晶圆键合的方法

技术领域

本发明涉及半导体制造技术领域，尤其涉及一种晶圆键合的方法。

背景技术

集成电路一般由一层半导体器件和多层互连线组成。早期集成电路性能提高和功能扩展的重点都集中在晶体管层面，即通过减小特征尺寸(Critical Dimension)实现更高的速度、更低的功耗，以及更高的集成度。且传统的集成电路封装是在一个封装内放置一个晶片(裸芯片)或平面放置多个晶片(MCM)，这种封装形式称为2D。

随着半导体工艺特征尺寸的不断缩小，特别是进入纳米尺寸范围后，半导体制造技术难度越来越大，传统的技术越来越接近物理尺寸极限。由此，三维集成电路随之应用而生。

三维集成电路(Three-dimensional Integrated Circuit，3D IC)在垂直方向堆叠多个同构或异构的晶片或电路模块，利用硅通孔(Through Silicon Via，TSV)实现垂直方向电气连接，具有互连密度高、外形尺寸小、低功耗和大带宽等众多优势。

然而，现有三维集成电路的电学性能仍有待提升。

发明内容

本发明解决的技术问题是提供一种晶圆键合的方法，能够有效提升键合晶圆的性能。

为解决上述问题，本发明提供一种晶圆键合的方法，包括：提供第一晶圆和第二晶圆；将第一晶圆与第二晶圆相键合，以形成键合晶圆；在第一晶圆和第二晶圆的边缘处的键合界面填充粘合剂；在填充粘合剂后，对键合晶圆进行减薄处理。

可选的，在进行减薄处理后，还包括去除粘合剂。

可选的，去除粘合剂的工艺包括采用清洗液去除粘合剂或者采用加热处理去除粘合剂。

可选的，在进行减薄处理后，在去除粘合剂之前，还包括在键合晶圆内进行多层布线工艺，多层布线工艺的工艺温度低于粘合剂的熔点。

可选的，粘合剂采用包括有机粘合剂和无机粘合剂中的一种或者两种组合。

可选的，有机粘合剂包括有机硅胶粘剂、聚氨酯胶粘剂、聚丙烯酸树脂、热熔胶粘剂、环氧树脂胶粘剂或合成胶粘剂中的一种或者多种组合。

可选的，无机粘合剂包括玻璃粉末、硅粉末或者陶瓷粉末中的一种或者多种组合。

可选的，第一晶圆和第二晶圆的边缘处的键合界面处具有间隙。

可选的，填充粘合剂的步骤包括：沿着键合晶圆的径向，在键合界面的边缘处涂覆初始粘合剂，初始粘合剂蔓延到间隙内；

固化初始粘合剂。

可选的，固化初始粘合剂的工艺采用压合工艺、紫外线照射工艺或者加热处理。

可选的，当固化初始粘合剂的工艺为加热处理，加热处理的方式包括加热丝加热或者红外加热。

与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下优点：

本发明的技术方案中，将第一晶圆和第二晶圆相键合以形成键合晶圆，在第一晶圆和第二晶圆的边缘处的键合界面填充粘合剂，在填充粘合剂后，对键合晶圆进行减薄处理；这样一方面在对键合晶圆进行减薄处理时，由于键合界面填充粘合剂，粘合剂在减薄的过程中能够起到支撑的作用，防止在减薄的过程中出现碎片等现象，大大地提高了键合晶圆的良率和生产效率；另外一方面，由于粘合剂的存在，在减薄处理的过程中减少了键合晶圆翘曲的问题，保证了键合晶圆整体的平整度，提高了键合晶圆之间的有效接触和提升键合界面的质量，同时由于粘合剂时处于键合晶圆的边缘处，这样在进行晶圆切割封装的过程中，边缘处沾有粘合剂的晶圆没有用处而被遗弃掉，这样粘合剂的存在不会影响晶圆的正常使用，具有较广泛的使用范围。

