CN105990163A - 晶圆的键合方法和化学机械平坦化方法 - Google Patents

Abstract

一种晶圆的键合方法和化学机械研磨方法。其中，所述晶圆的键合方法包括：提供器件晶圆和承载晶圆；在所述器件晶圆正面形成第一材料层；采用第一化学机械研磨方法平坦化所述第一材料层，所述第一化学机械研磨方法包括第一摇摆研磨步骤和第一固定研磨步骤，所述第一固定研磨步骤将研磨头中定位环的至少一部分悬空在研磨垫正上方以外，所述定位环悬空部分到所述研磨垫边缘的最大距离大于等于所述定位环的圆环宽度；在所述第一化学机械研磨方法后，将所述器件晶圆和承载晶圆键合在一起。所述晶圆的键合方法提高晶圆的键合性能和键合良率。

Description

晶圆的键合方法和化学机械平坦化方法

技术领域

本发明涉及半导体制造领域，尤其涉及一种晶圆的键合方法和化学机械平坦化方法。

背景技术

请参考图1，在芯片的晶圆级封装(wafer level package，WLP)过程中，制作有芯片的器件晶圆(device wafer)100通常需要与承载晶圆(carrier wafer)200键合(bonding)在一起，然后进行后续的晶圆减薄和晶圆级封装等工艺。特别是在三维芯片(3DIC)结构，承载晶圆200被更加普遍的运用在三维芯片的晶圆级封装工艺中。

然而，请参考图2，在器件晶圆200的后段制程(BEOL)中，通常需要在层间介质层210上形成铜互连线。形成铜互连线时，需要沉积例如约为的铜材料层220，然后进行去边(Edge bead remove，EBR)。去边之后，铜材料层220会导致器件晶圆正面边缘约3毫米宽的区域低于器件晶圆正面其它区域，即图2中所示，宽度W所在的边缘区域的正面由于去边工艺而没有铜材料层220，从而使器件晶圆200正面边缘出现台阶。

为了消除上述器件晶圆正面边缘的台阶，现有方法通常在器件晶圆与承载晶圆键合前进行以下工艺：沉积第一材料层，对第一材料层进行第一化学机械研磨；沉积第二材料层，对第二材料层进行第二化学机械研磨；沉积第三材料层，对第三材料层进行第三化学机械研磨。通过三次的材料层形成和对应三次的化学机械研磨工艺，降低台阶的高度，即减小器件晶圆正面边缘区域与其它区域的高度差。

然而，请参考图3，现有晶圆的键合方法无法很好地消除器件晶圆200正面边缘区域与其它区域的高度差，导致器件晶圆200与承载晶圆100键合后(通常器件晶圆200通过制作在正面的氧化层230与承载晶圆100键合)，它们的键合面边缘出现缝隙(void)12。缝隙12的存在降低器件晶圆200与承载晶圆100的键合良率。

发明内容

本发明解决的问题是提供一种晶圆的键合方法和化学机械研磨方法，所述晶圆的键合方法防止器件晶圆和承载晶圆的键合面边缘出现缝隙，提高晶圆键合可靠性，从而提高晶圆的晶圆级封装良率，所述化学机械研磨方法提高平坦化后研磨材料层的平坦度。

为解决上述问题，本发明提供一种晶圆的键合方法，包括：

提供器件晶圆和承载晶圆；

在所述器件晶圆正面形成第一材料层；

采用第一化学机械研磨方法平坦化所述第一材料层，所述第一化学机械研磨方法包括第一摇摆研磨步骤和第一固定研磨步骤，所述第一固定研磨步骤将研磨头中定位环的至少一部分悬空在研磨垫正上方以外，所述定位环悬空部分到所述研磨垫边缘的最大距离大于等于所述定位环的圆环宽度；

在所述第一化学机械研磨方法后，将所述器件晶圆和承载晶圆键合在一起。

可选的，所述第一固定研磨步骤同时将所述器件晶圆的至少一部分悬空在所述研磨垫正上方以外，所述器件晶圆悬空部分的最大径向宽度为10毫米。

可选的，所述第一化学机械研磨方法还包括第二摇摆研磨步骤和第二固定研磨步骤的至少其中一个步骤。

可选的，所述键合方法还包括：

在所述第一化学机械研磨方法后，在所述器件晶圆正面形成第二材料层；

采用第二化学机械研磨方法平坦化所述第二材料层，所述第二化学机械研磨方法包括所述第一摇摆研磨步骤和第一固定研磨步骤。

可选的，所述第一摇摆研磨步骤的摇摆频率为5来回/分钟～10来回/分钟，每个来回的单程距离为1.5英寸～2.3英寸，所述第一摇摆研磨步骤的研磨压强为100克/平方厘米～400克/平方厘米。

