TW202305964A - 接合工具及其接合方法 - Google Patents

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semiconductor
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邱致遠
陳師彥
彭棋俊
陳泓錕
林惠婷
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台灣積體電路製造股份有限公司
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Abstract

本文提供了一種接合工具及接合方法。該方法包含將半導體晶粒附接到具有第一表面的接合工具，其中前述接合工具包含彎曲構件，前述彎曲構件是可以活動地設置在前述接合工具的溝槽中，前述彎曲構件從前述第一表面突出並使前述半導體晶粒彎曲。將半導體晶粒朝向半導體晶圓移動使得彎曲構件縮回，並在半導體晶粒和半導體晶圓一部分處將半導體晶粒和半導體晶圓進行部分接合；並且在部分接合之後使半導體晶粒和半導體晶圓之間完全接合。

Description

接合工具及其接合方法
本發明實施例是關於一種接合工具及其接合方法。
包含半導體元件的電子設備對於許多現代應用產品來說是必不可少的。在材料和設計方面的技術進步已經生產出好幾代的半導體元件，每一代都是比上一代更小、更複雜的電路。隨著半導體技術的進一步發展，堆疊半導體元件，例如，3D積體電路(3DIC)，已成為進一步減小半導體元件物理尺寸的有效替代方案。然而，在堆疊半導體元件和降低製造成本方面仍舊存在著許多挑戰。
根據本發明的一實施例，一種關於半導體的接合方法，包含：將一半導體晶粒附接到具有一第一表面的一接合工具，其中該接合工具包含在該接合工具的一溝槽中可以活動地放置的一彎曲構件，且其中該彎曲構件從該第一表面突出並且彎曲該半導體晶粒；將該半導體晶粒與在該半導體晶粒下方的一半導體晶圓對準；將該半導體晶粒朝向該半導體晶圓移動以使該彎曲構件縮回以及在該半導體晶粒以及該半導體晶圓的一部分處進行部分接合，從俯視角度來看，該部分與該彎曲構件重疊；及在該部分接合之後，接著在該半導體晶粒以及該半導體晶圓之間進行完全接合。
根據本發明的一實施例，一種關於半導體的接合方法，包含：接收具有一第一表面的一接合工具以及接收從該第一表面突出的一彎曲構件；藉由使該彎曲構件與該半導體晶粒接觸而使該半導體晶粒撓曲；將該半導體晶粒朝向一半導體晶圓移動，其中該半導體晶圓具有面向該半導體晶粒的一平坦表面；及在該半導體晶粒撓曲並且該半導體晶圓實質上平坦的同時，使該半導體晶粒與該半導體晶圓接觸，該半導體晶粒與該半導體晶圓的接觸使得該彎曲構件從該第一表面縮回。
根據本發明的一實施例，一種半導體接合工具，包含：一晶圓吸盤，其具有經配置以接合一半導體晶粒的一第一表面，其中該晶圓吸盤包含位於該第一表面的一中心區域中的一溝槽；一彎曲構件，其位於該溝槽中，其中該彎曲構件經配置從第一表面突出以在進行一接合之前使該半導體晶粒彎曲，該彎曲構件經配置以在該接合期間縮回至該溝槽中；及多個真空孔，其位於該第一表面的一外圍區域中，其中該等多個真空孔經配置以固定該半導體晶粒。
以下揭露提供用於實施所提供標的之不同特徵之諸多不同實施例或實例。下文將描述組件及配置之特定實例以簡化本揭露。當然，此等僅為實例且不意在產生限制。例如，在以下描述中，在第二構件上方或第二構件上形成第一構件可包含其中形成直接接觸之第一構件及第二構件的實施例，且亦可包含其中可在第一構件與第二構件之間形成額外構件使得第一構件及第二構件可不直接接觸的實施例。另外，本揭露可在各個實例中重複參考元件符號及/或字母。此重複係為了簡單及清楚且其本身不指示所討論之各種實施例及/或組態之間的一關係。
此外，為便於描述，例如「在…之下」、「下方」、「下」、「上方」、「上」、「在…之上」、「上面」及其類似之空間相對術語在本文中可用於描述一元件或構件與另一(些)元件或構件之關係，如圖中所繪示出的。除了圖中所描繪之方向之外，空間相對術語亦意欲涵蓋裝置在使用或操作中之不同方向。設備可依其他方式方向(旋轉90度或依其他方向)且亦可因此解譯本文中所使用之空間相對描述詞。
如本文中所使用的術語，儘管例如「第一」、「第二」以及「第三」之類的術語描述了各種元件、組件、區域、層及/或區段，但這些元件、組件、區域、層及/或區段不應受這些術語的限制。這些術語只能用於將一個元件、組件、區域、層或區段與另一個元件、組件、區域、層或區段分開來。除非上下文有明確指出，例如「第一」、「第二」以及「第三」之類的術語在本文中使用時並不暗示順序或順序。
儘管闡述本揭露之廣泛範疇的數值範圍及參數係近似值，但要盡可能精確報告具體實例中所闡述之數值。然而，任何數值都固有地包含某些誤差，這些誤差必然是由於個別測試量測中常見之偏差所導致的。而且，如本文中所使用，術語「實質上」、「約」及「大約」一般意謂在熟習技術者可考慮的值或範圍內。或者，術語「實質上」、「約」及「大約」意謂由熟習技術者所考慮時在平均值可接受標準誤差內。熟習技術者可以理解，可接受的標準誤差可以根據不同的技術而有所不同。除在操作/工作實例中之外，或除非另有明確說明，否則本文中所揭露之所有數值範圍、數量、值及百分比，例如材料數量、持續時間、溫度、操作條件、數量比等那些其中在本揭露的內容應被理解為在所有情況下都由術語「實質上」、「約」及「大約」所修飾。因此，除非有相反的指令，否則本揭露及所附申請專利範圍中所闡述之數值參數係可根據需要變動之近似值。至少應該根據報告的有效數字的數量及藉由應用一般捨入技術來解釋各數值參數。範圍在本文中可表示為自一端點至另一端點或在兩個端點之間。除非另有說明，否則本文中所揭露之所有範圍均包含端點。
