CN105448748A - 一种半导体器件及其制备方法、电子装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种半导体器件及其制备方法、电子装置，所述方法包括：步骤S1：提供底部晶圆，在所述底部晶圆上形成有键合标记；步骤S2：在所述底部晶圆的表面上形成钝化层，以覆盖所述键合标记。本发明为了解决现有技术中存在的问题提供了一种新的半导体(MEMS)器件的制备方法，所述方法通过改善键合标记(Bonding？Mark)的设计，避免在后续工艺中使键合标记受到化学损坏(Chemical？Damage)导致键合(Bonding)机台无法识别的现象。本发明的优点在于：(1)促使键合标记(Bonding？Mark)与设计时的形貌一致。(2)键合(Bonding)机台能更好的捕捉和识别键合标记(Bonding？Mark)。(3)使生产线更顺畅，减少了晶圆(Wafer)报废率，提高了产能。
Description
技术领域
本发明涉及半导体领域，具体地，本发明涉及一种半导体器件及其制备方法、电子装置。
背景技术
随着半导体技术的不断发展，在各种传感器(motionsensor)类产品的市场上，智能手机、集成CMOS和微机电系统(MEMS)器件日益成为最主流、最先进的技术，并且随着技术的更新，这类产品的发展方向是更小的尺寸，高质量的电学性能和更低的损耗。
现有技术MEMS的制备过程以及封装过程如图1a-1c所示，首先提供MEMS晶圆101(底部晶圆)，在所述MEMS晶圆101上形成有各种传感器器件，在所述MEMS晶圆101上还形成有Al焊盘，用于在形成所述MEMS器件后进行封装，最后将所述MEMS晶圆101和覆盖层晶圆102(顶部晶圆)键合(Bonding)以形成MEMS器件。
在3DMEMS工艺中，经常使用上述键合(Bonding)工艺，所述键合(Bonding)工艺对于上下两片晶圆的对准(Alignment)具有较高的要求，因此在键合过程中通常设计有键合标记(BondingMark)，用于底部晶圆和顶部晶圆的对准(Wafer-2-Wafer的Alignmnet)。
目前在形成所述键合标记之后晶圆键合之前还具有清洗或其他工艺的步骤，在所述清洗步骤中所述键合标记(BondingMark)容易受到损害(Damage)，造成键合(Bonding)时机台无法识别键合标记(BondingMark)的现象，从而给键合带来困难。
因此，键合标记(BondingMark)在键合过程中容易受到损坏，引起机台无法识别的现象，造成键合效率低下，器件性能受到影响甚至失效，所以需要对所述方法作进一步的改进，以便消除上述问题。
发明内容
在发明内容部分中引入了一系列简化形式的概念，这将在具体实施方式部分中进一步详细说明。本发明的发明内容部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。
本发明为了克服目前存在问题，提供了一种一种半导体器件的制备方法，包括：
步骤S1：提供底部晶圆，在所述底部晶圆上形成有键合标记；
步骤S2：在所述底部晶圆的表面上形成钝化层，以覆盖所述键合标记。
可选地，在所述步骤S1中在所述底部晶圆上形成有顶部金属层，所述键合标记位于所述顶部金属层中。
可选地，在所述步骤S2之后所述方法还进一步包括：
步骤S3：在所述钝化层上形成金属焊盘材料层；
步骤S4：图案化所述金属焊盘材料层，以形成相互间隔的用于键合的焊盘；
步骤S5：执行预清洗步骤；
步骤S6：提供顶部晶圆，以和所述底部晶圆键合为一体。
可选地，在所述步骤S4中所述金属焊盘材料层选用Al。
可选地，所述步骤S4包括：
步骤S41：在所述金属焊盘材料层上形成图案化的掩膜层；
步骤S42：以所述掩膜层为掩膜蚀刻所述金属焊盘层，以形成所述焊盘；
步骤S43：去除所述掩膜层。
可选地，所述步骤S1中形成所述键合标记的方法包括：
步骤S11：提供底部晶圆，在所述底部晶圆上形成具有开口的顶部金属层；
