TWI539515B - 晶片堆疊結構之洗淨方法及洗淨設備 - Google Patents

Description

晶片堆疊結構之洗淨方法及洗淨設備

本發明涉及一種半導體潔淨技術(Clean technology)，特別是指一種晶片堆疊結構之洗淨方法及洗淨設備。

按，微處理器晶片包括一邏輯單元和複數個快取記憶體，若邏輯單元和快取記憶體皆以二維(two-dimensional；2-D)圖案配置，則晶片的實體尺寸將限制快取記憶體的數量(因為大面積晶片的製程不良所造成)，從而侷限了微處理器的性能。

為解決晶片上的2-D資源問題，目前正積極開發建構三維(three-dimensional；3-D)積體電路的方法。一般來說，典型的3-D IC製程包括：製作導孔(ViaFormation)、填充導孔(Via Filling)、晶圓薄化(Wafer Thinning)、及晶圓接合(Wafer Bonding)等四大步驟，並且在每一個步驟前後還必須進行晶圓洗淨的步驟，以避免晶圓在處理過程中發生汙染。

進一步言之，晶圓接合的步驟大致上可分成晶片到晶圓(Chip to Wafer,C2W)、晶片到晶片(Chip to Chip,C2C)、晶圓到晶圓(Wafer to Wafer,W2W)等三種型式。然而，無論是晶圓與晶圓或晶圓與晶片接合所形成之間隙通常為20~50μm，因此如何去除此類微小間隙內殘留的助焊劑或其他雜質，係為目前急需克服挑戰之技術瓶頸。

目前業界多以高壓洗淨、浸泡洗淨、超音波洗淨等製程清洗半導體晶圓。其中，高壓洗淨製程一般係將清洗液噴射到欲洗淨之加工件，惟此洗淨方式需要非常高的液體供給壓力，通常需使用到工作壓力80公斤以上的高壓泵浦，致使洗淨製程的高成本化；浸泡洗淨製程一般係將欲洗淨之加工件浸泡於清洗液中，然而此洗淨方式往往無法有效移除20~50μm之微小間隙內殘留的助焊劑或其他雜質；超音波洗淨製程一般係對欲洗淨之加工件施加超音波振動，然而為了提高該加工件之潔淨程度，通常需要增大超音波振動之輸出，隨著輸出增大，則基板上之晶片、圖案等損傷的可能性亦相對增加，對元件的電性造成不良。

因此，本發明人有鑑於傳統的洗淨方式實在有其改良必要性，遂以其多年從事相關領域的創作設計及專業製造經驗，積極地針對微小間隙內的潔淨方法進行研究改良，在各方條件的審慎考量下終於開發出本發明。

本發明針對現有技術存在之缺失，提出一種晶片堆疊結構之洗淨方法及洗淨設備，主要是通過控制化學清洗液的流通方向，以完全去除三維、垂直互連之晶片堆疊結構中之20~50μm之微小間隙內的助焊劑或其他雜質，進而可提高後續製程良率。

為達上述目的及功效，本發明採用以下技術方案：一種晶片堆疊結構之洗淨方法，包括以下步驟：首先，提供一晶片堆疊結構，該晶片堆疊結構具有至少一位於晶片與基板之間的微小間隙，該微小間隙具有可讓液體流通的一流入側及一流出側；接著，提供一化學清洗液，並使該化學清洗液從該流入側進入該微小間隙，且進一步自該流出側抽出；隨後，以一有機溶劑清洗該晶片堆疊結構，將該晶片堆疊結構上殘留的該化學清洗液置換成該有機溶劑；最後，進行一乾燥步驟，以移除該晶片堆疊結構上殘留 的該有機溶劑。

基於上述晶片堆疊結構之洗淨方法，本發明還提供一種洗淨設備，用於去除一晶片堆疊結構上殘留的助焊劑，其中該晶片堆疊結構具有至少一位於晶片與基板之間的微小間隙，且該微小間隙具有可讓液體流通的一流入側及一流出側，該洗淨設備包括一清洗腔室、一承載平台、一供液裝置及一抽液裝置。其中該承載平台設置於該清洗腔室內；該供液裝置設置於該承載平台的上方，用以將一化學清洗液施加於該基板上，並使該化學清洗液沿著該基板從該流入側進入該微小間隙；該抽液裝置設置於該承載平台的上方，用以驅使該化學清洗液流通過該微小間隙並自該流出側抽出，以完全帶走殘留於該微小間隙內的助焊劑。

是以，本發明藉由一供液裝置搭配一抽液裝置以提供化學清洗液，並控制化學清洗液以特定方向流通過三維、垂直互連之晶片堆疊結構中20~50μm之微小間隙，可避免造成基板上的晶片及/或圖案損傷，並且可完全帶走微小間隙內殘留的助焊劑，以獲得較佳潔淨度的晶片堆疊結構，確保元件的電性特性。

