一种晶圆的处理方法及其应用

技术领域

本公开内容涉及半导体技术领域，更具体而言，涉及一种晶圆的处理方法及其应用。

背景技术

薄膜体声波谐振器作为一种新型的MEMS器件，具有体积小、质量轻、插入损耗低、频带宽以及品质因子高等优点，很好地适应了无线通信系统的更新换代，且由于薄膜体声波谐振器与半导体工艺兼容，因此薄膜体声波谐振器技术成为通信领域的研究热点之一。

目前传统的薄膜体声波谐振器在晶圆级封装结构中主要采用盖板晶圆和功能器件晶圆通过金-金(Au-Au)键合工艺实现封装。在器件晶圆和盖板晶圆的制作过程中，包括一系列光刻、薄膜沉积、干法刻蚀等工艺。在上述工艺过程中，机台通常都会对各晶圆边缘进行特别处理。

在光刻工艺中，对晶圆的边缘进行处理的原因在于：一方面为防止晶圆边缘有光刻胶附着到晶圆的背面，导致在晶圆传送、加工的过程中，转移到机台上后影响后续晶圆的工艺条件稳定性。另一方面为避免由于光刻胶旋涂过程中在晶圆的边缘区域导致的光刻胶堆积导致的光刻胶不平整的问题，影响后续光刻质量。具体操作上，现有技术通常会在涂覆光刻胶后，清洗晶圆边缘。即使用洗边液将晶圆边缘一定宽度的光刻胶冲洗掉后再进行刻蚀工艺。

在刻蚀工艺中，对晶圆的边缘进行处理的原因在于：一方面，

由于光刻时将晶圆边缘的光刻胶去除，导致晶圆边缘没有光刻胶的

会同时被刻蚀，从而在没有光刻胶保护的晶圆的边缘区域形成凹陷，进而导致后续盖板晶圆和器件晶圆之间的密封性很难得到保证。另一方面，在没有光刻胶保护的晶圆的边缘区域形成凹陷，还容易使

得在后续器件的减薄封装过程中容易产生破裂，从而影响器件的可

在薄膜沉积工艺中，对晶圆的边缘进行处理的原因在于：沉积

薄膜时整个腔体都会有沉积，但并不希望平台上沉积薄膜，从而也

现有的晶圆的边缘处理方法，存在一些不足之处，具体而言：

请参阅图1a-图1b，图1a-图1b示出了现有技术中的晶圆边缘的示意图。图1a示出了现有技术中两个晶圆叠置在一起时的整体示意图；图1b为图1a中两个键合晶圆的边缘区域A的局部放大图。

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能使用到不同的设备机台，不同设备机台中对晶圆的处理宽度的设定可能不一致，或者不同的设备机台中压边环的尺寸有所差异，又或者随着设备机台使用时间的不同，压边环的内径也随之产生变化，从而对晶圆边缘的处理区域的大小会在不同的工序步骤或不同的工艺机台中存在差别，随着器件制造的进程，差别不断累积，造成两个晶圆在如图1a中叠置在一起时，其边缘区域A中仍然存在如图1b中所示的凹陷，这些凹陷将对后续器件的制作工艺造成不利影响。特别的，在晶圆键合过程中，晶圆边缘的厚度局部差异导致器件的密封性很难保证，并且也会由于键合的晶圆之间的不贴合，键合工序中，将造成晶圆在承受键合压力时产生破裂，或者在后续晶圆减薄工序时，导致晶圆发生崩边、破裂等缺陷。

本公开内容针对上述技术问题，设计出一种新颖的晶圆的处理方法，兼容现有的键合工艺，即使在晶圆边缘部位存在由于上述工艺导致的厚度局部差异时，避免对后续工艺造成的不利影响。

发明内容

在下文中将给出关于本公开内容的简要概述，以便提供关于本公开内容某些方面的基本理解。应当理解，此概述并不是关于本公开内容的穷举性概述。它并不是意图确定本公开内容的关键或重要部分，也不是意图限定本公开内容的范围。其目的仅仅是以简化的形式给出某些概念，以此作为稍后论述的更详细描述的前序。

