一種晶圓鍵合方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種晶圓鍵合方法，包括：提供第一晶圓和第二晶圓；提供一負(fù)壓環(huán)境，將所述第一晶圓與所述第二晶圓堆疊放置，施加至少一壓力在所述第一晶圓和所述第二晶圓的中心區(qū)域上。本發(fā)明提供的晶圓鍵合方法，通過提供負(fù)壓環(huán)境實(shí)現(xiàn)優(yōu)化鍵合晶圓外部區(qū)域的鍵合扭曲度，通過施加至少一壓力實(shí)現(xiàn)優(yōu)化鍵合晶圓中心區(qū)域的鍵合扭曲度，從而整體上優(yōu)化晶圓鍵合扭曲度，因此提高后續(xù)制程鍵合晶圓的均一性，進(jìn)而提升產(chǎn)品的性能。
【專利說明】
_種晶圓鍵合方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種晶圓鍵合方法?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002]經(jīng)過半個(gè)世紀(jì)的高速發(fā)展，微電子技術(shù)和依托于微電子技術(shù)的信息技術(shù)已經(jīng)對(duì)人類社會(huì)的發(fā)展產(chǎn)生了革命性的影響。然而，當(dāng)今必須面對(duì)的問題是:傳統(tǒng)晶體管的物理極限不斷逼近，更小特征尺寸的制造技術(shù)越來越困難，集成電路的功耗不斷增大，晶圓廠的投資迅速攀升。在這種情況下，如何繼續(xù)保持微電子技術(shù)以摩爾定律所描述的速度持續(xù)發(fā)展，已經(jīng)成為今天整個(gè)行業(yè)都在努力解決的問題。[〇〇〇3]三維集成電路的出現(xiàn)，為半導(dǎo)體和微電子技術(shù)的持續(xù)發(fā)展提供了一個(gè)新的技術(shù)解決方案。所謂三維集成電路，廣義上是指將具有集成電路的晶圓經(jīng)過鍵合工藝形成鍵合晶圓，通過穿透晶圓的三維結(jié)構(gòu)互連實(shí)現(xiàn)多層之間的電信號(hào)連接。三維集成電路能夠?qū)崿F(xiàn)更小的芯片面積、更短的芯片間互連、更高的數(shù)據(jù)傳輸帶寬以及不同工藝技術(shù)的異質(zhì)集成，從而大幅度降低芯片功耗，減小延時(shí)，提高性能，擴(kuò)展功能，并為實(shí)現(xiàn)復(fù)雜功能的片上系統(tǒng) (S0C)提供可能。
[0004]在三維集成電路中，晶圓與晶圓的鍵合方法是核心重點(diǎn)，其中晶圓的鍵合扭曲度是衡量鍵合工藝的核心參數(shù)，晶圓的鍵合扭曲度是通過光刻機(jī)進(jìn)行測(cè)量得到的。在現(xiàn)有技術(shù)條件下的鍵合工藝中，由于晶圓的扭曲導(dǎo)致三維集成電路中鍵合晶圓的均一性較差的問題成為本領(lǐng)域技術(shù)人員亟待解決的一個(gè)技術(shù)問題。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種晶圓鍵合方法，以解決現(xiàn)有的鍵合晶圓的均一性較差的問題。
[0006]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種晶圓鍵合方法，包括:提供第一晶圓和第二晶圓；提供一負(fù)壓環(huán)境，將所述第一晶圓與所述第二晶圓堆疊放置，施加至少一壓力在所述第一晶圓和所述第二晶圓的中心區(qū)域上。
[0007]優(yōu)選的，在所述晶圓鍵合方法中，施加的壓力在所述第一晶圓和所述第二晶圓的中心位置。
[0008]優(yōu)選的，在所述晶圓鍵合方法中，所述負(fù)壓環(huán)境的真空度為_200mbar?_900mbar。
[0009]優(yōu)選的，在所述晶圓鍵合方法中，所述壓力的大小為1000mN?3000mN。
[0010]優(yōu)選的，在所述晶圓鍵合方法中，所述第一晶圓包括第一襯底。
[0011]優(yōu)選的，在所述晶圓鍵合方法中，所述第一襯底為硅襯底、氧化物襯底或氮化物襯底。
[0012]優(yōu)選的，在所述晶圓鍵合方法中，所述第二晶圓包括第二襯底。