隨著半導體元件尺寸的不斷減小，現今半導體元件已經結合了越來越多的功能。為了以高效率和低成本製程來製造半導體元件，將分離的元件晶片(chip)、晶粒或晶圓接合並電氣互連。半導體元件封裝可以相應地形成。在各種半導體接合技術中，晶粒對晶圓接合技術涉及晶粒和晶圓之間的附接及電氣互連。晶片到晶圓接合技術需要晶片和晶圓之間的精確對準。此外，應注意的是不要在接合晶粒和晶圓之間的介面處留下多餘的間隙或空隙。如果在接合晶粒和晶圓過程中發現多餘的空隙或者晶粒和晶圓之間沒有對準，則可能發生接合失敗。
本揭露一些實施例提供了一種接合工具及其接合方法。所提出用於接合半導體晶粒和半導體晶圓的方法提供了一些優點。藉由使用彎曲構件使半導體晶粒撓曲、變形或彎曲，可以使半導體晶粒的中心區域和半導體晶圓之間有初始接觸。因此，可以避免在半導體晶粒的接合表面和半導體晶圓之間的介面處出現空隙及/或間隙，並且可以提高接合的性能。
圖1A至圖1D是根據本揭露一或多個實施例之態樣的接合工具100之示意圖。圖1A是接合工具100的俯視圖、圖1B是接合工具100的仰視圖、圖1C是沿截面線A-A截取的接合工具100的截面圖、且圖1D是接合工具100的B-B線放大截面圖。圖1A至1D中所示的其中一些特徵，在圖1A至1D和接下來的圖中可能被放大及/或不成比例，以便能清楚地表達所示實施例之態樣。
參考圖1A和1B，接合工具100包含晶圓台102和晶圓吸盤104。在一些實施例中，晶圓台102經配置以支撐和固定晶圓吸盤104。晶圓台102可以經配置以將晶圓吸盤104移動到預定位置以幫助晶粒到晶圓的接合操作。在一些實施例中，晶圓吸盤104由晶圓台102固定或安裝在晶圓台102上。晶圓吸盤104可以經配置以接合、固定或夾持工件，例如半導體晶粒(未示出)，以便在晶粒對晶圓的對準和接合過程中固定工件在原位。在一些實施例中，晶圓吸盤104經配置以向工件施加吸力。在一些實施例中，晶圓吸盤104是提供真空力以固定工件的真空吸盤。晶圓吸盤104可以在其表面上包含真空孔106。此外，可以使用泵藉由對真空孔106施加真空力來吸住工件。
參考圖1A、1C和1D，接合工具100還包含溝槽108和彎曲構件110。在一些實施例中，彎曲構件110一部分位於溝槽108中。彎曲構件110在溝槽108中可以活動地放置。在一些實施例中，彎曲構件110經配置以在工件上施加彎曲力。接合工具100包含第一表面100a。在一些實施例中，晶圓吸盤104的表面104s也稱為接合工具100的第一表面100a。在一些實施例中，彎曲構件110從第一表面100a突出。第一表面100a可以具有中心區域100c以及橫向地圍繞中心區域100c的外圍區域100p。在一些實施例中，溝槽108位於第一表面100a的中心區域100c。也就是說，彎曲構件110位於第一表面100a的中央區域100c。在一些實施例中，真空孔106位於第一表面100a的外圍區域100p中。在一些替代實施例中，真空孔106橫向地圍繞彎曲構件110。
仍舊參考圖1D，彎曲構件110，也可以稱為彎曲誘發構件(Bend-Inducing Member)，其經配置以彎曲物體。彎曲構件110包含柱塞裝置。在一些實施例中，彎曲構件110是彈性柱塞裝置。彎曲構件110可以包含主體110a以及連接到主體110a的彈簧110b。在一些實施例中，主體110a的形狀為球體、半球體、圓柱體、棱柱體等。彈簧110b可設計用於彎曲構件110的收縮、壓縮及/或拉伸。在一些實施例中，彈簧110b是螺旋彈簧。在替代實施例中，彈簧110b可包含彈簧鋼、海綿、緩衝墊等。在一些實施例中，主體110a在溝槽108中可以活動地放置。舉例來說，當彎曲構件110處於其正常位置(非變形位置)時，主體110a會從第一表面100a突出。當彎曲構件110處於其收縮位置時，主體110a的頂部表面110t與第一表面100a實質上齊平或低於第一表面100a。主體110a可以具有半徑R。在一些實施例中，主體110a的半徑R實質上大於1毫米(mm)。在一些實施例中，主體110a的半徑R實質上大於1.5毫米。在一些實施例中，主體110a的半徑R在從大約1毫米到大約8毫米的範圍內。晶圓吸盤104可以具有長度L。在一些實施例中，晶圓吸盤104的長度L大於主體110a的半徑R。在一些實施例中，主體110a的半徑R實質上小於晶圓吸盤104的一半長度L。
圖1E至1F是根據本揭露一或多個實施例之態樣的彎曲構件之110示意圖。圖1E是彎曲構件110的側視圖，圖1F是彎曲構件110的俯視圖。如圖1E和1F所示，彎曲構件110還可包含用於容納主體110a和彈簧110b的容器110c。在一些實施例中，主體110a從第一表面100a突出距離D1。此外，主體110a在晶粒與晶圓接合的過程中會縮回至收縮位置，且距離D1可小於或實質上等於0，即主體110a的頂部低於第一表面100a。在一些實施例中，在沒有縮回的閒置階段期間，距離D1在從大約0.3毫米到大約2.4毫米的範圍內。在一些實施例中，當主體110a藉由接合壓力縮回至收縮位置時，彈簧110b也相應地收縮。