根据本公开内容的一方面,提供一种晶圆的处理方法，包括：提供晶圆，所述晶圆包括边缘区域和器件区域，所述边缘区域的上表面与所述器件区域的上表面之间存在高度差异；在所述边缘区域上形成金属垫层；所述金属垫层用于填平所述边缘区域上表面和所述器件区域上表面的高度差异。

进一步的，所述金属垫层的上表面上进一步形成键合金属。

进一步的，在形成所述金属垫层之前先形成键合金属，所述金属垫层形成在所述键合金属的上表面。

进一步的，在形成所述金属垫层之前，还包括：形成种子层，所述种子层覆盖所述器件区域和边缘区域。

进一步的，还包括形成所述种子层后，对所述晶圆整面涂覆光刻胶，去除所述边缘区域的所述光刻胶，暴露所述边缘区域。

进一步的，在形成所述金属垫层之后形成键合金属之前，还包括：对所述光刻胶进行剥离；去除所述晶圆表面的所述种子层。

进一步的，在形成所述金属垫层之前，还包括对晶圆整面涂覆光刻胶，去除所述边缘区域的所述光刻胶，暴露所述边缘区域。

进一步的，在形成所述金属垫层之后对所述光刻胶进行剥离。

进一步的，在所述器件区域中与所述键合金属同步形成接触电极。

进一步的，所述键合金属在所述晶圆上的投影轮廓与所述金属垫层在所述晶圆上的投影轮廓相同，或者所述键合金属在所述晶圆上的投影轮廓与所述金属垫层在所述晶圆上的投影轮廓部分重合；或者所述金属垫层在所述晶圆上的投影轮廓落在所述键合金属在所述晶圆上的投影轮廓的范围内。

进一步的，所述晶圆是用作盖帽芯片的晶圆，或者所述晶圆是用作功能器件芯片的晶圆。

根据本公开内容的另一方面,提供一种半导体器件的制备方法，包括：提供器件晶圆，所述器件晶圆上包括至少一个功能器件；提供盖帽晶圆；对所述器件晶圆和所述盖帽晶圆进行键合；以及其中，所述器件晶圆和/或所述盖帽晶圆通过前述任一项所述的晶圆的处理方法制备。

根据本公开内容的另一方面,提供一种晶圆级封装结构，包括：第一晶圆，所述晶圆包括第一边缘区域和第一核心区域；第二晶圆，所述第二晶圆包括第二边缘区域和第二核心区域；所述第一边缘区域和/或所述第二边缘区域中具有金属垫层，所述金属垫层用于填平所述金属垫层所在的所述边缘区域和对应的核心区域之间的高度差异。

进一步的，所述金属垫层形成在键合金属的上面；或者键合金属形成在所述金属垫层的上面。

根据本公开内容的再一方面,提供一种电子设备，包括如前述中所述的半导体器件。

本公开内容的方案至少能有助于实现如下效果之一：制作工艺简单，兼容现有键合工艺，填平晶圆边缘存在的凹陷，缓冲晶圆在键合中承受的压力，键合时加强相互粘结，减小键合时崩边脱落的危险，降低对后续工艺和机台的不利影响，从而提升器件良率，减少缺陷。

附图说明

参照附图下面说明本公开内容的具体内容，这将有助于更加容易地理解本公开内容的以上和其他目的、特点和优点。附图只是为了示出本公开内容的原理。在附图中不必依照比例绘制出单元的尺寸和相对位置。

图1a示出了现有技术中两个晶圆叠置在一起时的整体示意图；

图1b为图1a中两个键合晶圆的边缘区域A的局部放大图；

图2为本公开第一实施方案的晶圆边缘的处理方法的流程示意图；

图3-9示出本公开第一实施方案的晶圆边缘的处理方法各步骤对应的剖面结构示意图；

图10为本公开第二实施方案的晶圆边缘的处理方法的流程示意图；

图11-15示出本公开第二实施方案的晶圆边缘的处理方法各步骤对应的剖面结构示意图；

图16示出本公开第三实施方案的半导体器件的制造方法的流程示意图；

图17示出本公开第三实施方案的半导体器件的结构示意图。

具体实施方式

在下文中将结合附图对本公开内容的示例性公开内容进行描述。为了清楚和简明起见，在说明书中并未描述实现本公开内容的所有特征。然而，应该了解，在开发任何这种实现本公开内容的过程中可以做出很多特定于本公开内容的决定，以便实现开发人员的具体目标，并且这些决定可能会随着本公开内容的不同而有所改变。