步骤S12：在所述开口中形成金属材料层，以填充所述开口；
步骤S13：平坦化所述金属材料层至所述顶部金属层，以在所述开口中形成所述键合标记。
可选地，在所述步骤S12中选用电化学镀铜的方法填充所述开口。
可选地，所述步骤S11包括：
步骤S111：提供底部晶圆；
步骤S112：在所述底部晶圆上形成顶部金属层；
步骤S113：在所述顶部金属层上形成具有开口的掩膜层；
步骤S114：以所述掩膜层为掩膜蚀刻所述顶部金属层，以形成所述开口；
步骤S115：去除所述掩膜层。
本发明还提供了一种基于上述的方法制备得到的半导体器件。
本发明还提供了一种电子装置，包括上述的半导体器件。
本发明为了解决现有技术中存在的问题提供了一种新的半导体(MEMS)器件的制备方法，所述方法通过改善键合标记(BondingMark)的设计，避免在后续工艺中使键合标记受到化学损坏(ChemicalDamage)导致键合(Bonding)机台无法识别的现象。
本发明的优点在于：
(1)促使键合标记(BondingMark)与设计时的形貌一致。
(2)键合(Bonding)机台能更好的捕捉和识别键合标记(BondingMark)。
(3)使生产线更顺畅，减少了晶圆(Wafer)报废率，提高了产能。
附图说明
本发明的下列附图在此作为本发明的一部分用于理解本发明。附图中示出了本发明的实施例及其描述，用来解释本发明的装置及原理。在附图中，
图1a-1c为现有技术中所述MEMS器件的制备过程示意图；
图2a-2e为现有技术中所述键合标记的制备过程示意图；
图3a-3h为本发明一实施例中所述键合标记的制备过程示意图；
图4为本发明一具体实施方式中所述键合标记的制备工艺流程图。
具体实施方式
在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。
应当理解的是，本发明能够以不同形式实施，而不应当解释为局限于这里提出的实施例。相反地，提供这些实施例将使公开彻底和完全，并且将本发明的范围完全地传递给本领域技术人员。在附图中，为了清楚，层和区的尺寸以及相对尺寸可能被夸大。自始至终相同附图标记表示相同的元件。
应当明白，当元件或层被称为“在...上”、“与...相邻”、“连接到”或“耦合到”其它元件或层时，其可以直接地在其它元件或层上、与之相邻、连接或耦合到其它元件或层，或者可以存在居间的元件或层。相反，当元件被称为“直接在...上”、“与...直接相邻”、“直接连接到”或“直接耦合到”其它元件或层时，则不存在居间的元件或层。应当明白，尽管可使用术语第一、第二、第三等描述各种元件、部件、区、层和/或部分，这些元件、部件、区、层和/或部分不应当被这些术语限制。这些术语仅仅用来区分一个元件、部件、区、层或部分与另一个元件、部件、区、层或部分。因此，在不脱离本发明教导之下，下面讨论的第一元件、部件、区、层或部分可表示为第二元件、部件、区、层或部分。
空间关系术语例如“在...下”、“在...下面”、“下面的”、“在...之下”、“在...之上”、“上面的”等，在这里可为了方便描述而被使用从而描述图中所示的一个元件或特征与其它元件或特征的关系。应当明白，除了图中所示的取向以外，空间关系术语意图还包括使用和操作中的器件的不同取向。例如，如果附图中的器件翻转，然后，描述为“在其它元件下面”或“在其之下”或“在其下”元件或特征将取向为在其它元件或特征“上”。因此，示例性术语“在...下面”和“在...下”可包括上和下两个取向。器件可以另外地取向(旋转90度或其它取向)并且在此使用的空间描述语相应地被解释。
在此使用的术语的目的仅在于描述具体实施例并且不作为本发明的限制。在此使用时，单数形式的“一”、“一个”和“所述/该”也意图包括复数形式，除非上下文清楚指出另外的方式。还应明白术语“组成”和/或“包括”，当在该说明书中使用时，确定所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但不排除一个或更多其它的特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或组的存在或添加。在此使用时，术语“和/或”包括相关所列项目的任何及所有组合。