仍舊參考圖1E至1F，容器110c還可包含管子110d以及橫向地圍繞管子110d的帶狀區域110e。管子110d經配置以容納主體110a和彈簧110b。管子110d可以包含高度H t和長度L t。在一些實施例中，高度H t在從大約3毫米到大約11.5毫米的範圍內。在一些實施例中，長度L t在從大約2毫米到大約10毫米的範圍內。帶狀區域110e可以包含高度H b和長度L b。在一些實施例中，高度H b在從大約0.5毫米到大約1.5毫米的範圍內。在一些實施例中，長度L t在從大約2.5毫米到大約10.6毫米的範圍內。
圖2是根據本揭露一或多個實施例之態樣的表示方法200之流程圖。方法200包含操作202，其中將半導體晶粒附接到接合工具上。在一些實施例中，接合工具包含在接合工具的溝槽中可以活動地放置的彎曲構件。接合工具可以具有第一表面。在一些實施例中，彎曲構件從第一表面突出並使半導體晶粒彎曲。法200還包含操作204，其中半導體晶粒與半導體晶粒下方的半導體晶圓對準。方法200還包含操作206，其中將半導體晶粒朝向半導體晶圓移動，使得彎曲構件縮回以及在半導體晶粒和半導體晶圓一部分處進行部分接合。在一些實施例中，從俯視角度來看，前述半導體晶粒的部分與彎曲構件重疊。方法200進一步包含操作208，其中在部分接合之後，接著使半導體晶粒和半導體晶圓之間完全接合。
描述方法200的目的是為了說明本揭露的概念，並且該描述不意在將本揭露限制在超出請求項中明確記載的內容範圍之外。並可以在上面和圖2所示的方法之前、之間和之後提供額外的操作，並且對於該方法的額外實施例，可以替換、排除或移動所描述的一些操作。
。圖3A至3F是繪示出根據本揭露一或多個實施例之態樣的在不同階段進行晶粒對晶圓對準和接合的過程之截面圖。
參考圖3A，接收接合工具100及半導體晶粒302。前述接合工具100可以是關於圖1所討論的接合工具100。前述半導體晶粒302可以是任何類型的晶粒。例如，半導體晶粒302可以是邏輯晶粒、系統單晶片(System-On-Chip，SOC)晶粒、專用積體電路（Application Specific Integrated Circuit，ASIC）晶粒、感測器晶粒、記憶體晶粒等。可以使用任何可接受的製程來形成半導體晶粒302。
仍舊參考圖3A，接合工具100被放置在半導體晶粒302上並且與半導體晶粒302對準。半導體晶粒302可以具有長度(或半徑)X。在一些實施例中，半導體晶粒302的長度X小於或實質上等於晶圓吸盤104的長度L。在一些實施例中，半導體晶粒302的長度X大於大約1.5毫米。藉由將接合工具100的中心與半導體晶粒302的中心對準，可以將接合工具100放置在半導體晶粒302上並且與半導體晶粒302對準。例如，藉由將主體110a的位置與半導體晶粒302的中心對準，可以將接合工具100放置在半導體晶粒302上並且與半導體晶粒302對準。在半導體晶粒302的長度X實質上等於晶圓吸盤104的長度L的一些實施例中，藉由將晶圓吸盤104的邊緣與半導體晶粒302的邊緣對準，可以將接合工具100放置在半導體晶粒302上並且與半導體晶粒302對準。
參考圖3B，將半導體晶粒302附接到接合工具100。在圖2中的方法200的操作202中描述各個步驟。半導體晶粒302從第一表面(或接合表面)100a放置並固定在接合工具100上。真空系統可以與接合工具100並耦合，並且可以用於固定半導體晶粒302。在一些實施例中，半導體晶粒302的附接包含藉由接合工具100的真空孔106固定半導體晶粒302的外圍區域。例如，真空孔106位於第一表面100a上，從而可以施加差壓到半導體晶粒302的背面(例如，非接合)表面。半導體晶粒302可以固定到接合工具100上，使半導體晶粒302經由彈性變形或撓曲，以符合第一表面100a和彎曲構件110。例如，當使用真空系統時，施加到半導體晶粒302的背面(例如，非接合)表面的吸力或差壓可以使半導體晶粒302與第一表面100a和彎曲構件110符合。在一些實施例中，當啟動真空系統，接著將接合工具100放置在半導體晶粒302上。接合工具100可以定位在半導體晶粒302上方，並使第一表面100a面向半導體晶粒302。
仍舊參考圖3B，彎曲構件110從第一表面100a突出並使半導體晶粒302撓曲或變形。在一些實施例中，將半導體晶粒302固定到接合工具100上，並且藉由彎曲構件110的突出和來自彎曲構件的力量而將半導體晶粒302變形。例如藉由彈性變形或撓曲，將半導體晶粒302變形或撓曲。在一些實施例中，在將半導體晶粒302附接到接合工具100這過程期間，彎曲構件110維持在其未變形位置(即，從第一表面100a突出)。在一些實施例中，彎曲構件110在此階段的時候維持在原來位置上並從第一表面100a突出一距離D1。在替代實施例中，彎曲構件110從第一表面100a縮回並突出一距離Dx(未示出)，該距離Dx小於距離D1。在一些實施例中，藉由彈簧110b的收縮和主體110a的縮回而將彎曲構件110縮回原處。
參考圖3C，半導體晶粒302與在半導體晶粒302下方的半導體晶圓304對準。在圖2中的方法200的操作204中描述各個步驟。圖3C繪示出半導體晶粒302及半導體晶圓304的放大圖。在一些實施例中，半導體晶粒302經由光學對準操作與半導體晶圓304對準，這將在圖4A和4B中有更詳細地討論。在一些實施例中，彎曲構件110在此階段的時候維持在原來位置上並從第一表面100a突出一距離D1。也就是說，彎曲構件110在此階段的時候維持在其未變形位置。在替代實施例中，彎曲構件110從第一表面100a縮回並突出一距離Dy(未示出)，該距離Dy小於距離D1或小於前一階段的距離Dx。