在此，还需要说明的是，为了避免因不必要的细节而模糊了本公开内容，在附图中仅仅示出了与根据本公开内容的方案密切相关的器件结构，而省略了与本公开内容关系不大的其他细节。

应理解的是，本公开内容并不会由于如下参照附图的描述而只限于所描述的实施形式。本文中，在可行的情况下，不同实施方案之间的特征可替换或借用、以及在一个实施方案中可省略一个或多个特征。

第一实施方案

图2-9示出本公开内容晶圆边缘处理方法的第一实施方案，其中相同的附图标记表示相同的部件。

图2为本实施方案的晶圆边缘处理方法的流程图，图3-9为本实施方案提供的晶圆处理方法各步骤对应的剖面结构示意图。本实施方案的晶圆边缘处理方法包括如下步骤：

步骤S1，提供晶圆。

请参阅图3，提供晶圆10，晶圆10可以选择硅、锗、氮化镓、磷化铟、以及砷化镓、POI、玻璃、蓝宝石、氧化铝、SiC等与半导体工艺兼容的材料。本公开中以晶圆10为硅材料为例进行说明，晶圆10可以用作盖帽芯片晶圆。晶圆10的上已经完成了器件的多道制作工序。即晶圆10上已经完成器件制作时的一系列光刻、薄膜沉积、刻蚀等制作工序，随后晶圆10可以用于键合工序中与另一晶圆进行键合。如图3所示，晶圆10包括位于晶圆周边的边缘区域102和位于边缘区域102内部的器件区域101。为了便于理解，图3中以虚线将两个区域示意性的分隔开，虽然图3中示意性示出器件区域101仅包括一个容纳凹槽，本领域技术人员可以理解的是，实际制造过程中，根据器件的尺寸，晶圆10的器件区域101可以包括很多结构。示例性的，这些结构可以是滤波器、双工器以及多工器等半导体器件；或者这些结构也可以是电感、电容等无源元件；或者这些结构可以仅仅是金属互联等结构；更或者这些结构也可以是用于容纳对置晶圆上形成的器件的容纳腔等。本公开对此并不作具体限定。示例性的，图3中在晶圆10的器件区域101上示意性地形成了器件的金属接触104和器件的容纳凹槽。

继续参阅图3，基于前述的描述可知，晶圆10在完成器件的多道制作流程后，其边缘区域102由于边缘的处理区域的大小在不同的工序步骤或不同的工艺机台中存在差异，随着器件制造的进程推进，差异不断累积，导致晶圆10的边缘区域102存在凹陷103，凹陷103可以具有若干数量，凹陷103的形状可以相同或者不同，本具体实施方式中以具有一个凹陷103为例进行说明，本领域技术人员可以理解的是，其不作为本公开中对凹陷103数量和形状的具体限制。具体的，凹陷103造成晶圆10的边缘区域102与晶圆10的器件区域101的上表面之间存在高度差异，造成晶圆10的上表面在不同区域之间存在不平坦性。晶圆10的上表面的不平坦性对后续的制作工艺造成不利影响。

步骤S2，形成种子层。

参见图4，在晶圆10的上表面形成种子层200，种子层200覆盖器件区域101和边缘区域102。优选地，种子层200的材料，根据需要可以包括钛/氮化钛、铝、钨、铜、镍、金、钯、银、铂、铑、钴、锡、铅的一种或多种合金，厚度根据实际需要可以在50埃到8000埃之间，形成工艺可以采用溅射、PVD等工艺来形成。可以理解的是，种子层、材料选择、厚度的设置是根据器件具体的参数要求来进行具体选择的，本公开虽然对其材料和厚度进行了示意性说明，但并不意味着对其进行具体的限定。

