RU221511U1 - Устройство для точного соединения полупроводниковых пластин - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к области соединения (сращивания, бондинга) полупроводниковых пластин. В результате использования предлагаемого устройства обеспечивается повышение точности совмещения при сращивании полупроводниковых пластин за счет выемки в нагреваемых плитах. Данный результат достигается за счет использования в конструкции устройства для точного соединения полупроводниковых пластин следующих ключевых элементов: нагреваемые плиты имеют выемку, форма выемки совпадает с формой полупроводниковых пластин, глубина выемки не превышает толщину полупроводниковой пластины, центры нагреваемых плит и основания реакционной камеры совпадают.

Description

Полезная модель относится к области соединения (сращивания, бондинга) полупроводниковых пластин.

В процессе изготовления устройств в микроэлектронике используются полупроводниковые пластины, на которых посредством литографии, нанесения и травления слоев сформированы структуры. Повышение надежности интегральных схем обеспечивается за счет увеличения теплоотвода материалов. Требования к теплоотводу возрастают с увеличением количества уровней металлизации. Одним из решений является вертикальное интегрирование. Для этого между двумя пластинами располагают промежуточную полупроводниковую пластину - интерпозер. В объеме интерпозеров формируют сквозные TSV отверстия (Through-Silicon Vias) и заполняют металлом. В результате использования объема материала полупроводниковой пластины обеспечивается рассеивание тепла и не допускается тепловая деградация прибора. Кроме того, соединение набора рабочих пластин через интерпозеры (или напрямую) предоставляет возможность продолжать достижение очередных уровней интеграции интегральных схем за счет вертикального интегрирования. Данная операция соединения часто выполняется последней перед разделением пластины на кристаллы. Перед проведением данной операции затрачивается большое количество временных и финансовых ресурсов для изготовления половинок финального рабочего устройства, что доказывает чрезвычайную важность успешного проведения операции соединения.

Известно изобретение, в котором представлена конструкция устройства для изготовления заготовки фотокатода фотоэлектронного прибора термокомпрессионным соединением полупроводниковой пластины со стеклянной заготовкой [1].

Данное техническое решение имеет следующие недостатки и ограничения. Предлагаемое устройство применяется только для соединения полупроводниковой пластины со стеклянной заготовкой. То есть, нельзя соединять две полупроводниковые пластины. Учитывая, что материал стекла не проводит электричество, то передача полезного сигнала между образцами невозможна. Авторы изобретения указывают, что устройство позволяет создавать только заготовки фотокатода фотоэлектронного прибора, что значительно огранивает область применения устройства.

Известно изобретение, в котором описывается конструкция для низкотемпературного прямого соединения полупроводниковых пластин, содержащее основание, центрифугу с каруселью с узлами крепления полупроводниковых пластин, крышку для создания замкнутого пространства над соединяемыми полупроводниковыми пластинами, узел нагрева, причем каждый узел крепления выполнен с держателем для размещения и фиксаторами для разделения полупроводниковых пластин, причем каждый узел крепления полупроводниковых пластин снабжен разрезным кольцом с пазами, а держатель узла крепления цилиндрическими винтовыми пружинами кручения, расположенными с возможностью подпружинивания разрезного кольца относительно держателя, при этом держатель и разрезное кольцо размещены с возможностью соединения штифтом из магнитомягкого металла, в держателе выполнены пазы для размещения фиксаторов для разделения полупроводниковых пластин, причем фиксаторы подпружинены цилиндрическими винтовыми пружинами сжатия относительно разрезного кольца, основание и карусель центрифуги снабжены системой магнитов, расположенной на одинаковом расстоянии от оси вращения центрифуги с возможностью их взаимодействия, а крышка для создания замкнутого пространства над полупроводниковыми пластинами снабжена подпружиненными в перпендикулярном относительно основания направлении магнитами, размещенными с возможностью их соосного расположения со штифтом из магнитомягкого металла при закрытой крышке и взаимодействии магнитов центрифуги и магнитов основания [2].

К недостаткам данного изобретения можно отнести недостаточное качество очистки поверхности перед соединением пластин. Даже в случае применения новейших систем очистки поверхности и минимального времени пролеживания пластин (между операциями очистки и соединения) будет внесена некоторая дефектность из-за пыли в помещении, из-за контакта пластины с оператором.

Многофункциональное устройство для соединения полупроводниковых пластин, содержащее основание, центрифугу с каруселью и узлами крепления полупроводниковых пластин, крышку для создания замкнутого пространства над соединяемыми полупроводниковыми пластинами, узел нагрева, нагреваемые плиты, две реакционные камеры для соединения и отмывки пластин, механизм перемещения пластин между реакционными камерами, насос для формирования вакуумной атмосферы, систему выбора подачи реагентов в зависимости от типа соединяемых полупроводниковых пластин, причем узлы крепления для фиксации полупроводниковых пластин одинакового или различного диаметра выполнены в виде круглых оснований диаметром, превышающим диаметр самой большой пластины, с отверстиями для притяжения пластин под вакуумным давлением, расположенными равномерно по площади круглых оснований [3].

К недостаткам устройства, принятого за прототип, является недостаточное качество соединения (сращивания, бондинга), связанное с низкой точностью совмещения полупроводниковых пластин.