[0013]優(yōu)選的，在所述晶圓鍵合方法中，所述第二襯底為硅襯底、氧化物襯底或氮化物襯底。
[0014]優(yōu)選的，在所述晶圓鍵合方法中，所述第一晶圓為器件晶圓，所述器件晶圓上設(shè)置有器件結(jié)構(gòu)。
[0015]優(yōu)選的，在所述晶圓鍵合方法中，所述第二晶圓為載體晶圓，所述載體晶圓上設(shè)置有電路結(jié)構(gòu)。
[0016]優(yōu)選的，在所述晶圓鍵合方法中，所述載體晶圓堆疊放置在所述器件晶圓之上。
[0017]優(yōu)選的，在所述晶圓鍵合方法中，所述第一晶圓與所述第二晶圓中至少有一個(gè)是已完成的鍵合晶圓。
[0018]本發(fā)明公開的晶圓鍵合方法，通過提供負(fù)壓環(huán)境實(shí)現(xiàn)優(yōu)化鍵合晶圓外部區(qū)域的鍵合扭曲度，通過施加至少一壓力實(shí)現(xiàn)優(yōu)化鍵合晶圓中心區(qū)域的鍵合扭曲度，從而整體上優(yōu)化晶圓鍵合扭曲度，因此提高后續(xù)制程鍵合晶圓的均一性，進(jìn)而提升產(chǎn)品的性能?！靖綀D說明】
[0019]圖1是本發(fā)明實(shí)施例的晶圓鍵合方法的流程示意圖；
[0020]圖2是本發(fā)明實(shí)施例的晶圓鍵合方法中施加壓力方式的示意圖；
[0021]圖3是本發(fā)明實(shí)施例的晶圓鍵合方法中施加壓力的受力示意圖；[〇〇22]圖4是本發(fā)明實(shí)施例的晶圓鍵合方法中施加壓力后晶圓不同區(qū)域扭曲的受力示意圖；[〇〇23]圖5是本發(fā)明實(shí)施例的晶圓鍵合方法中在中心位置施加壓力的受力示意圖；
[0024]圖6是本發(fā)明實(shí)施例的晶圓鍵合方法中在中心位置施加壓力后晶圓不同區(qū)域扭曲的受力示意圖。【具體實(shí)施方式】
[0025]以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明提出的晶圓鍵合方法作進(jìn)一步詳細(xì)說明。根據(jù)下面說明和權(quán)利要求書，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和特征將更清楚。需說明的是，附圖均采用非常簡(jiǎn)化的形式且均使用非精準(zhǔn)的比例，僅用以方便、明晰地輔助說明本發(fā)明實(shí)施例的目的。
[0026]如圖1所示，本發(fā)明公開一種晶圓鍵合方法，包括:[〇〇27]步驟S10:提供第一晶圓10和第二晶圓20;
[0028]步驟S20:提供一負(fù)壓環(huán)境，將所述第一晶圓10與所述第二晶圓20堆疊放置，施加至少一壓力在所述第一晶圓10和所述第二晶圓20的中心區(qū)域30上。
[0029]下面按圖1所示流程結(jié)合示意圖更詳細(xì)的介紹本實(shí)施例的晶圓鍵合方法。
[0030]首先，如圖2所示，提供第一晶圓10和第二晶圓20。優(yōu)選的，所述第一晶圓10包括第一襯底。優(yōu)選的，所述第一襯底為硅襯底、氧化物襯底或氮化物襯底。優(yōu)選的，所述第一晶圓 10為器件晶圓，所述器件晶圓上設(shè)置有器件結(jié)構(gòu)，所述器件結(jié)構(gòu)包括電容、電阻、電感、M0S 管、放大器或邏輯電路中一個(gè)或多個(gè)組成。優(yōu)選的，所述第二晶圓20包括與所述第一襯底對(duì)應(yīng)的第二襯底。優(yōu)選的，所述第二襯底為硅襯底、氧化物襯底或氮化物襯底。優(yōu)選的，所述第二晶圓20為載體晶圓，所述載體晶圓上設(shè)置有電路結(jié)構(gòu)，所述電路結(jié)構(gòu)包括電容、電阻和邏輯電路組成的部分電路。