可选的，所述第一固定研磨步骤时定位环的转速为75转/分钟～130转/分钟。

可选的，所述第一固定研磨步骤的研磨压强为100克/平方厘米～400克/平方厘米，所述第一固定研磨步骤的研磨速率为2000埃/分钟～4000埃/分钟。

可选的，所述第一材料层的材料为氧化硅。

为解决上述问题，本发明还提供了一种化学机械研磨方法，包括：

在晶圆表面形成研磨材料层；

采用第一摇摆研磨步骤对所述研磨材料层进行平坦化；

采用第一固定研磨步骤对所述研磨材料层进行平坦化，所述第一固定研磨步骤将研磨头中定位环的至少一部分悬空在研磨垫正上方以外，所述悬空部分到所述研磨垫边缘的最大距离大于等于所述定位环的宽度。

可选的，在所述第一摇摆研磨步骤和第一固定研磨步骤之后，还包括摇摆研磨步骤和第二固定研磨步骤的至少其中一个步骤。

可选的，所述第一摇摆研磨步骤的摇摆频率为5来回/分钟～10来回/分钟，每个来回的单程距离为1.5英寸～2.3英寸，所述第一摇摆研磨步骤的研磨压强为100克/平方厘米～400克/平方厘米。

可选的，所述第一固定研磨步骤时定位环的转速为75转/分钟～130转/分钟，所述第一固定研磨步骤的研磨压强为100克/平方厘米～400克/平方厘米，所述第一固定研磨步骤的研磨速率为2000埃/分钟～4000埃/分钟。

可选的，所述研磨材料层的材料为铜、铝、钨、硅、氮化硅或氧化硅。

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，采用包括第一摇摆研磨步骤和第一固定研磨步骤的第一化学机械研磨方法对第一材料层进行平坦化，从而获得表面齐平均一的剩余第一材料层。然后，利用平坦化后剩余的第一材料层将器件晶圆和承载晶圆键合在一起。由于第一材料层经过上述第一化学机械研磨方法之后，在各个位置的表面均齐平均一，因此，器件晶圆和承载晶圆键合在一起后，两个晶圆之间不会存在空隙，从而提高了晶圆的键合性能，提高了晶圆的键合良率。

进一步，所述第一固定研磨步骤的研磨压强可以为100克/平方厘米～400克/平方厘米。所述第一固定研磨步骤的研磨压强控制目的同样是防止压破器件晶圆，同时又保持较为理想的研磨速率。因此，研磨压强通常控制在400克/平方厘米以下，以防止研磨过程压破器件晶圆，同时，研磨压强控制在100克/平方厘米以上，以保持较为理想的研磨速率。

