[發明專利]一種介質加壓熱退火混合鍵合方法

在審

• 申請號: 201510557539.1
• 申請日: 2015-09-02
• 公開（公告）號: CN105140144A
• 公開（公告）日: 2015-12-09
• 發明（設計）人: 梅紹寧;程衛華;陳俊;朱繼鋒
• 申請（專利權）人: 武漢新芯集成電路制造有限公司
• 主分類號: H01L21/603
• 分類號: H01L21/603;H01L21/324
• 代理公司: 北京輕創知識產權代理有限公司 11212
• 代理人: 陳薇

技術領域

本發明涉及半導體制造領域，具體涉及一種介質加壓熱退火混合鍵合方法。

背景技術

在超大規模集成電路發展日益接近物理極限的情況下，于物理尺寸和成本方面都具有優勢的三維集成電路是延長摩爾定律并解決先進封裝問題的有效途徑。而晶圓鍵合技術正是三維電路集成的關鍵技術之一，尤其是混合鍵合技術可以在兩片晶圓鍵合的同時實現數千個芯片的內部互聯，可以極大改善芯片性能并節約成本。混合鍵合技術是指晶圓鍵合界面上同時存在金屬和絕緣物質的鍵合方式。

混合鍵合在界面上同時存在金屬和絕緣物質，在鍵合技術中，要通過高溫退火才能讓金屬與金屬，絕緣物質與絕緣物質之間形成穩定的鍵合。表1：半導體行業常見物質的熱膨脹系數表，如表1所示金屬和絕緣物質之間的熱膨脹系數存在很大的差異。由于金屬和絕緣物質之間熱膨脹系數的差異，在進行高溫退火后的晶圓上的金屬部分比絕緣物質部分要膨脹的高，從而導致混合鍵合失敗。圖1至圖3為混合鍵合在高溫熱退火中由于金屬和絕緣物質熱膨脹系數差異而導致鍵合失敗的實施例剖面示意圖；如圖1至圖3所示，晶圓1的鍵合界面上同時存在金屬3和絕緣物質2；在高溫情況下，金屬3部分比絕緣物質2部分要膨脹的高，從而導致高溫退火后晶圓混合鍵合失敗。

表1：半導體行業常見物質的熱膨脹系數表

類別物質名稱熱膨脹系數(百萬分之一/每度)

絕緣物質二氧化硅0.55絕緣物質氮化硅3.2金屬銅16.7金屬金14.2

發明內容

本發明的目的是提供一種混合鍵合技術以解決混合鍵合技術中由于熱膨脹系數的差異而在熱退火過程中鍵合失敗的問題。

為解決上述技術問題，本發明提供了一種介質加壓熱退火混合鍵合方法，包括如下步驟：

步驟1，提供兩個待混合鍵合的晶圓；

步驟2，在晶圓表面沉積介質層，并進行圖形化處理，獲得圖形化結構；

步驟3，利用金屬沉積方法沉積金屬填充所述圖形化結構；

步驟4，采用化學機械研磨方法對晶圓表面進行平坦化處理，使晶圓表面金屬和介質層表面在一個平面上；

步驟5，使采用以上方法制作的兩晶圓相對放置，使兩晶圓表面金屬和介質層對準，并在常溫常壓環境下完成預鍵合，得到預鍵合晶圓；

步驟6，將預鍵合晶圓置于導熱介質中進行熱退火，利用通過導熱介質向鍵合晶圓施加壓力的條件抵消熱退火中晶圓鍵合界面的熱膨脹力，使兩晶圓穩定的鍵合。