Способ временного бондинга для формирования тонких пластин



Способ временного бондинга для формирования тонких пластин
Способ временного бондинга для формирования тонких пластин
Способ временного бондинга для формирования тонких пластин
H01L21/6835 - Способы и устройства для изготовления или обработки полупроводниковых приборов или приборов на твердом теле или их частей (способы и устройства, специально предназначенные для изготовления и обработки приборов, относящихся к группам H01L 31/00- H01L 49/00, или их частей, см. эти группы; одноступенчатые способы изготовления, содержащиеся в других подклассах, см. соответствующие подклассы, например C23C,C30B; фотомеханическое изготовление текстурированных поверхностей или поверхностей с рисунком, материалы или оригиналы для этой цели; устройства, специально предназначенные для этой цели вообще G03F)[2]

Владельцы патента RU 2772806:

федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "Московский институт электронной техники" (RU)

Изобретение относится к электронной технике, в частности к микроэлектронике, и может быть использовано при изготовлении кристаллов интегральных схем (ИС) и дискретных полупроводниковых приборов, представляющих собой тонкую пластину. Способ временного бондинга пластин для формирования тонких пластин включает нанесение адгезионного слоя на рабочую пластину, нанесение антиадгезионного слоя на пластину-носитель, термокомпрессионное соединение двух пластин, шлифовку или полировку обрабатываемой поверхности рабочей пластины, механическое разъединение рабочей пластины и пластины-носителя, очистку поверхности рабочей пластины органическим растворителем, при этом процесс сушки адгезионного и антиадгезионного слоя выполняют в процессе соединения двух пластин, максимальная температура нагрева пластин не может быть менее температуры перехода адгезионного и антиадгезионного слоев в твердое состояние, и выбирается в зависимости от температурного коэффициента линейного расширения материалов по предложенному соотношению. 5 ил., 1 пр.

 

Изобретение относится к электронной технике, в частности к микроэлектронике, и может быть использовано при изготовлении кристаллов интегральных схем (ИС) и дискретных полупроводниковых приборов, представляющих собой тонкую пластину. Для формирования тонкой пластины необходимо сделать операцию бондинга, то есть соединить рабочую пластину и пластину носитель. Затем провести утонение рабочей пластины до необходимой остаточной толщины. После этого отделить тонкую рабочую пластину от пластины-носителя.

Известно изобретение метода соединения Si пластин, включающий в себя точки соединения с пирамидальными сквозными отверстиями, под углом 54.4°, вокруг пирамидальных отверстий в соединяемых пластинах выполняют разгрузочные канавки на глубину порядка 10-20 мкм, соединяемые пластины совмещают по реперным знакам и сжимают с силой до 10 Н, каналы пирамидальных отверстий направляют расширяющимися частями в противоположные стороны, после чего каналы заполняют силикатным клеем и просушивают при температуре 70-80°С [1].

Данное техническое решение обладает следующими недостатками. Нет возможности отделения рабочей пластины от пластины носителя. Наличие канавок с клеем занимает место на пластине, тем самым уменьшая чисто рабочей площади для изготовления кристаллов. Химическое взаимодействие силикатного клея с химическими растворами, используемых в микроэлектронике, особенно при повышенных температурах, может привести к деградации характеристик устройства.

Сквозные канавки для соединения одновременно травятся сразу в 3-х пластинах. Так как пластину носитель нельзя разъединить, то после такого травления структуру нецелесообразно повторно использовать. Кроме того, происходит значительный разогрев структуры, который может привести к тепловой деградации устройства.

Известен способ сращивания диэлектрических пластин под действием сильного электрического поля, включающий в себя нанесение промежуточного металлического слоя на лицевую сторону одной из диэлектрических пластин, формирование рисунка в этом слое, совмещение пластин, обращенных лицевыми сторонами друг к другу и размещенных в вакуумной камере между двумя электродами, откачку камеры до уровня вакуума от 10-3 Па до 10-5 Па, нагрев пластин до температуры от 200°С до 300°С, сжатие электродов с давлением от 3⋅103 Па до 8⋅103 Па и подключение электродов к источнику высокого напряжения, обеспечивающего напряженность электрического поля от 5⋅104 В/см до 8⋅104 В/см в течение от 150 минут до 200 минут со сменой полярности напряжения через каждые 20-30 минут [2].

