisé par le fait que la bille pénètre dans un rapport tech-  characterized by the fact that the ball enters a technical report niquement adapté de son diamètre dans les cavités correspondantes des  nically adapted from its diameter in the corresponding cavities of plaquettes de semi-conducteurs à positionner.  semiconductor chips to be positioned. Procédé selon l'une quelconque des revendications précé-  A process according to any preceding claim dentes, caractérisé par le fait que chacune des plaquettes de semi-  characterized by the fact that each of the semiconductor wafers conducteurs à positionner comporte plusieurs cavités et qu'une bille  positioning conductors has a plurality of cavities and a ball est associée chaque fois à deux cavités qui coïncident.  is associated each time with two coincidental cavities.
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