附图说明

图1器件晶圆和承载晶圆键合的示意图；

图2是器件晶圆表面形成铜互连层的示意图；

图3是器件晶圆形成铜互连层后与承载晶圆键合的示意图；

图4是研磨头吸附器件晶圆的示意图；

图5是研磨过程中研磨垫与器件晶圆的示意图；

图6是本发明实施例所提供的器件晶圆和承载晶圆的示意图；

图7是在图6所示器件晶圆正面形成金属互连层和金属间介质层示意图；

图8是在图7所示结构上形成第一材料层的示意图；

图9是对图8中形成有第一材料层的器件晶圆进行第一摇摆研磨步骤的示意图；

图10是图9对应第一摇摆研磨步骤的摇摆距离-时间曲线图；

图11是对图8中形成有第一材料层的器件晶圆进行第一固定研磨步骤的示意图；

图12是图11对应第一固定研磨步骤中，器件晶圆边缘到研磨垫边缘的距离-时间曲线图；

图13是本实施例使第一材料层位于器件晶圆正面边缘台阶消除的原理示意图；

图14是现有晶圆的键合方法进行化学机械研磨后，器件晶圆表面上材料层各位置上的剩余厚度；

图15是现有晶圆的键合方法在进行化学机械研磨过程中，材料层的去除速率；

图16是本实施例所提供的晶圆的键合方法进行化学机械研磨后，器件晶圆表面上材料层各位置上的剩余厚度；

图17是本实施例所提供的晶圆的键合方法在进行化学机械研磨过程中，材料层的去除速率；

图18是本实施例在所述第一化学机械研磨方法后，将器件晶圆和承载晶圆键合在一起的示意图；

图19是本发明另一实施例所提供的晶圆的键合方法中，对形成有第一材料层的器件晶圆进行第一固定研磨步骤的示意图；

图20是图19对应第一固定研磨步骤中，器件晶圆边缘到研磨垫边缘的距离-时间曲线图。

具体实施方式

正如背景技术所述，现有方法中器件晶圆正面边缘区域与其它区域的台阶无法得到较好地消除，导致器件晶圆后续与承载晶圆键合后，它们的键合面边缘出现缝隙。

经发明人分析，现有晶圆的键合方法中，键合面边缘出现缝隙的原因如下：

请参考图4，在金属互连层等结构形成之后，器件晶圆200正面不可避免的会出现台阶。为了尽量消除台阶，现有方法通常在先在器件晶圆200正面形成氧化层230(请参考图3)，然后对氧化层230进行化学机械研磨。化学机械研磨时，通常采用定位环300将器件晶圆200背面吸住，并将器件晶圆200正面向下压在研磨垫(未示出)上方，然后研磨垫的定位环300均进行旋转，其中定位环300的旋转带动器件晶圆200旋转。

在化学机械研磨时，器件晶圆200朝下的正面可以分为三个区域，分别为图4所示的第一区域Z1、第二区域Z2和第三区域Z3。其中，第一区域Z1为以器件晶圆200正面圆心为圆心的圆形区域，第二区域Z2为以器件晶圆200正面圆心为圆心且包围第一区域Z1的圆环区域，第三区域Z3为以器件晶圆200正面圆心为圆心且包围第一区域Z1和第二区域Z2的圆环区域。

定位环300正对器件晶圆200背面的表面300A具有气孔(未示出)，所述气孔用于通入气体或抽气(吸真空)，从而产生气体压强，气体压强作用在晶圆与气孔之间的隔膜(membrane)，再通过隔膜将压力作用在晶圆上，从而使器件晶圆200向下压在所述研磨垫上，以保证器件晶圆200正面接受相应的研磨操作。

然而，请结合参考图4和图5，定位环300围绕在器件晶圆200周边的地方具有一加压环301。加压环301也是用于对晶圆下方的研磨垫400施加压力。然而，加压环301与器件晶圆200之间不可避免的存在一定的间隙，并且加压环301下压研磨垫400时，研磨垫400正对第三区域Z3的部分会有微小的起伏，如图5所示。

上述情况导致第三区域Z3对应的器件晶圆200正面受到的研磨作用不可控，进而导致无法较好地消除第三区域Z3相应正面的台阶，因此在将化学机械研磨后的器件晶圆200与承载晶圆100键合后，两者的键合面之间存在空隙，导致键合质量下降，降低晶圆级封装良率。

为此，本发明提供了一种新的晶圆的键合方法，所述方法采用包括第一摇摆研磨步骤和第一固定研磨步骤的第一化学机械研磨方法对第一材料层进行平坦化，从而获得表面齐平均一的剩余第一材料层。然后，利用平坦化后剩余的第一材料层将器件晶圆和承载晶圆键合在一起。由于第一材料层经过上述第一化学机械研磨方法之后，在各个位置的表面均齐平均一，因此，器件晶圆和承载晶圆键合在一起后，两个晶圆之间不会存在空隙，从而提高了晶圆的键合性能，提高了晶圆的键合良率。

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的说明。

本发明实施例提供一种晶圆的键合方法，请结合参考图6至图18。

请参考图6，提供器件晶圆500和承载晶圆600。

本实施例中，器件晶圆500为制作有各类半导体结构的晶圆，即器件晶圆500制作有特定用途的集成电路。例如器件晶圆500可以具有多个晶粒(die)，每个晶粒在器件晶圆500晶圆级封装之后都可以切割成为一个芯片。

本实施例中，器件晶圆500的边缘通常会因为半导体结构的制作而出现台阶(如图6中所示)，并且所述台阶会在后续晶圆级封装工艺的某些步骤中进一步加剧。

本实施例中，承载晶圆600可以为硅晶圆，也可以是其它材料的晶圆。

本实施例中，器件晶圆500的直径选择为8英寸，约200毫米。承载晶圆600的直径与器件晶圆500的直径相等。

请参考图7，在器件晶圆500正面形成金属互连层510和金属间介质层520。

本实施例中，金属互连层510的材料可以为铜，此时形成的可以为铜互连线，而金属间介质层520位于各铜互连线之间。在其它实施例中，也可以在器件晶圆500正面采用其它材料形成相应的金属互连层510和金属间介质层520。金属互连层510和金属间介质层520通常会使上述台阶进一步加剧，特别是金属互连层510形成时，通常需要进行去边工艺，造成台阶的高度差进一步增大。

请参考图8，在器件晶圆500正面形成第一材料层530。第一材料层530覆盖金属互连层510和金属间介质层520。

本实施例中，第一材料层530的材料可以为氧化硅。可以采用化学气相沉积法(CVD)形成第一材料层530。CVD生长的第一材料层530虽然已经有一定的平坦程度，但是离第一材料层530作为键合层还有较大差距，因此需要进行充分的平坦化。特别是器件晶圆500边缘台阶的存在，现有方法通常需要多次利用形成步骤和化学机械研磨步骤来形成比较好的表面形貌。