步骤S3，对晶圆整面涂光刻胶，暴露边缘区域。

参见图5，在晶圆10表面涂光刻胶300，然后进行洗边，暴露出晶圆10的边缘区域102，从而使得边缘区域102中的凹陷103也通过洗边被暴露。

步骤S4，形成金属垫层。

参见图6，在晶圆10上没有光刻胶300覆盖的边缘区域102形成金属垫层400。优选地，金属垫层400的材料，根据需要可以包括Au、Al、Pb、Ge、Ni、Cu或其合金等金属，形成工艺可以采用电镀、PVD等工艺来形成，优选的，金属垫层400的材料选择粘结性能良好的金属。

当采用电镀工艺形成金属垫层400时，将晶圆10放入电镀槽中，由于光刻胶300覆盖了晶圆10的器件区域101，因此电镀工序中金属垫层400只会形成在晶圆10的边缘区域102。

当采用物理气相沉积工艺形成金属垫层400时，金属垫层400会形成在晶圆10的整个表面，其中在晶圆10上没有光刻胶300覆盖的边缘区域102形成金属垫层400，在晶圆10上有光刻胶300覆盖的器件区域101处，金属垫层400形成在光刻胶300上。对于金属垫层400的厚度，根据实际需要可以设置在几百埃到几千埃之间，厚度的具体选择上以能将凹陷103填平或使得晶圆10的边缘区域102的上表面比器件区域101的上表面稍微高一些为原则。

步骤S5，光刻胶剥离。

参见图7，对晶圆10执行去除光刻胶工艺，去除晶圆10的器件区域101上的光刻胶300，使得仅在晶圆10的边缘区域102形成金属垫层400。通过控制金属垫层400的厚度来实现金属垫层400将边缘区域102存在的凹陷103填平，消除了晶圆10的边缘区域102和器件区域101的上表面存在的高度差异，从而可以在晶圆10进行后续工序时，缓冲晶圆10所受的压力，特别是还可以在键合工序中加强对置的晶圆之间的相互粘结，减小键合时崩边脱落的危险，也能降低对后续工艺和机台的不利影响，从而提升器件良率，减少缺陷。本领域技术人员可以理解的是，设置金属垫层400后即便使得边缘区域102的上表面和器件区域101的上表面之间略有凹凸不平也无妨，后续的键合工艺中的键合压力将略高的部分压平，使得边缘区域102的上表面和器件区域101的上表面的高度基本平齐。

本领域技术人员进一步可以理解的是，设置金属垫层400后在边缘区域102的上表面和器件区域101的上表面之间的凹凸不平与前述提及的凹陷103存在本质上的不同。二者之间的不同主要体现

在：一方面，设置金属垫层400后的凹凸不平是金属垫层400在电

不平是微小的凹凸不平，其与凹陷103的深度上存在差别。另一方面，由于金属垫层的材质与晶圆的材质不同，金属垫层的材质基于其优异的延展性能，在键合工序中能通过键合压力将上述微小的凹

凸不平予以弥补，而形成在晶圆边缘区域102的凹陷103基于晶圆

去除晶圆表面的种子层。

参见图8，可以对晶圆10执行刻蚀工序，以去除晶圆10的器件区域101上表面的种子层200。具体的刻蚀工序可以根据需要采

用湿法刻蚀或干法刻蚀。此时，晶圆10的器件区域101被完全暴

子层200没有被去除。

步骤S7，制作键合金属和接触电极。

参见图9，在金属垫层400和金属接触104上分别制作键合金

属500和接触电极600。示例性的，对晶圆10进行光刻及整面金属

金属500和接触电极600，键合金属500形成在晶圆10的边缘区域102的金属垫层400上。接触电极600形成在晶圆10的器件区域101的金属接触104上。

其中键合金属500在晶圆10上的投影轮廓与所述金属垫层400在晶圆10上的投影轮廓相同；或者键合金属500在晶圆10上的投影轮廓包含金属垫层400在晶圆10上的投影轮廓；或者键合金属500在晶圆10上的投影轮廓与金属垫层400在晶圆10上的投影轮廓部分重合。示例性的，所述投影轮廓可以为环形等密闭图形。进一步的，键合金属500和金属垫层400的材质相同，以便于提高后续键合工序时晶圆之间的相互粘结力。