以上關於本發明內容的說明以及以下實施方式的說明係用以舉例並解釋本發明的原理，並且提供本發明之專利申請範圍進一步的解釋。

1‧‧‧洗淨設備

10‧‧‧清洗腔室

11‧‧‧承載平台

12‧‧‧供液裝置

121‧‧‧輸液管

122‧‧‧噴嘴

13‧‧‧抽液裝置

131‧‧‧排液管

132‧‧‧抽液座

1321‧‧‧滑移結構

1321a‧‧‧滾輪型滑動結構

1321b‧‧‧毛刷型滑動結構

14‧‧‧加熱裝置

W‧‧‧晶片堆疊結構

S‧‧‧基板

C‧‧‧晶片

G‧‧‧微小間隙

Gi‧‧‧流入側

Go‧‧‧流出側

圖1為本發明之晶片堆疊結構之洗淨方法之製程示意圖。

圖2為本發明之晶片堆疊結構之洗淨方法之流程示意圖。

圖3為本發明之洗淨設備之示意圖。

圖4為本發明之供液裝置與抽液裝置之使用狀態圖。

本發明揭露一種新穎的洗淨製程，其特徵在於係藉一供液裝 置與一抽液裝置以提供化學清洗液，並控制化學清洗液的流動方向，以有效去除三維、垂直互連之晶片堆疊結構中20~50μm之微小間隙內的助焊劑或其他雜質。下文特舉一較佳實施例並配合所附圖示，對本發明之晶片堆疊結構之洗淨方法的製程特徵作進一步闡述；熟習此項技藝者可由本發明所揭露內容輕易了解本發明的優點及功效，並在不悖離本發明之精神下進行各種修飾與變更，以施行或應用本發明的方法。

請參考圖1及2，其中圖2為本發明較佳實施例之晶片堆疊結構之洗淨方法之流程示意圖。依序執行圖2所示之各步驟便可完成晶片堆疊結構之洗淨，以獲得較佳潔淨度(Cleanliness)之晶片堆疊結構。

首先執行步驟S10，提供一欲清洗之晶片堆疊結構W(如圖1所示)。具體而言，晶片堆疊結構W包含一基板S及位於基板S上的至少一晶片C，其中晶片C係以覆晶方式固接於基板S上；當覆晶作業完成後，晶片C與基板S之間焊固有凸塊或錫球(未標示)，因此晶片C與基板S之間便具有20~50μm之一微小間隙G，且微小間隙G具有可讓液體流通的一流入側Gi及一流出側Go。

需說明的是，由於在進行焊接作業時需先利用助焊劑(Flux)把基板S上之焊點或晶片C上之凸塊的氧化物、油漬等去除以達到良好焊接效果，因此晶片堆疊結構W上通常會殘留有相當助焊劑，尤其殘留於微小間隙G內的助焊劑特別難以去除。

請復參考圖1，為能完全去除微小間隙G內的助焊劑，本發明接著執行步驟S12，提供一化學清洗液，並使化學清洗液從流入側Gi進入微小間隙G，且進一步自流出側Go抽出。值得說明的是，本步驟係使用一供液裝置12搭配一抽液裝置13來達成上述目的。

當供液裝置12及抽液裝置13於使用時，係藉由供液裝置12在基板S上施加化學清洗液，且施加位置係鄰近於流入側Gi，並 配合使用抽液裝置13從流出側Go提供吸力，使化學清洗液沿著基板S表面從流入側Gi流動進入微小間隙G，進一步流通過微小間隙G自流出側Go流動抽出，以帶走微小間隙G內的助焊劑。需說明的是，本發明並不限制化學清洗液的種類，所採用的化學清洗液係可根據助焊劑的種類而有所改變。

請參考圖3，為了能據以實施上述有關晶片堆疊結構W之清洗作業(步驟S12)，本發明特提供一種洗淨設備1，於使用時只需要將晶片堆疊結構W置入其中便可完全去除微小間隙G內殘留的助焊劑。如圖所示，洗淨設備1包括一清洗腔室10、一承載平台11、一供液裝置12、一抽液裝置13及一加熱裝置14。

在本具體實施例中，承載平台11係藉一支撐結構(未標示)固設於清洗腔室10內，提供承載欲清洗之晶片堆疊結構W；供液裝置12與抽液裝置13係分別藉懸吊結構(未繪示)而可移動地設置於承載平台11上方，提供並控制化學清洗液以去除助焊劑；加熱裝置14係固設於支撐結構上且鄰近於承載平台11，可使晶片堆疊結構W在一適當溫度下進行清洗，所述之適當溫度較佳係介於70至80℃之間，其中又以75℃為更佳。

需提及的是，所述之支撐結構及懸吊結構只要能達到固定特定元件的效果即可，本發明並不限制支撐結構及懸吊結構的具體態樣；故舉凡使用位於承載平台11上方的供液裝置12與抽液裝置13提供化學清洗液，並控制化學清洗液的流動方向者，均落入本發明的範疇。