实施例1
在3DMEMS工艺中所述键合标记(BondingMark)的制备方法如图2a-2e所示，首先，提供底部晶圆201，并在所述底部晶圆201上形成钝化层202，如图2a所示；然后在所述钝化层202上形成金属焊盘，如图2b所示；接着图案化所述金属焊盘形成多个相互间隔的部分，其中部分用于后续的键合，其中位于一端的一部分作为键合标记(BondingMark)20，如图2c所示，其中使用金属焊盘(例如Al焊盘层，AlPADLayer)作为键合标记(BondingMark)20的目的是在晶圆(Wafer)表面形成图形，让机台很容易找寻并识别键合标记(BondingMark)20，进行键合(Bonding)工艺。
但是在键合之前需要执行预清洗步骤，在预清洗步骤中所述键合标记(BondingMark)20受到化学试剂的影响，表面形貌受到损害，如图2d右侧图形所示，由于所述键合标记(BondingMark)20受到损害，在和顶部晶圆203键合(Bonding)时，机台无法识别键合标记(BondingMark)，如图2e所示，从而给键合带来困难。
本发明为了解决现有技术中存在的问题，提供了一种MEMS器件的制备方法，下面结合附图3a-3h对所述方法做进一步的说明。
首先，执行步骤301，提供底部晶圆301，在所述底部晶圆301上形成具有开口30的顶部金属层302。
具体地，如图3a所示，在该步骤中所述底部晶圆301中可以形成有CMOS器件以及各种MEMS元件，其中所述MEMS元件是指所述MMES传感器中必要的各种元器件，以运动传感器为例，首先提供MEMS衬底，所述MEMS衬底下方还可以进一步形成CMOS器件，所述CMOS器件通过金属互联结构和所述MEMS衬底相连接，当然并不局限于该示例，在此不再赘述。
然后在所述底部晶圆301上形成顶部金属层302，所述顶部金属层可以选用本领常用的金属材料，例如金属铜、铝或者钨等，并不局限于某一种，所述顶部金属层302的形成方法可以选用本领域常用的方法。
然后图案化所述顶部金属层302，以在所述顶部金属层302中形成开口30，具体地，可以包括以下步骤：在所述顶部金属层302上形成具有开口图案的掩膜层，所述开口图案和在所述顶部金属层中要形成的开口形状一样。
然后以所述掩膜层为掩膜蚀刻所述顶部金属层302，以形成所述开口30，在该步骤中可以选用干法蚀刻或者湿法蚀刻；可选地，选用和所述底部晶圆表面材料具有较大蚀刻选择比的蚀刻方法，以避免对所述底部晶圆301造成影响。
最后，去除所述掩膜层；可选地，所述掩膜层为光刻胶层，在该步骤中可以通过灰化法去除所述掩膜层。
执行步骤302，在所述开口中形成金属材料层303，以填充所述开口30。
具体地，如图3b所示，在该步骤中所述金属材料层303可以选用金属铜，但是并不局限于该材料。
可选地，可以通过物理气相沉积(PVD)法或者电化学镀铜(ECP)的方法填充所述开口30并覆盖所述顶部金属层302。
进一步，在本发明中选用电化学镀铜(ECP)的方法填充所述开口，在本发明中为了更好地填充所述开口以形成所述键合标记，在电镀时需要使用添加剂，所述添加剂为平坦剂(LEVELER)，加速剂(ACCELERATORE)和抑制剂(SUPPRESSOR)。
执行步骤303，平坦化所述金属材料层303至所述顶部金属层302，以在所述开口30中形成所述键合标记31。
具体地，如图3c所示，在该步骤中可以使用半导体制造领域中常规的平坦化方法来实现表面的平坦化。该平坦化方法的非限制性实例包括机械平坦化方法和化学机械抛光平坦化方法。在该步骤中以所述顶部金属层302为平坦化终点，去除所述开口以外的金属材料层，以在所述开口30中形成所述键合标记31。
执行步骤304，在所述键合标记31上形成钝化层304，以覆盖所述键合标记31。
