[發(fā)明專利]三維堆棧式CIS及其鍵合方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201910252048.4
• 申請日: 2019-03-29
• 公開（公告）號: CN109979954A
• 公開（公告）日: 2019-07-05
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 馬星;晁陽;黃曉櫓;張祥平;伍建華
• 申請（專利權(quán)）人: 德淮半導(dǎo)體有限公司
• 主分類號: H01L27/146
• 分類號: H01L27/146
• 代理公司: 北京集佳知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11227
• 代理人: 武振華;吳敏

一種三維堆棧式CIS及其鍵合方法，所述方法包括：提供第一半導(dǎo)體襯底以及第二半導(dǎo)體襯底，所述第一半導(dǎo)體襯底的正面形成有第一襯墊，所述第二半導(dǎo)體襯底的正面形成有第二襯墊，所述第二襯墊與所述第一襯墊的位置一一對應(yīng)；在所述第一襯墊的表面涂覆第一助焊劑層；將金屬球粘附于所述第一助焊劑層的表面；在所述第二襯墊的表面涂覆第二助焊劑層；將所述第一半導(dǎo)體襯底的正面以及所述第二半導(dǎo)體襯底的正面對準并進行鍵合；對所述第一半導(dǎo)體襯底以及所述第二半導(dǎo)體襯底進行加熱至所述金屬球的至少一部分被熔化。本發(fā)明方案可以有效地降低空洞對鍵合效果的影響，提高鍵合品質(zhì)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種三維堆棧式CIS及其鍵合方法。

背景技術(shù)

圖像傳感器是攝像設(shè)備的核心部件，通過將光信號轉(zhuǎn)換成電信號實現(xiàn)圖像拍攝功能。以互補金屬氧化物半導(dǎo)體圖像傳感器(CMOS Image Sensors，CIS)器件為例，由于其具有低功耗和高信噪比的優(yōu)點，因此在各種領(lǐng)域內(nèi)得到了廣泛應(yīng)用。

3維堆棧式(3D-Stack)CIS被開發(fā)出來，以支持對更高質(zhì)量影像的需求。具體而言，三維堆棧式CIS可以對邏輯晶圓以及像素晶圓分別進行制作，進而將所述邏輯晶圓的正面以及所述像素晶圓的正面鍵合，由于像素部分和邏輯電路部分相互獨立，因此可針對高畫質(zhì)的需求對像素部分進行優(yōu)化，針對高性能的需求對邏輯電路部分進行優(yōu)化。

在具體實施中，可以采用穿透硅通孔(Through Silicon Via，TSV)技術(shù)在邏輯晶圓與像素晶圓內(nèi)分別形成金屬互連結(jié)構(gòu)，進而在晶圓之間進行垂直導(dǎo)通，實現(xiàn)晶圓之間的互連功能。

在現(xiàn)有的三維堆棧式CIS的鍵合工藝中，需要對兩個半導(dǎo)體襯底進行鍵合。具體地，可以在兩個半導(dǎo)體襯底內(nèi)分別形成邏輯器件以及像素器件，然后在兩個半導(dǎo)體襯底的表面，采用化學(xué)機械研磨(Chemical Mechanical Polishing，CMP)工藝形成齊平的銅襯墊，進而施加一定的壓力，對兩個半導(dǎo)體襯底進行鍵合并使銅襯墊之間實現(xiàn)互連。

然而，在現(xiàn)有技術(shù)中，經(jīng)過CMP后，銅襯墊的表面往往會出現(xiàn)凹陷，如果后續(xù)鍵合壓力不夠或凹陷過大，會導(dǎo)致晶圓鍵合后接觸面出現(xiàn)空洞(Void)，影響鍵合效果。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明解決的技術(shù)問題是提供一種三維堆棧式CIS及其鍵合方法，可以有效地降低空洞對鍵合效果的影響，提高鍵合品質(zhì)。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明實施例提供一種三維堆棧式CIS的鍵合方法，包括：提供第一半導(dǎo)體襯底以及第二半導(dǎo)體襯底，所述第一半導(dǎo)體襯底的正面形成有第一襯墊，所述第二半導(dǎo)體襯底的正面形成有第二襯墊，所述第二襯墊與所述第一襯墊的位置一一對應(yīng)；在所述第一襯墊的表面涂覆第一助焊劑層；將金屬球粘附于所述第一助焊劑層的表面；在所述第二襯墊的表面涂覆第二助焊劑層；將所述第一半導(dǎo)體襯底的正面以及所述第二半導(dǎo)體襯底的正面對準并進行鍵合；對所述第一半導(dǎo)體襯底以及所述第二半導(dǎo)體襯底進行加熱至所述金屬球的至少一部分被熔化。

可選的，所述第一助焊劑層與所述第二助焊劑層的材料為免洗助焊劑。

可選的，所述第一襯墊的表面涂覆第一助焊劑層包括：將第一模具放置于所述第一半導(dǎo)體襯底的上方，向所述第一半導(dǎo)體襯底提供所述第一助焊劑；其中，所述第一模具具有中空的第一孔洞，所述第一孔洞與所述第一襯墊一一對應(yīng)，所述第一助焊劑穿過所述第一孔洞落至所述第一襯墊的表面，以形成第一助焊劑層。

可選的，所述第一孔洞的圖案與所述第一襯墊的圖案相同。

可選的，將金屬球粘附于所述第一助焊劑層的表面包括：將第二模具放置于所述第一半導(dǎo)體襯底的上方，向所述第一半導(dǎo)體襯底提供所述金屬球；其中，所述第二模具具有中空的第二孔洞，所述第二孔洞與所述第一襯墊一一對應(yīng)，所述金屬球穿過所述第二孔洞落至所述第一助焊劑層的表面，并粘附于所述第一助焊劑層的表面。