C2W键合控制系统及键合设备、C2W键合方法

摘要

本发明涉及一种C2W键合方法、C2W键合控制系统及键合设备。在将多个芯片键合到半导体基底上时，从所述半导体基底上设置的与所述多个芯片一一对应的多个键合单元中选择若干个键合单元作为定位单元，获取每个所述定位单元在一键合坐标系中的坐标，然后利用各个定位单元在所述键合坐标系中的坐标和所述多个键合单元在单元分布图中的相对位置，获得各个键合单元在所述键合坐标系中的坐标，在进行键合时，利用各个键合单元在所述键合坐标系中的坐标，将所述多个芯片分别移动到与对应的键合单元进行键合的位置，并与对应的键合单元键合，有助于提高键合效率。

说明书

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，尤其涉及一种C2W键合控制系统、一种键合设备及一种C2W键合方法。

背景技术

在现有的芯片封装技术中，C2W(Chip to Wafer，芯片到衬底)技术因为不受芯片尺寸匹配限制，同时其已知合格芯片(known good die，KGD)方案能大大提高良率，因此受到全球半导体厂商的青睐。

一种现有的C2W方案采用微凸点(micro bump)封装工艺，封装模块可实现的最小单元尺寸(pitch size)为40μm左右，这种封装工艺在凸点下方需设置下填料(underfill)，该下填料不利于封装模块散热。为了降低最小单元尺寸以及提高散热能力，目前另一种封装工艺通过直接键合将芯片键合到衬底上，这样封装模块的最小单元尺寸可以做到10μm以下从而能够实现更高的I/O连接密度，而且不再设置下填料，散热性能也获得了提高。

但是，现有C2W方案在将多个芯片键合到同一衬底上时，为了保证键合精度，在逐个将芯片转移到衬底上时，需先与衬底上相应的键合单元进行对准再实施键合，频繁实施且耗时的对准过程导致整个键合过程耗时长，效率低。

发明内容

为了在采用C2W技术将多个芯片键合到同一衬底上时，提高键合效率，本发明提供一种C2W键合控制系统、一种键合设备及一种C2W键合方法。

一方面，本发明提供一种C2W键合方法，所述C2W键合方法包括：

获得待键合的半导体基底和多个芯片，所述半导体基底上设置有与所述多个芯片一一对应的多个键合单元，所述多个键合单元基于一单元分布图在所述半导体基底上分布；

从所述多个键合单元中选择若干个键合单元作为定位单元，获取每个所述定位单元在一键合坐标系中的坐标；

利用各个所述定位单元在所述键合坐标系中的坐标和所述多个键合单元在所述单元分布图中的相对位置，获得各个所述键合单元在所述键合坐标系中的坐标；

利用各个所述键合单元在所述键合坐标系中的坐标，将所述多个芯片分别移动到与对应的键合单元进行键合的位置，并与对应的键合单元键合。

可选的，所述单元分布图的生成方法包括：

获取反映所述多个键合单元理论分布情况的设计图；

获取所述半导体基底顶层工艺的光刻偏差值；

利用所述光刻偏差值对所述设计图中各个所述键合单元的位置进行补偿，得到所述单元分布图。

可选的，获取所述定位单元在一键合坐标系中的坐标的方法包括：

移动对准装置到所述半导体基底相应的定位单元上方；

使所述对准装置与相应定位单元中的对位标记对准，并以对准完成后所述对准装置在所述键合坐标系中的坐标作为相应的定位单元在所述键合坐标系中的坐标。

可选的，在利用各个所述键合单元在所述键合坐标系中的坐标，将所述多个芯片分别移动到与对应的键合单元进行键合的位置，并与对应的键合单元键合的步骤中，所述芯片与对应的键合单元在键合之前不进行对准。

可选的，所述单元分布图包括一中心点，至少两个所述定位单元与所述中心点位于同一直线，且分别位于所述中心点的两侧。

可选的，至少一对所述定位单元相对于所述中心点对称。

可选的，一个所述定位单元位于所述中心点。

一方面，本发明提供一种C2W键合控制系统，所述C2W键合控制系统包括：

初始化模块，用于获取半导体基底和多个芯片的待键合信息，所述半导体基底上设置有与所述多个芯片一一对应的多个键合单元，所述多个键合单元基于一单元分布图在所述半导体基底上分布；

