CN105271108A - 一种晶圆的键合方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种半导体制造技术领域，尤其涉及一种晶圆的键合方法，具体步骤是：提供第一晶圆、第二晶圆，第一晶圆和第二晶圆均包括硅基底和设置于硅基底之上的金属层；于第一晶圆和第二晶圆之上制备贴合层后，将第一晶圆键合至第二晶圆之上，以形成键合晶圆；对第一晶圆进行减薄工艺；切割键合晶圆边缘区域，导致边缘区域的金属层被暴露出来；于金属层暴露的表面上沉积一保护层。通过切割两片晶圆的边缘区域的贴合层，以形成平坦化的侧壁，同时也有利于晶圆内部的应力进行释放，避免在封装过程中，因晶圆内部的应力释放而造成晶圆边缘翘曲。使得键合后的晶圆表面处于完全平整的状态，提高键合的有效性，消除键合晶圆边缘及侧壁的裂缝，提高产品的成品率。
Description
技术领域
本发明涉及一种半导体制造技术领域，尤其涉及一种晶圆的键合方法。
背景技术
晶圆键合技术是指通过化学和物理作用将两片晶圆紧密结合起来的方法，晶圆键合往往与表面硅加工和体硅加工相结合，用在微机电系统的加工工艺中。晶圆键合虽然不是微机械加工的直接手段，却在微机械加工中有着重要的地位，通过与其他加工手段结合，既可对微结构提供支撑和保护，又可以实现机械结构之间或机械结构与电路之间的电学连接。晶圆键合质量的好坏会对微机械系统的性能产生直接影响，其中键合前后晶圆的翘曲度是影响键合质量的主要因素之一。两个接触晶圆表面必须小于一定的翘曲度才能在室温下发生键合，且键合后晶圆的翘曲度不能过大。晶圆的翘曲度越小，表面越平整，克服弹性变形所做的功就越小，晶圆也就越容易键合。
对于两片晶圆进行键合，由于在晶圆背面形成一定的施压，使晶圆的内部存在较大的应力。随着机械研削厚度的增大，晶圆自身抗拒应力的能力就变弱，主要体现在晶圆外部，即晶圆翘曲。因晶圆键合的边缘出现翘起，使得在后续加工过程中，对上层晶圆打薄过程时，晶圆的键合处或者侧壁易出现裂缝等缺陷，大大降低产品的成品率。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供晶圆的键合方法，可以提高晶圆键合的有效性，消除键合晶圆边缘及侧壁的裂缝，提高产品的成品率。
上述技术目的通过以下技术方案解决：
一种晶圆的键合方法，其中，包括以下步骤：
步骤S10、提供第一晶圆、第二晶圆，所述第一晶圆和所述第二晶圆均包括硅基底和设置于所述硅基底之上的金属层；
步骤S20、于所述第一晶圆和所述第二晶圆之上制备贴合层后，将所述第一晶圆键合至所述第二晶圆之上，以形成键合晶圆；
步骤S30、对所述第一晶圆进行减薄工艺；
步骤S40、切割所述键合晶圆边缘区域，导致边缘区域的金属层被暴露出来；
步骤S50、于所述金属层暴露的表面上沉积一保护层。
上述的晶圆的键合方法，其中，采用沉积工艺制备所述贴合层，所述贴合层由二氧化硅沉积形成。
上述的晶圆的键合方法，其中，于所述步骤S30中，于所述步骤S30中，采用机械研磨方式减薄所述第一晶圆。
上述的晶圆的键合方法，其中，于所述步骤S30中，采用化学刻蚀方式减薄所述第一晶圆。
上述的晶圆的键合方法，其中，于所述步骤S30中，减薄所述第一晶圆，并于所述贴合层形成一内缩式切口倒角。
上述的晶圆的键合方法，其中，于所述步骤S40中，于所述步骤S40中，所述边缘区域的水平距离大于或等于所述内缩式切换倒角的水平距离。
上述的晶圆的键合方法，其中，所述保护层包括第一保护层和第二保护层，于所述步骤S50中，具体包括；
步骤S51、沉积所述第一保护层，所述第一保护层完全覆盖所述金属层暴露的表面；
步骤S52、沉积所述第二保护层，以使所述第二保护层完全覆盖所述第一保护层。
上述的晶圆的键合方法，其中，所述保护层包括第一保护层、以及位于所述第一保护层表面的第二保护层，所述第一保护层由氮化硅形成。