具体地，如图3d所示，在该步骤中在所述顶部金属层302和所述键合标记31上形成钝化层304，以覆盖所述顶部金属层302和所述键合标记31。
在该步骤中在形成所述键合标记31以后在所述键合标记31上形成钝化层304，所述钝化层304作为所述键合标记31的保护层，以将所述键合标记31密封在所述顶部金属层和所述钝化层之间，以防止在后续的工艺步骤中暴露所述键合标记31，对所述键合标记31造成损坏。
进一步，所述钝化层304可以为二氧化硅或者氮化硅层等，只要所述钝化膜结构致密、稳定、不易受到破坏、能够在后续的预清洗步骤中对所述键合标记31起到保护作用即可，并不局限于上述示例。
执行步骤305，在所述钝化层304上形成金属焊盘层305，以覆盖所述钝化层304。
具体地，如图3e所示，在该步骤中在所述钝化层304上形成金属焊盘层305，其中，所述金属焊盘层305可以选用本领用常用的各种金属焊盘，可选地，所述金属焊盘层305选用Al焊盘，所述Al焊盘具有更大的粘合力，以保证在后续的键合中具有更好的效果。
执行步骤306，图案化所述金属焊盘层305，以形成相互间隔的部分3051，用于键合。
具体地，如图3f所示，在该步骤中图案化所述金属焊盘层305的方法可以包括：在所述金属焊盘层305上形成图案化的掩膜层，所述掩膜层上形成有开口图案；以所述掩膜层为掩膜蚀刻所述金属焊盘层305，以形成相互间隔的部分3051，在后续的步骤中用于和顶部晶圆键合，最后去除所述掩膜层。需要说明的是所述方法仅仅为示例性的，图案化所述金属焊盘层305的方法并不局限于该示例。
执行步骤307，执行预清洗步骤。
具体地，在该步骤中对所述底部晶圆301进行预清洗，以提高所述底部晶圆301的接合性能。
具体地，在该步骤中以稀释的氢氟酸DHF(其中包含HF、H2O2以及H2O)对所述底部晶圆301的表面进行预清洗，以使所述底部晶圆301具有良好的性能(leadgoodmechanism)。
其中，所述DHF的浓度并没严格限制，在本发明中优选HF:H2O2:H2O＝0.1-1.5:1:5。
另外，在执行完清洗步骤之后，所述方法还进一步包括将所述底部晶圆301进行干燥的处理。
作为优选，选用异丙醇(IPA)对所述底部晶圆301进行干燥。
在该步骤中由于所述键合标记31被所述钝化层304所覆盖，因此其表面不会被破坏，如图3g中的右侧图形所示，在键合过程中能够准确的被键合机台识别，能够保证所述顶部晶圆和所述底部晶圆对准，不会产生对准偏差，以提高键合效率和器件的性能。
执行步骤307，提供顶部晶圆306，以和所述底部晶圆键合为一体。
在该步骤中顶部晶圆306，其中所述顶部晶圆中具有和所述底部晶圆中所述金属焊盘相对应的键合结构，例如为凸起的柱形键合结构。
在该步骤中所述顶部晶圆306与所述底部晶圆接合，以在两者之间形成封闭的空间，如图3h所示。
所述键合方法可以选用共晶结合或者热键合的方法键合，以形成一体的结构。
进一步，所述方法还可以进一步包含对所述顶部晶圆进行切割步骤。
至此，完成了本发明实施例的半导体器件的制造方法的相关步骤的介绍。在步骤307之后，还可以包括其他相关步骤，此处不再赘述。并且，除了上述步骤之外，本实施例的制造方法还可以在上述各个步骤之中或不同的步骤之间包括其他步骤，这些步骤均可以通过现有技术中的各种工艺来实现，此处不再赘述。
本发明为了解决现有技术中存在的问题提供了一种新的半导体(MEMS)器件的制备方法，所述方法通过改善键合标记(BondingMark)的设计，避免在后续工艺中使键合标记受到化学损坏(ChemicalDamage)导致键合(Bonding)机台无法识别的现象。
本发明的优点在于：
(1)促使键合标记(BondingMark)与设计时的形貌一致。
(2)键合(Bonding)机台能更好的捕捉和识别键合标记(BondingMark)。
(3)使生产线更顺畅，减少了晶圆(Wafer)报废率，提高了产能。
图4为本发明一具体实施方式中所述键合标记的制备工艺流程图，具体包括以下步骤：
步骤S1：提供底部晶圆，在所述底部晶圆上形成有键合标记；
