CN106024591A - 介质薄膜的形成方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种介质薄膜的形成方法，包括如下步骤：提供一键合晶圆，所述键合晶圆由第一晶圆的第一面与第二晶圆的第一面键合而成，所述键合晶圆具有修整区域；在所述第一晶圆的第二面形成第一介质薄膜；在所述第二晶圆的第二面通过喷洒溶液进行第一次湿法清洗，在所述第一晶圆的第二面设置有气管，所述气管提供保护气体；在所述第一介质薄膜上形成第二介质薄膜；按第一次湿法清洗进行第二次湿法清洗。在本发明提供的介质薄膜的形成方法中，在介质薄膜形成后进行湿法清洗去除键合晶圆背面的残留物，通过设置提供保护气体的气管，防止溶液与键合晶圆的修整区域的介质薄膜反应产生的反应副产物残留在键合晶圆的正面，从而改善键合晶圆缺陷率。

Description

介质薄膜的形成方法
技术领域
本发明涉及半导体制造领域，特别涉及一种介质薄膜的形成方法。
背景技术
经过半个世纪的高速发展，微电子技术和依托于微电子技术的信息技术已经对人类社会的发展产生了革命性的影响。然而，当今必须面对的问题是：传统晶体管的物理极限不断逼近，更小特征尺寸的制造技术越来越困难，集成电路的功耗不断增大，晶圆厂的投资迅速攀升。在这种情况下，如何继续保持微电子技术以摩尔定律所描述的速度持续发展，已经成为今天整个行业都在努力解决的问题。
三维集成电路的出现，为半导体和微电子技术的持续发展提供了一个新的技术解决方案。所谓三维集成电路，广义上是指将具有集成电路的晶圆经过堆叠键合成键合晶圆，通过穿透晶圆的三维结构互连实现多层之间的电信号连接。三维集成电路能够实现更小的芯片面积、更短的芯片间互连、更高的数据传输带宽以及不同工艺技术的异质集成，从而大幅度降低芯片功耗，减小延时，提高性能，扩展功能，并为实现复杂功能的片上系统(SOC)提供可能。
三维集成电路的制程工艺中通常还需要在所述键合晶圆正面形成多层介质薄膜，在形成所述介质薄膜的过程中，通常会在键合晶圆背面形成残留物(residue)，这些残留物可能严重影响后续的工艺。特别是在三维集成电路中形成键合晶圆后，为了防止键合晶圆的晶边(晶圆的环形侧边)开裂，现有技术中会在键合晶圆正面进行机械加工形成一修整(Trim)区域以去除键合强度较低的区域，所述修整区域会影响到所述残留物的去除。现有技术在键合晶圆在形成多层介质薄膜后，键合晶圆正面边缘容易沾染上直径约0.2um大小的颗粒缺陷。
发明内容
本发明的目的在于提供一种介质薄膜的形成方法，以解决键合晶圆正面边缘出现的颗粒缺陷。
为解决上述技术问题，本发明提供一种介质薄膜的形成方法，包括如下步骤：提供一键合晶圆，所述键合晶圆由第一晶圆的第一面与第二晶圆的第一面键合而成，所述键合晶圆具有修整区域；在所述第一晶圆的第二面形成第一介质薄膜；在所述第二晶圆的第二面通过喷洒溶液进行第一次湿法清洗，在所述第一晶圆的第二面吹送保护气体；在所述第一介质薄膜上形成第二介质薄膜；在所述第二晶圆的第二面通过喷洒溶液进行第二次湿法清洗，在所述第一晶圆的第二面设置有气管，所述气管提供保护气体。
优选的，在所述介质薄膜的形成方法中，所述第一次湿法清洗的时间和所述第二次湿法清洗的时间一起为总清洗时间，所述总清洗时间为2秒～120秒。
优选的，在所述介质薄膜的形成方法中，所述第一次湿法清洗的时间占总清洗时间的70％～90％，所述第二次湿法清洗的时间占总清洗时间的10％～30％。