Задачей настоящей полезной модели является повышение точности совмещения при сращивании полупроводниковых пластин.

Поставленная задача решается тем, что формируют устройство для точного соединения полупроводниковых пластин содержащее основание, крышку, нагреваемые плиты с выемкой для точного совмещения полупроводниковых пластин.

По сравнению с прототипом, нагреваемые плиты имеют выемку для точного совмещения пластин при сращивании (соединении). Форма и глубина выемки совпадает для каждой из нагреваемых плит, что позволяет упростить процесс совмещения пластин. Причем, каждая нагреваемая плита расположена в основании цилиндра, что предотвращает люфт в процессе перемещения при соединении.

Форма выемки совпадает с формой полупроводниковых пластин, глубина выемки не превышает толщину полупроводниковой пластины, центры нагреваемых плит и основания реакционной камеры совпадают.

В прототипе точность совмещения (позиционирования) пластин относительно друг друга определяется зрением оператора, что составляет около 100 мкм [4]. В предлагаемом техническом решении точность совмещения пластин зависит от качества металлообработки нагреваемых плит - от 2,5 мкм до 20 мкм [5]. Учитывая, что процесс изготовления нагреваемых плит происходит по групповой технологии, то даже с учетом некоторого допуска по размерам изготовления выемок, происходит увеличение точности совмещения не менее чем в 5 раз.

На фиг. 1 представлено устройство для точного соединения полупроводниковых пластин, где:

1 - крышка для создания замкнутого пространства над соединяемыми полупроводниковыми пластинами, 2 - реакционная камера для соединения пластин, 3 - механизм перемещения пластин между реакционными камерами, 4 - узел нагрева, 5 - насос для формирования вакуумной атмосферы, 6 - нагреваемые плиты с выемкой для точного совмещения полупроводниковых пластин,

На фиг. 2 схематично представлены нагреваемые плиты с выемкой для точного совмещения полупроводниковых пластин (фиг. 2а - до соединения, фиг. 2б - после соединения), где: 2 - реакционная камера для соединения пластин, 6 - нагреваемые плиты с выемкой для точного совмещения полупроводниковых пластин, 7 - полупроводниковая пластина №1, 8 - полупроводниковая пластина №2.

На фиг. 3 схематично представлены нагреваемые плиты с выемкой для точного совмещения полупроводниковых пластин в изометрии (фиг. 3а - нагреваемые плиты с выемкой для полупроводниковых пластин, фиг. 3б - нагреваемые плиты с выемкой для полупроводниковых пластин перед процессом соединения), где: 6 - нагреваемые плиты с выемкой для точного совмещения полупроводниковых пластин, 7 - полупроводниковая пластина №1, 8 - полупроводниковая пластина №2, 9 - выемка для полупроводниковых пластин.

На фиг. 4 представлен срез (вид сбоку) полупроводниковых пластин после проведения операции соединения (бондинга).

Устройство для точного соединения полупроводниковых пластин работает следующим образом. После очистки этого пластина перемещается в шлюз посредством механизма перемещения пластин между реакционными камерами. В реакционной камере для соединения пластин создается вакуумная атмосфера с помощью насоса и герметичной крышки. Следующим шагом, через шлюз пластины попадают в реакционную камеру для соединения пластин. Таким образом, пластины располагаются в выемке нагреваемой плиты, что обеспечивает высокую точность совмещения. После этого происходит повышение температуры с использованием узла нагрева. Затем пластины соединяются посредством перемещения нагреваемых плит внутри основания цилиндра с последующим контактом.

Конкретный пример исполнения. Проводят очистку поверхности кремниевых пластин ∅ 150 мм с тонкой алюминиевой пленкой толщиной 500 нм и адгезионным слоем толщиной в диапазоне от 13 до 15 мкм в растворе диметилформамида (ДМФА). Очистка проводится при максимальной скорости вращения центрифуги 1500 об/мин. После этого пластина перемещается в шлюз посредством механизма перемещения пластин между реакционными камерами. Проводят откачку атмосферы реакционной камеры до давления 10^-3 мбар. Пластины перемещают в реакционную камеру для соединения пластин. При помощи специальных углублений в нагреваемых плитах, пластины совмещаются с точностью не более 2000 нм. Ключевым фактором, влияющим на точность совмещения является точность формирования формы и выемки в нагревательных плитах. Поднимают температуру до 200°С со скоростью 15°С/мин. Соединяют пластины.

В результате использования предлагаемого устройства обеспечивается повышение точности совмещения при сращивании полупроводниковых пластин.

Источники информации:

1. Патент РФ №2670498.

2. Патент РФ №2033657.

3. Патент РФ №216169 - прототип.

4. Auge und Sehen - der lange Weg zu digitalem Erkennen. Astro Journal Sternenbote, 20p., Vol.2000/8, Vienna 2000.

5. Электронный ресурс: https://nvph.ru/osnovnye-vidy-tochnoy-metalloobrabotki

Claims (1)

1. Устройство для точного соединения полупроводниковых пластин, содержащее реакционную камеру, основание, крышку, нагреваемые плиты, отличающееся тем, что нагреваемые плиты имеют выемку, форма выемки совпадает с формой полупроводниковых пластин, глубина выемки не превышает толщину полупроводниковой пластины, центры нагреваемых плит и основания реакционной камеры совпадают.