[發明專利]一種適用于三維集成技術的模版對準方法

無效

• 申請號: 201110185954.0
• 申請日: 2011-07-05
• 公開（公告）號: CN102290361A
• 公開（公告）日: 2011-12-21
• 發明（設計）人: 陳倩文;呂建強;王喆垚;劉理天
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: H01L21/68
• 分類號: H01L21/68;H01L21/768
• 代理公司: 北京眾合誠成知識產權代理有限公司 11246
• 代理人: 朱琨

技術領域

本發明屬于三維集成電路和微傳感器芯片系統領域，特別涉及一種適用于三維集成技術的模版對準方法。

背景技術

在過去四十多年里，集成電路按“Moore定律”高速發展，即每隔18個月，集成電路的集成度、功能和性能提升一倍。集成電路的發展是通過不斷地縮小晶體管的特征尺寸來實現。然而，目前集成電路的特征尺寸已經進入到納米級別，逐漸逼近物理極限，而且使集成電路在設計、制造和成本等方面都遇到了難以逾越的發展瓶頸。集成電路的總延時包括晶體管延時和互連延時，其中互連延時主要為全局互連延時。隨著特征尺寸的縮小，晶體管的延時得到了改善，但是全局互連延時卻快速上升。當特征尺寸小于130nm時，互邊延時已經成為主導因素，互連延時的上升已經超過了晶體管延時的下降，嚴重影響了集成電路性能的進一步提高。目前解決互連延遲的方法是在全局互連線上增加一系列緩沖器，但這種方法的作用有限，并且由于大量緩沖器的加入，電路的功耗大幅度增加，即利用功耗換取速度。銅互連及低K介質的使用使串連電阻和寄生電容有所降低，但隨著特征尺寸的減小該方法仍舊不能徹底解決延遲等問題。因此，互連已經取代晶體管成為決定集成電路性能的主要因素和集成電路發展的真正瓶頸。

三維集成技術被認為是一種“More?than?Moore”技術，是改善互連延時問題，使得集成電路繼續延伸“Moore定律”的有效解決方案之一。三維集成技術，利用了第三維度，在垂直方向上把多層芯片集成在一起，并且通過穿透硅襯底制造垂直方向的互連，實現多層芯片間的電學導通。三維集成技術通過大量的垂直互連代替平面集成電路的全局互連，由于垂直互連長度遠遠小于平面全局互連的長度，從而，三維集成技術能有效地縮短芯片互連的長度，改善互連的延時問題，提高集成電路速度，并且降低芯片的功耗。另一方面，三維集成技術在垂直方向上疊加多層芯片，能大幅度提高芯片的集成度，有利于提高集成電路的功能。并且，三維集成技術提供異質集成能力，可以把多層不同工藝、不同襯底材料的芯片集成在一起，并且各層芯片的制造工藝不相互制約，可以進行獨立的優化，即可以實現每層芯片性能和功能的最優化，是實現高性能SOC(System?on?Chip)系統的有效方法。可見，三維集成技術是解決平面集成電路所面臨的瓶頸問題的最可行手段。

晶圓或芯片的對準，是三維集成技術的關鍵集成技術。在三維集成技術中，需要在上下兩層芯片的特定位置制造垂直互連實現電學導通，從而，需要把上層芯片與下層芯片進行位置的對準，對準精度要求在數微米甚至亞微米級別。三維集成中的對準技術主要分為芯片級對準技術和晶圓級的對準技術，芯片級對準技術是把一個芯片對準到另一個芯片或者晶圓的特定位置，晶圓級對準技術則是把一個晶圓與另一個晶圓進行對準。目前，三維集成的對準技術，無論是芯片級的對準技術還是晶圓級的對準技術，主要采用光學對準技術，即利用上下兩層芯片/晶圓的圖案標志，通過復雜的光學視覺系統，實現上下兩層芯片/晶圓的光學對準。隨后，通過機械轉移方法移動上下兩層芯片/晶圓，使得兩層芯片/晶圓接觸在一起，完成芯片/晶圓的對準過程。然而，這種光學對準技術的對準精度與操作時間相關，如果要實現較高的對準精度，需要耗費大量的操作時間，例如，采用倒裝芯片(Flip-chip)設備實現芯片到晶圓的對準，若每秒完成一個芯片的對準，其對準精度只有10μm；若要求對準精度為1μm，則完成一個芯片的對準需要10秒或者更多。此外，光學對準的設備不具有通用性，根據不同的晶圓或芯片尺寸，需要使用不同的設備；如EVG公司的SmartViewTM只能實現晶圓到晶圓的對準，而一般的Flip-Chip設備只能實現芯片到芯片以及芯片到晶圓的對準。另外，在三維集成技術中，完成光學對準過程后，還需要機械轉移過程完成兩層芯片/晶圓的接觸，這一機械轉移過程容易帶來額外的對準誤差。可見，對準技術是三維集成技術的重要挑戰。

發明內容

本發明針對上述缺陷公開了一種適用于三維集成技術的模版對準方法，從而克服了目前三維集成對準方法的限制，實現了快速、高精度的晶圓或芯片對準。

所述模板對準方法為：以深槽對準模板為定位基準，將平板對準裝置嵌入深槽對準模板，兩者在垂直方向上重疊；深槽對準模板的內側面與平板對準裝置的外側面接觸。

所述基片為芯片或晶圓。

所述深槽對準模板和平板對準裝置通過在基片表面添加高分子聚合物材料制備，或者直接在基片襯底上制備。

所述深槽對準模板和平板對準裝置的制備方法為：光刻、刻蝕、切割、壓印、激光燒蝕或者混合制備方法。