半導體晶圓304可以是任何類型的晶圓。例如，半導體晶圓304可以是包含邏輯晶粒、系統單晶片(SOC)晶粒、專用積體電路(ASIC)晶粒、感測器晶粒、記憶體晶粒等的晶圓。在示例中，半導體晶圓304是包含SOC晶粒的晶圓，並且半導體晶粒302是ASIC晶粒。在另一示例中，半導體晶圓304是包含邏輯晶粒的晶圓，並且半導體晶粒302是感測器晶粒，例如影像感測器晶粒。
可以使用任何可接受的製程在接合之前形成半導體晶圓304。然後，將半導體晶圓304放置並固定在接合台410上(見圖4B)。真空系統可以與接合台410耦合，並且可以用於固定半導體晶圓304。例如，許多小孔或穿孔可以排列在接合台410中，從而可以將差壓施加到半導體晶圓304的背面(例如，非接合)表面。半導體晶圓304可以固定到接合台410上，使半導體晶圓304符合接合台410的表面。在一些實施例中，接合台410的表面實質上是平坦的。此外，在這個階段，半導體晶圓304實質上是平坦的。在一些實施例中，接合工具100可以定位在接合台410上方，其中半導體晶粒302和半導體晶圓304的接合表面彼此面對面。
參考圖3D，將半導體晶粒302朝向半導體晶圓304移動並接觸到半導體晶圓304，以將彎曲構件110縮回並在半導體晶粒302和半導體晶圓304的部分302a處(也可以稱為中心部分)部分接合。在圖2中的方法200的操作206中描述各個步驟。在一些實施例中，彎曲構件110從第一表面100a突出或延伸，使半導體晶粒302撓曲並且使半導體晶粒302的接合表面接觸半導體晶圓304。
半導體晶粒302接觸半導體晶圓304，同時半導體晶圓304被固定到接合台410上並符合接合台410(參見圖4B)的表面，即，同時半導體晶圓304實質上是平坦的。此外，半導體晶粒302接觸半導體晶圓304，同時半導體晶粒302被固定到接合工具100並且被彎曲構件110撓曲。因此，半導體晶粒302和半導體晶圓304開始接觸時，半導體晶粒302被撓曲並且半導體晶圓304實質上是平坦的。
半導體晶粒302和半導體晶圓304可以在上述位置固定接觸一段時間，例如在大約0秒和大約5秒之間、在大約5秒和大約10秒之間、或其他合適的時間段。以這種方式，半導體晶粒302和半導體晶圓304的接觸部分(例如，在半導體晶粒302的接合表面的中心以及半導體晶圓304的接合表面的指定區域)可以開始接合，例如經由化學反應(例如，形成共價鍵及/或離子鍵)及/或原子吸引力(例如，極性力及/或氫鍵)。在一些實施例中，在半導體晶粒302和半導體晶圓304的部分302a之間進行或形成部分接合。從俯視角度來看，部分302a可以與彎曲構件110重疊。一旦開始接合，在接合表面處就會發生漸進式附接，其也可稱為漸進式接合或接合波。漸進式附接可以從半導體晶粒302的中心向外傳播到半導體晶粒302的邊緣。在一些實施例中，彎曲構件110在操作期間從第一表面100a縮回。因此，彎曲構件110的縮回是由主體110a的縮回和彈簧110b的收縮引起的。在一些實施例中，彎曲構件110在這個階段從第一表面100a突出一距離D2。該距離D2小於前一階段的距離D1。
在一些實施例中，原位監測半導體晶粒302和半導體晶圓304的接合輪廓。例如，在半導體晶粒302和半導體晶圓304的部分接合期間，有幾個因子例如感測電流、位置速度、壓力及/或力，可以原位監測。在一些實施例中，在部分接合期間監測半導體晶粒302和半導體晶圓304之間的壓力。在一些實施例中，如果(反應於)壓力超過預定範圍，則部分接合的操作停止。在一些實施例中，在部分接合期間監測與半導體晶粒302和半導體晶圓304之間的接合壓力相關聯的感測電流。感測電流還可以提供關於接合壓力在接觸區域的不同方向上是否均勻的指標。接觸區域不同方向的接合壓力值差異較大，這可能是接合故障的根源，會導致更高電位的感測電流。在一些實施例中，如果感測電流的變化超過預定範圍，則部分接合的操作停止。在一些實施例中，監測接合輪廓以檢測是否發生接合失敗。
參考圖3E，在部分接合之後，接著在半導體晶粒302和半導體晶圓304之間進行完全接合。在圖2中的方法200的操作208中描述各個步驟。一旦半導體晶粒302和半導體晶圓304完全接觸，使用接合工具100在半導體晶粒302和半導體晶圓304之間施加接合壓力以增強接合性能。在一些實施例中，儘管可替代地使用可用於幫助接合過程的任何合適的壓力，接合壓力在大約50毫牛頓(mN)和大約1,000毫牛頓(mN)之間。此外，如果需要的話，可以使用熱操作增加熱量。在一些實施例中，儘管可替代地使用可用於幫助接合過程的任何合適的溫度，溫度控制在大約20°C和大約25°C之間。
當將壓力施加到半導體晶粒302和半導體晶圓304時，在半導體晶粒302與半導體晶圓304所接觸的每個點的地方會接合在一起。因為半導體晶粒302在前一階段發生撓曲或變形，所以壓力使得接合動作從部分302a逐漸往半導體晶粒302的邊緣進行。在完全接合期間，半導體晶粒302可以回到其原本的形態，例如平面晶粒。此外，在接合波(即漸進式附接、漸進式接合)開始之後，如關於圖3D所討論的，接合波可以繼續向外傳播，以引起反應及/或原子吸引力發生在半導體晶粒302和半導體晶圓304的接合表面的剩餘部分之間。由於中心區域中的接合表面之間的接觸且允許接合波向外傳播，可以避免在半導體晶粒302和半導體晶圓304的接合表面之間的接合介面處出現空隙及/或間隙。在一些實施例中，彎曲構件110在完全接合的操作期間繼續維持縮回狀態。在一些實施例中，彎曲構件110的頂部表面，即主體110a的頂部表面110t在這個階段實質上與第一表面100a齊平。