本实施例中，第一材料层530在晶圆的键合过程中，可以作为键合层。当承载晶圆600的其中一个表面也制作有氧化硅材料层时，后续就可以利用第一研磨层与制作在承载晶圆600上的氧化硅材料层键合在一起，实现两个晶圆的键合，其原理是两个氧化硅材料层的界面之间形成新的硅氧化学键，从而达到足够的键合强度。为了使两个晶圆的键合强度更好，可以在键合之前，对第一材料层530的表面和承载晶圆600上的氧化硅材料层表面进行活化。

承载晶圆600上的氧化硅材料层可以采用相应的生长方法形成，并且在氧化硅材料层形成后，也可以采用研磨方法进行平坦化。需要说明的是，在其它实施例中，承载晶圆表面也可以不做任何氧化硅的生长和研磨，只用其表面自然形成的自然氧化硅层，也可以与器件晶圆表面氧化硅进行键合。

需要说明的是，第一材料层530刚形成在器件晶圆500正面时，由于上述台阶的存在，其表面并不能够达到如图8中所示的平坦状态，而是会在器件晶圆500正面的边缘存在台阶，此时台阶通常呈斜坡状，类似于图7中金属间介质层520的边缘。因此，本实施例通过后续的化学机械研磨方法平坦化第一材料层530，从而使第一材料层530达到如图8所示的平坦表面。

请结合参考图9至图12，采用第一化学机械研磨方法平坦化图8所示第一材料层530，从而使第一材料层530达到如图8所示的平坦表面。

请结合参考图9至图10，所述第一化学机械研磨方法包括第一摇摆研磨步骤。

请参考图9，图9示出的是研磨垫800和研磨头的俯视图，图9省略了研磨头的其它部分，而仅示出了研磨头中的定位环700。定位环700的俯视形状为圆环形。定位环700用将器件晶圆500限定在研磨头的底部(可结合参考图4)，器件晶圆500在研磨头的吸附下，正面朝下。研磨时，研磨头将器件晶圆500的正面向下压贴在研磨垫800上，此时定位环700也压贴在研磨垫800上。并且，器件晶圆500在研磨头的带动下，除了进行自身旋转之外，还同时在研磨垫800圆心与器件晶圆500圆心的连线(所述连线可参考图9中经过点O1和点O3的虚线)上来回移动，移动位置介质点O2和点O3之间，形成一种摇摆研磨的过程，此过程即所述第一摇摆研磨步骤。

由以上可知，所述第一摇摆研磨步骤是指：在研磨过程中，除了研磨头和研磨垫800自身发生旋转以外，研磨头同时带动器件晶圆500在一维轴向上来回移动。

需要说明的是，本实施例中，器件晶圆500摇摆移动的轴向落在研磨垫800圆心与器件晶圆500圆心的连线上。

请继续参考图9，本实施例中，点O2为第一摇摆研磨步骤时，器件晶圆500圆心到达的其中一个端点，点O3为第一摇摆研磨步骤时，器件晶圆500圆心到达的另一个端点，点O2和点O3之间的距离D为2.25英寸(可结合参考图10)。

需要说明的是，在本发明的其它实施例中，所述每个来回的单程距离D(单程距离D也可称为摇摆距离，如图10所示)也可以为1.5英寸～2.3英寸。

请参考图10，图10为器件晶圆500圆心的摇摆距离-时间曲线图，其横坐标为器件晶圆500圆心的移动位置，以点O2所在位置为横坐标原点，点O3为2.25英寸位置的点，纵坐标为时间。结合横坐标和纵坐标可知，所述第一摇摆研磨步骤的摇摆频率为20秒钟两个来回(更多时间的对应曲线未示出)，即6来回/分钟，即器件晶圆500圆心经过2.25英寸的所需时间为5秒。

需要说明的是，在本发明的其它实施例中，所述第一摇摆研磨步骤的摇摆频率也可以为5来回/分钟～10来回/分钟，也就是说，在上述轴向上，研磨头从其中一个端点出发，到达另一个端点，再从另一个端点返回原端点作为一个来回，在一分钟内，研磨头移动五个来回至10个来回。设置上述摇摆频率以保证器件晶圆500表面剩余第一材料层530的平整性。

