[发明专利]一种用于圆片级封装应力测量的应力传感器转移方法

说明书

技术领域

本发明涉及集成电路制造、封装和测量技术领域，特别是涉及一种用于圆片级封装应力测量的应力传感器转移方法。

背景技术

集成电路的封装工艺会在集成电路芯片中引入应力。由于硅等半导体材料载流子迁移率会随应力变化，封装应力对集成电路的性能会造成显著影响。另外，封装应力随温度变化而引起的材料疲劳是造成集成电路失效的重要原因。一般需要通过材料、封装结构和工艺的优化降低封装应力。

利用硅的压阻效应制备的应力传感器是封装应力测量的有力工具。压阻式应力传感器是利用硅的压阻效应(也就是载流子迁移率会随应力变化的效应)，通过测量应力导致的电阻阻值变化来计算得到芯片表面的应力分布状态。

应力传感器可以很好地应用于传统的芯片级封装的工艺优化与日常监控。所谓的芯片级封装是指，待封装的集成电路圆片首先切割成小尺寸的芯片，然后对切割后的芯片进行封装。芯片级封装是集成电路的传统封装方式。

应力传感器应用于芯片级封装的一般使用方法为：首先制作专用的测试芯片，测试芯片上制作应力传感器，并且测试芯片尺寸与焊盘排布与待封装芯片相同；采用待优化的封装工艺对测试芯片进行封装，测量测试芯片上应力传感器在封装前后的输出变化就可以得到该封装工艺引入的应力；优化封装工艺并再次对测试芯片进行封装并测量应力；重复上述步骤直至应力达到目标值。

由于制作有应力传感器的测试芯片仅用于工艺优化和监控，其使用量少。为了降低成本，一般采用廉价的加工工艺制作，其最小线宽和硅圆片尺寸均显著不同于待封装的集成电路芯片。例如，待封装集成电路芯片的尺寸为10mm×10mm，采用最小线宽为0.09微米的先进工艺制作在12英寸的硅圆片上，而应力传感器则可以采用最小线宽为1微米的廉价工艺在4英寸的硅圆片上制作，只要保证应力传感器的芯片尺寸为10mm×10mm，且厚度及压焊块排布与待测集成电路芯片相同，就可以保证应力测量结果的准确性。

随着集成电路封装技术的发展，圆片级封装(Wafer Level Package)逐渐普及。所谓的圆片级封装是指，对未切割的集成电路圆片进行封装，然后再切割成小芯片的封装工艺。

现有的应力传感器技术难以广泛用于圆片级封装的工艺验证和监控。如果采用现有的应力传感器技术进行圆片级封装应力研究，则需要制作与待封装集成电路硅圆片相同尺寸的测试圆片，并在测试圆片上制作应力传感器。也就是说，进行8英寸圆片的圆片级封装验证时，需要制作8英寸的测试圆片，而进行12英寸圆片的圆片级封装验证时，需要制作12英寸的测试圆片。8英寸或12英寸集成电路工艺线的加工成本高，由于测试圆片用量少，其研制成本高。高昂的研制成本限制了应力传感器在圆片级封装中的应用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种用于圆片级封装应力测量的应力传感器转移方法，可降低加工成本。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种用于圆片级封装应力测量的应力传感器转移方法，包括以下步骤：

（1）SOI硅片的顶层硅上制作应力传感器；

（2）利用有机胶膜将应力传感器面对面地贴装到与待封装圆片相同尺寸的测试圆片上；

（3）腐蚀去除应力传感器衬底硅，将应力传感器芯片单元转移到测试圆片上。

所述步骤（1）还包括以下子步骤：

（11）通过反应离子刻蚀技术在顶层硅刻蚀，并在顶层硅上制成应力传感单元；

（12）通过光刻腐蚀工艺在埋层二氧化硅上制作出引线窗口；

（13）通过溅射的方式沉积一层薄膜层并采用光刻加工工艺和腐蚀技术形成金属引线。

所述步骤（2）中有机胶膜采用机械旋转涂胶或者干膜贴合的方法制作在应力传感器硅片上，所述有机胶膜的厚度小于10微米。

所述步骤（2）中应力传感器芯片采用芯片到圆片键合的方法面对面地贴装到与待封装圆片相同尺寸的测试圆片上。

所述步骤（3）中采用干法腐蚀工艺去除应力传感器的衬底硅，其中，对集成电路钝化层和金属层的腐蚀速率远低于对硅的腐蚀速率。

所述有机胶膜为BCB胶、聚酰亚胺胶膜、PerMX干膜。

有益效果

由于采用了上述的技术方案，本发明与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：本发明将应力传感器在小尺寸硅圆片上制作，小尺寸硅圆片的加工成本显著低于大尺寸硅圆片，并且一片传感器圆片上切割出的芯片可以满足多个测试圆片的用量，使用成本远低于直接制作大尺寸测试圆片。该技术不仅可用于圆片级封装工艺的研究，还可用于圆片级封装的日常应力监控。

附图说明