一种镜头同心度校准芯片及其制备方法

摘要

本申请公开了一种镜头同心度校准芯片及其制备方法，属于半导体加工技术领域。一种镜头同心度校准芯片的制备方法，步骤包括：S1、在上下两硅片上制备对准标记结构和硅通孔；S2、与玻璃片阳极键合得到两张上下对称的阳极键合片；S3、在上下两玻璃片上分别制备金属结构，包括金属键合结构和正对硅通孔的镜头同心度校准结构，得到两晶圆对；S4、对上下两晶圆对进行机械对准并热压键合，得到校准芯片晶圆组；S5、通过切割得到若干镜头同心度校准芯片；芯片的硅通孔、玻璃片、镜头同心度校准结构、玻璃片和硅通孔形成镜头校准光路。本申请的校准芯片结构紧凑稳定、不易损坏，且其制备方法能够实现批量生产，制备成本低、加工精度高。

权利要求

1.一种镜头同心度校准芯片的制备方法，其特征在于，所述制备方法的步骤包括：S1、取两组相同的硅片，并分别在其上制备若干一一对应的对准标记结构和硅通孔；

S2、将S1处理后的硅片和相应的玻璃片进行阳极键合，得到两张上下对称的阳极键合片；

S3、在上阳极键合片的玻璃片上制备第一金属结构，得到上晶圆对；在下阳极键合片的玻璃片上制备第二金属结构，得到下晶圆对；

所述第一金属结构包括第一金属键合结构；所述第二金属结构包括第二金属键合结构；所述第一金属结构还包括镜头同心度校准结构，或者所述第二金属结构还包括所述镜头同心度校准结构；

所述镜头同心度校准结构正对硅通孔，用于供所述镜头通过硅通孔以及玻璃片进行拍摄记录以实现镜头同心度的校准；

S4、对所述上晶圆对和所述下晶圆对进行对准，并通过其上的所述第一金属键合结构和所述第二金属键合结构进行键合，得到校准芯片晶圆组；

S5、对所述校准芯片晶圆组进行切割，得到若干所需的镜头同心度校准芯片。

2.根据权利要求1所述的镜头同心度校准芯片的制备方法，其特征在于，所述制备方法的步骤还包括：对S2处理得到的阳极键合片上的玻璃片进行减薄处理和抛光处理，使两玻璃片的厚度相等且均不超过100μm。

3.根据权利要求1所述的镜头同心度校准芯片的制备方法，其特征在于，S1中在硅片上制备对准标记结构和硅通孔的方法包括采用光刻胶掩膜、干法刻蚀硅片和湿法去除表面残留光刻胶。

4.根据权利要求1所述的镜头同心度校准芯片的制备方法，其特征在于，所述第一金属结构和所述第二金属结构均包括金属键合对准标记结构，所述金属键合对准标记结构作为对准标识用于所述上晶圆对和所述下晶圆对的对准。

5.根据权利要求4所述的镜头同心度校准芯片的制备方法，其特征在于，S3中制备第一金属结构和第二金属结构的方法包括对准光刻、金属沉积和金属剥离。

6.根据权利要求1所述的镜头同心度校准芯片的制备方法，其特征在于，S4中通过热压金属键合的方式实现所述上晶圆对和所述下晶圆对的键合连接。

7.一种镜头同心度校准芯片，其特征在于，所述镜头同心度校准芯片包括上晶圆对和下晶圆对，所述上晶圆对和所述下晶圆对键合连接在一起且呈上下对称状态；

所述上晶圆对包括从上到下依次设置的上硅片、上玻璃片和第一金属键合结构；所述下晶圆对包括从下到上依次设置的下硅片、下玻璃片和第二金属键合结构；所述第一金属键合结构和所述第二金属键合结构键合连接；

所述上硅片和所述下硅片上分别设有同心的硅通孔；所述第一金属键合结构和所述第二金属键合结构的正对硅通孔处均设有镜头校准用通孔；

所述第一金属键合结构的通孔正中设有镜头同心度校准结构且所述镜头同心度校准结构设置在所述上玻璃片上，或者所述第二金属键合结构的通孔正中设有所述镜头同心度校准结构且所述镜头同心度校准结构设置在所述下玻璃片上；