本实施例中，所述第一摇摆研磨步骤的研磨压强为100克/平方厘米～400克/平方厘米。防止压破器件晶圆500，又保持研磨速率。

本实施例中，所述第一摇摆研磨步骤可以将第一材料层530的初始厚度平坦化至第一目标厚度。其中，所述第一目标厚度可以为初始厚度的二分之一左右，然后采用后续的固定研磨步骤进行研磨。并且控制经过第一化学机械研磨方法平坦化之后，第一材料层530的最终剩余厚度为初始厚度的三分之一左右。

请结合参考图11和图12，所述第一化学机械研磨方法还包括第一固定研磨步骤。

第一固定研磨步骤指研磨头的中心位置不动，从而使器件晶圆500的圆心在研磨垫800上的位置不变，但是研磨头仍然保持旋转，从而使器件晶圆500绕其圆心旋转，此时器件晶圆500仍然进行研磨。但与摇摆研磨过程不同的是，第一固定研磨步骤时，器件晶圆500圆心的位置保持不变。并且，将研磨头中定位环700的至少一部分悬空在研磨垫800正上方以外，所述定位环700悬空部分到所述研磨垫800边缘的最大距离大于或者等于所述定位环700的圆环宽度，如图11中，宽度W1的大小至少为定位环700的圆环宽度(圆环宽度指圆环的外径与内径之差)。当宽度W1大于或者等于定位环700圆环宽度时，至少有一部分的定位环700没有压贴在研磨垫800上，因此，至少有部分研磨垫800的边缘不会发生起伏，即此部分研磨垫800处于松弛状态，对应的，当器件晶圆500转到此部分研磨垫800上时，研磨垫800对器件晶圆500边缘的研磨作用较小，或者基本没有研磨作用。所以，在第一固定研磨步骤过程中，器件晶圆500边缘保留下来的第一材料层530的厚度较大，而第一材料层530其它部分被去除的厚度较大，从而弥补原来第一材料层530边缘存在台阶的情况。

请参考图12，图12为器件晶圆500边缘到研磨垫边缘的距离-时间曲线图，其横坐标为器件晶圆500圆心的固定位置，其原点为0，而所述曲线为垂直于横坐标的直线。可知，器件晶圆500在所述第一固定研磨步骤过程中，器件晶圆500边缘与研磨垫边缘在同一竖直线上，并且保持不变。

本实施例中，定位环700部分悬空，从而使得定位环700对研磨垫800的压力减少，造成对不同位置器件晶圆500边缘的支撑力不同，进而影响到器件晶圆500边缘的研磨速率(具体为减小器件晶圆500边缘的研磨速率)，从而提高平坦化后第一材料层530的平坦度。

本实施例中，器件晶圆500可以完全不悬空，而仅定位环700部分悬空。定位环700围绕在器件晶圆500周边，它与器件晶圆500之间有很小的间隙，通常仅为1mm左右。可以使得悬空部分恰好落在此间隙，从而即保证定位环700悬空部分的宽度大于或者等于其圆环宽度，又同时保证器件晶圆500不悬空。定位环700的圆环宽度通常为1英寸左右，因此，悬空部分在器件晶圆500圆心的径向上，宽度范围通常控制在1英寸左右。

本实施例中，所述第一固定研磨步骤时定位环700的转速为75转/分钟～130转/分钟。所述定位环700的转速亦即研磨头的转速，在此转速范围内，可以防止晶圆甩出去，又保持研磨速率。

本实施例中，所述第一固定研磨步骤的研磨压强可以为100克/平方厘米～400克/平方厘米。所述第一固定研磨步骤的研磨压强控制目的同样是防止压破器件晶圆500，同时又保持较为理想的研磨速率。因此，研磨压强通常控制在400克/平方厘米以下，以防止研磨过程压破器件晶圆500，同时，研磨压强控制在100克/平方厘米以上，以保持较为理想的研磨速率。

本实施例中，所述第一固定研磨步骤的研磨速率可以为2000埃/分钟～4000埃/分钟。而所述第一固定研磨步骤的研磨时间范围可以根据研磨速率而确定。

请参考图13，图13是所述第一固定研磨步骤能够使第一材料层530位于器件晶圆500正面边缘台阶消除原理示意图，具体原理如图13所示：当研磨头中定位环700的至少一部分悬空在研磨垫800正上方以外，并且所述定位环700悬空部分到所述研磨垫800边缘的最大距离大于或者等于所述定位环700的圆环宽度时，至少有一部分器件晶圆500的外侧中，定位环700(边缘)没有压贴在研磨垫800上，例如图13中示出的切面中，定位环700(边缘)位于研磨垫800的右侧(此时定位环700未示出)，因此，器件晶圆500边缘与研磨垫800边缘基本在同一竖直位置，此时，研磨垫800(边缘)由于没有定位环700的压贴，不会发生起伏，由于没有压力作用，当器件晶圆500边缘旋转至此位置时，受到的研磨作用减小或者基本不受研磨作用，因此，在整个第一固定研磨步骤过程中，器件晶圆500的边缘比其它部分受到的研磨作用少，而原本器件晶圆500边缘上的第一材料层530厚度较低，因此，研磨后，最终第一材料层530各位置的厚度能够达到一致，消除了原本存在于边缘的台阶，从而使第一材料层530上表面齐平均一。

