用于单芯片背面金属化的夹具及单芯片背面金属化加工方法与流程

本发明属于微电子制造工艺及混合集成电路制造领域，具体涉及一种用于单芯片背面金属化的夹具及单芯片背面金属化加工方法。

背景技术：

1、在微电子制造工艺及混合集成电路制造工艺中，为满足芯片背面焊接工艺需求，需要在芯片背面沉积金属化膜层（简称为“芯片背金”操作），在只能获得单只裸芯片以及晶圆残片，或其他无法满足晶圆背金的情况下，需要在单芯片背面实现背面金属化。

2、从目前已有的单芯片背面金属化工艺方案上看，所涉及的工装夹具多采用芯片倒置于夹具正面，再从芯片侧面进行夹持、遮掩，以实现对芯片进行固定和防止芯片侧壁发生金属化污染的目标。然而这类工装夹具是通过对芯片施加侧向压力的方式实现固定效果，对硅等材质衬底的单芯片在其侧边受力情况下容易产生崩边现象，掉落细小的硅渣而造成芯片正面损伤风险；其次，这样的固定方式允许的夹持力度有限，特别是对本身尺寸较大的芯片夹持较困难，容易因夹持松动而导致芯片侧壁金属化污染；再次，对背金芯片进行有效的侧壁夹持需要较大比例的平面空间用于布置挡条等侧面夹持部件，挤占了可布置芯片的空间、降低了单芯片背金生产效率；此外，这样的固定方式对芯片本身边缘齐整度、夹持侧壁边缘齐整度等都有很高的加工要求，且对芯片与工装夹具组合、拆解时的操作水平有极高要求，难以在批量生产中进行控制。以上问题都使得侧面夹持的方案在实际单芯片背金生产中操作周期较长、生产效率较低、背金生产的成品率偏低。

3、个别方案考虑用光刻胶保护芯片正面、侧面的方式实现单芯片背金的批量化操作，然而该方案存在光刻胶中有机物污染金属化成膜腔室、背金后去除光刻胶过程可能损伤芯片的技术风险，缺少实际应用的可能性。

4、目前已有利用芯片背面金属化膜层溅射沉积时的粒子绕射效应，采用掩模溅射方式对放置在固定槽内的单芯片进行背金的工艺方案，能够有效避免因侧向夹持方案限制所导致的各项问题并保证芯片背面金属化膜层完整生长；但其存在所制模具本身加工周期较长、加工成本较高，复用时存在模具污染风险，且单次制造的模具仅适用于特定型号尺寸芯片的问题，难以在短时间内快速响应不同型号尺寸单芯片背金的生产需求。

5、综上所述，以上单芯片背金夹具方案均普遍存在制造响应周期长、制造成本高、操作困难或易对芯片造成二次损伤等缺陷，难以兼顾单芯片背金生产中高成品率、高效率与高灵活性的需求，制约了单芯片背面金属化工艺的整体效能。

技术实现思路

1、针对现有技术中存在的问题，本发明提供了一种用于单芯片背面金属化的夹具及单芯片背面金属化加工方法，其目的在于克服现有侧向夹持方案容易导致芯片崩边、正面损伤及侧壁金属污染的弊端，解决现有掩模溅射方案中模具加工周期长、制造成本高且难以快速灵活适配不同型号尺寸芯片的问题，从而在无需侧向夹持的条件下实现芯片的无损固定与高效背金，有效提升单次溅射的产能与产品成品率，同时大幅降低加工成本，提升对不同规格芯片的响应速度。

2、为了解决上述技术问题，本发明通过以下技术方案予以实现：

3、根据本发明的第一方面，提供一种用于单芯片背面金属化的夹具，包括掩膜体、托盘和装卸辅具；

4、所述掩膜体包括自上而下依次层叠设置的硅片承载层、芯片承载层和溅射掩膜层；所述硅片承载层设有用于容纳保护硅片的第一容纳孔；所述芯片承载层设有用于容纳待背金芯片的第二容纳孔，所述第二容纳孔的尺寸大于待背金芯片的尺寸；所述溅射掩膜层设有掩膜通孔，所述掩膜通孔的尺寸小于待背金芯片的尺寸；

5、所述托盘贴合设置于所述硅片承载层的上端面，用于对容纳于所述第一容纳孔中的保护硅片进行压紧固定；

6、所述装卸辅具设置于所述溅射掩膜层的下端面，所述装卸辅具上设有与所述掩膜通孔位置对应的凸台，所述凸台用于伸入所述掩膜通孔并对容纳于所述第二容纳孔中的待背金芯片的背面提供支撑，使所述待背金芯片的正面低于所述硅片承载层的上表面。

7、在第一方面的一种可能的实现方式中，所述凸台包括设置于装卸辅具上的黏附层和设置在所述黏附层上的支撑柱；所述支撑柱的厚度与黏附层厚度之和大于所述溅射掩膜层的厚度，所述支撑柱厚度、黏附层厚度与待背金芯片厚度之和小于所述溅射掩膜层与芯片承载层的厚度之和。

8、在第一方面的一种可能的实现方式中，所述第二容纳孔的尺寸大于待背金芯片的尺寸，使待背金芯片放置于第二容纳孔内时四周存在间隙；所述芯片承载层的厚度大于待背金芯片的厚度，使待背金芯片完全容纳于第二容纳孔内而不凸出于所述芯片承载层。