单元选择模块，用于从所述多个键合单元中选择若干个键合单元作为定位单元；

对准控制模块，用于控制一对准装置进行对准操作，以获取每个所述定位单元在一键合坐标系中的坐标；

键合地图模块，用于利用各个所述定位单元在所述键合坐标系中的坐标和所述多个键合单元在所述单元分布图中的相对位置，获得各个所述键合单元在所述键合坐标系中的坐标；

键合控制模块，用于利用各个所述键合单元在所述键合坐标系中的坐标，控制一C2W键合装置将多个所述芯片分别移动到与对应的键合单元进行键合的位置，并与对应的键合单元键合。

可选的，所述C2W键合控制系统还包括：

单元位置补偿模块，用于获取反映所述多个键合单元理论分布情况的一设计图和所述半导体基底顶层工艺的光刻偏差值，利用所述光刻偏差值对所述设计图中各个所述键合单元的位置进行补偿，得到反映所述键合单元实际分布情况的所述单元分布图。

一方面，本发明提供一种键合设备，所述键合设备包括上述C2W键合控制系统、所述对准装置和所述C2W键合装置。

本发明提供的C2W键合方法、C2W键合控制系统及键合设备可将多个芯片键合到半导体基底上，所述半导体基底上设置有与所述多个芯片一一对应的多个键合单元，所述多个键合单元基于一单元分布图在所述半导体基底上分布，其中，在进行键合前，从所述多个键合单元中选择若干个键合单元作为定位单元，并获取每个所述定位单元在一键合坐标系中的坐标，然后利用各个所述定位单元在所述键合坐标系中的坐标和所述多个键合单元在所述单元分布图中的相对位置，获得各个所述键合单元在所述键合坐标系中的坐标，在进行键合时，利用各个所述键合单元在所述键合坐标系中的坐标，将所述多个芯片分别移动到与对应的键合单元进行键合的位置，并与对应的键合单元键合，可以简化甚至省去逐个对芯片进行对准的操作，本发明在键合前获得了各个所述键合单元在所述键合坐标系中的坐标，有助于提高键合效率。

进一步的，可利用所述半导体基底顶层工艺的光刻偏差值对反映所述多个键合单元理论分布情况的设计图中各个所述键合单元的位置进行补偿，以得到所述单元分布图，所述单元分布图从而可以更准确地反映所述多个键合单元的实际分布情况，使得利用所述单元分布图得到的各个所述键合单元在所述键合坐标系中的坐标更准确，可以确保键合精度。

附图说明

图1是本发明一实施例的C2W键合方法的流程示意图。

图2是本发明一实施例的C2W键合方法中获得各个键合单元在键合坐标系中的坐标的示意图。

图3是本发明一实施例的键合设备的结构示意图。

附图标记说明：

100-半导体基底；10-单元分布图；110-定位单元；200-C2W键合控制系统；210-初始化模块；220-单元选择模块；230-对准控制模块；240-键合地图模块；250-键合控制模块；260-单元位置补偿模块；200-C2W键合控制系统；300-对准装置；400-C2W键合装置。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明的C2W键合控制系统及键合设备、C2W键合方法作进一步详细说明。根据下面的说明，本发明的优点和特征将更清楚。应当理解，说明书的附图均采用了非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。需要说明的是，本文所呈现的方法中各步骤的顺序并非必须是执行这些步骤的唯一顺序，一些所述的步骤可被省略和/或一些本文未描述的其它步骤可被添加到该方法。

图1是本发明一实施例的C2W键合方法的流程示意图。参照图1，本发明实施例涉及一种C2W键合方法，该C2W键合方法包括以下步骤：

S1：获得待键合的半导体基底和多个芯片，所述半导体基底上设置有与所述多个芯片一一对应的多个键合单元，所述多个键合单元基于一单元分布图在所述半导体基底上分布；

S2：从所述多个键合单元中选择若干个键合单元作为定位单元，获取每个所述定位单元在一键合坐标系中的坐标；

S3：利用各个所述定位单元在所述键合坐标系中的坐标和所述多个键合单元在所述单元分布图中的相对位置，获得各个所述键合单元在所述键合坐标系中的坐标；

S4：利用各个所述键合单元在所述键合坐标系中的坐标，将所述多个芯片分别移动到与对应的键合单元进行键合的位置，并与对应的键合单元键合。

参照图2，在步骤S1中，待键合的半导体基底100例如为一晶圆，所述晶圆上形成有多个未切割的芯片(die)，这些未切割的芯片作为键合单元。所述半导体基底100上设置的与所述多个芯片一一对应的多个键合单元用于键合芯片，每个芯片与对应的键合单元键合。与待键合的芯片对应的键合单元的数量例如在十个以上，如果一一进行对准再键合，会导致键合效率低下，故而本实施例采用了仅对准部分键合单元的方法。

