CN104249992A - 晶片与晶片之间的对准方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种晶片与晶片之间的对准方法，步骤包括：1）在第一层晶片上形成薄氧化层；2）在第一层晶片边缘形成对准标记；3）在第一层晶片上进行正常工艺步骤，形成所需集成电路图形；4）在第一层晶片上形成蚀刻中止层；5）在第一层晶片上键合第二层晶片，并使第一层晶片上的对准标记有效露出；6）涂布正光刻胶，去除超出第二层晶片范围的光刻胶，将第二层晶片对准第一层晶片上露出的对准标记。本发明通过将对准标记排布在第一层晶片边缘，然后在两层晶片键合后，通过减小、减薄第二层晶片，将第一层晶片上的对准标记露出来，实现了两层晶片之间的有效对准，不仅简化了晶圆键合后的对准步骤，提高了对准的精度，而且降低了成本。

Description

晶片与晶片之间的对准方法

技术领域

本发明涉及集成电路制造领域，特别是涉及一种晶片与晶片之间的对准方法。

背景技术

微机电系统（MEMS）是在微电子技术基础上发展起来的多学科交叉前沿研究领域。就半导体产业来说，MEMS与生产工艺技术的整合将为系统单芯片带来极大的跃进。未来的单芯片中可望整合音讯、光线、化学分析及压力、温度感测等子系统，发展出人体眼睛、鼻子、耳朵、皮肤等感官功能的芯片；如果再加入对电磁、电力的感应与控制能力，那就超越人体的能力了。

目前，常用的制作MEMS器件的技术主要有三种：

第一种是以日本为代表的利用传统机械加工手段，即利用大机器制造小机器，再利用小机器制造微机器的方法。

第二种是以美国为代表的利用化学腐蚀或集成电路工艺技术对硅材料进行加工，形成硅基MEMS器件。

第三种是以德国为代表的LIGA(即光刻、电铸和塑铸)技术，它是利用X射线光刻技术，通过电铸成型和塑铸形成深层微结构的方法。

以美国为代表的MEMS制造工艺主要是利用体硅工艺和表面牺牲层工艺，其典型的工艺流程是成膜-光刻-刻蚀-去除下层材料，释放机械结构等对此循环来实现，然后再采用特殊的检测和划片工艺释放保护出来的机械结构，随后在封装时暴露部分需要的零件，最后机电系统全部测试。体硅工艺和表面牺牲层工艺方法与传统IC工艺兼容，可以实现微机械和微电子的系统集成，而且适合于批量生产，已经成为目前MEMS的主流技术。

硅基MEMS技术中，最关键的加工工艺主要包括深宽比大的各向异性腐蚀技术、键合技术和表面牺牲层技术等。

各向异性腐蚀技术是体硅微机械加工的关键技术。湿法化学腐蚀是最早用于微机械结构制造的加工方法。常用的进行硅各向异性腐蚀的腐蚀液主要有EPW和KOH等，EPW和KOH对浓硼掺杂硅的腐蚀速率很慢，因此可以利用各向异性腐蚀和浓度选择腐蚀的特点将硅片加工成所需要的微机械结构。利用化学腐蚀得到的微机械结构的厚度可以达到整个硅片的厚度，具有较高的机械灵敏度，但该方法与集成电路工艺不兼容，难以与集成电路进行集成，且存在难以准确控制横向尺寸精度及器件尺寸较大等缺点。为了克服湿法化学腐蚀的缺点，采用干法等离子体刻蚀技术已经成为微机械加工技术的主流。随着集成电路工艺的发展，干法刻蚀深宽比大的硅槽已不再是难题。例如采用感应耦合等离子体、高密度等离子体刻蚀设备等都可以得到比较理想的深宽比大的硅槽。

表面牺牲层技术是表面微机械技术的主要工艺，其基本思路为：首先在衬底上淀积牺牲层材料，并利用光刻、刻蚀形成一定的图形，然后淀积作为机械结构的材料并光刻出所需要的图形，最后再将支撑结构层的牺牲层材料腐蚀掉，这样就形成了悬浮的可动的微机械结构部件。常用的结构材料有多晶硅、单晶硅、氮化硅、氧化硅和金属等，常用的牺牲层材料主要有氧化硅、多晶硅、光刻胶等。

键合技术是指不利用任何粘合剂，只是通过化学键和物理作用将硅片与硅片、硅片与玻璃或其他材料紧密地结合起来的方法。键合技术的产生基于这样一个物理事实：在室温条件下，两块表面干净平整的晶片可以通过表面原子势场吸附在一起。如果将两个抛光的硅片经过化学清洗后粘贴在一起，再经过退火处理，那么在界面会发生物理化学反应，形成共价键的连接。键合技术虽然不是微机械结构加工的直接手段，却在微机械加工中有着重要的地位，它往往与其他手段结合使用，既可以对微结构进行支撑和保护，又可以实现机械结构之间或机械结构与集成电路之间的电学连接。在MEMS工艺中，最常用的是硅/硅直接键合和硅/玻璃静电键合技术，最近又发展了多种新的键合技术，如硅化物键合、有机物键合等。