Недостатки технического решения следующие. Время соединения пластин составляет 150-200 минут, что при больших объемах пластин может сказаться на производительности. Необходим тщательный контроль параметров процесса соединения, т.к. при их отклонении параметров от табличных данных, надежное соединение двух пластин не будет достигнуто. При работе с пластинами, в которых вытравлены TSV структуры, электрическое поле будет пагубно на них влиять, вследствие чего в TSV структурах будут появляться дефекты в виде пустот.

Известен способ временного соединения пластин по методу прямого сращивания. Способ включает в себя осаждение оксида кремния на рабочую кремниевую пластину и пластину-носитель, проведение фотолитографии для формирования полостей в кремниевой пластине, осаждение временного слоя внутрь полости, процесс химико-механической полировки, удаление временного слоя. В результате, формируются вертикальные стенки полости, причем угол краев стенок около 90°. Авторы зарубежного изобретения считают, что данный подход обеспечит минимальное закругление краев стенок полости, вследствие этого улучшится качество соединения поверхностей [3].

К недостаткам данного способа можно отнести необходимость использования нестандартных технологических операций, таких как, химико-механическая полировка. Также необходимость строгого контроля качества шероховатости поверхности. Однако известно, что сухие (газовые) процессы травления вносят меньшую дополнительную шероховатость поверхности по сравнению с жидкостными подходами. Процесс жидкостного удаления остатков временного слоя внутри полости не будет достаточным образом контролироваться из-за геометрических эффектов снижения скорости травления. Также остаются вопросы по селективности травителя как к остальным материалам на пластине, так и к самому кремнию. В случае возникновения химического взаимодействия между кремнием и травителем для временного слоя эффект вертикальных краев полостей не будет достигнут.

Известно техническое решение временного бондинга, включающие в себя формирование выемки в исходной кремниевой пластине, создание меток совмещения (в виде углублений в пластине) посредством удаления материала, заполнения углублений временно связывающим слоем, присоединения чипов или пластин на временно связывающий слой, осаждение формовочного слоя, присоединения кремниевой пластины носителя, удаление исходной кремниевой пластины, удаление фрагментов временного связывающего слоя [4].

Можно выделить следующие недостатки. Необходимость использования двух пластин носителей. Технологическая сложность удаления целой исходной пластины, т.к. толщина исходной пластины значительно превышает толщину временного связывающего слоя. Также, точность посадки чипов или пластин на временно связывающий слой, имеющий перепад высот, может привести к потере точности совмещения между элементами микросборки.

Прототипом настоящего изобретения является метод формирования тонких пластин посредством технологии временного бондинга, включающий в себя нанесение адгезива на поверхность рабочей пластины, формирование разделительного (антиадгезионного) слоя на поверхность пластины носителя, термическую обработку пластин, соединение двух пластин, шлифовку или полировку обрабатываемой поверхности подложки, разъединение обработанных пластин путем инициирования разделения между разделительным слоем и адгезивом для получения тонкой обработанной пластины; очистка поверхности пластины органическим растворителем [5].

К недостаткам прототипа можно отнести трудоемкость комплекса выполняемых операций. Процесс нанесения адгезива выполняется в несколько стадий: нанесение слоя - сушка - нанесение - сушка и так далее. Процесс нагрева и остывания печки является время затратным.

Также в техническом решении прототипа есть ограничение по выбору материала пластины носителя: значения температурного коэффициента линейного расширения материала рабочей пластины и пластины носителя должны совпадать или быть очень близки. В некоторых случаях необходимо применять прозрачные пластины носители, например, для переноса знаков (меток) совмещения утоненной рабочей пластины с лицевой на обратную сторону.

Задачей настоящего изобретения является снижение кривизны микросборки, состоящей из рабочей тонкой пластины и пластины-носителя, и уменьшение времени обработки пластин для формирования тонкой пластины.

