先进封装TSV标识对准封装方法、封装结构及封装对准系统与流程

本发明涉及半导体加工，具体涉及一种先进封装tsv标识对准封装方法、封装结构及封装对准系统。

背景技术：

1、先进封装技术介于传统圆晶制造与封装制造之间，在缩短互联长度的同时，实现不同芯片之间的系统重构。先进封装技术需要解决封装对准的问题。封装对准系统是半导体封装过程中的关键技术，它确保了封装元件的精确定位和对准。芯片对准技术通常包括光学对准、电子束对准、x射线对准、激光对准等。这些技术的发展趋势是实现更高的对准精度、更快的对准速度和更多的层次对准。

2、2.5d封装技术和3d封装技术是先进封装技术的代表。其中，3d封装技术，又称为叠层芯片封装技术，通过在垂直方向上堆叠两个以上芯片，并使用硅穿孔（tsv）直接连接上下不同芯片的电子讯号，实现更短的连接距离、更高的连接强度，以及更小更薄的封装效果和更高的密度。而在封装过程中，不得不考虑封装对准的问题。

3、在先进封装技术中，借助对准标记（alignment mark）能够实现更高效的封装对准。对准标记是先进封装技术中确保微细电路图案精确套刻的关键元素，其作用在于保证封装过程中各个芯片原件之间的对准，它们的存在对于提高封装密度、保证电气连接的准确性以及最终产品的性能都有着决定性的影响。

4、对准标记通常是预先在硅片上制作的特殊图案，用于在后续的光刻步骤中实现精准套刻。这些对准标记不仅需要在光刻过程中保持稳定，不易被工艺损坏，同时还要便于放置在掩膜版上而不影响到器件，并且能够有效地被对准光学系统探测到，提供最大的信号强度。

5、实现晶圆级对准的方法有顶部对准或者底部对准（tsa/bsa）、红外透射对准（ir）、片中间对准（isa）/面-面对准、背对背对准等。如图1至图3所示，为现有技术中先进封装技术中，采用晶圆底部对准标识步骤流程示意图。先进封装技术采用bonding工艺再经过背面减薄，在后续tsv工艺形成过程中，需要先在晶圆背面做对准标记，在键合面向晶圆背面的方向开tsv窗口槽。tsv窗口槽的宽度要尽量小，为了能够识别晶圆背面的对准标记，tsv窗口槽的尺寸可以略大于对准标记。窗口操的深度通常可以达到5-10，需要具有一定的深度，才能识别晶圆背面标记。开槽后，在晶圆键合面的方向沉积光刻胶，进行曝光、烘干、光刻胶清洗等步骤，完成晶圆产品的加工。但是，由于tsv窗口槽深度过大，且开口较小，tsv窗口槽底部沉积的光刻胶较难清洗，容易造成窗口操底部光刻胶（pr）堆积。而，如果光刻胶清洗不彻底，残留的光刻胶可能会影响光刻胶与晶圆表面的粘附性，导致光刻胶剥离，影响后续工艺的稳定性和产品质量；光刻胶和其他化学物质可能会在后续工艺中形成缺陷，可能会在器件操作过程中迁移或扩散，影响器件的电气性能，增加芯片的缺陷率，降低成品率。

技术实现思路

1、本发明的目的在于解决上述技术问题之一，提供一种先进封装tsv标识对准封装方法、封装结构及封装系统，解决先进封装技术中tsv窗口槽及对准标记对准的技术问题。

2、为了实现上述目的，本发明一些实施例中，提供如下技术方案：

3、本发明一些实施例提供一种先进封装tsv标识对准封装方法，用于芯片的封装对准，所述芯片集成在晶圆上，所述晶圆包括键合面和与键合面相对的背面，所述封装方法包括以下步骤：

4、s1：在晶圆的背面加工对准标识；

5、s2：对晶圆进行开窗处理，所述开窗处理的步骤包括：在晶圆键合面加工tsv窗口槽，该tsv窗口槽对准晶圆背面对准标识所在位置；tsv窗口槽结构的深度被配置为，能够从该晶圆的键合面一侧识别该晶圆背面的对准标识；

6、s3：在晶圆的键合面一侧沉积氧化物介质层，所述氧化物介质层具有透明度，以能够从该晶圆的键合面一侧识别该晶圆背面的对准标识；

7、s4：在晶圆氧化物介质层表面沉积光刻胶层，进行曝光、显影、刻蚀处理，其中显影处理过程中，去除曝光后的光刻胶；

8、s5：提供待封装基底，根据对准标识的位置，调整晶圆的位置至对准，并完成芯片的封装。

9、本发明一些实施例中，所述步骤s3包括：

10、s31：由所述键合面一侧沉积氧化物介质层，所述氧化物介质层覆盖所述键合面和所述tsv窗口槽。

11、本发明一些实施例中，所述步骤s3包括：

12、s32：对键合面表面的氧化物介质层和所述tsv窗口槽中的氧化物介质层进行化学机械研磨处理，减薄所述氧化物介质层。

13、本发明一些实施例中，所述步骤s32包括：对键合面表面的氧化物介质层和所述tsv窗口槽中的氧化物介质层进行化学机械研磨处理，减薄所述氧化物介质层，减小键合面表面的氧化物介质层和所述tsv窗口槽中的氧化物介质层之间的高度差。

14、本发明一些实施例中，所述步骤s32包括：对键合面表面的氧化物介质层和所述tsv窗口槽中的氧化物介质层进行化学机械研磨处理，在相同研磨时间下，对键合面表面的氧化物介质层的研磨速率大于对tsv窗口槽中氧化物介质层的研磨速率。