本实施例中，器件晶圆500既经历摇摆研磨，又经历固定研磨。其中，摇摆研磨对整片器件晶圆500的平整性较有帮助，如果器件晶圆500不进行摇摆研磨，则整片器件晶圆500的平整性不好，即使器件晶圆500的边缘平坦水平较高，也不利于后续的键合。而固定研磨消除器件晶圆500边缘的台阶，从而防止键合晶圆的边缘出现空隙，提高键合性能。

请参考图14，示出了现有晶圆的键合方法进行化学机械研磨后，器件晶圆表面上材料层各位置上的剩余厚度。从中可以看到，虽然现有方法中，材料层位于器件晶圆表面上较为边缘位置的剩余厚度已经较大，但是，此剩余厚度并不足以完全消除器件晶圆边缘的台阶。

请参考图15，示出了现有晶圆的键合方法在进行化学机械研磨过程中，材料层的去除速率。正是由于图15所示的材料层的去除速率曲线，才导致出现图14中材料层各位置上的剩余厚度曲线。由图15可以进一步看到现有方法无法很好地平坦化材料层的原因：虽然材料层边缘位置的研磨去除速率较小，但是，其原因主要是因为边缘位置本身存在的台阶造成的，对于整个研磨方法而言，材料层边缘位置的研磨去除速率仍然太大，尽量台阶的高度差会略有缩小，但是仍然无法较好地消除台阶。

请参考图16，示出了本实施例所提供的晶圆的键合方法进行化学机械研磨后，器件晶圆500表面上材料层各位置上的剩余厚度。从中可以看到，第一材料层530位于器件晶圆500表面上较为边缘位置的剩余厚度足够大，能够达到完全消除器件晶圆500边缘台阶的效果。

请参考图17，示出了本实施例所提供的晶圆的键合方法在进行化学机械研磨过程中，材料层的去除速率。由图17可以进一步看到本实施例所提供的方法能够很好地平坦化材料层的原因：第一材料层530边缘位置的研磨去除速率逐渐减小，最外缘部分甚至接近于零，因此，边缘位置本身存在的台阶被逐渐消除，直至整个台阶的高度差被消除，从而形成齐平均一的表面。

需要说明的是，在本发明的其它实施例中，所述第一摇摆研磨步骤和第一固定研磨步骤的顺序可以调换，即也可以先进行所述第一固定研磨步骤，再进行第一摇摆研磨步骤。

需要说明的是，在本发明的其它实施例中，所述晶圆的键合方法还可以包括第二摇摆研磨步骤和第二固定研磨步骤的至少其中一个步骤，其中，所述第二摇摆研磨步骤可以与所述第一摇摆研磨步骤基本相同，所述第二固定研磨步骤可以与所述第一固定研磨步骤基本相同。从而进一步使剩余第一材料层的表面更加平坦。

需要说明的是，在本发明的其它实施例中，所述第一化学机械研磨方法还可以包括：在所述第一化学机械研磨方法后，在器件晶圆正面形成第二材料层。采用第二化学机械研磨方法平坦化所述第二材料层，所述第二化学机械研磨方法包括所述第一摇摆研磨步骤和第一固定研磨步骤。由于剩余第一材料层表面已经足够平坦，因此，形成在剩余第一材料层表面上的第二材料层平面更加平坦。此时，利用剩余的第一材料层和第二材料层共同作为后续的键合层，以与相应的承载进行键合，从而进一步提高键合性能，提高键合良率。

需要说明的是，在本发明的其它实施例中，所述晶圆的键合方法还可以包括：在所述第一化学机械研磨方法后，在器件晶圆正面形成第二材料层。采用第二化学机械研磨方法平坦化所述第二材料层，所述第二化学机械研磨方法包括所述第一摇摆研磨步骤和第一固定研磨步骤。在所述第二化学机械研磨方法后，在器件晶圆正面形成第三材料层。采用第三化学机械研磨方法平坦化所述第三材料层，所述第三化学机械研磨方法也可以包括所述第一摇摆研磨步骤和第一固定研磨步骤。在这种采用第一化学机械研磨方法、第二化学机械研磨方法和第三化学机械研磨方法的实施例中，对应的第一材料层、第二材料层和第三材料层的厚度可以调整。例如第一材料层的厚度范围可以为第二材料层的厚度范围可以为第三材料层的厚度范围可以为最后，利用剩余的第一材料层、第二材料层和第三材料层共同作为键合层，将器件晶圆和承载晶圆键合在一起。

