[發明專利]多層晶圓鍵合方法

在審

• 申請號: 202011052418.9
• 申請日: 2020-09-29
• 公開（公告）號: CN112201573A
• 公開（公告）日: 2021-01-08
• 發明（設計）人: 劉天建;葉國梁;曾甜;占迪
• 申請（專利權）人: 武漢新芯集成電路制造有限公司
• 主分類號: H01L21/18
• 分類號: H01L21/18;H01L21/02
• 代理公司: 深圳市威世博知識產權代理事務所(普通合伙) 44280
• 代理人: 黎堅怡

本申請提供一種多層晶圓鍵合方法。該方法包括提供第一待鍵合晶圓和第一載片晶圓；第一待鍵合晶圓包括第一襯底、位于第一襯底的一側表面的第一介質層和嵌設于第一介質層中的第一金屬層；第一載片晶圓包括第一載片襯底及位于第一載片襯底的一側表面的第一載片介質層；將第一待鍵合晶圓與第一載片晶圓鍵合，且第一介質層與第一載片介質層接觸；在第一襯底遠離第一介質層的一側表面形成第二介質層與第一鍵合墊，且第一鍵合墊與第一金屬層電連接；將第一待鍵合晶圓的第二介質層與一底晶圓鍵合；去除第一載片晶圓并將第一介質層與第二待鍵合晶圓鍵合。該方法能夠提高晶圓與載片晶圓之間的對準精度，且二者鍵合的穩定性受溫度影響較小。

技術領域

本發明涉及半導體器件技術領域，尤其涉及一種多層晶圓鍵合方法。

背景技術

隨著半導體技術的不斷發展，3D-IC(三維集成電路)技術得到了廣泛的應用，其是利用晶圓級封裝技術將不同的晶圓堆疊鍵合在一起，以形成多層晶圓鍵合結構。

目前，多層晶圓鍵合的方法，一般是將兩個晶圓正面對正面進行鍵合，然后在鍵合后的晶圓背面進行襯底減薄和TSV引線工藝，以得到用于下一步鍵合工藝的鍵合墊；之后再在該鍵合墊上依次進行第二次、第三次.....第N次的兩個晶圓正面對正面的鍵合，以及晶圓背面的襯底減薄和TSV引線工藝，以完成多層晶圓的鍵合；但晶圓正面對正面的鍵合不僅會造成布線復雜及產品復雜化，且在襯底背面進行PAD工藝時需要規避器件區域，使得O/I接口減少；同時，對于需要減薄后保留較厚的硅襯底的產品，在其硅襯底的背面開PAD工藝較為困難。為此，本領域技術人員采用臨時鍵合技術以實現多層晶圓的鍵合及晶圓正面對背面的鍵合；具體的，先使用臨時鍵合膠將第一待鍵合晶圓和載片晶圓鍵合，然后將第一待鍵合晶圓翻面，并在第一待鍵合晶圓遠離載片晶圓的一側表面鍵合第二待鍵合晶圓；之后去除載片晶圓和鍵合膠，并在該表面依次鍵合其它晶圓，以實現晶圓的多層堆疊。

然而，采用臨時膠進行臨時鍵合的對準精度較低，且鍵合穩定性受溫度影響較大。

發明內容

本申請提供的多層晶圓鍵合方法，不僅能夠解決晶圓正面對正面的鍵合所帶來的問題，且能夠解決采用臨時鍵合膠進行臨時鍵合的對準精度較低，鍵合穩定性受溫度影響較大的問題。

為解決上述技術問題，本申請采用的一個技術方案是：提供一種多層晶圓鍵合方法。該方法包括：提供第一待鍵合晶圓；第一待鍵合晶圓包括：第一襯底、位于第一襯底的一側表面的第一介質層和嵌設于第一介質層中的第一金屬層；提供第一載片晶圓；第一載片晶圓包括：第一載片襯底及位于第一載片襯底的一側表面的第一載片介質層；將第一待鍵合晶圓與第一載片晶圓鍵合，且第一介質層與第一載片介質層接觸；在第一襯底遠離第一介質層的一側表面形成第二介質層與第一鍵合墊，且第一鍵合墊與第一金屬層電連接；將第一待鍵合晶圓的第二介質層與一底晶圓鍵合；去除第一載片晶圓以露出第一介質層；以及將第一介質層與第二待鍵合晶圓鍵合。

為解決上述技術問題，本申請采用的另一個技術方案是：提供一種多層晶圓鍵合方法。該方法包括：提供一底晶圓，底晶圓包括：第一襯底、位于第一襯底的一側表面的第一介質層、嵌設于第一介質層中的第一金屬層以及第一鍵合墊，其中，第一介質層的遠離第一襯底的一側表面設有第一鍵合孔，第一鍵合墊形成于第一鍵合孔內并通過第一鍵合孔暴露；提供N個待鍵合晶圓以及N個載片晶圓；其中，待鍵合晶圓包括：第二襯底、位于第二襯底的一側表面的第二介質層以及嵌設于第二介質層中的第二金屬層；載片晶圓包括：載片襯底以及載片介質層；將N個待鍵合晶圓分別與N個載片晶圓鍵合，且第二介質層與載片介質層接觸；在N個待鍵合晶圓的第二襯底遠離第二介質層的一側表面形成第三介質層與第二鍵合墊，且第二鍵合墊與第二金屬層電連接；將第一個待鍵合晶圓的第三介質層與底晶圓的第一介質層鍵合；去除第一個待鍵合晶圓的載片晶圓以露出第二介質層；以及將其他N-1個待鍵合晶圓依次鍵合在第一個待鍵合晶圓的第二介質層遠離第二襯底的一側表面，且第i個待鍵合晶圓的第三介質層鍵合至第i-1個待鍵合晶圓的第二介質層遠離第二襯底的一側表面；其中，N為大于1的自然數，2≤i≤N。