[发明专利]用于键合芯片的方法和装置

说明书

提出了一种用于将芯片（7）键合到衬底（11'）上或键合到其它芯片上的方法，其特征在于，所述芯片（7）通过直接键合来被键合到所述衬底（11'）或者所述其它芯片上。

技术领域

本发明涉及一种用于键合芯片的方法和装置。

背景技术

在现有技术中描述经由焊料球或具有焊料帽的铜柱（英文Copper pillars withsolder caps）来实施芯片到晶圆（C2W）或芯片到芯片（C2C）工艺。然而，焊料球或具有焊料帽的铜柱极大而且使这样产生的芯片的厚度增加。

发明内容

因此，本发明的任务是说明一种经改善的键合方法或一种经改善的键合装置或一种经改善的产品。

该任务利用专利并列权利要求的主题来解决。本发明的有利的扩展方案在从属权利要求中说明。由在说明书、权利要求书和/或附图中说明的特征中的至少两个特征构成的全部组合也落入到本发明的保护范围内。在所说明的值域的情况下，在所提到的极限之内的值也应明显被看作是极限值并且应该能以任意的组合来要求保护。

根据本发明，规定了一种用于将芯片键合到衬底、尤其是半导体衬底上或键合到其它芯片上的方法，其中通过直接键合将这些芯片键合到衬底或者其它芯片上。直接键合被理解为直接经由两个表面的相互作用构造的、未形成液相的键合。根据另一术语定义，直接键合被理解为其中不必使用附加材料的键合。直接键合尤其被理解为金属-金属固体键合，尤其是扩散键合、预键合或由预键合引起的熔合键合或者混合键合、也就是说基于熔合键合部分以及金属键合部分的键合。

根据本发明，还规定了一种用于将芯片键合到衬底或其它芯片上的装置，其中可以通过直接键合将这些芯片键合到衬底或者其它芯片上。

根据本发明，还规定了一种由芯片构成的芯片堆，其中这些芯片通过直接键合来彼此键合。

根据本发明，还规定了一种具有芯片的衬底（产品），其中这些芯片通过直接键合来键合至该衬底上。

根据本发明，能够实现在C2C或C2W层面上的直接键合可能性。有利地，不再需要焊料球或具有焊料帽的铜柱。所产生的芯片堆或产品的厚度变得更小，吞吐量提高而且芯片通信的效率升高。直接键合尤其具有大于0.1 J/m²、优选地大于0.5 J/m²、还更优选地大于1.0 J/m²、最优选地大于2.0 J/m²、尤其最优选地大于2.5 J/m²的键合强度。直接键合尤其是在小于400℃、优选地小于300℃、还更优选地小于200℃、最优选地小于150℃、尤其最优选地小于100℃的温度下进行。此外，直接键合在不产生液相的情况下进行。

本发明所基于的思想在于：保持芯片的表面清洁，使得可进行接下来的直接键合步骤。接着，可将这样制备的包括无污染的键合表面的芯片键合到衬底上（英文：chip-to-wafer（芯片到晶圆），C2W）或键合到其它芯片上（英文：chip-to-chip（芯片到芯片），C2C）。

在本披露的进一步进程中，衬底或半导体衬底被理解为半导体行业的尚未分离的、尤其是圆形的半成品。特别有利地，衬底是晶圆。衬底可具有任何任意的形状，但是优选地为圆形。衬底的直径尤其是有行业标准。对于晶圆来说，行业常用的直径是1英寸、2英寸、3英寸、4英寸、5英寸、6英寸、8英寸、12英寸和18英寸。但是，根据本发明的实施方式原则上可运用任何衬底，与该衬底的直径无关。

在本披露的进一步进程中，芯片被理解为通过分离半导体衬底（晶圆）来获得的、大多是矩形的零件。芯片通常包含集成电路，该集成电路在加工半导体衬底时形成。

在本披露中，键合表面被理解为在工艺期间将在某一时刻变成键合分界面的部分的表面。特别地，键合表面被理解为在芯片被键合之前该芯片的必须根据本发明来处理、尤其是清洁的表面。如果将芯片键合至衬底上，则衬底表面也可被称作键合表面。