15、本发明一些实施例中，所述待封装基底为载体衬底、晶圆或芯片。

16、本发明一些实施例中，步骤s32中，键合面表面的氧化物介质层和所述tsv窗口槽中的氧化物介质层进行化学机械研磨处理，减薄所述氧化物介质层，减薄处理结束后，tsv窗口槽中的氧化物介质层的表面被处理下凹的弧形。

17、本发明一些实施例中，步骤s32中，对键合面表面的氧化物介质层和所述tsv窗口槽中的氧化物介质层进行化学机械研磨处理，减薄所述氧化物介质层，减薄处理结束后，所述键合面表面残留氧化物介质层。

18、本发明一些实施例进一步提供一种封装结构，用于以上所述的先进封装tsv标识对准封装方法，该封装结构包括晶圆，所述晶圆包括键合面和与键合面相对的背面；

19、所述晶圆的背面设置有对准标识，所述晶圆的键合面设置有tsv窗口槽，所述tsv窗口槽的位置与对准标识的位置相对；

20、所述晶圆的键合面沉积有氧化物介质层，所述氧化物介质层填充所述窗口槽，且，所述氧化物介质层具有透明度，以能够从该晶圆的键合面一侧识别该晶圆背面的对准标识。

21、本发明一些实施例进一步提供一种封装对准系统，用于执行以上所述的先进封装tsv标识对准封装方法，包括：

22、光学系统：用于识别对准标识，采集对准标识的位置；

23、执行机构：用于调整晶圆和载体衬底之间的位置；

24、处理器：用于与光学系统通信，获取对准标识的位置，并根据对准标识生成执行机构的控制信号，控制调整晶圆和载体衬底对准。

25、较现有技术相比，本发明技术方案的有益效果在于：

26、1、通过在晶圆表面开tsv窗口槽，在tsv窗口槽内填充氧化物介质层，氧化物介质层不会影响封装对准标识的识别。光刻过程中，将光刻胶涂覆在氧化物介质层的表面，可以解决直接向tsv窗口槽中填充光刻胶，造成光刻胶填充深度过大，清洗不净的问题。

27、2、对氧化物介质层进行化学机械研磨处理，在tsv窗口槽处形成下凹的弧形层表面，光刻胶层沉积后，便于光刻胶的清洗。

28、3、对氧化物介质层进行化学机械研磨处理，在键合面表面残留氧化物介质层，可以节省光刻胶清洗后、封装前氧化物介质层沉积的步骤流程，简化晶圆处理工艺步骤。

技术特征：

1.一种先进封装tsv标识对准封装方法，其特征在于，用于芯片的封装对准，所述芯片集成在晶圆上，所述晶圆包括键合面和与键合面相对的背面，所述封装方法包括以下步骤：

2.如权利要求1所述的先进封装tsv标识对准封装方法，其特征在于，所述步骤s3包括：

3.如权利要求2所述的先进封装tsv标识对准封装方法，其特征在于，所述步骤s3包括：

4.如权利要求3所述的先进封装tsv标识对准封装方法，其特征在于，所述步骤s32包括：对键合面表面的氧化物介质层和所述tsv窗口槽中的氧化物介质层进行化学机械研磨处理，减薄所述氧化物介质层，减小键合面表面的氧化物介质层和所述tsv窗口槽中的氧化物介质层之间的高度差。

5.如权利要求4所述的先进封装tsv标识对准封装方法，其特征在于，所述步骤s32包括：对键合面表面的氧化物介质层和所述tsv窗口槽中的氧化物介质层进行化学机械研磨处理，在相同研磨时间下，对键合面表面的氧化物介质层的研磨速率大于对tsv窗口槽中氧化物介质层的研磨速率。

6.如权利要求4所述的先进封装tsv标识对准封装方法，其特征在于，所述待封装基底为载体衬底、晶圆或芯片。

7.如权利要求3所述的先进封装tsv标识对准封装方法，其特征在于，步骤s32中，键合面表面的氧化物介质层和所述tsv窗口槽中的氧化物介质层进行化学机械研磨处理，减薄所述氧化物介质层，减薄处理结束后，tsv窗口槽中的氧化物介质层的表面被处理下凹的弧形。

8.如权利要求4或5所述的先进封装tsv标识对准封装方法，其特征在于，步骤s32中，对键合面表面的氧化物介质层和所述tsv窗口槽中的氧化物介质层进行化学机械研磨处理，减薄所述氧化物介质层，减薄处理结束后，所述键合面表面残留氧化物介质层。

9.一种封装结构，其特征在于，用于权利要求1至8中任意一项所述的先进封装tsv标识对准封装方法，包括晶圆，所述晶圆包括键合面和与键合面相对的背面；

10.一种封装对准系统，其特征在于，用于执行权利要求1至8中任意一项所述的先进封装tsv标识对准封装方法，包括：

技术总结
本发明属于半导体加工技术领域，具体涉及一种先进封装TSV标识对准封装方法、封装结构及封装对准系统。从键合面一侧对准标识所在位置加工TSV窗口槽结构，能够从晶圆的键合面TSV窗口槽结构的位置识别晶圆背面的对准标识；由键合面一侧沉积氧化物介质，氧化物介质具有透明度，以能够从晶圆的键合面识别所述对准标识；在氧化物介质表面沉积光刻胶，刻蚀并去除刻蚀后的光刻胶；根据对准标识，对准晶圆和载体衬底，完成芯片封装。该方法基于封装对准系统实现。封装结构和封装对准系统均可以用于封装方法。光刻过程中，将光刻胶涂覆在氧化物介质层的表面，可以解决直接向TSV窗口槽中填充光刻胶，造成光刻胶填充深度过深，清洗不净的问题。

技术研发人员：包凡良,林本付,郭顺华,高露,张玉瑞,宋丽川,杨光
受保护的技术使用者：物元半导体技术（青岛）有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/12/5