Поставленная задача решается тем, что формируют тонкие пластины по технологии временного бондинга, включающий в себя нанесение адгезионного слоя на рабочую пластину, нанесение антиадгезионного слоя на пластину носитель, термокомпрессионное соединение двух пластин, шлифовку или полировку обрабатываемой поверхности рабочей пластины, механическое разъединение рабочей пластины и пластины носителя, очистку поверхности рабочей пластины органическим растворителем, причем процесс сушки адгезионного и антиадгезионного слоя выполняют в процессе соединения двух пластин, максимальная температура нагрева пластин не может быть менее температуры перехода адгезионного и антиадгезионного слоя в твердое состояние, и выбирается в зависимости от температурного коэффициента линейного расширения материалов по следующему соотношению:

где α1 - температурный коэффициент линейного расширения материала рабочей пластины, Т1макс - максимальная температура рабочей пластины, V1(T1) - скорость изменения температуры рабочей пластины, t1 - длительность процесса остывания рабочей пластины, α2 - температурный коэффициент линейного расширения материала пластины-носителя, Т2макс - максимальная температура пластины-носителя, V2(T2) - скорость изменения температуры пластины-носителя, t2 - длительность процесса остывания пластины-носителя.

Снижение кривизны микросборки (особенно после утонения), состоящей из рабочей тонкой пластины и пластины-носителя, позволяет увеличить площадь контакта между шаблоном и пластиной в процессе выполнения операции контактной литографии. Это ведет к повышению качества границ получаемых функциональных элементов, например, TSV структур. Уменьшение времени обработки каждой пластины позволяет увеличить производительность технологического участка и снизить затраты на персонал.

При работе с тонкими пластинами возникает ряд проблем из-за низкой жесткости конструкции: автоматическая загрузка в рабочую камеру установки, транспортировка пластин между установками. Актуальность выполнения операции утонения, ведущей к формированию тонких пластин, подтверждается трендом на увеличение диаметра пластин, позволяющим снизить себестоимость компонента изделия. Очевидно, что при увеличении диаметра пластины возрастает ее толщина, но при этом толщина активного слоя остается неизменной и не превышает десятки микрон. Большое количество кремния не выполняет активную функцию. Следовательно, необходимо утонять (шлифовать и полировать) пластины.

Для временного повышения жесткости конструкции используют дополнительную пластину носитель. Далее проводят технологические операции (утонение, фотолитография, травление слоя) и разъединяют тонкую рабочую пластину и пластину носитель. В результате улучшаются электрофизические характеристики прибора.

Вышеперечисленные достоинства достигаются за счет следующего подхода. Процесс термической обработки не выполняется отдельно с каждой пластиной. Процесс соединения пластин (термокомпрессионный бондинг) включает в себя термическую обработку пластин. В результате, процесс полимеризации адгезива и антиадгезионного слоя происходит в камере бондинга. Это позволяет уменьшить время обработки пластин. Также обеспечивается расширение вариантов контактирования между пластинами, при которых адгезив и антиадгезив находится в различном состоянии вязкости (величина вязкости прямо пропорциональна величине температуры обработки). Кроме того, варьируя максимальную температуру, скорость нагрева и остывания, величину давления верхней и нижней плиты можно сформировать температурный градиент в нужный период времени. Это приведет к минимизации механических напряжений, как результат, кривизна микросборки из пластин будет уменьшена. Весь набор варьируемых операционных параметров позволяет в большинстве случаев подобрать необходимую характеристику процесса бондинга для минимизации кривизны микросборки.

На фиг.1-4 представлен технологический маршрут формирования тонких пластин по способу временного бондинга: 1 - антиадгезионный слой, 2 - пластина носитель, 3 - адгезионный слой, 4 - рабочая пластина, 5 - верхняя плита, 6 - нижняя плита, 7 - TSV структуры, 8 - верхний гибкий держатель, 9 - прижимной ролик, 10 - лезвие для механического дебондинга, 11 - нижний жесткий держатель.