优选的，在所述介质薄膜的形成方法中，所述第一介质薄膜为金属薄膜、金属化合物薄膜或硅化合物薄膜中的一种，所述第二介质薄膜也为金属薄膜、金属化合物薄膜或硅化合物薄膜中的一种。
优选的，在所述介质薄膜的形成方法中，所述金属薄膜包括铜薄膜、钽薄膜、铪薄膜、铝薄膜、钛薄膜或钨薄膜。
优选的，在所述介质薄膜的形成方法中，所述金属化合物薄膜包括氮化钽薄膜、氧化钽、氧化铪、氧化铟薄膜、氧化锌薄膜、氧化锡薄膜或氧化镁薄膜。
优选的，在所述介质薄膜的形成方法中，所述硅化物薄膜包括氧化硅薄膜、氮化硅薄膜、氟化硅薄膜。
优选的，在所述介质薄膜的形成方法中，所述溶液包括氨水、双氧水、氢氟酸、硫酸或硝酸。
优选的，在所述介质薄膜的形成方法中，所述保护气体为氮气或氩气。
优选的，在所述介质薄膜的形成方法中，所述保护气体的气体流量为100sccm～350sccm。
优选的，在所述介质薄膜的形成方法中，所述第一晶圆为器件晶圆，所述器件晶圆上设置有器件结构。
优选的，在所述介质薄膜的形成方法中，所述第二晶圆为载体晶圆，所述载体晶圆上设置有电路结构。
优选的，在所述介质薄膜的形成方法中，所述第一介质薄膜和所述第二介质薄膜的形成方式为物理气相沉积、化学气相沉积或热氧化法沉积。
在本发明提供的介质薄膜的形成方法中，在介质薄膜形成后进行湿法清洗去除键合晶圆的第二晶圆的第二面上的残留物，通过设置提供保护气体的气管，防止溶液与键合晶圆的修整区域的介质薄膜反应产生的反应副产物残留在键合晶圆的第一晶圆的第二面，并通过分步清洗防止键合晶圆的第一晶圆的第二面上出现颗粒缺陷，从而改善键合晶圆缺陷率，提高产品质量。
附图说明
图1是本发明实施例的介质薄膜的形成方法的流程图；
图2是现有技术中键合晶圆上形成颗粒缺陷的示意图；
图3、图4和图6是本发明实施例的介质薄膜的形成过程中的键合晶圆的剖视图结构图；
图5是本发明实施例的介质薄膜的形成方法中湿法清洗和保护气体的示意图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明提出的一种介质薄膜的形成方法作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
如图1所示，本发明提供一种介质薄膜的形成方法，包括如下步骤：
S1：提供一键合晶圆，所述键合晶圆由第一晶圆的第一面与第二晶圆的第一面键合而成，所述键合晶圆具有修整区域；
S2：在所述第一晶圆的第二面形成第一介质薄膜；
S3：在所述第二晶圆的第二面通过喷洒溶液进行第一次湿法清洗，在所述第一晶圆的第二面吹送保护气体；
S4：在所述第一晶圆的第二面形成第二介质薄膜；
S5：按步骤S3所述进行第二次湿法清洗。
如图2所示，现有技术中的键合晶圆具有修整区域50，溶液很容易沿着修整区域50流动到第二晶圆20的第一面，溶液与介质薄膜40(或介质薄膜30)反应会生成颗粒状反应副产物，所述反应副产物会和溶液一起流到键合晶圆的第一晶圆10的第二面造成颗粒缺陷。本发明通过分步清洗并在所述键合晶圆的第一晶圆的第二面设置提供保护气体的气管，防止第一晶圆的第二面产生颗粒缺陷。
下面根据图1所示步骤结合键合晶圆的剖视图更详细的介绍本发明的介质薄膜的形成方法。