所述上硅片的硅通孔、所述上玻璃片、所述镜头同心度校准结构、所述下玻璃片和所述下硅片的硅通孔形成镜头校准光路，用于镜头同心度校准。

8.根据权利要求7所述的镜头同心度校准芯片，其特征在于，所述镜头校准用通孔与所述硅通孔同心设置。

9.根据权利要求7所述的镜头同心度校准芯片，其特征在于，所述镜头校准用通孔和所述硅通孔均为圆形，且所述镜头校准用通孔的直径不小于所述硅通孔的直径。

10.根据权利要求7所述的镜头同心度校准芯片，其特征在于，所述上硅片的上表面和所述下硅片的下表面均设有对准标记结构，所述对准标记结构用于在镜头同心度校准的过程中进行对准操作。

说明书

一种镜头同心度校准芯片及其制备方法

技术领域

[0001] 本申请属于半导体加工技术领域，具体涉及一种镜头同心度校准芯片及其制备方法。

背景技术

[0002] 当前，随着光刻线宽不断逼近物理极限，通过降低最小线宽，进一步提高集成度变得越来越难。而通过以晶圆键合技术为代表的3D堆叠方式来提高集成度，越来越受到关注。

[0003] 对准偏差，作为晶圆键合技术的关键指标之一，其工艺精度和稳定性，很大程度取决于对准原理及方法，面对面晶圆对准技术，是一种可实现高精度对准的晶圆对准技术。通过使用两组镜头，分别进行待键合晶圆上标记的识别对准，每组镜头由两个独立镜头组成，分别位于待键合晶圆组上、下位置，镜头朝向晶圆方向。在该对准方式中，镜头低同心度偏差和准确的偏差值是实现高精度对准的前提，而镜头同心度校准芯片的使用可以实现镜头的高度同心并获得准确的即时同心度偏差值。

[0004] 但是，当前的镜头同心度校准芯片的制备成本高，加工精度低，质量无法保证，结构易损坏。严重制约了镜头同心度的校准，使其无法满足当前的校准需求。因此，如何设计一种可批量生产且结构紧凑稳定、不易损坏的镜头同心度校准芯片，成为本领域亟待解决的问题。

发明内容

[0005] 本申请旨在至少在一定程度上解决上述相关技术中的技术问题之一。

[0006] 为此，本申请的目的在于提供一种镜头同心度校准芯片及其制备方法，结构紧凑稳定、不易损坏，且能够实现批量生产，制备成本低、加工精度高。

[0007] 为了解决上述技术问题，本申请是这样实现的：

[0008] 本申请实施例提供了一种镜头同心度校准芯片的制备方法，所述制备方法的步骤包括：

[0009] S1、取两组相同的硅片，并分别在其上制备若干一一对应的对准标记结构和硅通孔；

[0010] S2、将S1处理后的硅片和相应的玻璃片进行阳极键合，得到两张上下对称的阳极键合片；

[0011] S3、在上阳极键合片的玻璃片上制备第一金属结构，得到上晶圆对；在下阳极键合片的玻璃片上制备第二金属结构，得到下晶圆对；

[0012] 所述第一金属结构包括第一金属键合结构；所述第二金属结构包括第二金属键合结构；所述第一金属结构还包括镜头同心度校准结构，或者所述第二金属结构还包括所述镜头同心度校准结构；

[0013] 所述镜头同心度校准结构正对硅通孔，用于供所述镜头通过硅通孔以及玻璃片进行拍摄记录以实现镜头同心度的校准；

[0014] S4、对所述上晶圆对和所述下晶圆对进行对准，并通过其上的所述第一金属键合结构和所述第二金属键合结构进行键合，得到校准芯片晶圆组；

[0015] S5、对所述校准芯片晶圆组进行切割，得到若干所需的镜头同心度校准芯片。

[0016] 另外，根据本申请的镜头同心度校准芯片的制备方法，还可以具有如下附加的技术特征：

[0017] 在其中的一些实施方式中，所述制备方法的步骤还包括：对S2处理得到的阳极键合片上的玻璃片进行减薄处理和抛光处理，使两玻璃片的厚度相等且均不超过100μm。

[0018] 在其中的一些实施方式中，S1中在硅片上制备对准标记结构和硅通孔的方法包括但不限于采用光刻胶掩膜、干法刻蚀硅片和湿法去除表面残留光刻胶。

[0019] 在其中的一些实施方式中，所述第一金属结构和所述第二金属结构均包括金属键合对准标记结构，所述金属键合对准标记结构作为对准标识用于所述上晶圆对和所述下晶圆对的对准。