上述的晶圆的键合方法，其中，所述保护层包括第一保护层、以及位于所述第一保护层表面的第二保护层，所述第二保护层由二氧化硅形成。
上述的晶圆的键合方法，其中，所述金属层的材质为铜。
与现有技术相比，本发明的优点是：
本申请中，通过切割两片所述晶圆的边缘区域，即相当于对键合的晶圆做二次修剪，以形成平坦化的侧壁，同时也有利于晶圆内部的应力进行释放，避免在封装过程中，因晶圆内部的应力释放而造成晶圆边缘翘曲。使得键合后的晶圆表面处于完全平整的状态，提高键合的有效性，消除键合晶圆边缘及侧壁的裂缝，提高产品的成品率。同时设置有保护层，有效保护金属层的导电性，另外还可进一步保证键合的有效性，因本申请是对两片晶圆进行键合，即键合后，两片晶圆的连接处仍然有一道连接缝隙，通过保护层将连接缝隙覆盖，可以有效避免连接缝隙出现开裂，进而影响键合效果。
附图说明
图1为本发明的一种晶圆的键合方法流程图；
图2a～2e为本发明的晶圆的键合方法的一种实施方式。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。
如图1所示，一种晶圆的键合方法，其中，包括以下步骤：
步骤S10、提供第一晶圆、第二晶圆，上述第一晶圆和上述第二晶圆均包括硅基底和设置于上述硅基底之上的金属层，其中，上述晶圆的金属层经过平坦化处理。本申请中上述的晶圆可为两片完全相同的晶圆，也可为两片不相同规则的晶圆，另外本申请不仅可用于常规形状晶圆的键合，对不规则晶圆的键合同样适用。
步骤S20、于上述第一晶圆和上述第二晶圆之上制备贴合层后，将上述第一晶圆键合至上述第二晶圆之上，以形成键合晶圆；
步骤S30、对上述第一晶圆进行减薄工艺；
步骤S40、切割上述键合晶圆边缘区域，导致边缘区域的金属层被暴露出来；对晶圆边缘区域进行切割，以形成平坦化的侧壁，同时也有利于晶圆内部的键合应力进行释放，避免在封装过程中，因晶圆内部的应力释放而造成晶圆边缘翘曲。执行完步骤S40后，我们已经获得了较平整的晶圆键合侧壁，且有效去除了晶圆键合的裂缝(通常键合裂缝均出现的键合的边缘位置，远离边缘的区域裂缝较小，因此切割边缘区域，相当于切除了裂缝区域)，但是金属层仍然暴露于外部空间，通常具有导电性能的金属通常为活泼金属，活泼金属在常温状况下，容易出现氧化现象，遇到酸性液体后，容易发生化学反应，为了避免金属层受损影响其导电性能，我们继续执行步骤S50。
步骤S50、于上述金属层暴露的表面上沉积一保护层。通过在上述切割面上沉积保护层，可以有效保护金属层，避免保护层受污染而影响其导电性。
本申请中，通过切割两片上述晶圆的边缘区域以形成平坦化的侧壁，同时也有利于晶圆内部的应力进行释放，避免在封装过程中，因晶圆内部的应力释放而造成晶圆边缘翘曲。使得键合后的晶圆表面处于完全平整的状态，提高键合的有效性，消除键合晶圆边缘及侧壁的裂缝，提高产品的成品率。
上述的晶圆的键合方法，其中，采用沉积工艺制备上述贴合层，上述贴合层由二氧化硅沉积形成。
上述的晶圆的键合方法，其中，于上述步骤S30中，采用机械研磨方式减薄上述第一晶圆。
上述的晶圆的键合方法，其中，于上述步骤S30中，采用化学刻蚀方式减薄上述第一晶圆。
上述的晶圆的键合方法，其中，于上述步骤S30中，于上述步骤S30中，减薄上述第一晶圆，并于上述贴合层形成一内缩式切口倒角。
上述的晶圆的键合方法，其中，于上述步骤S40中，上述边缘区域的水平距离大于或等于上述内缩式切换倒角的水平距离。用以完全去除内缩式切换倒角，避免在后序制造过程中，因上述内缩式切换倒角的扩大，进而影响键合有效性。
列举一具体实施方式：该实施例仅仅是本发明的一种实施方式，并非为对本发明的具体限定。
如图2a所示，提供两片待键合的晶圆，此处为了描述方便，将两片晶圆分别为第一晶圆和第二晶圆。
如图2b所示，首先，将两片晶圆的贴合层相互键合。即第一晶圆的贴合层贴合连接第二晶圆的贴合层。