请参考图18，在所述第一化学机械研磨方法后，将器件晶圆500和承载晶圆600键合在一起。

本实施例中，承载晶圆600表面也可以具有氧化硅材料层，然后将器件晶圆500正面上的剩余第一材料层530与所述氧化硅材料层键合，从而实现器件晶圆500和承载晶圆600的键合。

本实施例所提供的晶圆的键合方法中，采用包括第一摇摆研磨步骤和第一固定研磨步骤的第一化学机械研磨方法对第一材料层530进行平坦化，从而获得表面齐平均一的剩余第一材料层530。然后，利用平坦化后剩余的第一材料层530将器件晶圆500和承载晶圆600键合在一起。由于第一材料层530经过上述第一化学机械研磨方法之后，在各个位置的表面均齐平均一，因此，器件晶圆500和承载晶圆600键合在一起后，两个晶圆之间不会存在空隙，从而提高了晶圆的键合性能，提高了晶圆的键合良率。

本实施例中，仅形成第一材料层530，节省了工艺步骤。但是，正如前面所述，也可以在采用第一化学机械研磨方法平坦化第一材料层530后，在第一材料层530表面形成第二材料层，然后采用第二化学机械研磨方法平坦化第二材料层。并且还可以进一步重复上述过程，本发明对此不作限定。

本发明另一实施例提供了另一种晶圆的键合方法，所述方法包括提供器件晶圆910和承载晶圆(未示出)，在器件晶圆910正面形成第一材料层(未示出)。所述各结构和过程可参考前述实施例相应内容。

本实施例采用第一化学机械研磨方法平坦化所述第一材料层，所述第一化学机械研磨方法包括第一摇摆研磨步骤和第一固定研磨步骤。

请参考图19，所述第一固定研磨步骤将研磨头中定位环920的至少一部分悬空在研磨垫930正上方以外，所述定位环920悬空部分到所述研磨垫930边缘的最大距离大于或者等于所述定位环920的圆环宽度。即图19中，宽度W2大于或者等于定位环920的圆环宽度。

与前述实施你不同的是，本实施例不仅将定位环920的至少一部分悬空在研磨垫930正上方以外，还同时将器件晶圆910的至少一部分悬空在所述研磨垫930正上方以外。即图19中，悬空在研磨垫930正上方以外的部分既包括定位环920的一部分，也包括器件晶圆910的一部分。

但是，器件晶圆910悬空部分最多不超过10毫米的宽度，此宽度指器件晶圆910径向上的宽度。也就是说，器件晶圆910悬空部分的最大径向宽度为10毫米。即图19中，宽度W3的值小于或者等于10毫米。

请参考图20，图20为器件晶圆910边缘到研磨垫边缘的距离-时间曲线图，其横坐标为器件晶圆910圆心的固定位置，其原点为0，而所述曲线为垂直于横坐标的直线，且此直线的横坐标为-10毫米。可知，器件晶圆910在所述第一固定研磨步骤过程中，器件晶圆910边缘悬空部分与研磨垫边缘的最大径向距离(此处径向为通过器件晶圆910圆心的半径方向)为10毫米，并且保持不变。

在所述第一固定研磨步骤时，当器件晶圆910有部分边缘直接悬空，则在固定旋转研磨过程中，器件晶圆910的边缘在旋转一周均会有部分时间完全不受研磨作用，因此，器件晶圆910边缘的第一材料层在经历第一化学机械研磨方法后表面齐平均一。在所述第一化学机械研磨方法后，将器件晶圆910和承载晶圆键合在一起。键合在一起的器件晶圆910和承载晶圆键具有良好的晶圆级封装良率。

更多本实施例的步骤、性质和变动可参考前述实施例相应内容。

本发明实施例还提供了一种化学机械研磨方法，包括：在晶圆表面形成研磨材料层，采用第一摇摆研磨步骤对所述研磨材料层进行平坦化，采用第一固定研磨步骤对所述研磨材料层进行平坦化，所述第一固定研磨步骤将研磨头中定位环的至少一部分悬空在研磨垫正上方以外，所述悬空部分到所述研磨垫边缘的最大距离大于等于所述定位环的宽度。

其中，在所述第一摇摆研磨步骤和第一固定研磨步骤之后，还包括摇摆研磨步骤和第二固定研磨步骤的至少其中一个步骤。

其中，所述第一摇摆研磨步骤的摇摆频率可以为5来回/分钟～10来回/分钟，每个来回的单程距离可以为1.5英寸～2.3英寸，所述第一摇摆研磨步骤的研磨压强可以为100克/平方厘米～400克/平方厘米。