[0031]然后，繼續(xù)參考圖2所示，提供一負(fù)壓環(huán)境，將放置所述第一晶圓10和所述第二晶圓20的卡盤反應(yīng)腔抽真空，將第一晶圓10與第二晶圓20堆疊放置，施加至少一壓力在所述第一晶圓10和所述第二晶圓20的中心區(qū)域30。需要說明的是，本發(fā)明中所述壓力是指一個(gè)點(diǎn)上的作用力，當(dāng)多個(gè)力一起作用時(shí)，也就是說形成一個(gè)面上的作用力，能起到一個(gè)點(diǎn)上的作用力同樣的效果。[〇〇32]在具體的實(shí)施例中，所述中心區(qū)域30以所述第一晶圓10和所述第二晶圓20的圓心為圓心，所述中心區(qū)域30以所述第一晶圓10和所述第二晶圓20的半徑的一半為半徑。需要說明的是，通常所述第一晶圓10和所述第二晶圓20的尺寸是相同的，因此所述第一晶圓10 和所述第二晶圓20在堆疊放置后具有同一圓心和半徑，在其它實(shí)施例中，若第一晶圓與第二晶圓的尺寸不一致，則以較小尺寸的晶圓的半徑的一半作為中心區(qū)域。如圖3和圖4所示， 通過施加的壓力F1導(dǎo)致晶圓的受力位置的壓縮型扭曲度，晶圓自身的應(yīng)力F2會(huì)導(dǎo)致晶圓的中心區(qū)域以外的擴(kuò)張型扭曲度，使晶圓不同區(qū)域在不同應(yīng)力作用具有不同的扭曲度，也就是說，所述壓力F1會(huì)從受力位置為圓心向外傳導(dǎo)以及同晶圓自身的應(yīng)力F2—起從而形成不同的扭曲度。[〇〇33] 優(yōu)選的，施加的壓力在所述第一晶圓10和所述第二晶圓20的中心位置，即施加壓力在圓心位置，從而實(shí)現(xiàn)最佳的受力分布。本發(fā)明提供的晶圓鍵合方法在晶圓鍵合過程中， 因?yàn)檫M(jìn)行鍵合工藝的晶圓較薄，在生產(chǎn)過程中必然會(huì)產(chǎn)生一定的扭曲度。然而在本發(fā)明中， 如圖5和圖6所示，通過施加的壓力F1導(dǎo)致晶圓的中心位置的壓縮型扭曲度，晶圓自身的應(yīng)力F2會(huì)導(dǎo)致晶圓的中心區(qū)域以外的擴(kuò)張型扭曲度，使晶圓不同區(qū)域在不同應(yīng)力作用具有不同的扭曲度。同時(shí)通過卡盤反應(yīng)腔內(nèi)的高真空度，從而在整體上優(yōu)化晶圓鍵合扭曲度，并通過調(diào)整參數(shù)(即真空度和/或壓力)設(shè)置使得晶圓鍵合整體扭曲度在30nm?120nm內(nèi)可調(diào)。
[0034]優(yōu)選的，所述載體晶圓堆疊放置在所述器件晶圓之上，所述載體晶圓相比所述器件晶圓具有更加簡(jiǎn)單和穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，所述載體晶圓更適合移動(dòng)來與下方的器件晶圓進(jìn)行鍵合對(duì)準(zhǔn)。
[0035]在具體的實(shí)施方式中，所述負(fù)壓環(huán)境的反應(yīng)腔設(shè)置在卡盤內(nèi)，所述卡盤可為所述第一晶圓10和所述第二晶圓20提供支撐，將支撐所述第一晶圓10和所述第二晶圓20的卡盤反應(yīng)腔抽真空時(shí)，因?yàn)槌檎婵盏倪^程為一持續(xù)的過程，此時(shí)需要將第一晶圓10與第二晶圓 20堆疊放置，堆疊放置的對(duì)準(zhǔn)方法采用現(xiàn)有技術(shù)，待真空度達(dá)到要求，再施加壓力在所述第一晶圓10和所述第二晶圓20的中心區(qū)域，然后將所述第一襯底與所述第二襯底進(jìn)行鍵合形成鍵合晶圓。[0〇36] 在本實(shí)施例中，優(yōu)選的，所述負(fù)壓環(huán)境的真空度為-200mbar?-900mbar，所述負(fù)壓環(huán)境的真空度可選為_20〇11^31'、-20111^31'、-20211^31'以及依次到-90〇11^31'，通過高真空度實(shí)現(xiàn)優(yōu)化晶圓的中心區(qū)域以外的外部鍵合扭曲度。優(yōu)選的，所述壓力的大小為l〇〇〇mN? 3000mN，例如所述壓力的大小可選為100011^、100111^、100211^以及依次到300011^，通過施加壓力實(shí)現(xiàn)優(yōu)化晶圓中心區(qū)域的中心鍵合扭曲度。本發(fā)明通過在負(fù)壓環(huán)境下并施加一壓力能夠提高鍵合晶圓的鍵合扭曲度。需要說明的是，所述壓力的大小需要根據(jù)晶圓的尺寸大小進(jìn)行合理的調(diào)整，以適應(yīng)不同尺寸晶圓的鍵合需要。[〇〇37]本發(fā)明提供的晶圓鍵合方法與現(xiàn)有技術(shù)相比，晶圓鍵合扭曲度整體優(yōu)化多20nm， 晶圓外部鍵合扭曲度優(yōu)化多30nm，從而提高后續(xù)光刻制程中晶圓對(duì)準(zhǔn)的精確度，使鍵合晶圓的均一性得到提升。