參考圖3F，從接合工具100將半導體晶粒302鬆開。在一些實施例中，可以去除由相應的真空系統引起的吸力或差壓。一旦半導體晶粒302被鬆開，彎曲構件110可以被鬆開回到其原本的形態，例如其未變形位置。在一些實施例中，在這個階段，彎曲構件110可以被鬆開以從第一表面100a突出距離D1。也就是說，彎曲構件110在鬆開之後恢復到初始形態。
本文所提出的用於接合半導體晶粒和半導體晶圓的方法提供了一些優點。在沒有彎曲構件110時，在半導體晶粒302由接合工具固定或固持的一些情況中觀察到感測電流的大變化，這指明半導體晶粒302上的接合壓力分佈不均勻。藉由在彎曲構件110的幫助下接合半導體晶粒302，可以觀察到感測電流的變化較小。也就是說，半導體晶粒302的撓曲或變形，讓半導體晶粒302和半導體晶圓304的中心區域之間以更小的接觸面積進行初始接觸，這可以確保半導體晶粒302上的接合壓力分佈更均勻。因此，可以避免在半導體晶粒302和半導體晶圓304的接合表面之間的介面處出現空隙及/或間隙。
圖4A至圖4B是繪示出根據本揭露一或多個實施例之態樣的在不同階段進行晶粒對晶圓對準的過程之示意圖。
參考圖4A至4B，將光學對準測量系統400放在接合工具100附近。在一些實施例中，將光學對準測量系統400整合到接合工具100中。在一些實施例中，光學對準測量系統400包含第一影像裝置402、第二影像裝置404和第三影像裝置406。在一些實施例中，光學對準測量系統400還包含靠近接合工具100的基準標記(Fiducial Mark)408。第一影像裝置402和第二影像裝置404可以經配置以檢測或識別基準標記408的位置以及半導體晶圓304的位置。第三影像裝置406可以經配置以檢測或識別基準標記408的位置以及半導體晶粒302的位置。
將半導體晶圓304固定到接合台410上並且符合接合台410的表面，同時將半導體晶粒302固定到接合工具100上並與符合接合工具100。光學對準測量系統400可用於將半導體晶粒302與半導體晶圓304對準以進行接合。各種馬達，例如平台馬達，可以在X方向和Y方向上驅動接合工具100及接合平台410，以用於微調在半導體晶粒302與半導體晶圓304之間接合的對準。在一些實施例中，其他馬達，例如軟體補償的主軸馬達(Software Compensated Spindle Motor)，可以圍繞Z軸驅動接合工具100，以將半導體晶粒302旋轉成與半導體晶圓304對準以進行接合。
在將半導體晶粒302與半導體晶圓304進行接合之前，可以將對準製程併入接合製程，例如方法200，並使用光學對準測量系統400來將半導體晶粒302及半導體晶圓304對準。參考圖4A，將接合工具100上的半導體晶粒302定位以由第三影像裝置406檢查。第三影像裝置406也檢查與半導體晶粒302相鄰的基準標記408的位置。基準標記408的位置可以代表半導體晶粒302的相對位置。基準標記408的影像可以被數位化並且將影像電子化儲存以用於執行對準。
參考圖4B，接著移動接合工具100，將半導體晶粒302帶到接合台410上方的另一個位置。由第一成像裝置402和第二成像裝置404來檢查接合台410上的半導體晶圓304。與半導體晶粒302相鄰的基準標記408的位置也由第一影像裝置402和第二影像裝置404進行檢查。然後移動接合工具100並與半導體晶粒302的基準標記408的現有數位化影像對準。可以藉由接合工具100在X方向及/或Y方向上的微調平移，及/或藉由接合工具100圍繞Z軸的微調旋轉來執行前述的對準。
本揭露的結構和方法不限於上述實施例，並且可以具有其他不同的實施例。為簡化描述和方便本揭露各實施例之間的比較，以下各實施例中相同(或相似)的組件採用相同(或相似)的標號。為了更容易比較實施例之間的差異，以下描述將詳細描述不同實施例之間的不同之處，而相同的特徵、數值和定義將不再重複。
圖5A至5B是根據本揭露一或多個實施例之態樣的接合工具500之示意圖。 圖5A是接合工具500的俯視圖，圖5B是接合工具500的A-A截面圖。
參考圖5A至圖5B，接合工具500可以在許多態樣上類似於接合工具100。接合工具500包含兩個彎曲構件110-1和110-2。彎曲構件110-1和110-2可以與之前所討論的彎曲構件110相似或相同。晶圓吸盤104可以具有兩個長邊104a和兩個短邊104b。在一些實施例中，彎曲構件110-1和110-2形成與短邊104b平行的線。接合工具500包含兩組真空孔106。在一些實施例中，彎曲構件110-1和110-2形成與真空孔106平行的線。在一些實施例中，隨著彎曲構件110-1和110-2數量的增加，將在與長邊104a平行的方向上進行漸進接合，以在半導體晶粒302和半導體晶圓304的接合表面之間的接合介面處有機會實現更少的空隙及/或間隙。也就是說，藉由增加彎曲構件的數量，可以進一步提高接合性能。
圖6A至6C是根據本揭露一或多個實施例之態樣的接合工具600之示意圖。圖6A是接合工具600的俯視圖，圖6B是接合工具600的放大俯視圖，圖6C是接合工具600的放大截面圖。