最后可以将晶圆10与制作其他功能器件的第二晶圆对置后，进行例如键合、减薄、封装等后续其他工艺。

本公开第一实施方案主要针对已经完成正常制作流程的晶圆，在进行键合工艺前，对于晶圆10的边缘区域102在制作过程形成的凹陷103，通过在边缘区域102形成金属垫层400，将边缘区域102存在的凹陷103填平，消除了晶圆边缘凹陷导致的晶圆上表面存在的高度差异，这样可以在晶圆进行后续的键合工艺时，缓冲晶圆所受的压力，特别是还可以在键合时加强相互粘结，减小键合时崩边脱落的危险，也能降低对后续工艺和机台的不利影响，从而提升器件良率。

本领域技术人员应当理解的是，虽然本实施方案的制作步骤是在用于制作盖帽芯片的晶圆10上进行的，然后将边缘区域102具有金属垫层400的晶圆10与其他晶圆进行对置，再进行后续工艺处理。但也可以将本实施方案的在制作步骤在用于制作功能器件芯片的第二晶圆上进行，然后再将边缘区域处理后的第二晶圆和用于制作盖帽芯片的晶圆10进行对置后，再进行后续工艺处理。或者本实施方案的制作步骤也可以分别在用于制作盖帽芯片的晶圆10和用于制作功能器件芯片的第二晶圆上分别进行，然后再将处理后的晶圆10和第二晶圆进行对置，再进行后续工艺处理。

第二实施方案

本公开内容的第二实施方案与第一实施方案的区别主要在于：本实施方案中先形成键合金属500，最后再形成金属垫层400。

图10-15示出本公开内容晶圆边缘处理方法的第二实施方案。图10为本实施方案的晶圆边缘处理方法的流程图，图11-15为本实施方案提供的晶圆处理方法各步骤对应的剖面结构示意图。本实施方案的晶圆边缘处理方法包括如下步骤：

步骤S10，提供晶圆。

晶圆11的材料如前所述，在此不再赘述。同样的，晶圆11上已经完成器件制作时的一系列光刻、薄膜沉积、刻蚀等制作工序，随后晶圆11可以准备用于键合工艺。参见图11，晶圆11包括位于晶圆周边的边缘区域105和位于边缘区域105内部的器件区域106，晶圆11的边缘区域105同样存在凹陷107，造成晶圆11的上表面在不同区域之间存在不平坦性。同样的，如图11中所示，在晶圆11的器件区域106上示例性地形成了器件的金属接触108和器件容纳腔。

步骤20，制作键合金属和接触电极。

参见图12，在晶圆11的边缘区域105上形成键合金属501，以及在晶圆11的器件区域106的金属接触108上形成接触电极601。具体的，在晶圆11涂覆光刻胶、曝光，在对应的位置处形成光刻胶开口。对形成有开口的光刻胶的晶圆11的表面进行金属沉积，然后通过剥离工艺剥离光刻胶及其上附着的金属，以在晶圆11的边缘区域105上形成键合金属501。在晶圆10的器件区域106的金属接触108上形成接触电极601。

步骤S30，晶圆整面涂覆光刻胶，暴露边缘区域。

参见图13，在晶圆11表面涂光刻胶301，然后进行洗边，暴露出晶圆11的边缘区域105，从而使得边缘区域105中的键合金属501也通过洗边被暴露。

步骤S40，形成金属垫层。

参见图14，在晶圆11上没有光刻胶301覆盖的边缘区域102形成金属垫层401。金属垫层401的材质和具体形成工艺可与前述实施方案中一样通过剥离工艺形成，在此不再赘述。

