[發明專利]芯片接合結構及其制作方法無效

申請號：	201310545281.4	申請日：	2013-11-06
公開（公告）號：	CN103887260A	公開（公告）日：	2014-06-25
發明（設計）人：	陳瑞琴;林哲歆;顧子琨	申請（專利權）人：	財團法人工業技術研究院
主分類號：	H01L23/485	分類號：	H01L23/485;H01L21/60
代理公司：	北京市柳沈律師事務所 11105	代理人：	陳小雯
地址：	中國臺***	國省代碼：	中國臺灣;71
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摘要：
搜索關鍵詞：	芯片接合結構及其制作方法
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【說明書】：

技術領域

本發明涉及一種芯片接合技術，且特別是涉及一種芯片接合結構及其制作方法。

背景技術

在芯片級直接結合(wafer?level?direct?bonding)的制作工藝中，其前制作工藝通常是化學機械平坦化(chemical-mechanical?planarization，CMP)，如銅和銅對接(Cu-Cu?bond)、氧化層和氧化層對接(fusion?bond)以及銅和氧化層的混合式對接(hybrid?bond)。當芯片表面對接時，表面形貌(surface?topography，或是表面平坦度)、表面粗糙度(surface?roughness)和表面潔凈度(surface?cleanness)為目前三大考慮。

舉例來說，當對接形式為銅和氧化層的混合式對接時，銅墊(bond?pad)在CMP后盤形化(dishing)的問題一直無法有效解決。銅墊盤形化的問題會隨著銅墊尺寸愈大而愈加嚴重，銅墊因盤形化問題會導致無法順利接合。

發明內容

為解決上述問題，本發明提出一種芯片接合結構至少包括一第一基板、相對第一基板配置的一第二基板以及位在第一與第二基板之間的銅對接結構。在銅對接結構內具有一Cu-Cu接合界面，此Cu-Cu接合界面具有不同的凹凸組合特征，且Cu-Cu接合界面的兩邊的銅結晶方向不同。

本發明又提出一種芯片混合式接合的方法，用以接合一第一基板與一第二基板，第一基板的表面形成有一第一氧化層以及位于第一氧化層內的一第一銅層，第二基板的表面形成有一第二氧化層以及位于第二氧化層內的一第二銅層。這種方法包括在銅大馬士革(Damascene)制作流程對第一銅層進行第一銅化學機械研磨制作工藝，并對第二銅層進行第二銅化學機械研磨制作工藝，移除第一銅層和第二銅層的頂面多余的銅變成凹面。再移除部分第一氧化層，使第一銅層的頂部突出于第一氧化層之后，對突出于第一氧化層的第一銅層進行非金屬或阻障層的化學機械研磨制作工藝，使第一銅層的頂面變成凸面，其中非金屬或阻障層的化學機械研磨制作工藝是對銅鈍化的化學機械研磨制作工藝。然后，接合第二銅層的凹面與第一銅層的凸面，同時使第一與第二氧化層接觸。接著，進行回火，使第一與第二氧化層產生共價鍵結，同時第一銅層和第二銅層也互相接合。

本發明再提出一種芯片熱壓接合的方法，用以接合一第一基板與一第二基板，第一基板的表面形成有一第一氧化層以及位于第一氧化層內的一第一銅層，第二基板的表面形成有一第二氧化層以及位于第二氧化層內的一第二銅層。這種方法包括在銅大馬士革(Damascene)制作流程對第一銅層與第二銅層分別進行銅化學機械研磨制作工藝，移除第一銅層與第二銅層的頂面多余的銅變成凹面。再移除部分第一氧化層，使第一銅層的頂部突出于第一氧化層；并再移除部分第二氧化層，使第二銅層的頂部突出于第二氧化層。接著，對突出于第一氧化層的第一銅層與突出于第二氧化層的第二銅層分別進行非金屬或阻障層的化學機械研磨制作工藝，使第一與第二銅層的凹面變成凸面，其中非金屬或阻障層的化學機械研磨制作工藝是對銅鈍化的化學機械研磨制作工藝。然后，對接第一與第二銅層的所述凸面。

為讓本發明的上述特征能更明顯易懂，下文特舉實施例，并配合所附附圖作詳細說明如下。

附圖說明

圖1是本發明的第一實施例的一種芯片接合結構的剖面示意圖；

圖2是本發明的第二實施例的一種芯片接合結構的剖面示意圖；

圖3A至圖3E是本發明的第三實施例的一種芯片混合式接合的制造流程剖面示意圖；

圖4A至圖4D是本發明的第四實施例的一種芯片熱壓接合的制造流程剖面示意圖；

圖5是實驗例一的研磨壓力與凹面深度的關系曲線圖；

圖6A至圖6C是實驗例二的銅墊在各步驟后的形貌圖；

圖7是實驗例三的銅墊在12吋芯片不同區域的形貌圖；

圖8A是本發明的第五實施例的一種銅墊-銅墊對接的示意圖；

圖8B是本發明的第六實施例的一種銅硅穿孔-銅硅穿孔(through-silicon?via，TSV)對接的示意圖；

圖8C是本發明的第七實施例的一種銅墊-銅硅穿孔對接的示意圖。