[發明專利]一種晶圓級鍵合工藝監控結構、方法及制備方法

有效

• 申請號: 202110222528.3
• 申請日: 2021-02-26
• 公開（公告）號: CN112992865B
• 公開（公告）日: 2023-07-11
• 發明（設計）人: 霍瑞霞;吳道偉;劉萬勝;李寶霞
• 申請（專利權）人: 珠海天成先進半導體科技有限公司
• 主分類號: H01L23/544
• 分類號: H01L23/544;H01L21/66;H01L21/67
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 陳翠蘭

本發明提供一種晶圓級鍵合工藝監控結構、方法及制備方法，將上下鍵合面設計為帶有串聯電路，其中上鍵合面同時帶有可供電流導通的電極Pad，形成了可供測試鍵合后是否形成完好鍵合界面的導通路線，且這種設計分布于整張晶圓的每顆晶粒Die，通過光刻的方式實現圖形的轉移，使用萬用表等量測設備測試串聯凸點兩端電阻，通過電流電阻計算公式，計算得接觸電阻，通過監控接觸電阻，來有效及時的監控鍵合工藝，確保了鍵合效果的及時反饋，降低因鍵合不良而未及時識別造成人、機、料、法等各方面的損失。

技術領域

本發明屬于電子封裝技術領域，具體涉及一種晶圓級鍵合工藝監控結構、方法及制備方法。

背景技術

晶圓級鍵合一直被視為是三維集成電路(3D?Integrated?Circuit，3D?IC)的關鍵工藝之一。三維集成電路是一種系統級架構，其由多個晶圓結合而成，其中每個晶片的內部含有多個平面器件層的疊層，該工藝將多個獨立晶圓進行對準、鍵合，進而實現層間3D互連。

現有晶圓級金屬鍵合工藝，由于集成千上萬的晶粒(Die)于一張晶圓，但對于每一顆晶粒Die的鍵合質量的監控，都基于集成在鍵合設備中的處理軟件和數據記錄系統，還有以及紅外顯微鏡，雖然能實時監控，但只能是對設備的監控，以及對產品的預判，而X射線的斷層掃描，還有界面刻蝕表征，甚至拉伸測試及裂紋測試等方法，卻是基于局部區域，且具有很大的滯后性、以及破壞性，對鍵合界面質量的精準性、整體性、整張晶圓的均勻性以及監控的及時性、有效性均有很大的缺陷，同時一系列后續工藝的增加，增加了人員、設備、材料成本。

集成電路已經在各行各業中發揮著非常重要的作用，是現代信息社會的基石，因此對集成電路的鍵合工藝監測顯得極為重要，而現有的鍵合工藝監控方法具有滯后性和破壞性等問題。

發明內容

針對現有技術中存在的現有的鍵合工藝監控方法具有滯后性和破壞性等問題，本發明提供一種晶圓級鍵合工藝監控結構、方法及制備方法。

本發明是通過以下技術方案來實現：

一種晶圓級鍵合工藝監控結構，包括上鍵合面和下鍵合面；上、下鍵合面均包括依次設置的基底、沉積層、RDL層和UBM層；上鍵合面的RDL層和UBM層對應刻蝕形成若干獨立的上鍵合面RDL鍵合柱和上鍵合面UBM鍵合柱；下鍵合面的的RDL層和UBM層對應刻蝕形成若干獨立的下鍵合面RDL鍵合柱和下鍵合面UBM鍵合柱；上下鍵合面通過與下鍵合面UBM鍵合柱對應的鍵合單元連接形成若干獨立的鍵合立柱；多個鍵合立柱依次串聯形成串聯電路；所述每個鍵合立柱的上鍵合面UBM鍵合柱設置有兩個串聯凸點；所述串聯電路的首尾兩端的鍵合立柱分別位于UBM層的邊界上，且上鍵合面UBM鍵合柱分別連接有電極Pad；中間的鍵合立柱中上鍵合面RDL鍵合柱連接上一級鍵合立柱中上鍵合面RDL鍵合柱，中間的鍵合立柱中下鍵合面RDL鍵合柱連接下一級鍵合立柱中下鍵合面RDL鍵合柱，中間相鄰的兩個鍵合立柱之間上鍵合面RDL鍵合柱和下鍵合面RDL鍵合柱不同時連接，構建依次呈S型串聯的鍵合立柱。

進一步，兩個串聯凸點中的一個凸點在上鍵合面UBM鍵合柱側壁，另一個凸點在上鍵合面UBM鍵合柱底部連接鍵合單元。

進一步，上鍵合面上端設置有與鍵合立柱位置對應的晶粒Die。

進一步，沉積層為無機介質材料。

進一步，RDL層和UBM層是導電材料。

進一步，鍵合單元是低熔點的合金材料。

一種晶圓級鍵合工藝監控方法，包括以下步驟：依次選取串聯電路首尾兩端的電極Pad，進行電路導通測試，若電流未導通，則鍵合質量不符合鍵合要求；若電流導通，測試電極Pad電流的大小，根據總電阻計算公式，接觸電阻等于凸點電阻和電極Pad電阻之和，計算得凸點電阻；若凸點電阻在鍵合質量正常情況下凸點電阻的閾值內，則符合鍵合質量要求；若凸點電阻不在鍵合質量正常情況下凸點電阻的閾值內，則不符合檢核質量要求。