硅片键合之后，要在之后的晶片上形成图形，其精度依赖光刻机完成，目前的主流做法是利用背面光刻机或者是双面光刻机，对准前面的晶片以实现对准精度，其缺点是需要重新购买机台，而且精度往往也没有目前集成电路所用的光刻机精度高。而且购买一台光刻机动辄就需要上千万元人民币，所以如果能利用现有的光刻机就可以有效节省成本。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种晶片与晶片之间的对准方法，它简单有效，成本低。

为解决上述技术问题，本发明的晶片与晶片之间的对准方法，步骤包括：

1）在第一层晶片上形成一层薄的氧化层；

2）在第一层晶片边缘形成对准标记；

3）在第一层晶片上进行正常的工艺步骤，形成所需的集成电路图形；

4）在第一层晶片上形成一层厚的氧化层作为蚀刻中止层；

5）在第一层晶片上键合第二层晶片，并使第一层晶片上的对准标记有效露出；

6）涂布正光刻胶，去除超出第二层晶片范围的光刻胶，然后将第二层晶片对准第一层晶片上露出的对准标记。

其中，第一层晶片为尺寸正常的晶片，例如可以是直径150、200、300毫米的晶片。

上述步骤1）中，所述薄的氧化层的厚度可以为10～1000埃米。

上述步骤4）中，所述蚀刻中止层的厚度可以为100～50000埃米。

上述步骤5）中，为使第一层晶片上的对准标记有效露出，可以在键合后，对第二层晶片进行减薄、减小处理，使第二层晶片的厚度和直径小于第一层晶片，且第一层晶片和第二层晶片没有交叠的圆环。第二层晶片的厚度可以减薄至1～300微米。

本发明通过改变对准标记的排布位置，将对准标记排布在第一层晶片的边缘，然后在两层晶片键合之后，通过减小、减薄第二层晶片，将第一层晶片上的对准标记露出来，如此实现了两层晶片之间的有效对准。这一方法不仅对准步骤简单，而且由于能够使用现有的半导体制程中的技术和设备（例如光刻机），不需要额外购买特定的机台，因此还能够大幅降低半导体制程的成本和提高对准的精度。

附图说明

图1是硅片1示意图。

图2是硅片2示意图。

图3是硅片1和硅片2键合之后的俯视图。

图4是硅片1和硅片2键合之后的侧视图。

具体实施方式

为对本发明的技术内容、特点与功效有更具体的了解，现结合图示的实施方式，详述如下：

本实施例的晶片与晶片之间的对准方法，其主要工艺流程如下：

步骤1，在硅片1（见图1，直径200毫米，厚度725微米）上用物理气相沉积方法形成一层厚度为125埃米的薄氧化层。

步骤2，在硅片1上形成4组光栅周期为12微米、长度为70微米的对准标记。这些对准标记排布在硅片1的边缘（可参见图3）。

步骤3，在硅片1上进行正常的工艺步骤（包括涂胶、光刻、显影、蚀刻等，所用的机台为TEL、Nikon等），形成所需要的集成电路图形。

步骤4，在硅片1上用物理气相沉积方法形成一层厚度为5000埃米的氧化层作为蚀刻中止层。

步骤5，在硅片1上键合硅片2，并使硅片1上的对准标记有效露出（即硅片1和硅片2没有交叠的圆环），参见图3所示。

具体实现方法为：首先，将两硅片置于氧气或氮气环境中，用800摄氏度的高温处理7～8小时，使两个硅片硅硅键合；然后，将硅片2减薄至30微米厚度；最后，将硅片2周围一圈切除，使硅片2的直径由200毫米减小至190毫米。

步骤6，涂布一层5微米厚度的正光刻胶，然后去除硅片1周边一圈5毫米的光刻胶，将硅片2对准硅片1上露出的对准标记；曝光硅片2并显影；最后刻蚀形成后续所需的集成电路图形。

Claims (10)

1.晶片与晶片之间的对准方法，其特征在于，步骤包括：

1）在第一层晶片上形成一层薄的氧化层；

2）在第一层晶片边缘形成对准标记；

3）在第一层晶片上进行正常的工艺步骤，形成所需的集成电路图形；

4）在第一层晶片上形成蚀刻中止层；

5）在第一层晶片上键合第二层晶片，并使第一层晶片上的对准标记有效露出；

6）涂布正光刻胶，去除超出第二层晶片范围的光刻胶，然后将第二层晶片对准第一层晶片上露出的对准标记。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤1），用物理气相沉积方法形成氧化层。

3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，步骤1），所述氧化层的厚度为10～1000埃米。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤4），所述蚀刻中止层包括二氧化硅或氮氧化硅。

5.如权利要求1或4所述的方法，其特征在于，步骤4），所述蚀刻中止层的厚度为100～50000埃米。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤5），采用硅硅键合方法。

7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，步骤5），将两晶片置于氧气或氮气环境中，用800摄氏度的高温处理7～8小时，实现硅硅键合。

8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤5），键合后，对第二层晶片进行减薄、减小处理，使第二层晶片的厚度和直径小于第一层晶片，第一层晶片和第二层晶片没有交叠的圆环。

9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，步骤5），减薄后的第二层晶片的厚度为1～300微米。

10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，步骤5），减薄后的第二层晶片的厚度为30微米。