[0038]在具體的實(shí)施方式中，通過在晶圓上方設(shè)置一施力裝置，例如通過一桿狀結(jié)構(gòu)對(duì)晶圓施加壓力，所述桿狀結(jié)構(gòu)上設(shè)置有壓力傳感器。本發(fā)明的晶圓鍵合方法并不限制施加壓力的裝置，本發(fā)明的要點(diǎn)在于對(duì)晶圓的中心區(qū)域施上加一壓力，導(dǎo)致晶圓的受力處的壓縮型扭曲，并通過卡盤真空度調(diào)整晶圓中心區(qū)域以外的擴(kuò)張型扭曲，達(dá)到優(yōu)化晶圓鍵合扭曲度的目的，從而提高了鍵合晶圓后續(xù)光刻制程的對(duì)準(zhǔn)精度，也就是降低了晶圓上器件的錯(cuò)位。最優(yōu)選擇中，施加壓力在晶圓的圓心位置。
[0039]優(yōu)選的，所述第一晶圓10與所述第二晶圓20中至少有一個(gè)是已完成的鍵合晶圓， 也就是說，本發(fā)明公開的晶圓鍵合方法還包括依次鍵合的第三晶圓至第N晶圓，并在負(fù)壓條件下施加壓力優(yōu)化晶圓鍵合扭曲度，最后完成鍵合，即第一晶圓和/或第二晶圓為已完成的鍵合晶圓，再進(jìn)一步進(jìn)行鍵合形成更復(fù)雜的結(jié)構(gòu)。
[0040]本發(fā)明公開的晶圓鍵合方法，通過提供負(fù)壓環(huán)境實(shí)現(xiàn)優(yōu)化鍵合晶圓外部的鍵合扭曲度，通過施加至少一壓力實(shí)現(xiàn)優(yōu)化鍵合晶圓中心區(qū)域的鍵合扭曲度，從而整體上優(yōu)化晶圓鍵合扭曲度，因此提高后續(xù)制程鍵合晶圓的均一性，進(jìn)而提升產(chǎn)品的性能。
[0041]上述描述僅是對(duì)本發(fā)明較佳實(shí)施例的描述，并非對(duì)本發(fā)明范圍的任何限定，本發(fā)明領(lǐng)域的普通技術(shù)人員根據(jù)上述揭示內(nèi)容做的任何變更、修飾，均屬于權(quán)利要求書的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種晶圓鍵合方法，其特征在于，包括:提供第一晶圓和第二晶圓；提供一負(fù)壓環(huán)境，將所述第一晶圓與所述第二晶圓堆疊放置，施加至少一壓力在所述 第一晶圓和所述第二晶圓的中心區(qū)域上。2.如權(quán)利要求1所述的晶圓鍵合方法，其特征在于，施加的壓力在所述第一晶圓和所述 第二晶圓的中心位置。3.如權(quán)利要求1所述的晶圓鍵合方法，其特征在于，所述負(fù)壓環(huán)境的真空度為-200mbar ?_900mbar〇4.如權(quán)利要求1所述的晶圓鍵合方法，其特征在于，所述壓力的大小為lOOOmN? 3000mN〇5.如權(quán)利要求1所述的晶圓鍵合方法，其特征在于，所述第一晶圓包括第一襯底。6.如權(quán)利要求5所述的晶圓鍵合方法，其特征在于，所述第一襯底為硅襯底、氧化物襯 底或氮化物襯底。7.如權(quán)利要求1所述的晶圓鍵合方法，其特征在于，所述第二晶圓包括第二襯底。8.如權(quán)利要求7所述的晶圓鍵合方法，其特征在于，所述第二襯底為硅襯底、氧化物襯 底或氮化物襯底。9.如權(quán)利要求1所述的晶圓鍵合方法，其特征在于，所述第一晶圓為器件晶圓，所述器 件晶圓上設(shè)置有器件結(jié)構(gòu)。10.如權(quán)利要求9所述的晶圓鍵合方法，其特征在于，所述第二晶圓為載體晶圓，所述載 體晶圓上設(shè)置有電路結(jié)構(gòu)。11.如權(quán)利要求10所述的晶圓鍵合方法，其特征在于，所述載體晶圓堆疊放置在所述器 件晶圓之上。12.如權(quán)利要求1所述的晶圓鍵合方法，其特征在于，所述第一晶圓與所述第二晶圓中 至少有一個(gè)是已完成的鍵合晶圓。
【文檔編號(hào)】H01L21/50GK105957817SQ201610545990
【公開日】2016年9月21日
【申請(qǐng)日】2016年7月12日
【發(fā)明人】鄒文, 胡勝
【申請(qǐng)人】武漢新芯集成電路制造有限公司