[發明專利]晶片到晶片的熔接結合卡盤

有效

• 申請號: 201410094056.8
• 申請日: 2014-03-14
• 公開（公告）號: CN104051317B
• 公開（公告）日: 2017-08-29
• 發明（設計）人: 林瑋;S·斯科爾達斯;T·A·沃
• 申請（專利權）人: 國際商業機器公司
• 主分類號: H01L21/687
• 分類號: H01L21/687
• 代理公司: 中國國際貿易促進委員會專利商標事務所11038
• 代理人: 李玲

技術領域

本發明總體上涉及工件卡盤領域，并且更具體地說，涉及具有可移動卡盤面區的晶片結合卡盤。

相關申請的交叉引用

本申請涉及于2013年3月14日提交的、標題為“Wafer-to-Wafer Oxide Fusion Bonding（晶片到晶片的氧化物熔接結合）”的美國專利申請序列號13/826,229。

背景技術

半導體器件一般是在直徑從1至18英寸變化的晶片襯底上按陣列生產的。然后，器件被分離成個別的器件或管芯，這些器件或管芯被打包，以便在更大電路的背景下允許器件的實際宏觀層面的連接。隨著對芯片密度和更小打包形式因子的需求增加，在電路的三維集成中已經取得了進展。在這種技術中，器件被堆疊，并且在垂直或z方向結合。一般來說，堆疊的器件通過器件上的電觸點焊盤電耦合。

用于垂直地集成器件的一種流行工藝是晶片到晶片的集成方案，其中一個晶片上的器件與另一個晶片上的器件對準，并且晶片利用氧化物-氧化物熔接結合而被結合到一起。然后，其中一個晶片被薄化，以暴露連接到另一個晶片的硅通孔，或者在薄化之后構造連接到另一個晶片的硅通孔。對于氧化物-氧化物熔接結合來說，其中一個挑戰是在晶片堆薄化工藝中在晶片邊緣區由于結合空穴和缺陷所造成的剝落、開裂和脫層。這一般是通過在結合之后或者在初步薄化之后執行切邊步驟以除去有缺陷的邊緣區來處理的，這導致減小晶片上的可用空間并減小產出。如果最終器件包括多層，則每次晶片到晶片結合和/或薄化之后的額外切邊會進一步減小產出。

期望有一種減少或消除邊緣區中由于結合空穴和缺陷所造成的缺陷的結合工藝，由此增加制造產出。

發明內容

本發明的實施例公開了一種晶片結合卡盤的卡盤面，包括扁平的中央區和與該中央區鄰接的外部環形區，外部環形區比扁平的中央區低，使得安裝到該卡盤面的晶片的環形邊緣部分相對于結合卡盤的卡盤面具有凸起的輪廓。在另一種實施例中，外部環形區沿著與中央區垂直的軸移動。在另一種實施例中，卡盤面包括多個鄰接的區，這些區中的至少一個相對于這些區中的另一個可移動。

附圖說明

圖1是根據本發明一種實施例、說明氧化物-氧化物熔接結合工藝的步驟的流程圖。

圖2是根據本發明一種實施例、說明圖1氧化物-氧化物熔接結合工藝的熱壓結合步驟的工藝配方圖。

圖3是根據本發明一種實施例、示出裝載到初始結合卡盤的一對晶片的橫截面視圖。

圖4是根據本發明一種實施例、示出處于初始范德華力結合狀態的圖3晶片對的橫截面視圖。

圖5是根據本發明一種實施例、示出從初始結合卡盤釋放并且處于初始范德華力結合狀態的圖4晶片對的橫截面視圖。

圖6是根據本發明一種實施例、示出裝載到扁平結合卡盤準備進行熱壓結合工藝的圖5晶片對的橫截面視圖。

圖7是根據本發明一種實施例、示出在熱壓結合工藝之后圖6晶片對的橫截面視圖。

圖8、9和10是根據本發明一種實施例、示出可以代替圖3邊緣傾斜的結合卡盤的可調節雙區結合卡盤的橫截面視圖。

圖11是根據本發明一種實施例的圖8可調節雙區結合卡盤的平面圖。

圖12是根據本發明一種實施例的圖8可調節雙區結合卡盤的透視圖。

圖13和14是根據本發明一種實施例、示出可以代替圖3邊緣傾斜的結合卡盤以及圖8可調節雙區結合卡盤的可調節多區結合卡盤的橫截面視圖。

具體實施方式

這里詳細描述的本發明的實施例針對通過增強晶片邊緣的邊緣區結合而改進氧化物-氧化物熔接結合，以減少或消除邊緣剝落和開裂的工藝。在所公開的實施例中，低溫熱壓步驟在對準與初始結合步驟之后并且在永久性結合退火步驟之前執行。如進一步公開的，熱壓步驟可以借助結合卡盤來執行，除了其它可能的優點，結合卡盤操作成通過增強邊緣區結合而改進氧化物-氧化物熔接結合，以減少或消除邊緣剝落和開裂。

應當認識到，雖然這里描述了具體的晶片襯底結合工藝流程，但是這種描述僅僅是示例性的，并且所公開的原理也適用于各種類型的導電材料、介電和粘合性界面材料，以及多種類型的半導體晶片與襯底。這種結合可以包括諸如面對面和面對背結合的布置，并且這樣結合的結構也還可以包括微機電系統（MEMS）結構。