（高清版）GBT 43536.2-2023 三维集成电路 第2部分：微间距叠层芯片的校准要求

三维集成电路第2部分.微间距叠层芯片的校准要求(IEC63011-2:2018,Integratedcircuits—Threedimensionalintegratedcircuits-Part2:Alignmentofstackeddieshavingfinepitchinterconnect,IDT)2024-04-01实施IGB/T43536.2—2023/IEC63011-2:2018前言 Ⅲ 2规范性引用文件 3术语和定义 l4芯片键合过程的校准 15校准流程 35.1键合预校准 35.2键合校准 35.3校准的评估 3附录A(资料性)校准案例 4A.1使用电容耦合的校准原理 4A.2使用电感耦合的校准原理 6A.3堆叠完成后的校准测量 7参考文献 8Ⅲ本文件按照GB/T1.1—2020《标准化工作导则第1部分：标准化文件的结构和起草规则》的规定起草。本文件是GB/T43536《三维集成电路》的第2部分，GB/T43536已经发布了以下部分：——第1部分：术语和定义；——第2部分：微间距叠层芯片的校准要求。本文件等同采用IEC63011-2:2018《集成电路三维集成电路第2部分：微间距叠层芯片的校准本文件做了下列最小限度的编辑性改动：——为与现有标准协调，将标准名称改为《三维集成电路第2部分：微间距叠层芯片的校准要请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任。本文件由中华人民共和国工业和信息化部提出。本文件由全国半导体器件标准化技术委员会(SAC/TC78)归口。本文件起草单位：中国电子技术标准化研究院、华进半导体封装先导技术研发中心有限公司、中国航天科技集团公司第九研究院第七七一研究所、青岛智腾微电子有限公司、珠海越亚半导体股份有限公司。硅通孔(TSV)技术在三维集成电路应用中是一种创新技术，它在不缩小芯片特征尺寸的条件下，使芯片同时获得更高的性能、更好的通用性以及更高的集成度。GB/T43536《三维集成电路》是指导我国三维封装芯片的基础性和通用性的标准，旨在指导我国集成电路芯片的三维叠层封装工艺，拟由三个部分构成。——第1部分：术语和定义。目的在于界定多芯片IC相关定义。——第2部分：微间距叠层芯片的校准要求。目的在于为使用硅通孔技术的叠层芯片在生产制造过程中的垂直堆叠校准给出可操作、可证实的程序。 第3部分：硅通孔模型及测试方法。目的在于为使用硅通孔进行叠层封装的芯片质量提供可规范化的要求。1三维集成电路第2部分：微间距叠层芯片的校准要求1范围本文件规定了在芯片键合过程中使用多个叠层集成电路之间初始校准和校准保持的要求。定义了校准标记和操作步骤。本文件只适用于使用电耦合方法进行的芯片间校准。2规范性引用文件下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。IEC63011-1集成电路三维集成电路第1部分：术语(Integratedcircuits—Threedimension-alintegratedcircuits—Part1:Terminology)注：GB/T43536.1—2023三维集成电路第1部分：术语和定义(IEC63011-1:2018,IDT)3术语和定义IEC63011-1界定的以及下列术语和定义适用于本文件。芯片键合diebonding采用物理或化学方法实现芯片间的互连。实现键合的装置。信号发生器signalgenerator产生电信号的装置。校准标记alignmentkey用于监视或调整多层芯片校准的图形。执行校准的装置。4芯片键合过程的校准4.1堆叠过程中校准当上层芯片完全覆盖下层芯片时，下层芯片上表面的校准标记是不可见的。因此，可先将下层芯片2的图像存储起来。当上层芯片移动到下层芯片的正上方时，将上芯片上表层的图像与所存储的图像进行比对，从而精确地将两幅图像进行校准。该过程如图1所示。其中，交叉十字代表校准标记，应放置在待堆叠键合芯片相同的位置。校准标记也可作为芯片上所有其他图案的定位基准。由于下层芯片被上层芯片覆盖，很难使用一般的校准工具观察到，可将上层芯片上图像的位置与下层芯片存储的图像进行比对。图1芯片堆叠过程中的芯片校准的程序4.2芯片键合过程中的校准要求当上层芯片放置在下层芯片的顶部后，使用键合工艺将其进行永久性的键合，如图2所示。为了使硅通孔(TSV)和微凸点接触得更加紧密，键合过程中还可能要使用热、力和超声振动等工艺，其中超声振动可能会破坏校准。使用光学显微镜无法观察到芯片底部的图像。红外光能穿透有限深度的固体，但随着上芯片的厚度增加，透视分辨率将急剧恶化。此外，下芯片下方的金属夹具将会遮挡红外显微镜视场。这时需要使用另一个校准传感器，采用电信号来监测偏离正确校准位置的偏离量。