На фиг.5 показан массив TSV структур: а - массив структур, б - размеры одной TSV структуры из массива.

Процесс технологии временного бондинга для формирования тонких пластин осуществляется следующим образом. На рабочую пластину наносят адгезионный слой, на пластину-носитель антиадгезионный слой. Далее посредством термокомпрессионного бондинга соединяют пластины: рабочую пластину и пластину-носитель располагают между плит в рабочей камере установки бондинга, нагревают плиты для сушки адгезионного и антиадгезионного слоя, соединяют плиты (и соответственно пластины) с некоторым давлением. Затем выполняют шлифовку и полировку рабочей пластины. После этого, проводят операции фотолитографии, травления материала рабочей пластины до слоя адгезива. Следующим шагом разделяют пластины методом механического дебондинга. В результате, тонкая рабочая пластина с массивом канавок заполненных медью располагается на рамке с монтажной лентой. Наконец, выполняют разрезание на кристаллы.

Пример конкретного применения. На кремниевую рабочую пластину наносят адгезионный слой 22.2 мкм, на стеклянную пластину-носитель антиадгезионный слой 0.31 мкм. Известно, что α1(Si)=2.54⋅10-6 1/°С, α2(стекло)=3.24⋅10-6 1/°С. Температура перехода адгезионного и антиадгезионного слоя в твердую форму составляет 125°С. Следовательно, максимальная температура рабочей пластины составит Т1макс=229.6°С при максимальной температуре пластины-носителя Т2макс=180°С. Величина скорости остывания рабочей пластины V1(Т1)=-5°С/мин и V2(T2)=-3.9°С/мин для пластины-носителя. Момент начала процесса остывания и длительность процесса остывания одинаковы t1 = t2 для рабочей пластины и пластины-носителя. В рабочей камере откачивается давление от атмосферного до величины 1 мбар. Величина давления верхней и нижней плиты составляет 1600 мбар. После шлифовки и полировки рабочей пластины величина шероховатости поверхности не превышает 20 нм. Остаточная толщина рабочей пластины составляет 146±5 мкм. Процесс удаления материала рабочей пластины до слоя адгезива (для формирования канавок, то есть TSV структур) выполняют плазмохимическим способом (Bosch-процесс) с последовательным использованием двух газов для травления (SF6) и пассивации стенок (C4F8). При последующем заполнении канавок (методом электрохимии) медью толщина слоя меди не менее высоты (толщины) утоненной рабочей пластины. Разделяют пластины методом механического дебондинга при комнатной температуре. Наконец, выполняют разрезание тонкой пластины на кристаллы квадратной формы со стороной 6 мм.

Таким образом, заявляемый способ временного соединения пластин для формирования тонких пластин по сравнению с прототипом позволяет снизить кривизну микросборки, в результате повышается качество границ получаемых функциональных элементов. Уменьшение времени обработки каждой пластины позволяет увеличить производительность технологического участка и снизить затраты на персонал.

Изобретение создано в рамках реализации программы ЛИЦ «Доверенные сенсорные системы» и может быть использовано для преодоления технологических барьеров в соответствии с дорожной картой сквозной цифровой технологии «компоненты робототехники и сенсорика».

Источники информации

1. Патент РФ 2635822.

2. Патент РФ 2705518.

3. Патент США 11056348.

4. Патент США 2015155260.

5. Патент США 10796939 - прототип.

Способ временного бондинга пластин для формирования тонких пластин, включающий в себя нанесение адгезионного слоя на рабочую пластину, нанесение антиадгезионного слоя на пластину-носитель, термокомпрессионное соединение двух пластин, шлифовку или полировку обрабатываемой поверхности рабочей пластины, механическое разъединение рабочей пластины и пластины-носителя, очистку поверхности рабочей пластины органическим растворителем, отличающийся тем, что процесс сушки адгезионного и антиадгезионного слоев выполняют в процессе соединения двух пластин, максимальная температура нагрева пластин не может быть менее температуры перехода адгезионного и антиадгезионного слоев в твердое состояние, и выбирается в зависимости от температурного коэффициента линейного расширения материалов по следующему соотношению:

где α1 - температурный коэффициент линейного расширения материала рабочей пластины, Т1макс - максимальная температура рабочей пластины, V1(T1) - скорость изменения температуры рабочей пластины, t1 - длительность процесса остывания рабочей пластины, α2 - температурный коэффициент линейного расширения материала пластины-носителя, Т2макс - максимальная температура пластины-носителя, V2(Т2) - скорость изменения температуры пластины-носителя, t2 - длительность процесса остывания пластины-носителя.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области технологии производства полупроводниковых приборов, в частности к технологии изготовления контактов с низким сопротивлением. Способ изготовления контактов включает нанесение на p-Si подложку пленки титана с последующей низкотемпературной обработкой при температуре 650°С в течение 30 с в потоке азота N2 и с последующей высокотемпературной обработкой, при этом согласно изобретению формируют контакт TiNxOy/TiSi на p-Si подложке нанесением пленки Ti толщиной 70 нм со скоростью 0,5 нм/с, при температуре подложки 450°С, давлении 10-5 Па, с последующей низкотемпературной обработкой в потоке азота N2 200 см3/мин, а последующую высокотемпературную обработку проводят при температуре 950-1050°С в течение 10 с в атмосфере аммиака NH3.

Изобретение относится к области специального технологического оборудования микроэлектроники. Сущность изобретения: способ основан на создании в пристеночной области вакуумной камеры реактора специальной конфигурации магнитного поля, силовые линии которого имеют форму арок, объединенных в кольцевые арочные зоны, сформированные вблизи цилиндрической стенки реактора со стороны вакуумного объема.
Изобретение относится к области технологии производства полупроводниковых приборов, в частности к технологии изготовления полевых транзисторов с пониженным значением тока подложки и повышенной стойкостью к воздействию горячих носителей. Способ состоит в следующем: формируют активные высоколегированные n+ области истока-стока с использованием слоев защитного SiО2 и Si3N4 в качестве маски, имплантацией ионов мышьяка As+ с энергией 60 кэВ, концентрацией легирующей примеси (1-2)⋅1020 см-3, а затем после удаления Si3N4 маски имплантацией ионов фосфора Р+ с энергией 30 кэВ, концентрацией легирующей примеси (1-3)⋅1015 см-3 формируют слаболегированные n- области истока-стока, расположенные между n+ областями истока и стока.

Изобретение относится к технологии изготовления полупроводниковых приборов. В способе получения эпитаксиальной пленки силицида кальция сначала осаждают CaF2 на подложку со слоем кремния на ее рабочей поверхности, формируют слой CaF2 от 4 до 10 нм или от 20 до 40 нм.

Изобретение относится к области технологии производства полупроводниковых приборов, в частности к технологии изготовления нитрида кремния с пониженным значением дефектности. Технология способа состоит в следующем: на полупроводниковой Si подложке формируют нитрид кремния путем пропускания газообразного азота N2 через смесь гидрозина N2H4 и силана SiH4 при температуре подложки 300°С, давлении газа 15 Па, давлении силана 10 Па, отношении парциальных давлений газообразных источников Pr(N2H4+N2)/Pr(SiH4)=8 и скорости осаждения нитрида кремния 1,5 нм/с, с последующим отжигом при температуре 400°С в атмосфере Аг в течение 30 мин.