[0020] 在其中的一些实施方式中，S3中制备第一金属结构和第二金属结构的方法包括但不限于对准光刻、金属沉积和金属剥离。

[0021] 在其中的一些实施方式中，S4中通过热压金属键合的方式实现所述上晶圆对和所述下晶圆对的键合连接。

[0022] 在其中的一些实施方式中，所述玻璃片的厚度为50μm。

[0023] 本申请实施例还提供了一种镜头同心度校准芯片，所述镜头同心度校准芯片包括上晶圆对和下晶圆对，所述上晶圆对和所述下晶圆对键合连接在一起且呈上下对称状态；

[0024] 所述上晶圆对包括从上到下依次设置的上硅片、上玻璃片和第一金属键合结构；所述下晶圆对包括从下到上依次设置的下硅片、下玻璃片和第二金属键合结构；所述第一金属键合结构和所述第二金属键合结构键合连接；

[0025] 所述上硅片和所述下硅片上分别设有同心的硅通孔；所述第一金属键合结构和所述第二金属键合结构的正对硅通孔处均设有镜头校准用通孔，所述第一金属键合结构的通孔正中设有镜头同心度校准结构，或者

[0026] 所述第二金属键合结构的通孔正中设有镜头同心度校准结构；

[0027] 所述上硅片的硅通孔、所述上玻璃片、所述镜头同心度校准结构、所述下玻璃片和所述下硅片的硅通孔形成镜头校准光路，用于镜头同心度校准。

[0028] 另外，根据本申请的镜头同心度校准芯片，还可以具有如下附加的技术特征：

[0029] 在其中的一些实施方式中，所述镜头校准用通孔与所述硅通孔同心设置。

[0030] 在其中的一些实施方式中，所述镜头校准用通孔和所述硅通孔均为圆形，且所述镜头校准用通孔的直径不小于所述硅通孔的直径。

[0031] 在其中的一些实施方式中，所述上硅片的上表面和所述下硅片的下表面均设有对准标记结构，所述对准标记结构用于在镜头同心度校准的过程中进行对准操作。

[0032] 与现有技术相比，本发明的至少具有以下有益效果：

[0033] 本申请实施例中，所提供的镜头同心度校准芯片的制备方法，采用半导体加工工艺制备镜头同心度校准芯片，表面结构加工精度高，工艺质量稳定；且芯片制作基于半导体加工工艺和晶圆级键合工艺，适用于批量生产，且同一组晶圆加工的芯片，几乎没有差异，组合使用，无额外误差引入；

[0034] 本申请实施例中，所提供的镜头同心度校准芯片的制备方法，采用阳极键合和热压键合方式实现晶圆堆叠和封装，键合强度高，气密性好，工艺稳定可靠；

[0035] 本申请实施例中，所提供的镜头同心度校准芯片，采用硅‑玻璃‑图形‑玻璃‑硅，对称结构，表面硅片能有效保护内部芯片，且上下对称，上下镜头光路对称。

附图说明

[0036] 图1为本申请实施例公开的镜头同心度校准芯片的结构示意图；

[0037] 图2为本申请实施例公开的经步骤1加工后的表面有对准标记的硅通孔片芯片结构示意图；

[0038] 图3为本申请实施例公开的经步骤2加工后的制备有硅‑玻璃键合片的芯片结构示意图；

[0039] 图4为本申请实施例公开的经步骤3减薄键合片后的芯片结构示意图；

[0040] 图5为本申请实施例公开的经步骤4加工有上晶圆对后的芯片结构示意图；

[0041] 图6为本申请实施例公开的经步骤5加工有下晶圆对后的芯片结构示意图。

[0042] 附图标记说明：

[0043] 100‑上晶圆对；200‑下晶圆对；

[0044] 101‑上硅片；1011‑上硅通孔；102‑上玻璃片；103‑第一金属键合结构；

[0045] 201‑下硅片；2011‑下硅通孔；202‑下玻璃片；203‑第二金属键合结构；204‑镜头同心度校准结构。

具体实施方式

[0046] 下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

[0047] 下面结合附图，通过具体的实施例及其应用场景对本申请实施例进行详细地说明。

[0048] 请参阅图1所示，本申请的一些实施例中，提供一种镜头同心度校准芯片，可应用于镜头同心度校准，相应的制备方法可应用于的镜头同心度校准芯片的制备设备中。

[0049] 在本申请的一些实施例中，提供一种镜头同心度校准芯片，该芯片的结构如图1所示，其包括上晶圆对100和下晶圆对200，上晶圆对100和下晶圆对200键合连接在一起。