如图2c所示，对处于上端的第一晶圆表面进行减薄处理，去除预定厚度的硅沉积层,同时在打薄过程时，同时于贴合层产生一内缩式切口倒角，该内缩式切口倒角因采用的工艺不同而形成的形状不同，此处仅仅为一种生产情况。
如图2d所示，然后对键合后的晶圆侧壁进行切割处理，以切除键合裂缝区域，并形成平坦化的侧壁，同时也有利于晶圆内部的应力进行释放，避免在封装过程中，因晶圆内部的应力释放而造成晶圆边缘翘曲。
如图2e所示，为了更好地保护键合晶圆的金属层，在切割后的晶圆侧壁表面沉积保护层。保护层包括第一保护层和第二保护层。第一保护层由氮化硅形成；第二保护层由二氧化硅形成。
上述的晶圆的键合方法，其中，上述保护层包括第一保护层和第二保护层，于上述步骤S50中，具体包括；
步骤S51、沉积上述第一保护层，上述第一保护层完全覆盖上述金属层暴露的表面；
步骤S52、沉积上述第二保护层，以使上述第二保护层完全覆盖上述第一保护层。
保护层除了有效保护金属层的导电性之外，还可以保证键合的有效性，因本申请是对两片晶圆进行键合，即键合后，两片晶圆的连接处仍然有一道连接缝隙，通过保护层将连接缝隙覆盖，可以有效避免连接缝隙出现开裂，进而影响键合效果。
上述的晶圆的键合方法，其中，上述第一保护层由氮化硅形成；上述第二保护层由二氧化硅形成。
上述的晶圆的键合方法，其中，上述金属层的材质为铜。采用金属铜形成金属层，金属导电性较好。
上述仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本发明说明书及图示内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。
Claims (10)
1.一种晶圆的键合方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S10、提供第一晶圆、第二晶圆，所述第一晶圆和所述第二晶圆均包括硅基底和设置于所述硅基底之上的金属层；
步骤S20、于所述第一晶圆和所述第二晶圆之上制备贴合层后，将所述第一晶圆键合至所述第二晶圆之上，以形成键合晶圆；
步骤S30、对所述第一晶圆进行减薄工艺；
步骤S40、切割所述键合晶圆边缘区域，导致边缘区域的金属层被暴露出来；
步骤S50、于所述金属层暴露的表面上沉积一保护层。
2.根据权利要求1所述的晶圆的键合方法，其特征在于，采用沉积工艺制备所述贴合层，所述贴合层由二氧化硅沉积形成。
3.根据权利要求1所述的晶圆的键合方法，其特征在于，于所述步骤S30中，采用机械研磨方式减薄所述第一晶圆。
4.根据权利要求1所述的晶圆的键合方法，其特征在于，于所述步骤S30中，采用化学刻蚀方式减薄所述第一晶圆。
5.根据权利要求1所述的晶圆的键合方法，其特征在于，于所述步骤S30中，减薄所述第一晶圆，并于所述贴合层形成一内缩式切口倒角。
6.根据权利要求5所述的晶圆的键合方法，其特征在于，于所述步骤S40中，所述边缘区域的水平距离大于或等于所述内缩式切换倒角的水平距离。
7.根据权利要求1所述的晶圆的键合方法，其特征在于，所述保护层包括第一保护层和第二保护层，于所述步骤S50中，具体包括；
步骤S51、沉积所述第一保护层，所述第一保护层完全覆盖所述金属层暴露的表面；
步骤S52、沉积所述第二保护层，以使所述第二保护层完全覆盖所述第一保护层。
8.根据权利要求1所述的晶圆的键合方法，其特征在于，所述保护层包括第一保护层、以及位于所述第一保护层表面的第二保护层，所述第一保护层由氮化硅形成。
9.根据权利要求1所述的晶圆的键合方法，其特征在于，所述保护层包括第一保护层、以及位于所述第一保护层表面的第二保护层，所述第二保护层由二氧化硅形成。
10.根据权利要求1所述的晶圆的键合方法，其特征在于，所述金属层的材质为铜。
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