附图说明

图1至图3为一种晶圆键合的结构示意图；

图4至图9本发明一实施例中晶圆键合的过程结构示意图。

具体实施方式

正如背景技术，现有技术中三维集成电路的电学性能仍有待提升。以下将结合附图进行具体说明。

请参考图1，提供第一晶圆101和第二晶圆102，将第一晶圆101和第二晶圆102键合。

请参考图2至图3，对第一晶圆101进行减薄。

发明人发现，第一晶圆101和第二晶圆102键合过程，以第一晶圆101中心为初始，向第一晶圆101边缘依次接触完成键合。完成键合的过程中，第一晶圆101和第二晶圆102之间的气体，从第一晶圆101中心依次被赶到边缘，最终第一晶圆101和第二晶圆102的边界接触，气体排空完成；但是如图1中的虚线处可以看到在第一晶圆101和第二晶圆102的边缘往往键合的效果不理想，在第一晶圆101和第二晶圆102的边界上形成气泡(即间隙)，这样在对第一晶圆101进行减薄(请参考图2)时，由于气泡的存在，当第一晶圆101被磨的很薄的时候，由于第一晶圆101没有支撑点，极易发生第一晶圆101的碎片(请参考图3)，这严重影响了生产的良率，此外，第一晶圆的101碎片残留在机台中，对机台和后续的生产产生极大的影响。

在此基础上，本发明提供一种晶圆的键合方法，将第一晶圆和第二晶圆相键合以形成键合晶圆，在第一晶圆和第二晶圆的键合界面填充粘合剂，在填充粘合剂后，对键合晶圆进行减薄处理；这样一方面在对键合晶圆进行减薄处理时，由于键合界面填充粘合剂，粘合剂在减薄的过程中能够起到支撑的作用，防止在减薄的过程中出现碎片等现象，大大地提高了键合晶圆的良率和生产效率；另外一方面，由于粘合剂的存在，在减薄处理的过程中减少了键合晶圆翘曲的问题，保证了键合晶圆整体的平整度，提高了键合晶圆之间的有效接触和提升键合界面的质量，具有较广泛的使用范围。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细地说明。

图4至图9本发明一实施例中晶圆键合的过程结构示意图。

请参考图4，提供第一晶圆200和第二晶圆300。

在本实施例中，第一晶圆200包括第一基底201和位于第一基底201上的第一器件层202。

在本实施例中，第二晶圆300包括第二基底301和位于第二基底301上的第二器件层302。

在本实施例中，第一基底201的材料为硅；在其他实施例中，第一基底201的材料还可为硅锗等一些材料。

在本实施例中，第一器件层202包括器件和电路。

在本实施例中，第二基底301的材料为硅；在其他实施例中，第二基底301的材料还可为硅锗等一些材料。

在本实施例中，第二器件层302包括器件和电路。

请参考图5和图6，将第一晶圆与第二晶圆相键合，以形成键合晶圆。图6为图5在A-A的剖面图。

在本实施例中，将第一器件层202与第二器件层302相接触进行键合形成键合晶圆。

在本实施例中，第一晶圆200和第二晶圆300相键合之后，第一晶圆200和第二晶圆相300键合的地方形成键合界面400。

在本实施例中，第一晶圆200和第二晶圆300的边缘处的键合界面400处具有间隙401。

在本实施例中，在间隙401内具有空气，在后续对键合晶圆进行减薄处理时，由于间隙401内只具有空气，不能在减薄的过程中对键合晶圆起到任何支撑的作用，所以容易导致第一晶圆200或者第二晶圆300的破碎，使得键合晶圆的良率和生产效率得不到保证。

在本实施例中，在形成键合晶圆之前，还包括第一晶圆的第一器件层进行切割，使得第一基底的侧壁凸出于第一器件层的侧壁。

在第一晶圆和第二晶圆的边缘处的键合界面填充粘合剂的过程请参考图7至图8。

请参考图7，沿着键合晶圆的径向，在键合界面400的边缘处涂覆初始粘合剂402。在本实施例中，利用毛细现象初始粘合剂402向间隙401内扩散，慢慢蔓延到间隙401内，后续会填充满间隙401。

在本实施例中，在形成键合晶圆之前，还包括第一晶圆200的第一器件层202进行切割，使得第一基底201的侧壁凸出于第一器件层202的侧壁。

具体的，第二晶圆300的侧壁凸出于第一晶圆200的侧壁，初始粘合剂402涂布于第二晶圆300凸出于第一晶圆200的表面上，固化后的粘合剂填充到键合界面内。

请参考图8，固化初始粘合剂402，在第一晶圆200和第二晶圆300的键合界面400填充粘合剂403。

在本实施例中，固化初始粘合剂402的工艺采用压合工艺，具体的在间隙401位置填充完初始粘合剂402后，采用机械手臂对间隙401位置进行压合。一方面是为了快速排除间隙401位置的空气，另外一方面是提升键合晶圆的平整度，降低间隙401位置的翘曲等问题。