其中，所述第一固定研磨步骤时定位环的转速可以为75转/分钟～130转/分钟，所述第一固定研磨步骤的研磨压强可以为100克/平方厘米～400克/平方厘米，所述第一固定研磨步骤的研磨速率可以为2000埃/分钟～4000埃/分钟。

其中，所述研磨材料层的材料可以为铜、铝、钨、硅、氮化硅或氧化硅等。

本实施例中，上述各参数和各步骤的选择原因及对应原理可以参考本说明书前述实施例相应内容。

本实施例所提供的化学机械研磨方法通过第一摇摆研磨步骤和第一固定研磨步骤，使研磨材料层在经受平坦化后，得到齐平均一的表面，有利于后续的各工艺步骤的进行。

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。

Claims (13)

1.一种晶圆的键合方法，其特征在于，包括：

提供器件晶圆和承载晶圆；

在所述器件晶圆正面形成第一材料层；

采用第一化学机械研磨方法平坦化所述第一材料层，所述第一化学机械研磨方法包括第一摇摆研磨步骤和第一固定研磨步骤，所述第一固定研磨步骤将研磨头中定位环的至少一部分悬空在研磨垫正上方以外，所述定位环悬空部分到所述研磨垫边缘的最大距离大于等于所述定位环的圆环宽度；

在所述第一化学机械研磨方法后，将所述器件晶圆和承载晶圆键合在一起。

2.如权利要求1所述的晶圆的键合方法，其特征在于，所述第一固定研磨步骤同时将所述器件晶圆的至少一部分悬空在所述研磨垫正上方以外，所述器件晶圆悬空部分的最大径向宽度为10毫米。

3.如权利要求1所述的晶圆的键合方法，其特征在于，所述第一化学机械研磨方法还包括第二摇摆研磨步骤和第二固定研磨步骤的至少其中一个步骤。

4.如权利要求1、2或3所述的晶圆的键合方法，其特征在于，所述键合方法还包括：

在所述第一化学机械研磨方法后，在所述器件晶圆正面形成第二材料层；

采用第二化学机械研磨方法平坦化所述第二材料层，所述第二化学机械研磨方法包括所述第一摇摆研磨步骤和第一固定研磨步骤。

5.如权利要求1、2或3所述的晶圆的键合方法，其特征在于，所述第一摇摆研磨步骤的摇摆频率为5来回/分钟～10来回/分钟，每个来回的单程距离为1.5英寸～2.3英寸，所述第一摇摆研磨步骤的研磨压强为100克/平方厘米～400克/平方厘米。

6.如权利要求1、2或3所述的晶圆的键合方法，其特征在于，所述第一固定研磨步骤时定位环的转速为75转/分钟～130转/分钟。

7.如权利要求1、2或3所述的晶圆的键合方法，其特征在于，所述第一固定研磨步骤的研磨压强为100克/平方厘米～400克/平方厘米，所述第一固定研磨步骤的研磨速率为2000埃/分钟～4000埃/分钟。

8.如权利要求1、2或3所述的晶圆的键合方法，其特征在于，所述第一材料层的材料为氧化硅。

9.一种化学机械研磨方法，其特征在于，包括：

在晶圆表面形成研磨材料层；

采用第一摇摆研磨步骤对所述研磨材料层进行平坦化；

采用第一固定研磨步骤对所述研磨材料层进行平坦化，所述第一固定研磨步骤将研磨头中定位环的至少一部分悬空在研磨垫正上方以外，所述悬空部分到所述研磨垫边缘的最大距离大于等于所述定位环的宽度。

10.如权利要求9所述的化学机械研磨方法，其特征在于，在所述第一摇摆研磨步骤和第一固定研磨步骤之后，还包括摇摆研磨步骤和第二固定研磨步骤的至少其中一个步骤。

11.如权利要求9或10所述化学机械研磨方法，其特征在于，所述第一摇摆研磨步骤的摇摆频率为5来回/分钟～10来回/分钟，每个来回的单程距离为1.5英寸～2.3英寸，所述第一摇摆研磨步骤的研磨压强为100克/平方厘米～400克/平方厘米。

12.如权利要求9或10所述的化学机械研磨方法，其特征在于，所述第一固定研磨步骤时定位环的转速为75转/分钟～130转/分钟，所述第一固定研磨步骤的研磨压强为100克/平方厘米～400克/平方厘米，所述第一固定研磨步骤的研磨速率为2000埃/分钟～4000埃/分钟。

13.如权利要求9或10所述的化学机械研磨方法，其特征在于，所述研磨材料层的材料为铜、铝、钨、硅、氮化硅或氧化硅。