參考圖6A，接合工具600可以在許多態樣上類似於接合工具100。接合工具600包含晶圓台602、晶圓吸盤604和真空孔606。晶圓台602、晶圓吸盤604和真空孔606可以分別與之前所討論的晶圓台102、晶圓吸盤104和真空孔106相似或相同。
參考圖6B和6C，接合工具600還包含溝槽608和彎曲構件610。在一些實施例中，彎曲構件610一部分位於溝槽608中。彎曲構件610在溝槽608中可以活動地放置。例如，彎曲構件610以其正常形狀(未變形形狀)從第一表面600a突出。此外，當彎曲構件610處於其變形形狀時，彎曲構件610的頂部表面與第一表面600a實質上齊平或低於第一表面600a。在一些實施例中，彎曲構件610經配置以在工件(例如，半導體晶粒302)上施加彎曲力。接合工具600包含第一表面600a。在一些實施例中，彎曲構件610從第一表面600a突出。彎曲構件610位於第一表面600a的中央區域。彎曲構件610，也可稱為彎曲誘發構件，其經配置以彎曲物體。在一些實施例中，彎曲構件610包含彈性帶。在一些實施例中，彈性係數在從大約0.05百萬帕斯卡(megapascal，MPa)到大約0.5百萬帕斯卡(MPa)的範圍內。
溝槽608可以具有寬度Tl、長度T2和深度T3。彎曲構件610可以具有寬度M1、長度M2和突出距離M3。間隔S1可以位於溝槽608和彎曲構件610之間。間隔S1可以經配置以容納處於變形形狀的彎曲構件610。晶圓吸盤604可以具有寬度W和長度L。在一些實施例中，溝槽608的尺寸大於或實質上等於彎曲構件610的尺寸。在一些實施例中，寬度T1實質上大於大約1.5毫米。在一些實施例中，寬度T1大於寬度M1。在一些實施例中，寬度M1大於大約0.5毫米。在一些實施例中，長度L的一半大於寬度T1。在一些實施例中，深度T3大於或實質上等於突出距離M3的兩倍。在一些實施例中，突出距離M3大於5微米(μm)。在一些實施例中，寬度M1大於或實質上等於間距S1的兩倍。在一些實施例中，寬度W大於長度T2，並且長度T2大於長度M2。
圖7A至圖7D是繪示出根據本揭露一或多個實施例之態樣的在不同階段進行晶粒對晶圓對準和接合的過程之截面圖。
參考圖7A，半導體晶粒302附接到接合工具600上。在圖2中的方法200的操作202中描述各個步驟。半導體晶粒302放置並固定在第一表面600a上。真空系統可以與接合工具600耦合並且可以用於固定半導體晶粒302。例如，真空孔606位於第一表面600a上，使可以施加差壓到半導體晶粒302的背面(例如，非接合)表面。半導體晶粒302可以固定到接合工具600，使得半導體晶粒302藉由彈性變形或撓曲與第一表面600a和彎曲構件610符合。彎曲構件610從第一表面600a突出，使半導體晶粒302撓曲或變形。在一些實施例中，在將半導體晶粒302附接到接合工具600的過程期間，彎曲構件610維持在其未變形的形狀(即，從第一表面600a突出)。
仍舊參考圖7A，半導體晶粒302與在半導體晶粒302下方的半導體晶圓304對準。在圖2中的方法200的操作204中描述各個步驟。在一些實施例中，半導體晶粒302經由光學對準操作來與半導體晶圓304對準，如關於圖4A和4B所討論的。在一些實施例中，彎曲構件610在這個階段從第一表面600a突出一距離M3。
參考圖7B，半導體晶粒302朝向半導體晶圓304移動，使得彎曲構件610變形，並在半導體晶粒302和半導體晶圓304的部分302a處進行部分接合。在圖2中的方法200的操作206中描述各個步驟。在一些實施例中，彎曲構件610從第一表面600a突出或延伸，使半導體晶粒302和半導體晶圓304的接合表面接觸。半導體晶粒302接觸半導體晶圓304，而半導體晶圓304實質上是平坦的。此外，當半導體晶粒302接觸半導體晶圓304的同時，半導體晶粒302被彎曲構件610撓曲。因此，半導體晶粒302和半導體晶圓304開始接觸時，半導體晶粒302被撓曲並且半導體晶圓304實質上是平坦的。
在一些實施例中，在半導體晶粒302和半導體晶圓304的部分302a之間進行或形成部分接合。從俯視角度來看，部分302a可以與彎曲構件610重疊。一旦開始接合，接合表面之間的接合波(即漸進式附接、漸進式接合)可以向外傳播。在一些實施例中，彎曲構件610在操作期間縮回。彎曲構件610可以藉由縮回動作而變形。在一些實施例中，彎曲構件610變形並在溝槽608中橫向延伸。彎曲構件610可以在間隔S1中橫向延伸。在一些實施例中，彎曲構件610在這個階段從第一表面600a突出一距離M4。該距離M4小於前一階段的距離M3。
參考圖7C，在部分接合之後，接著在半導體晶粒302和半導體晶圓304之間進行完全接合。在圖2中的方法200的操作208中描述各個步驟。一旦半導體晶粒302和半導體晶圓304接觸，使用接合工具600在半導體晶粒302和半導體晶圓304之間施加壓力。當向半導體晶粒302和半導體晶圓304施加壓力時，在半導體晶粒302與半導體晶圓304所接觸的每個點處會接合在一起。因為半導體晶粒302在前一階段撓曲(或變形)，該壓力使得接合從部分302a往半導體晶粒302的邊緣逐漸地進行。在完全接合期間，半導體晶粒302可以回到其原本的形態，例如平面晶粒。
由於中心區域中的接合表面的接觸和接合波的向外傳播，可以避免在半導體晶粒302和半導體晶圓304的接合表面之間的接合介面處出現空隙及/或間隙。在一些實施例中，彎曲構件610在完全接合的操作期間繼續保持縮回狀態。在一些實施例中，彎曲構件610的頂部表面610t在該階段與第一表面600a實質上齊平。在一些實施例中，溝槽608在這個階段被彎曲構件610完全填滿。