在本实施例中，压合的工艺参数具体包含：采用机械装置对键合晶圆进行压合，在压合的过程中，所用的压力以及机械装置与键合晶圆之间的压力夹角的控制能够使得第一晶圆200和第二晶圆300之间能够有效键合，防止在减薄过程中的碎片问题。

在其他实施例中，还可采用紫外线照射工艺或者加热处理来固化初始粘合剂402。

当固化初始粘合剂402的工艺为紫外线照射工艺时，当固化初始粘合剂402的工艺为紫外线照射工艺时，初始粘合剂402中分布有对紫外线(UV)光线敏感的官能团或者引发剂，当有紫外照射时，粘合剂迅速固化。

特别地，紫外线(UV)可以只照射键合晶圆边缘区域(尤其是间隙401区域)，以降低对键合晶圆内部的影响。

当固化初始粘合剂402的工艺为加热处理，加热处理的方式包括加热丝加热或者红外加热。加热可以通过烘烤炉或者红外加热两种方法实现。对于烘烤炉，一般是通过调节加热丝的电流和电压等参数，进而来改变加热的功率，从而实现改变加热温度的目的。此外，还可以采用红外照射的方法来进行加热。通过改变红外线产生的强度，进而来改变加热的温度。特别地，针对红外加热我们可以控制加热区域，例如可以只对键合晶圆边缘进行加热，而不对键合中心位置进行加热，从而可以最大程度降低热积存对器件性能的影响。特别的，还可以只对间隙401区域进行加热。

在本实施例中，粘合剂403采用包括有机粘合剂和无机粘合剂中的一种或者两种组合。

具体地，有机粘合剂包括有机硅胶粘剂、聚氨酯胶粘剂、聚丙烯酸树脂、热熔胶粘剂、环氧树脂胶粘剂或合成胶粘剂中的一种或者多种组合。

在本实施例中，无机粘合剂包括玻璃粉末、硅粉末或者陶瓷粉末中的一种或者多种组合。

在本实施例中，粘合剂403优选无机粘合剂，这样选择的原因在于，无机粘合剂在遇热的过程中不易发生分解，使得在固化粘合剂403的方式上有更多的选择，有助于提升粘合剂403的固化质量；同时由于无机粘合剂较好的化学稳定性，能够保证晶圆表面的清洁度，具有较广泛的使用范围。

另外，无机粘合剂具有与硅基底相似的化学性质，利用相似相容的原理，无机粘合剂能够更好地填充到间隙401区域，提升间隙401区域内的无机粘合剂的填充质量。

在本实施例中，粘合剂403采用单纯的无机粘合剂。

在其他实施例中，粘合剂403还可单纯采用有机粘合剂、或者有机粘合剂与无机粘合剂的混合使用。

请参考图9，在填充粘合剂403后，对键合晶圆进行减薄处理。

在本实施例中，利用间隙401内填充的粘合剂403，这样一方面在对键合晶圆进行减薄处理时，由于键合界面填充粘合剂403，粘合剂403在减薄的过程中能够起到支撑的作用，防止在减薄的过程中出现碎片等现象，大大地提高了键合晶圆的良率和生产效率；另外一方面，由于粘合剂403的存在，在减薄处理的过程中减少了键合晶圆翘曲的问题，保证了键合晶圆整体的平整度，提高了键合晶圆之间的有效接触和提升键合界面的质量，同时由于粘合剂403时处于键合晶圆的边缘处，这样在进行晶圆切割封装的过程中，边缘处沾有粘合剂的晶圆没有用处而被遗弃掉，这样粘合剂403的存在不会影响晶圆的正常使用，具有较广泛的使用范围。

在本实施例中，在进行减薄处理后，还包括去除粘合剂403，去除粘合剂的工艺包括采用清洗液去除粘合剂或者采用加热处理去除粘合剂。

在本实施例中，在采用清洗液去除粘合剂403之后，溶剂溶解去除粘合剂403，以消除粘合剂403对后续工艺影响。

在其他实施例中，采用加热处理去除粘合剂403，加热以使得粘合剂403分解，进而来去除粘合剂403。

进行减薄处理后，在去除粘合剂403之前，还包括在键合晶圆内进行多层布线工艺，多层布线工艺的工艺温度低于粘合剂403的熔点，这样可以避免粘合剂403的挥发，保证最终形成的晶圆的质量。

虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。