首先，如图3所示，提供一键合晶圆，所述键合晶圆由第一晶圆10的第一面与第二晶圆20的第一面键合而成，所述键合晶圆具有修整区域50。在具体的实施方式中，所述修整区域50是通过机械加工的方式去掉所述第一晶圆10的外围一圈，例如去掉第一晶圆10最外围0.2CM径向厚度，用于防止所述第一晶圆10与所述第二晶圆20的晶边(晶圆的环形侧边)之间开裂，所述修整区域50为键合晶圆的无效区域。优选的，所述第一晶圆10为器件晶圆，所述器件晶圆上设置有器件结构，所述器件结构包括电容、电阻、电感、MOS管、放大器、逻辑电路中一个或多个组成。优选的，所述第二晶圆20为载体晶圆，所述载体晶圆上设置有电路结构，所述电路结构包括电容、电阻和逻辑电路组成的部分电路。
接着，如图4所示，在所述第一晶圆10的第二面形成第一介质薄膜30，优选的，所述第一介质薄膜30为金属薄膜、金属化合物薄膜或硅化合物薄膜中的一种。优选的，所述金属薄膜包括铜薄膜、铪薄膜、钽薄膜、铝薄膜、钛薄膜或钨薄膜。优选的，所述金属化合物薄膜包括氮化钽薄膜、氧化钽、氧化铪、氧化铟薄膜、氧化锌薄膜、氧化锡薄膜或氧化镁薄膜。优选的，所述硅化物薄膜包括氧化硅薄膜、氮化硅薄膜、氟化硅薄膜。根据三维集成电路的需要选择对应的膜层结构，所述金属薄膜及其金属化合物薄膜可形成较佳的导电层结构，所述硅化物薄膜可形成较佳的非导电层结构。优选的，所述第一介质薄膜的形成方式为物理气相沉积、化学气相沉积或热氧化法沉积。
然后，如图5所示，在所述第二晶圆20的第二面通过喷洒溶液进行第一次湿法清洗，在所述第一晶圆10的第二面吹送保护气体。在现有技术的湿法清洗过程，所述溶液会与所述修整区域50上沉积的所述第一介质薄膜30反应生成反应副产物，所述反应副产物容易导致第一晶圆的第二面边缘形成颗粒缺陷。通过第一次湿法清洗所述第二晶圆20的第二面的残留物，并通过在所述第一晶圆10的第二面设置提供保护气体的气管，防止溶液与键合晶圆的修整区域50的介质薄膜反应产生的反应副产物残留在所述第一晶圆10的第二面。
优选的，所述溶液为氨水、双氧水、氢氟酸、硫酸或硝酸，通过这些溶液清除键合晶圆背面的残留物，具有较佳的清洗效果。优选的，所述保护气体为氮气或氩气。优选的，所述保护气体的气体流量为100sccm－350sccm，通过所述保护气体防止溶液中反应生成的副产物残留在所述第一晶圆10的第二面上，即键合晶圆的正面。
接着，如图6所示，在所述第一晶圆10的第二面形成第二介质薄膜40，优选的，所述第二介质薄膜40也为金属薄膜、金属化合物薄膜或硅化合物薄膜中的一种，所述第二介质薄膜40也需要根据三维集成电路的需要选择对应的膜层结构。
然后，继续参考图5，按步骤S3所述在所述第二晶圆20的第二面通过喷洒溶液进行第二次湿法清洗，同时，在所述第一晶圆10的第二面设置提供保护气体的气管。
本实施例中，优选的，所述第一次湿法清洗的时间和所述第二次湿法清洗的时间一起为总清洗时间，所述总清洗时间为2秒～120秒，例如，对于小尺寸晶圆总清洗时间采用2秒，对于大尺寸晶圆总清洗时间采用120秒，当然按晶圆尺寸及工艺需要也可以采用10秒、30秒、60秒或100秒等2秒～120秒中任意一时间长度。按总清洗时间为100％来计算，优选的，第一次湿法清洗时间为总清洗时间的70％－90％，该清洗时间可清洗完第一次沉积残留物。优选的，第二次湿法清洗时间为清洗总时间的10％－30％，该清洗时间可清洗完沉积残留物。在分步清洗步骤通过对清洗时间的分配，将清洗时间分配在需要更多时间的清洗步骤中，在不改变总清洗时间的情况下能够减少键合晶圆表面的反应副产物残留。
需要说明的是，清洗总时间越长清洗效果越好，但是清洗时间不足无法达到清洗目的，所述保护气体的气体流量越大保护作用越好，但是气体流量不足无法达到保护目的，所述清洗总时间由键合晶圆尺寸大小及溶液及其流量等决定，本实施例中均采用较佳的参数设置。