待键合的多个芯片可以是适合以C2W方式与半导体基底键合的各种芯片，此处待与半导体基底键合的多个芯片可以是同一类芯片，也可以是不同的芯片。涵盖所述多个键合单元的上述单元分布图10例如是晶圆图(wafermap)，其反映了各个键合单元在半导体基底100上的排布情况，例如包括相邻键合单元的相对方位和间距。本实施例中，所述单元分布图10中的多个键合单元例如为阵列排布。

所述单元分布图10可以是半导体基底100上各键合单元(die)的设计图。本发明不限于此，为了获得各个键合单元在半导体基底100上的准确位置，使后续获得的各个键合单元在键合坐标系中的坐标与它们的实际位置的偏差尽量小，进而提高键合精度，所述单元分布图10可以通过在半导体基底100上各键合单元的设计图的基础上进行校正或补偿获得。具体的，本实施例中，获得所述单元分布图10的方法如下：

首先，获取反映上述与待键合的多个芯片一一对应的多个键合单元理论分布情况的设计图，该设计图包括半导体基底100上各键合单元的理论相对位置，实际制作得到的半导体基底100中，各键合单元的相对位置可能存在偏差；

然后，获取所述半导体基底100顶层工艺的光刻偏差值；

接着，利用所述光刻偏差值对所述设计图中各个所述键合单元的位置进行补偿，从而得到上述步骤S1中的单元分布图10。

所述光刻偏差值反映了由于光刻设备的系统误差而引起的半导体基底100上得到的键合单元的实际位置和设计位置的偏差。所述半导体基底100顶层工艺指在进行键合前半导体基底100上进行的最后一次光刻工艺，该次光刻工艺的偏差表示顶层图形中各键合单元的分布相对于设计图的偏差。所述光刻偏差值可包括旋转偏差(rotation)、扩张偏差(expansion)、收缩偏差以及直线偏移(如在晶圆坐标系中X方向和/或Y方向上的直线偏移)中的至少一个值。因此在获得所述多个键合单元理论分布情况的设计图后，结合该光刻偏差值可以计算得到每个键合单元的新的位置，从而可以使获得的所述单元分布图10中键合单元的排布更接近半导体基底100上各个键合单元的实际分布情况。在另外的实施例中，在基于半导体基底100上各键合单元的设计图进行校正或补偿时，也可以采用其它校正或者补偿手段。

参照图2，本发明实施例通过步骤S2从与待键合的多个芯片对应的上述多个键合单元中选择若干个键合单元作为定位单元110。所述定位单元110从待键合的多个键合单元中选出，用于确立作为计算基准的键合单元坐标。以便于根据少数的键合单元的坐标以及单元分布图10获得全部待键合的键合单元的位置，而不需要将全部键合单元进行专门对准，因此，定位单元110的数量小于待键合的键合单元的数量。所述定位单元110例如为两个以上且十个以下。采用较多的定位单元110有助于增加后续获得各个键合单元在键合坐标系中的坐标的准确性，但会增加对准时间，本实施例中，所述定位单元110例如为两个以上且五个以下。

所述键合坐标系指C2W工艺中，键合装置(例如包括一键合头)提取待键合的芯片后，将待键合的芯片移动到半导体基底100上的相应位置时，计算键合装置的移动位置(或位移)所采用的坐标系。可以理解，在给出所述键合坐标系中的一坐标点位置后，该键合装置能够吸附着待键合的芯片移动到该坐标点位置或者与该坐标点具有设定距离的位置。为了将芯片与半导体基底100上相应的键合单元键合，需要获得各个键合单元在该键合坐标系中的坐标。