[0050] 具体地，上晶圆对100包括上硅片101、上玻璃片102和第一金属键合结构103。其中，上硅片101位于顶部，上玻璃片102位于上硅片101的下方，第一金属键合结构103位于上玻璃片102的下方，三者叠置成层结构且依次键合连接在一起。上硅片101的正中设有上硅通孔1011。第一金属键合结构103整体呈类环形，其内边缘形状为圆形，且直径不小于上硅通孔1011的直径；第一金属键合结构103的外边缘形状与镜头同心度校准芯片的整体形状相同，一般为方形，外边缘与镜头同心度校准芯片的其他部件，例如上硅片101以及上玻璃片102均呈对齐状态。另外，上硅片101的上表面还设有对准标记结构（图中未示出）。

[0051] 同样地，下晶圆对200包括下硅片201、下玻璃片202和第二金属键合结构203，同时还包括镜头同心度校准结构204。其中，下硅片201位于底部，下玻璃片202位于下硅片201的上方，第二金属键合结构203以及镜头同心度校准结构204均位于下玻璃片202的上方。第二金属键合结构203和镜头同心度校准结构204位于同一层，并与下玻璃片202以及下硅片201依次叠置键合连接成层结构。下硅片201的正中设有下硅通孔2011。第二金属键合结构203整体呈类环形，其内边缘形状为圆形，且直径不小于下硅通孔2011的直径；第二金属键合结构203的外边缘形状与镜头同心度校准芯片的整体形状相同，一般为方形，外边缘与镜头同心度校准芯片的其他部件，例如下硅片201以及下玻璃片202均呈对齐状态。镜头同心度校准结构204设置在下玻璃片202上表面且位于第二金属键合结构203的内环的正中。另外，下硅片201的上表面还设有对准标记结构（图中未示出），该对准标记结构和上硅片101上的对准标记结构的设置位置相同，使得上晶圆对和下晶圆对键合在一起后呈上下对称状态。

[0052] 在该实施例中，第一金属键合结构103的下表面与第二金属键合结构203的上表面键合连接在一起，从而实现上晶圆对100和下晶圆对200的键合连接。

[0053] 在本申请的一些实施例中，上玻璃片102和下玻璃片202的厚度是相同的，均不超过100μm，优选为50μm。

[0054] 在上述实施例中，上晶圆对和下晶圆对对准设置，具体地：上硅通孔1011和下硅通孔2011同轴设置，且两硅通孔的直径相同；第一金属键合结构103的内环与第二金属键合结构203的内环同轴设置，且两金属键合结构的内环直径相同。同时，两硅通孔和两金属键合结构的内环同轴设置。上硅片101、上玻璃片102、第一金属键合结构103、下硅片201、下玻璃片202以及第二金属键合结构203的外边缘均呈对齐设置。

[0055] 本申请的镜头同心度校准芯片，因其独特的设计，可以通过上下硅通孔查看玻璃上金属图形，也就是镜头同心度校准结构204，实现对镜头同心度校准结构204的拍摄以便在实际工况中用于对镜头校准。

[0056] 在本申请的一些实施例中，镜头同心度校准结构204也可以替代地设置于上玻璃片102的下表面。优选地，位于第一金属键合结构103的内环的正中。

[0057] 在本申请的一些实施例中，还提供一种镜头同心度校准芯片的制备方法，用于制备上述的镜头同心度校准芯片，该制备方法的步骤包括：

[0058] 步骤1、加工硅片，得到本申请镜头同心度校准芯片所需的上硅片101和下硅片201；

[0059] 具体地，请参阅图2所示，先对完整的常规硅片进行清洗，然后在经清洗的硅片上制作若干对准标记结构和若干硅通孔；其中，加工2张相同的上述硅片，也就是图1中所示的上硅片101和下硅片201；在上硅片上制备若干上硅通孔1011，下硅片上制备若干下硅通孔2011，每个硅通孔都对应制备一对准标记结构，对准标记结构一般是很小的“十”字形结构，图中未示出。对硅片进行加工的方法包括但不限于采用光刻胶掩膜、干法刻蚀硅片、湿法去除表面残留光刻胶，形成所需硅片的结构；加工方法均为本领域硅芯片制备的常规方法，本申请不做过多说明。