Изобретение относится к области микроэлектроники и может быть использовано при создании радиационно-стойких микросхем радиочастотного диапазона длин волн. Способ изготовления латерального биполярного транзистора на структурах «кремний на изоляторе» согласно изобретению включает формирование размещенных в эпитаксиальном слое кремния областей эмиттера, базы и коллектора, ограниченных по краям боковой диэлектрической изоляцией и двуокиси кремния, с электрической разводкой по металлу с подслоем силицида титана и пассивирующим слоем диэлектрика, при этом легирование области активной базы n-р-n биполярного транзистора выполняют двойной имплантацией ионов бора и BF2+, легирование области n+ коллектора двойной имплантацией ионов фосфора, областей n+ эмиттера и коллектора двойной имплантацией ионов фосфора с большей дозой легирования, легирование области пассивной базы имплантацией ионов бора, через буферные слои двуокиси кремния, с последующим быстрым термическим отжигом радиационных дефектов, при режиме имплантации ионов бора, BF2+ и фосфора выбирают исходя из требования получения после термической активации примеси близкое к равномерному распределение примеси на всю глубину эпитаксиального слоя до границы раздела с «захороненным» диэлектриком в областях эмиттера, базы и коллектора, при этом p-n-р латеральные биполярные транзисторы изготавливают по аналогичной технологии со сменой типа примеси для областей эмиттера, базы и коллектора.

Изобретение относится к способам изготовления наноразмерных структур на твердом теле для полупроводниковых приборов. Предлагается способ изготовления химически и термически стабильной металлической поглощающей структуры вольфрама на силикатной подложке, включающий создание наноразмерной структуры слоев, содержащей, по меньшей мере, подслой адгезионного промотера, тонкую пленку вольфрама, а также соприлегающий с ней по крайней мере с одной стороны барьерный слой, состоящий из субстехиометрического нитрида алюминия.

Изобретение относится к области технологии производства полупроводниковых приборов, в частности к технологии изготовления межсоединений с пониженным значением сопротивления.Технология способа состоит в следующем: методом электронно-лучевого испарения наносят нижний слой хрома толщиной 5-20 нм со скоростью осаждения 0,1 нм/с при давлении 10-9 мм рт.ст., затем наносят слой меди толщиной 450 нм со скоростью осаждения 0,5 нм/с, затем верхний слой хрома толщиной 5-30 нм со скоростью осаждения 0,1 нм/с с последующим отжигом при температуре 400°C в атмосфере Ar-Н2 в течение 30 мин.

Изобретение относится к оптоэлектронным приборам, в частности к нанотехнологиям получения активных покрытий, которые могут быть использованы для разработки новых приборов, таких как солнечно-слепые фотодетекторы ближнего ультрафиолетового излучения (БУФИ), сенсоры, пьезоэлектрические генераторы и т.д.

Изобретение относится к нанотехнологиям, а конкретно к технологиям изготовления одноэлектронных транзисторов, которые могут быть использованы для конструирования новых вычислительных, коммуникационных и сенсорных устройств. Электронное устройство на основе одноэлектронного транзистора включает подложку с расположенными на ней электродами стока и истока, управляющими электродами затвора, при этом электроды стока и истока выполнены из проводящего материала, расположены в одной плоскости с образованием зазора и соединены с помощью мостика, содержащего от 2 до 10 примесных атома в его квазидвумерном слое, при этом примесные атомы расположены на расстоянии друг от друга, обеспечивающем туннелирование электронов и создание отрицательного дифференциального сопротивления при подаче напряжения на электроды стока и истока.

Заявленная группа изобретений относится к средствам для обнаружения, визуализации или анализа различных аналитов. Используемый для этого способ совмещения пластин включает в себя следующие операции: выполняют первый поворотный вырез, первый стопорный вырез и первый смещающий вырез в первой пластине с привязкой к первым объектам, сформированным на или в первой пластине; выполняют второй поворотный вырез, второй стопорный вырез и второй смещающий вырез во второй пластине с привязкой ко вторым объектам, сформированным на или во второй пластине; устанавливают первую пластину в совмещающем устройстве, при этом в первый поворотный вырез входит двухконтактный элемент, а в первый стопорный вырез входит одноконтактный элемент; устанавливают вторую пластину в совмещающем устройстве, при этом во второй поворотный вырез входит двухконтактный элемент, а во второй стопорный вырез входит одноконтактный элемент; и прикладывают смещающее усилие к поверхностям первого и второго смещающих вырезов, чтобы совместить первые объекты со вторыми объектами.
© Патентный поиск, поиск патентов на изобретения - FindPatent.RU 2012-2024
Политика конфиденциальности 2021-09-24 2022-09-02T16:43:21
Наверх