然后，将偏移信息反馈给校准器以补偿。校准工具应补偿沿两个主轴平行于芯片表面的位移，以及垂直于芯片表面的转动偏移。信号发生器提供源信号给发射器，接收器则收集因偏移而失准的信号，如图2中的曲线所示。校准工具校准工具RXTX信号发生器键合机图2失准感测和校正器补偿为了在芯片键合过程中将物理校准误差转换为电信号，校准标记应在不发生接触时通过感应来实现校准。电或磁的耦合是校准信息的有效介质。图3说明了堆叠的两个芯片中使用耦合校准的一个例子。当激活的校准标记被放置在两个叠层芯片的正表面，即上层芯片底和下层芯片顶的正面相对时，接收信号变强。发射器和接收器都位于底芯片上，而上层芯片没有任何激活的有源区，所以不需要通电。电源通过固定的下层芯片提供，而上芯片则提供被动的耦合区域。上层芯片可通过自由移动来校准补偿信号。该信号由连接在下层芯片上的校准标记发出，并由上层芯片底面上耦合区域的左边部分接收。信号传递到耦合区域的右半部分，并将其反馈到与下芯片表面的接收器。从发射器发出的信号的衰减是由校准标记的距离和偏移量决定的。不断移动上芯片，使用衰减量的值来显示出校准的正确位置。3T5v1sT5v1sv虽然上芯片上的耦合区域暴露在环境中，但下芯片上的接收器覆盖有绝缘薄膜，以避免校准标记之间的直接接触，并最大限度地接收信号。附录A中A.1给出了一种典型校准图形设计，A.2给出了校准偏差与耦合强度的关系。基板基板图3平移失准的调整4.3芯片堆叠后的校准测量在键合过程中，两个芯片的校准可能会受到热、力和超声振动的影响。图4为垂直互连中存在偏移的叠层芯片的截面图。在上芯片与下芯片机械、电气完全键合后，再用适当的仪器测量校准。三维集成电路的最终校准质量是以偏移量的形式给出的。A.3中给出了一个用于测量键合后偏移的结构实例。图4模具相邻层间垂直连接的最终校准5校准流程5.1键合预校准在把上芯片置于下芯片上方之前，将下芯片放置好并将校准标记的图像存储在存储器中。然后，通过将上层芯片的校准标记与内存中的图像进行比较，来进行初始的校准。校准的精度应小于校准标记中校准单元(导线)间距的一半。5.2键合校准在随后的键合过程中，打开电校准标记，用电信号跟踪校准。使用耦合校准方法，沿X方向移动上层芯片，以获得沿该方向的最佳校准。然后再沿Y方向重复校准检查。围绕垂直于芯片表面的轴旋转上芯片，以补偿旋转偏移。重复平移和旋转校准，直到偏移量足够小。5.3校准的评估每叠放一层芯片，都应测量最终校准的质量，如IEC63011-3中描述的电阻测量方法。40(资料性)校准案例A.1使用电容耦合的校准原理两根导线之间的电容耦合模型如图A.1所示，这两根线的垂直间距为“H”,水平偏移量为“M”。两根导线的横截面有着不同的横纵比(W/T),如图A.1所示。标引序号说明：M——水平偏移量；H——垂直间距；W1——窄导线的宽度；W2——宽导线的宽度；T——校准单元的厚度。W1和W2分别代表不同的宽度。图A.1两根不同宽度的未校准导线之间的电容耦合如图A.2左边的图所示，当导线较窄时，由于偏移引起的电容相对衰减是显著的。然而，当导线较宽时，电容耦合的绝对强度变强。如图A.2中右边的图所示。//--W/T=1//—W/T=10图A.2相对强度随着失调和金属宽度变化的曲线5为了同时得到耦合强度和校准精度，需要利用多个窄导线来说明，如图A.3所示。标引序号说明：H——垂直间距；W——导线宽度；T——校准单元的厚度。图A.3多条窄导线的示意图通过对电容耦合的分析，可使用两种类型的校准标记，如图A.4所示。图A.4二维校准单元网格类型(上)和共轭X-和Y方向类型(下)接收信号的衰减与垂直间距(H)、横纵比(W/T)、导线数(N)以及校准标记尺寸有关。图A.5为不同尺寸的共轭校准标记的场仿真结果。6H=10μm,横纵比(W/T)=0.1,f=0.01GHz,T=0.5μm为了使校准传感器在不同技术下具有适当的功能，需要给定表A.1中列出的下列参数。在某些情表A.1电容耦合中的校准参数参数名称等级—1等级—2校准单元的长度(L)校准单元的厚度(T)垂直间距(H)横纵比(W/T)导线数量(N)频率(f)A.2使用电感耦合的校准原理类似地，电感耦合的强度也可用作未接触芯片间偏移量的指示器。电感器、发射机和接收机的配置可是图A.6中描述的任意一种配置，具体情况取决于上芯片的供电可用性。7图A.6上芯片中的电流导通(左)和不导通(右)时的感应耦合型校准探测器的校准标记设计A.3堆叠完成后的校准测量当芯片键合完成后，上芯片的相对位置固定了，使用电容或电感耦合的校准测量就不适用了。为了测量堆叠芯片的校准质量，需要另一种静态的测量方式。图A.7给出了最终测量方法的一个例子。多个TSV在每个层中的位置都有所不同。如果中心的TSV完全对齐，则非中心位置的TSV的偏移量会增加，最终两个断开的TSV会出现在离中心TSV