更詳細地說，供液裝置12具有一輸液管121及一噴嘴122，其中輸液管121係連接至一清洗液供應端(未繪示)，噴嘴122固接於輸液管121的一端且兩者彼此連通，可從晶片C及基板S上方施加化學清洗液到微小間隙G內；較佳地，輸液管121上可設置一電磁閥(未繪示)以控制化學清洗液的輸送量。

抽液裝置13包含一排液管131及一抽液座132，所述之排液 管131具有一第一端及一第二端，其中第一端係連接至一真空吸取裝置(未繪示)，第二端則係與抽液座132的底端相連接；再者，抽液座132的底端還設有一滑移結構1321，其可為滾輪型滑動結構1321a或毛刷型滑動結構1321b，以便於在基板S上滑動並準確位移至任一待清洗位置。需說明的是，本發明並不限制滑移結構1321的具體態樣，所述之滑移結構1321只要能使抽液座132在基板S上任意滑動便可。

根據本發明的較佳實施例，在完成化學清洗液之清洗作業後，所述晶片堆疊結構之洗淨方法更進一步包括步驟S14，改換純水並利用相同清洗方式將化學清洗液移除。具體地說，本步驟同樣係藉由所述供液裝置12搭配抽液裝置13使純水從微小間隙G之流入側Gi進入微小間隙G，且進一步自流出側Go抽出，以帶走微小間隙G內的化學清洗液，進而晶片堆疊結構W之後續乾燥程序可以達到良好的乾燥效果。值得一提的是，採用本發明晶片堆疊結構之洗淨方法所洗淨的晶圓/晶片堆疊結構W可適用任合乾燥方式，例如IPA蒸氣乾燥，本發明非對此施加限制。

綜上所述，相較現有晶圓洗淨製程中去除助焊劑的方式，本發明藉由一供液裝置搭配一抽液裝置以提供化學清洗液，並控制化學清洗液以特定方向流通過三維、垂直互連之晶片堆疊結構中20~30μm之微小間隙，可避免造成基板上的圖案及/或晶片損傷，並且可完全帶走微小間隙內殘留的助焊劑，以獲得較佳潔淨度的晶片堆疊結構，確保產品的電性特性。

惟以上所述僅為本發明之較佳實施例，非意欲侷限本發明之專利保護範圍，故舉凡運用本發明說明書及圖式內容所為之等效變化，均同理皆包含於本發明之權利保護範圍內，合予陳明。

S10~S14‧‧‧流程步驟

Claims (7)

1. 一種晶片堆疊結構之洗淨方法，包括以下步驟：提供一晶片堆疊結構，該晶片堆疊結構具有至少一位於晶片與基板之間的微小間隙，該微小間隙具有可讓液體流通的一流入側及一流出側；以及提供一化學清洗液，並使該化學清洗液從該流入側進入該微小間隙，且進一步自該流出側抽出；其中，在該提供一化學清洗液的步驟中，係以一供液裝置將該化學清洗液施加於該基板上，並使該化學清洗液沿著該基板從該流入側進入該微小間隙，以及以一抽液裝置驅使該化學清洗液流通過該微小間隙並自該流出側抽出；其中，該供液裝置包括一輸液管及與該輸液管相連通的一噴嘴，該抽液裝置包括一排液管及與該排液管相連通的一抽液座。
2. 如請求項1所述的晶片堆疊結構之洗淨方法，其中在該提供一化學清洗液的步驟之後，更進一步包括一純水清洗步驟，該純水清洗步驟包括藉由該供液裝置及該抽液裝置使純水從該流入側進入該微小間隙，且進一步自該流出側抽出，以帶走該微小間隙內的該化學清洗液。
3. 如請求項2所述的晶片堆疊結構之洗淨方法，其中在該純水清洗步驟之後，更進一步包括進行一乾燥步驟，移除該晶片堆疊結構上殘留的純水。
4. 一種洗淨設備，用於去除一晶片堆疊結構上殘留的助焊劑，其中該晶片堆疊結構具有至少一位於晶片與基板之間的微小間隙，且該微小間隙具有可讓液體流通的一流入側及一流出側，該洗淨設備包括：一清洗腔室；一承載平台，設置於該清洗腔室內； 一供液裝置，設置於該承載平台的上方，用以將一化學清洗液施加於該基板上，並使該化學清洗液沿著該基板從該流入側進入該微小間隙；及一抽液裝置，設置於該承載平台的上方，用以驅使該化學清洗液流通過該微小間隙並自該流出側抽出，以完全帶走殘留於該微小間隙內的助焊劑；其中，該供液裝置包括一輸液管及與該輸液管相連通的一噴嘴，該抽液裝置包括一排液管及與該排液管相連通的一抽液座。
5. 如請求項4所述的洗淨設備，其中該抽液座的底端進一步設有一滑移結構。
6. 如請求項5所述的洗淨設備，其中該滑移結構為一滾輪型滑動結構或一毛刷型滑動結構。
7. 如請求項4所述的洗淨設備，更包括一加熱裝置，該加熱裝置設置於該承載平台的下方。