參考圖7D，從接合工具600將半導體晶粒302鬆開。在一些實施例中，可以去除由相應真空系統引起的吸力或差壓。一旦半導體晶粒302被鬆開，彎曲構件610可以被鬆開回其原本的形態，例如其未變形形狀。在一些實施例中，在這個階段，彎曲構件610可以被鬆開以從第一表面600a突出距離M3。也就是說，彎曲構件610在鬆開之後恢復到初始形態。
本文所提出的用於接合半導體晶粒和半導體晶圓的方法提供了一些優點。在沒有彎曲構件610時，半導體晶粒302由接合工具固定或固持的一些情況中觀察到感測電流的大變化，這指明半導體晶粒302上的接合壓力分佈不均勻。藉由在彎曲構件610的幫助下接合半導體晶粒302，可以觀察到感測電流的變化較小。也就是說，半導體晶粒302的撓曲或變形，讓半導體晶粒302和半導體晶圓304的中心區域之間以更小的接觸面積進行初始接觸，這可以確保半導體晶粒302上的接合壓力分佈更均勻。因此，可以避免在半導體晶粒302和半導體晶圓304的接合表面之間的介面處出現空隙及/或間隙，並且可以提高接合性能。
圖8是根據本揭露一或多個實施例之態樣的接合工具800之俯視圖。參考圖8，接合工具800可以在許多態樣上類似於接合工具600。接合工具800包含晶圓台802、晶圓吸盤804、真空孔806和彎曲構件810。與接合工具600不同的是，接合工具800的晶圓吸盤804位於晶圓台802的中心。在一些實施例中，晶圓吸盤804被晶圓台802包圍。晶圓吸盤804的位置可根據不同的產品需求進行設計。
根據本揭露的一些實施例，提供了一種方法。該方法包含將半導體晶粒附接到具有第一表面的接合工具，其中接合工具包含在接合工具的溝槽中可以活動地放置的彎曲構件，並且其中彎曲構件從第一表面突出並且彎曲半導體晶粒；將半導體晶粒與位於半導體晶粒下方的半導體晶圓對準；將半導體晶粒朝向半導體晶圓移動使得彎曲構件縮回以及在半導體晶粒和半導體晶圓的一部分進行部分接合，從俯視圖來看，該部分與彎曲構件重疊；及在部分接合之後接著在半導體晶粒和半導體晶圓之間進行完全接合。
根據本揭露的一些實施例，提供了一種方法。該方法包含接收具有第一表面以及從第一表面突出的彎曲構件的接合工具；藉由將彎曲構件與半導體晶粒接觸而使半導體晶粒撓曲；將半導體晶粒朝向半導體晶圓移動，其中半導體晶圓具有面向半導體晶粒的平坦表面；及在半導體晶粒被撓曲並且半導體晶圓實質上平坦的同時使半導體晶粒與半導體晶圓接觸，半導體晶粒與半導體晶圓的接觸使得彎曲構件從第一表面縮回。
根據本揭露的一些實施例，提供了一種接合工具。該半導體結構包含具有第一表面的晶圓吸盤，該第一表面經配置以接合半導體晶粒，其中晶圓吸盤包含位於第一表面的中心區域的溝槽；彎曲構件，位於溝槽中，其中彎曲構件經配置以從第一表面突出以在接合之前彎曲半導體晶粒，彎曲構件經配置以在接合過程中或接合之後縮回至溝槽中；多個真空孔，位於第一表面的外圍區域，其中前述多個真空孔經配置以固定半導體晶粒。
上文已概述若干實施例之特徵，使得熟習技術者可較佳理解本揭露之態樣。熟習技術者應瞭解，其可易於將本揭露用作設計或修改其他程式及結構以實施相同於本文中所引入之實施例之目的及/或達成相同於本文中所引入之實施例之優點的一基礎。熟習技術者亦應認識到，此等等效建構不應背離本揭露之精神及範疇，且其可在不背離本揭露之精神及範疇的情況下對本文作出各種改變、替換及變更。
100:接合工具 100a:第一表面 100c:中心區域 100p:外圍區域 102:晶圓台 104:晶圓吸盤 104a:長邊 104b:短邊 104s:表面 106:真空孔 108:溝槽 110:彎曲構件 110-1:彎曲構件 110-2:彎曲構件 110a:主體 110b:彈簧 110c:容器 110d:管子 110e:帶狀區域 110t:頂部表面 200:示例方法 202:操作步驟 204:操作步驟 206:操作步驟 208:操作步驟 302:半導體晶粒 302a:部分 304:半導體晶圓 400:光學對準測量系統 402:第一影像裝置 404:第二影像裝置 406:第三影像裝置 408:基準標記 410:接合台 500:接合工具 600:接合工具 600a:第一表面 602:晶圓台 604:晶圓吸盤 606:真空孔 608:溝槽 610:彎曲構件 610t:頂部表面 800:接合工具 802:晶圓台 804:晶圓吸盤 806:真空孔 810:彎曲構件 A-A:截面線 B-B:截面線 D1:距離 D2:距離 L:長度 L b:長度 L t:長度 M1:寬度 M2:長度 M3:距離 M4:距離 H b:高度 H t:高度 R:半徑 S1:間隔 T1:寬度 T2:長度 T3:深度 W:寬度 X:長度
自結合附圖閱讀之以下詳細描述最佳理解本揭露之態樣。應注意的是，根據行業標準做法，各種構件未按比例繪製。實際上，為使討論清楚，可任意增大或減小各種構件之尺寸。
圖1A至圖1D是根據本揭露一或多個實施例之態樣的接合工具之示意圖。
圖1E至1F是根據本揭露一或多個實施例之態樣的彎曲構件之示意圖。
圖2是根據本揭露一或多個實施例之態樣的表示方法之流程圖。
圖3A至3F是繪示出根據本揭露一或多個實施例之態樣的在不同階段進行晶粒對晶圓對準和接合的過程之截面圖。
圖4A至圖4B是繪示出根據本揭露一或多個實施例之態樣的在不同階段進行晶粒對晶圓對準的過程之示意圖。
