[發(fā)明專利]使用熱機(jī)械作用通過修整制造多層結(jié)構(gòu)的過程

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110009524.3
• 申請日: 2011-01-12
• 公開（公告）號: CN102194667A
• 公開（公告）日: 2011-09-21
• 發(fā)明（設(shè)計）人: A·沃弗里達(dá)茨;S·莫利納里
• 申請（專利權(quán)）人: S.O.I.TEC絕緣體上硅技術(shù)公司
• 主分類號: H01L21/02
• 分類號: H01L21/02;H01L21/20;B24B9/06
• 代理公司: 北京戈程知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11314
• 代理人: 程偉;靳強(qiáng)

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及通過將至少一層轉(zhuǎn)移到支撐件上制成的多層半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)或襯底(也被稱為多層半導(dǎo)體晶片)的制造領(lǐng)域。

背景技術(shù)

多層結(jié)構(gòu)的制造一般包括將諸如硅或SOI(絕緣體上硅)晶片之類的第一晶片直接晶片鍵合或熔接鍵合(fusion?bonding)到諸如由硅或藍(lán)寶石制成的第二晶片或支撐件上，鍵合強(qiáng)化退火以及減薄第一晶片以便形成轉(zhuǎn)移到第二晶片上的層。

本發(fā)明更特別涉及由于鍵合強(qiáng)化退火的溫度限制而具有相對較弱的鍵合界面的多層結(jié)構(gòu)。在完成直接晶片鍵合之后，通常對結(jié)構(gòu)進(jìn)行退火以便加強(qiáng)兩個晶片之間的鍵合，即增大兩個晶片之間的鍵合的表面能。鍵合強(qiáng)化退火的溫度越高，得到的鍵合或粘附能量越大。

現(xiàn)在，鍵合退火溫度必須被限制在相對較低的值的多層結(jié)構(gòu)存在幾種情況。

第一種情況涉及被稱為“異質(zhì)”多層結(jié)構(gòu)的制造，異質(zhì)是指兩個待組裝的晶片具有不同的熱膨脹系數(shù)，例如在室溫(20℃)下相差至少10％或20％。這種異質(zhì)結(jié)構(gòu)特別為微電子學(xué)或光電子學(xué)中經(jīng)常使用的SOS(藍(lán)寶石(Al₂O₃)上硅)結(jié)構(gòu)。在溫度增加的過程中，例如從200℃開始往上，兩個晶片的其中一個相對于另一個的性能變化導(dǎo)致異質(zhì)結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生應(yīng)力和/或應(yīng)變，這會導(dǎo)致晶片或?qū)?如果存在)發(fā)生分層或分離，和/或?qū)е乱r底或?qū)?如果存在)的其中之一產(chǎn)生塑性變形和/或裂縫和/或破損。這就是是要限制這種結(jié)構(gòu)的鍵合強(qiáng)化退火的溫度的原因。

第二種情況涉及多層結(jié)構(gòu)，其中第一晶片還包括部件或多個微部件的全部或一部分，如在需要將一層或多層微部件轉(zhuǎn)移到最終的支撐件上的3D集成技術(shù)的情況下，以及在電路轉(zhuǎn)移的情況下，例如在背光照明成像器的制造中。在這種情況下，必須對鍵合強(qiáng)化退火的溫度進(jìn)行限制，以免破壞微部件。

特別用于形成轉(zhuǎn)移層的晶片和支撐件的邊緣通常具有倒角或圓邊，其作用是更易于進(jìn)行處理以及防止尖銳邊緣可能會發(fā)生的邊緣剝落，這種剝落是晶片表面上的顆粒污染物的來源。倒角可以是圓角或斜角的形狀。

但是，這些倒角的存在阻礙了晶片之間在其外周處的良好接觸，當(dāng)如上文所述由于鍵合強(qiáng)化退火的溫度限制使得鍵合界面較為薄弱時，這種粘附的脆弱就更為顯著。因此存在第一晶片或轉(zhuǎn)移層薄弱地鍵合或者根本沒有鍵合的外周區(qū)域。第一晶片或轉(zhuǎn)移層的該外周區(qū)域必須被去除，因為其易于以不受控制的方式破裂以及通過不希望的碎片或顆粒來污染結(jié)構(gòu)。

因此，一旦晶片被鍵合到支撐件上，以及所述晶片被減薄之后，對轉(zhuǎn)移層進(jìn)行修整以便去除倒角所在的外周區(qū)域。通常是通過對轉(zhuǎn)移層的暴露表面直至支撐第二晶片進(jìn)行機(jī)械加工(特別是研磨)來執(zhí)行修整。

但是，深度機(jī)械修整導(dǎo)致轉(zhuǎn)移層與支撐件之間的鍵合界面以及轉(zhuǎn)移層本身這兩處出現(xiàn)脫落問題。更確切的說，在鍵合界面處，脫落問題對應(yīng)于轉(zhuǎn)移層在靠近層的外周的某些區(qū)域分層，這可以被稱為“宏觀脫落(macro?peel-off)”。由于倒角的存在，在靠近層的外周處，鍵合能量較弱。因此，該修整可能在該位置導(dǎo)致層在其鍵合界面處和支撐襯底部分脫粘(debonding)。

因此，出現(xiàn)的問題是，尋求一種可以在不出現(xiàn)上述缺陷的情況下修整多層結(jié)構(gòu)中的第一晶片或轉(zhuǎn)移層的過程。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于通過提供一種用于制造多層結(jié)構(gòu)的過程來減輕上述缺陷，該過程包括：

-將第一晶片鍵合到第二晶片上，至少所述第一晶片具有倒角邊緣，鍵合界面具有小于或等于1J/m²的鍵合表面能量或鍵合能量；以及

-減薄所述第一晶片，以便形成轉(zhuǎn)移層，

在該過程中，在減薄所述第一晶片之前，使用砂輪來執(zhí)行修整所述第一晶片的邊緣的修整步驟，所述砂輪的工作面包括平均尺寸小于或等于18微米或者大于或等于800目(mesh)的砂粒，使所述砂輪以大于或等于每秒鐘5微米的下降速度下降，此外在距離所述鍵和界面的高度小于或等于30μm處使所述砂輪停止向所述第一晶片中下降，從而執(zhí)行所述修整步驟。

通過在減薄第一晶片之前對其進(jìn)行修整，以及在上文所限定的操作條件下，可以獲得第一晶片的完全修整，同時將砂輪在第一晶片中的穿透深度限定到小于第一晶片的待修整部分的總高度的深度(砂輪的下降在鍵合界面上方停止在第一晶片中)。因此避免了上述脫落問題。

根據(jù)本發(fā)明的一個方面，在至少等于倒角邊緣所延伸的寬度的寬度上執(zhí)行修整步驟。