获取每个所述定位单元110在所述键合坐标系中的坐标可以通过移动对准装置20(例如包括一摄像头)并进行对准获得。根据与每个定位单元对准后的所述对准装置20在所述键合坐标系中的位置，即得到了相应定位单元110在所述键合坐标系中的位置。具体的，利用对准装置20获取具体的一个所述定位单元110在所述键合坐标系中的坐标的方法包括：首先，移动对准装置20到所述半导体基底100相应的定位单元110上方；然后，使所述对准装置20与相应的定位单元110中的对位标记对准，并以对准完成后对准装置20在所述键合坐标系中的坐标作为相应的定位单元110在所述键合坐标系中的坐标。

为了便于通过定位单元110的坐标计算其它键合单元的位置，在选择若干个键合单元作为定位单元时，可以使挑选出的若干定位单元(为若干键合单元)在上述单元分布图10中分散分布，例如，可选择所述单元分布图10中分别位于方位上、下、左及右的若干键合单元作为定位单元。一实施例中，所述单元分布图包括一中心点O，在选出若干定位单元110后，其中至少两个定位单元110与所述中心点O位于同一直线，且分别位于所述中心点O的两侧，进一步的，至少一对定位单元110相对于所述中心点O对称。另一实施例中，在选出若干定位单元110后，该若干定位单元110中的一个定位单元110位于所述中心点O。又一实施例中，所述单元分布图10的中心点O未设置键合单元，将所述单元分布图10中与所述中心点O最近的一个键合单元作为一个定位单元，以便于获得一个处于中心区域的定位单元。

本发明实施例在步骤S3中，利用各个定位单元110在上述键合坐标系中的坐标和各键合单元在单元分布图10中的相对位置，获得各个键合单元在所述键合坐标系中的坐标。参照图2，作为示例，本实施例中，所述键合坐标系为一正交坐标系，其坐标原点记为O'。A点和B点代表两个定位单元110，二者在键合坐标系中的坐标通过步骤S2获得，C点代表定位单元110之外的一键合单元。A点、B点及C点的相对位置可以根据上述单元分布图10获得，C点相对于坐标原点O'的位移等于A点相对于原点的位移与A点至C点的位移之和，而A点的位移可以根据A点的坐标得到，A点至C点的位移可以根据A点、B点的位移以及三角形ABC的信息得到。可采用公知的计算过程根据A点、B点的坐标以及三角形ABC的信息得到C点坐标，采用类似的过程可以得到定位单元110之外的其它全部键合单元在键合坐标系中的坐标，即可以获得一键合地图(map)，该键合地图包括待键合的全部键合单元，并且，每个键合单元具有在键合坐标系中的对应坐标。

在步骤S4中，利用各个键合单元在所述键合坐标系中的坐标，将待键合的多个芯片分别移动到与对应的键合单元进行键合的位置，并与对应的键合单元键合。

本实施例中，可以采用直接键合(未设置凸点)方式将各个待键合的芯片与对应的键合单元键合，具体可以采用混合键合(hybridbonding)方式将芯片键合到半导体基底100上相应的位置。根据芯片与对应的键合单元的设计，在获得键合单元在上述键合坐标系中的坐标后，可以计算得到键合时吸附着芯片的键合头的坐标位置，作为相应芯片在进行键合时的位置。本实施例中，由于在键合前已获得各个键合单元在上述键合坐标系中的位置，因而可以根据计算出的芯片在进行键合时的位置移动芯片，到达目标位置后，将该芯片直接与下方的键合单元进行键合，而不进行对准，或者，根据计算出的芯片在进行键合时的位置移动芯片到达目标位置后，先进行一快速或简化的对准操作，再将该芯片直接与下方的键合单元进行键合，可以节约对准时间，均有助于提高键合效率。

本发明实施例还涉及一种C2W键合控制系统以及一种键合设备。所述键合设备包括所述C2W键合控制系统。图3是本发明一实施例的键合设备的结构示意图。

参照图3，本发明实施例包括C2W键合控制系统200，C2W键合控制系统200包括初始化模块210、单元选择模块220、对准控制模块230、键合地图模块240以及键合控制模块250。具体的，结合图2，所述初始化模块210用于获取半导体基底100和多个芯片的待键合信息，所述半导体基底100上设置有与所述多个芯片一一对应的多个键合单元，所述多个键合单元基于一单元分布图10在所述半导体基底100上分布；所述单元选择模块220用于从所述多个键合单元中选择若干个键合单元作为定位单元110；所述对准控制模块230用于控制一对准装置进行对准操作，以获取每个定位单元110在一键合坐标系中的坐标；所述键合地图模块240用于利用各个定位单元110在所述键合坐标系中的坐标和所述多个键合单元在单元分布图10中的相对位置，获得各个键合单元在所述键合坐标系中的坐标；所述键合控制模块250用于利用各个键合单元在所述键合坐标系中的坐标，控制一C2W键合装置将待键合的多个芯片分别移动到与对应的键合单元进行键合的位置，并与对应的键合单元键合。