圖5A至5B是根據本揭露一或多個實施例之態樣的接合工具之示意圖。
圖6A至6C是根據本揭露一或多個實施例之態樣的接合工具之示意圖。
圖7A至圖7D是繪示出根據本揭露一或多個實施例之態樣的在不同階段進行晶粒對晶圓對準和接合的過程之截面圖。
圖8是根據本揭露一或多個實施例之態樣的接合工具之俯視圖。
100:接合工具
102:晶圓台
104:晶圓吸盤
106:真空孔
108:溝槽
110:彎曲構件
A-A:截面線
B-B:截面線

Claims (10)

  1. 一種關於半導體的接合方法，包含： 將一半導體晶粒附接到具有一第一表面的一接合工具，其中該接合工具包含在該接合工具的一溝槽中可以活動地放置的一彎曲構件，且其中該彎曲構件從該第一表面突出並且彎曲該半導體晶粒； 將該半導體晶粒與在該半導體晶粒下方的一半導體晶圓對準； 將該半導體晶粒朝向該半導體晶圓移動以使該彎曲構件縮回以及在該半導體晶粒以及該半導體晶圓的一部分處進行部分接合，從俯視角度來看，該部分與該彎曲構件重疊；及 在該部分接合之後，接著在該半導體晶粒以及該半導體晶圓之間進行完全接合。
  2. 如請求項1之方法，其中該半導體晶粒的該部分是該半導體晶粒的一中心部分。
  3. 如請求項1之方法，其中該彎曲構件在該部分接合期間藉由縮回而變形以在該溝槽中橫向地延伸。
  4. 如請求項1之方法，其中該彎曲構件在該完全接合之後與該第一表面實質上齊平。
  5. 一種關於半導體的接合方法，包含： 接收具有一第一表面的一接合工具以及接收從該第一表面突出的一彎曲構件； 藉由使該彎曲構件與該半導體晶粒接觸而使該半導體晶粒撓曲； 將該半導體晶粒朝向一半導體晶圓移動，其中該半導體晶圓具有面向該半導體晶粒的一平坦表面；及 在該半導體晶粒撓曲並且該半導體晶圓實質上平坦的同時，使該半導體晶粒與該半導體晶圓接觸，該半導體晶粒與該半導體晶圓的接觸使得該彎曲構件從該第一表面縮回。
  6. 如請求項5之方法，其中該接合工具包含一溝槽，並且該彎曲構件在該接合之前有一部分位於該溝槽中。
  7. 如請求項5之方法，進一步包含： 從該接合工具鬆開該半導體晶粒。
  8. 一種半導體接合工具，包含： 一晶圓吸盤，其具有經配置以接合一半導體晶粒的一第一表面，其中該晶圓吸盤包含位於該第一表面的一中心區域中的一溝槽； 一彎曲構件，其位於該溝槽中，其中該彎曲構件經配置從第一表面突出以在進行一接合之前使該半導體晶粒彎曲，該彎曲構件經配置以在該接合期間縮回至該溝槽中；及 多個真空孔，其位於該第一表面的一外圍區域中，其中該等多個真空孔經配置以固定該半導體晶粒。
  9. 如請求項8之接合工具，其中該彎曲構件包含一彈性柱塞裝置。
  10. 如請求項8之接合工具，其中該溝槽的尺寸大於或實質上等於該彎曲構件的尺寸。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2006038030A2 (en) * 2004-10-09 2006-04-13 Applied Microengineering Limited Equipment for wafer bonding
US7682933B1 (en) * 2007-09-26 2010-03-23 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Air Force Wafer alignment and bonding
US9412629B2 (en) * 2012-10-24 2016-08-09 Globalfoundries Inc. Wafer bonding for 3D device packaging fabrication
JP2014229677A (ja) * 2013-05-21 2014-12-08 東京エレクトロン株式会社 接合装置、接合システム、接合方法、プログラム及びコンピュータ記憶媒体
EP3208828A4 (en) * 2014-10-17 2018-06-06 Bondtech Co., Ltd. Method for bonding substrates together, and substrate bonding device
KR102507283B1 (ko) * 2015-12-22 2023-03-07 삼성전자주식회사 기판 척 및 이를 포함하는 기판 접합 시스템
KR102468794B1 (ko) * 2018-07-06 2022-11-18 삼성전자주식회사 웨이퍼 본딩 장치 및 이를 이용한 웨이퍼 본딩 시스템
KR20200133634A (ko) * 2019-05-20 2020-11-30 삼성전자주식회사 기판 본딩 장치 및 이를 이용한 반도체 소자 제조 방법
KR20230075706A (ko) * 2021-11-23 2023-05-31 삼성전자주식회사 칩 본딩 장치 및 칩 본딩 방법
WO2023122687A1 (en) * 2021-12-23 2023-06-29 Adeia Semiconductor Bonding Technologies Inc. Apparatuses and methods for die bond control

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