[0060] 需说明的是，硅通孔结构优选在硅片的正中，形状优选圆形。对准标记结构的设置位置不多过多限定，可以是硅片上的任意位置，但优选两张硅片上的对准标记结构处于相同位置。

[0061] 步骤2、制备阳极键合片；

[0062] 具体地，将步骤1加工完成的2张硅片，通过机械对准，分别与清洗干净的玻璃片（分别为上玻璃片102和下玻璃片202）进行阳极键合，得到两张阳极键合片，请参阅图3所示。两张阳极键合片的尺寸相同，上玻璃片102位于上硅片101的下方，下玻璃片202位于下硅片201的上方，整体形成两张阳极键合片上下对称关系。

[0063] 步骤3、玻璃片处理；

[0064] 具体地，针对步骤2加工完成的2张键合片，分别进行上玻璃片和下玻璃片的减薄和抛光，使得上下玻璃片的最终厚度均降低至100μm以下，请参阅图4所示，上下两玻璃片的厚度相同；

[0065] 作为本申请的一个优选实施例，选择上下两玻璃片的最终厚度均为50μm。

[0066] 步骤4、在经步骤3处理的上玻璃片上制备第一金属结构；

[0067] 具体地，先对上键合片进行清洗；然后在经清洗的上玻璃片102上制作第一金属结构，请参阅图5所示，第一金属结构包含第一金属键合对准标记结构和第一金属键合结构103。

[0068] 加工方法包括但不限于对准光刻、金属沉积、金属剥离制作玻璃表面金属结构；金属材料包括但不限于Cu、Au等可通过热压工艺实现键合的金属材料；此时的键合片可以称为上晶圆对100。

[0069] 制备的第一金属键合对准标记结构的作用是为了在上下玻璃片键合时进行对准。

[0070] 制备的第一金属键合结构的作用是用于进行上下玻璃片间的键合，也就是上晶圆对100和下晶圆对200之间的键合。

[0071] 步骤5、在经步骤3处理的下玻璃片上制备第二金属结构；

[0072] 具体地，先对下键合片进行清洗；然后在经清洗的下玻璃片202上制作第二金属结构，请参阅图6所示，第二金属结构包含第二金属键合对准标记结构、第二金属键合结构203和镜头同心度校准结构204。

[0073] 加工方法包括，但不限于对准光刻、金属沉积、金属剥离制作玻璃表面金属结构。金属材料包括，但不限于Cu、Au等可通过热压工艺实现键合的金属材料。此时键合片可以称为下晶圆对。

[0074] 制备的第二金属键合对准标记结构的作用是为了在上下玻璃片键合时进行对准。

[0075] 第二金属键合结构的作用是用于进行上下玻璃片间的键合，也就是上晶圆对100和下晶圆对200之间的键合。

[0076] 在本申请的一些实施例中，镜头同心度校准结构204为可被拍摄的材料或物体，其后续在镜头校准时是需要被拍摄的；镜头同心度校准结构204的具体材质可以是Cu、Au等材料，由于镜头同心度校准结构204与玻璃片上的其他金属结构一般是一起制作形成的，所以材质一般是一样的。

[0077] 步骤6、进行上下晶圆对的对准键合；

[0078] 具体地，对步骤4加工得到的上晶圆对100和步骤5加工得到的下晶圆对200进行金属键合对准标记结构的对准，需确保玻璃上镜头同心度校准结构204在上下两硅通孔的正中心以及上晶圆对的第一金属键合结构103和下晶圆对的第二金属键合结构203的对准；然后通过热压金属键合方式实现晶圆键合，即第一金属键合结构103和第二金属键合结构203的键合，形成校准芯片晶圆组。

[0079] 步骤7、对校准芯片晶圆组进行切割，得到所需的镜头同心度校准芯片；

[0080] 具体地，针对步骤6加工得到的校准芯片晶圆组，通过划片切割工艺，将整体的校准芯片晶圆组分割成若干单独的芯片组单元，得到所需的镜头同心度校准芯片。切割方式包括但不限于砂轮切割、激光切割。

[0081] 需要说明的是，制备方法中各加工工艺的具体过程、工作参数及工作原理等均可以参照现有的其他类型芯片的制备工艺，本实施例对此不作限定，在此不再详细描述。

[0082] 本发明未详细说明部分为本领域技术人员公知技术。

[0083] 上面结合附图对本申请的实施例进行了描述，但是本申请并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本申请的启示下，在不脱离本申请宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，均属于本申请的保护之内。