步骤S50,光刻胶剥离。

参见图15，对晶圆11执行去除光刻胶301的工序，去除晶圆11的器件区域106上的光刻胶301，使得仅在晶圆11的边缘区域105形成有金属垫层401，通过控制金属垫层401的厚度，键合时的键合压力可将金属垫层401与边缘区域105存在的凹陷107填平。消除了晶圆11的边缘区域105和器件区域106的上表面存在的高度差异。

本实施方式中由于边缘区域105形成了键合金属，此时不需要形成种子层，进而不必去除晶圆表面的种子层，相较第一实施方式简化了晶圆边缘的处理步骤，进一步提升了生产效率，此外由于在形成键合金属后再进一步形成金属垫层，其可以根据具体的晶圆11的上表面的不同区域的差距来更准确调整金属垫层的厚度以实现晶圆11不同区域之间上表面的平坦性。

第三实施方案

图16-17示出本公开内容谐振器制造方法的第三实施方案。虽然在本实施方案中以谐振器芯片为例进行说明，但本领域技术人员可以理解的是，本公开的方案不囿于谐振器芯片，只要涉及制作键合封装的各种半导体器件，皆能适用。

图16为本实施方案的谐振器制造方法的流程图，包括如下步骤：

步骤S100，提供器件晶圆，晶圆上包括至少一个谐振器。参见图17，提供器件晶圆20，器件晶圆20可以是完成了第一实施方案中的步骤S1-S7的晶圆或者器件晶圆20可以是完成了第二实施方案中的步骤S10-S50的晶圆，即器件晶圆20的边缘区域上已经形成了第一金属垫层4001和第一键合金属5001，与第一实施方案类似，第一键合金属5001可以位于第一金属垫层4001上，或者与第二实施方案类似，第一键合金属5001可以位于第一金属垫层4001下。

图17中示例性的示出了器件晶圆20的器件区域包括至少两个谐振器，可以理解的是，根据需要，器件晶圆20的器件区域或核心区域还可以包括多个其他半导体器件。

步骤S200，提供盖帽晶圆。参见图17，提供盖帽晶圆30，盖帽晶圆30可以是完成了第一实施方案中的步骤S1-S7的晶圆，或者器件晶圆30可以是完成了第二实施方案中的步骤S10-S50的晶圆，即盖帽晶圆30的边缘区域上已经形成了第二金属垫层4002和第二键合金属5002，与第一实施方案类似，第二键合金属5002可以位于第二金属垫层4002上，或者与第二实施方案类似，第二键合金属5002可以位于第二金属垫层4002下。进一步，盖帽晶圆30的器件区域或核心区域具有接触孔，与器件晶圆20的器件区域或核心区域的接触电极的位置相对应。

可以理解的是，金属垫层可以根据需要只形成在器件晶圆20和盖帽晶圆30中的任一者上，也可以同时形成在两者上，取决于晶圆的边缘区域是否由于光刻、刻蚀、沉积等工艺导致存在凹陷103来决定是否需要形成金属垫层以填平凹陷103，进而使得所述金属垫层所在的所述边缘区域和对应的器件区域之间不再具有高度差异。

步骤S300，对器件晶圆20和盖帽晶圆30进行键合。参见图17，将盖帽晶圆30与器件晶圆20相对，使各自的边缘区域的键合金属键合，并使各自的金属焊盘形成电接触。

步骤S400，继续执行后续工艺。对完成键合的器件晶圆和盖帽晶圆，对盖帽盖晶30远离器件晶圆20一侧的表面进行减薄处理，然后形成重布线，接着进行封装等后续其他工艺。

本实施方案提供的谐振器的制造方法采用了第一实施方案中或第二实施方式中所述的晶圆边缘的处理方法，因此具有上述晶圆边缘的处理方法所具有的有益效果，在此不再赘述。

可选的，本公开的谐振器构成滤波器、双工器以及多工器中的至少一种，进一步的本公开提供包括由本公开的制造方法制造的谐振器的电子设备。

以上结合具体的实施方案对本公开内容进行了描述，但本领域技术人员应该清楚，这些描述都是示例性的，并不是对本公开内容的保护范围的限制。本领域技术人员可以根据本公开内容的精神和原理对本公开内容做出各种变型和修改，这些变型和修改也在本公开内容的范围内。