9、在第一方面的一种可能的实现方式中，所述溅射掩膜层配置为：在磁控溅射沉积过程中，溅射粒子通过所述掩膜通孔后在待背金芯片背面边缘发生绕射沉积，且经由绕射后的溅射粒子受第二容纳孔侧壁阻挡而沉积于所述第二容纳孔侧壁，阻止溅射粒子附着至待背金芯片的侧壁。

10、在第一方面的一种可能的实现方式中，所述硅片承载层、芯片承载层和溅射掩膜层上设有贯穿三者的固定通孔，所述硅片承载层、芯片承载层和溅射掩膜层通过穿设于所述固定通孔中的螺丝-螺母固定件固定连接。

11、在第一方面的一种可能的实现方式中，所述托盘上设有与所述固定通孔(4)位置对应且孔径匹配的第一定位通孔，所述装卸辅具上设有与所述固定通孔位置对应且孔径匹配的第二定位通孔，所述第一定位通孔和第二定位通孔用于与所述螺丝-螺母固定件配合定位。

12、在第一方面的一种可能的实现方式中，所述装卸辅具上的凸台呈阵列排布，且所述凸台的横截面形状与待背金芯片的外周形状相同，且所述凸台的横截面尺寸小于所述掩膜通孔的尺寸。

13、在第一方面的一种可能的实现方式中，所述硅片承载层、芯片承载层和溅射掩膜层均由硬质绝缘基板制成，所述硬质绝缘基板为氧化铝陶瓷基板或玻璃基板；所述第一容纳孔、第二容纳孔及掩膜通孔均通过激光切割工艺成型。

14、根据本发明的第二方面，提供一种采用所述夹具进行单芯片背面金属化的加工方法，包括以下步骤：

15、s1、将装卸辅具贴合于溅射掩膜层的下端面，使装卸辅具的凸台伸入掩膜通孔中，将待背金芯片正面朝上放入第二容纳孔，利用凸台从底部支撑待背金芯片的背面；

16、s2、将保护硅片正面向下倒扣入硅片承载层的第一容纳孔中，使保护硅片覆盖待背金芯片的正面，再将托盘贴合于掩膜体上方，对容纳于所述第一容纳孔中的保护硅片进行压紧固定；

17、s3、将s2组装形成的整体组件翻转180°，移除所述装卸辅具，使待背金芯片受重力下落于第二容纳孔内，并使待背金芯片的正面与保护硅片的正面相贴合；

18、s4、将移除装卸辅具后的剩余组件放入磁控溅射设备中，透过溅射掩膜层对待背金芯片的背面进行溅射镀膜。

19、在第二方面的一种可能的实现方式中，在步骤s4溅射镀膜完成后，还包括：

20、将所述装卸辅具重新置于掩膜体上方，使所述凸台伸入掩膜通孔中并与完成背金处理后的芯片背面接触；

21、将组件整体再次翻转180°，移除托盘和保护硅片，利用装卸辅具的凸台将完成背金的芯片从第二容纳孔中顶出并取出。

22、与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：

23、本发明中，托盘贴合设置于硅片承载层的上端面，能够对容纳于该层容纳孔中的保护硅片形成有效压紧，确保待背金芯片的正面与保护硅片实现稳固贴合，从而在磁控溅射过程中为芯片正面提供物理防护屏障，有效避免了溅射粒子沉积、灰尘沾污以及机械接触可能造成的正面划伤。同时，芯片承载层中容纳孔的尺寸被配置为大于待背金芯片的尺寸，使得芯片在放置时仅依靠重力定位于容纳孔内，摒弃了传统方案中通过侧壁施加机械压力夹持芯片的方式，从根源上消除了硅基芯片边缘因侧向受力而产生崩裂的风险，并避免了崩边碎屑掉入芯片正面引发损伤隐患。在此基础上，溅射掩膜层上的掩膜通孔尺寸小于待背金芯片的尺寸，结合芯片承载层侧壁与芯片四周存在的间隙，在背金溅射沉积过程中，溅射粒子受通孔边缘阻挡，只能在芯片背面发生沉积，绕射后的低能粒子被芯片承载层的内壁截获，从而阻断了金属膜层附着到芯片侧壁的路径，确保芯片侧壁在加工后保持洁净无污染。此外，装卸辅具设置于溅射掩膜层的下端面，其上的凸台恰好伸入掩膜通孔并与芯片背面接触以提供底部支撑，利用该结构能够确保芯片正面始终低于硅片承载层的上表面，从而将保护硅片、芯片及各层基板的装配位置关系锁定在精确的容差范围内，降低了装卸和翻转操作时的定位难度，工艺更加稳定。由于取消了传统夹具中布置于芯片四周的侧向挡条和堵头，芯片的排布空间被大幅释放，单次溅射处理的芯片数量和整体产能得到显著提升，再配合高的背金成品率，使得本发明中单颗芯片背金工序的综合分摊成本大幅下降，同时独立基板的分体式构型能够快速适配不同尺寸的芯片规格要求，满足了规模化灵活生产的需求。