步骤S2：在所述底部晶圆的表面上形成钝化层，以覆盖所述键合标记。
实施例2
本发明还提供了一种半导体器件，所述半导体器件(MEMS器件)选用实施例1所述的方法制备。通过本发明实施例1所述方法制备得到的半导体器件中所述键合标记表面形貌没有受到损害，在键合过程中能够准确的被键合机台识别，使生产线更顺畅，减少了晶圆(Wafer)报废率，提高了产能制备得到的半导体器件具有良好的性能和稳定性。
实施例3
本发明还提供了一种电子装置，包括实施例2所述的半导体器件。其中，半导体器件为实施例2所述的半导体器件，或根据实施例1所述的制备方法得到的半导体器件。
本实施例的电子装置，可以是手机、平板电脑、笔记本电脑、上网本、游戏机、电视机、VCD、DVD、导航仪、照相机、摄像机、录音笔、MP3、MP4、PSP等任何电子产品或设备，也可为任何包括所述半导体器件的中间产品。本发明实施例的电子装置，由于使用了上述的半导体器件，因而具有更好的性能。
本发明已经通过上述实施例进行了说明，但应当理解的是，上述实施例只是用于举例和说明的目的，而非意在将本发明限制于所描述的实施例范围内。此外本领域技术人员可以理解的是，本发明并不局限于上述实施例，根据本发明的教导还可以做出更多种的变型和修改，这些变型和修改均落在本发明所要求保护的范围以内。本发明的保护范围由附属的权利要求书及其等效范围所界定。
Claims (10)
1.一种半导体器件的制备方法，包括：
步骤S1：提供底部晶圆，在所述底部晶圆上形成有键合标记；
步骤S2：在所述底部晶圆的表面上形成钝化层，以覆盖所述键合标记。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述步骤S1中在所述底部晶圆上形成有顶部金属层，所述键合标记位于所述顶部金属层中。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述步骤S2之后所述方法还进一步包括：
步骤S3：在所述钝化层上形成金属焊盘材料层；
步骤S4：图案化所述金属焊盘材料层，以形成相互间隔的用于键合的焊盘；
步骤S5：执行预清洗步骤；
步骤S6：提供顶部晶圆，以和所述底部晶圆键合为一体。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，在所述步骤S4中所述金属焊盘材料层选用Al。
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述步骤S4包括：
步骤S41：在所述金属焊盘材料层上形成图案化的掩膜层；
步骤S42：以所述掩膜层为掩膜蚀刻所述金属焊盘层，以形成所述焊盘；
步骤S43：去除所述掩膜层。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S1中形成所述键合标记的方法包括：
步骤S11：提供底部晶圆，在所述底部晶圆上形成具有开口的顶部金属层；
步骤S12：在所述开口中形成金属材料层，以填充所述开口；
步骤S13：平坦化所述金属材料层至所述顶部金属层，以在所述开口中形成所述键合标记。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，在所述步骤S12中选用电化学镀铜的方法填充所述开口。
8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述步骤S11包括：
步骤S111：提供底部晶圆；
步骤S112：在所述底部晶圆上形成顶部金属层；
步骤S113：在所述顶部金属层上形成具有开口的掩膜层；
步骤S114：以所述掩膜层为掩膜蚀刻所述顶部金属层，以形成所述开口；
步骤S115：去除所述掩膜层。
9.一种基于权利要求1至8之一所述的方法制备得到的半导体器件。
10.一种电子装置，包括权利要求9所述的半导体器件。
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