当键合晶圆进行清洗时，溶液会沿着第二晶圆的第二面的晶边流到修整区域，所述溶液会与所述修整区域沉积的介质薄膜发生化学反应。
优选方案中，本发明提供的介质薄膜的形成方法还包括依次沉积三层及三层以上介质薄膜以及清洗步骤，通过沉积多层介质薄膜达到制程需要，并通过分步清洗中设置提供保护气体的气管减少键合晶圆表面的污染。
综上所述，在本发明提供的介质薄膜的形成方法中，在介质薄膜形成后进行湿法清洗去除键合晶圆的第二晶圆的第二面上的残留物，通过设置提供保护气体的气管，防止溶液与键合晶圆的修整区域的介质薄膜反应产生的反应副产物残留在键合晶圆的第一晶圆的第二面，并通过分步清洗防止键合晶圆的第一晶圆的第二面上出现颗粒缺陷，从而改善键合晶圆缺陷率，提高产品质量。
上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。

Claims (13)

1.一种介质薄膜的形成方法，其特征在于，包括如下步骤，
S1：提供一键合晶圆，所述键合晶圆由第一晶圆的第一面与第二晶圆的第一面键合而成，所述键合晶圆具有修整区域；
S2：在所述第一晶圆的第二面形成第一介质薄膜；
S3：在所述第二晶圆的第二面通过喷洒溶液进行第一次湿法清洗，在所述第一晶圆的第二面吹送保护气体；
S4：在所述第一介质薄膜上形成第二介质薄膜；
S5：按步骤S3所述进行第二次湿法清洗。
2.如权利要求1所述的介质薄膜的形成方法，其特征在于，所述第一次湿法清洗的时间和所述第二次湿法清洗的时间一起为总清洗时间，所述总清洗时间为2秒～120秒。
3.如权利要求2所述的介质薄膜的形成方法，其特征在于，所述第一次湿法清洗的时间占总清洗时间的70％～90％，所述第二次湿法清洗的时间占总清洗时间的10％～30％。
4.如权利要求1所述的介质薄膜的形成方法，其特征在于，所述第一介质薄膜为金属薄膜、金属化合物薄膜或硅化合物薄膜中的一种，所述第二介质薄膜也为金属薄膜、金属化合物薄膜或硅化合物薄膜中的一种。
5.如权利要求4所述的介质薄膜的形成方法，其特征在于，所述金属薄膜包括铜薄膜、钽薄膜、铪薄膜、铝薄膜、钛薄膜或钨薄膜。
6.如权利要求4所述的介质薄膜的形成方法，其特征在于，所述金属化合物薄膜包括氮化钽薄膜、氧化钽、氧化铪、氧化铟薄膜、氧化锌薄膜、氧化锡薄膜或氧化镁薄膜。
7.如权利要求4所述的介质薄膜的形成方法，其特征在于，所述硅化物薄膜包括氧化硅薄膜、氮化硅薄膜或者氟化硅薄膜。
8.如权利要求1所述的介质薄膜的形成方法，其特征在于，所述溶液包括氨水、双氧水、氢氟酸、硫酸或硝酸。
9.如权利要求1所述的介质薄膜的形成方法，其特征在于，所述保护气体为氮气或氩气。
10.如权利要求1所述的介质薄膜的形成方法，其特征在于，所述保护气体的气体流量为100sccm～350sccm。
11.如权利要求1所述的介质薄膜的形成方法，其特征在于，所述第一晶圆为器件晶圆，所述器件晶圆上设置有器件结构。
12.如权利要求1所述的介质薄膜的形成方法，其特征在于，所述第二晶圆为载体晶圆，所述载体晶圆上设置有电路结构。
13.如权利要求1所述的介质薄膜的形成方法，其特征在于，所述第一介质薄膜和所述第二介质薄膜的形成方式为物理气相沉积、化学气相沉积或热氧化法沉积。
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