利用该C2W键合控制系统200将多个待键合的芯片与对应的键合单元键合时，键合控制模块250是在获取了各个所述键合单元在所述键合坐标系中的坐标之后，再使各个芯片移动到与对应的键合单元进行键合的位置，所述芯片被移动到的键合位置较为精准，在与对应的键合单元键合之前，可以不进行对准操作，或者仅进行一快速或简化的对准操作，相对于在缺乏各个键合单元在键合坐标系中的坐标的情况下实施键合，采用本实施例的C2W键合控制系统200有助于节约对准时间和提高键合效率。

在一些实施例中，该C2W键合控制系统200还可包括单元位置补偿模块260，所述单元位置补偿模块260用于获取反映所述多个键合单元的理论分布情况的一设计图和半导体基底100顶层工艺的光刻偏差值，并利用所述光刻偏差值对所述设计图中各个键合单元的位置进行补偿，以得到反映所述键合单元实际分布情况的单元分布图10。

仍参照图3，本发明实施例的键合设备包括上述C2W键合控制系统200、一对准装置300和一C2W键合装置400。所述对准装置300和所述C2W键合装置400均可以在所述C2W键合控制系统200控制下工作。所述对准装置300例如用于在上述对准控制模块230控制下进行对准操作，以获取每个定位单元110在所述键合坐标系中的坐标。所述C2W键合装置400例如在上述键合控制模块250控制下将待键合的多个芯片分别移动到与对应的键合单元进行键合的位置，并与对应的键合单元键合。所述对准装置300和C2W键合装置400可以集成制造为一具有对准功能和键合功能的键合头，二者在键合坐标系中的坐标例如是相同的。

本实施例中的方法和结构采用递进的方式描述，在后的结构重点描述说明的是与在前的方法的不同之处，相关之处可以参照理解。

可以理解的是，本发明实施例的C2W键合控制系统200可以包括具有实现本发明的过程的单个计算机、硬件、装置等。本文使用的“模块”通常是指本发明的组件，诸如逻辑可分离软件(计算机程序)、硬件或等效部件。所述C2W键合控制系统200中的初始化模块210、单元选择模块220、对准控制模块230、键合地图模块240、键合控制模块250以及单元位置补偿模块260等可以合并在一个模块中实现，或者其中的任意一个模块可以被拆分成多个模块，或者，这些模块中的一个或多个模块的至少部分功能可以与其它模块的至少部分功能相结合，并在一个模块中实现。根据本发明的实施例，初始化模块210、单元选择模块220、对准控制模块230、键合地图模块240、键合控制模块250以及单元位置补偿模块260中的任一个可以至少被部分地通过软件实现，或者至少被部分地通过硬件电路实现。不管是以软件或者硬件电路方式，其个别部分是熟悉电子及软件领域的人员可以进行实施的，因此，其细节就不在本说明书中赘述。

本发明提供的C2W键合方法、C2W键合控制系统及键合设备可将多个芯片键合到半导体基底100上，所述半导体基底100上设置有与所述多个芯片一一对应的多个键合单元，所述多个键合单元基于一单元分布图10在所述半导体基底100上分布，其中，在进行键合前，从所述多个键合单元中选择若干个键合单元作为定位单元110，并获取每个定位单元110在一键合坐标系中的坐标，然后利用各个定位单元110在所述键合坐标系中的坐标和所述多个键合单元在单元分布图10中的相对位置，获得各个所述键合单元在所述键合坐标系中的坐标，在进行键合时，利用各个键合单元在所述键合坐标系中的坐标，将待键合的多个所述芯片分别移动到与对应的键合单元进行键合的位置，并与对应的键合单元键合，有助于提高键合效率。

上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明权利范围的任何限定，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。