CN108054107B - 一种基于预修整工艺的晶圆键合方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于预修整工艺的晶圆键合方法，属于半导体制造技术领域，包括：步骤S1、通过预修整工艺，对一片或两片晶圆进行预修整处理以去除晶圆上的残留；步骤S2、通过键合工艺，对两片晶圆进行键合处理以使两片晶圆键合；步骤S1中，通过预修整工艺进行预修整处理的具体步骤包括：步骤S11、通过一修整设备的研磨头对倒角上的残留进行研磨以去除残留；步骤S12、通过一酸液对晶圆进行至少一次清洗处理。本发明的有益效果：能够去除前制程工艺中产生的残留，避免在键合工艺时残留剥落至晶圆表面使晶圆键合后形成键合缺陷，从而降低晶圆键合空洞缺陷率，提高产品良率，改善产品性能。

Description

一种基于预修整工艺的晶圆键合方法

技术领域

本发明涉及半导体制造技术领域，尤其涉及一种基于预修整工艺的晶圆键合方法。

背景技术

在集成电路工艺中，三维集成是一种在保持现有技术节点的同时提高芯片性能的解决方案。通过将两个或多个功能相同或不同的芯片进行三维集成可提高芯片的性能，同时也可以大幅度缩短功能芯片之间的金属互联，减小发热、功耗和延迟。

在三维集成工艺中，晶圆与晶圆的键合工艺是核心重点，其中晶圆键合空洞缺陷率是衡量晶圆键合工艺的核心参数。

三维集成工艺中的晶圆键合空洞缺陷率是影响产品整体缺陷率的重要因素，以背照式CMOS影像传感器为例，晶圆键合空洞缺陷会持续在后续制程中产生颗粒缺陷，影响产品光学性能，改善键合缺陷可以有效提高产品性能。

晶圆在进行键合工艺前需要先完成前制程工艺，如图1所示，以一种晶圆为例，该晶圆具有晶圆正面1、晶圆背面2、晶圆侧面3、台阶面4、延伸面5、第一倾斜面6及第二倾斜面7，台阶面4和第一倾斜面6构成倒角。如图1所示，在前制程工艺后，晶圆倒角处会产生薄膜或化学品的残留8；如图2所示，经过晶圆键合中表面激活的工艺后，上述的残留8(残留物)会剥落至晶圆正面1；如图3所示，在晶圆键合制程完成后，这些残留物所在位置会形成键合缺陷9。

由图1-3可知，在三维集成工艺中，晶圆键合空洞缺陷经常发生在晶圆边缘处，主要是由于键合时在晶圆边缘处有表面颗粒缺陷产生；这些晶圆边缘处的表面颗粒缺陷主要来源于前制程工艺在晶圆倒角处的残留，其在键合过程中会剥落至晶圆正面边缘。

如何避免在前制程工艺中产生的残留影响后续的键合工艺，成为亟待解决的技术问题。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明涉及一种基于预修整工艺的晶圆键合方法。

本发明采用如下技术方案：

一种基于预修整工艺的晶圆键合方法，所述晶圆键合方法适用于分别经过前制程工艺加工的两片晶圆，至少一片所述晶圆的边缘具有一倒角，所述倒角上具有经过所述前制程工艺加工后产生的残留；所述晶圆键合方法包括：

步骤S1、通过预修整工艺，对具有所述倒角的所述晶圆进行预修整处理以去除所述晶圆的所述倒角上的所述残留；

步骤S2、通过键合工艺，对所述两片晶圆进行键合处理以使所述两片晶圆键合；

所述步骤S1中，通过所述预修整工艺进行所述预修整处理的具体步骤包括：

步骤S11、通过一修整设备的研磨头对所述倒角上的所述残留进行研磨以去除所述残留；

步骤S12、通过一酸液对所述晶圆进行至少一次清洗处理。

优选的，所述晶圆具有晶圆正面、与所述晶圆正面相对且平行的晶圆背面、位于所述晶圆正面和所述晶圆背面之间且与所述晶圆正面平行的台阶面、连接所述晶圆正面和所述台阶面的延伸面、与所述晶圆正面垂直的晶圆侧面、连接所述台阶面和所述晶圆侧面的第一倾斜面；

所述台阶面与所述第一倾斜面构成所述倒角，且所述残留位于所述第一倾斜面上。

优选的，所述晶圆还具有连接所述晶圆侧面和所述晶圆背面的第二倾斜面；

所述第一倾斜面和所述第二倾斜面关于所述晶圆侧面的垂直中心线对称。

优选的，所述步骤S11中，对所述倒角上的所述残留进行研磨时，还会去除位于所述残留下方的部分所述晶圆。

优选的，所述步骤S11中，对所述倒角上的所述残留进行研磨时，所述研磨头与所述晶圆正面之间呈一预设角度；

所述预设角度的范围为(0，π/2)。

优选的，所述步骤S11中，对所述倒角上的所述残留进行研磨时，所述研磨头采用一预设转速；

所述预设转速的范围为(1C/s，10C/s)。

优选的，所述步骤S11中，对所述倒角上的所述残留进行研磨时，所述研磨头采用一相对于所述台阶面的预设研磨深度；

所述预设研磨深度的范围为(1um，250um)。

优选的，所述步骤S11中，对所述倒角上的所述残留进行研磨时，所述研磨头采用一预设研磨时间；

所述预设研磨时间的范围为(1min，20min)。

优选的，所述步骤S12中，所述酸液包括氢氟酸和/或盐酸和/或双氧水和/或氨水和/或去离子水。

优选的，所述步骤S12中，所述清洗处理采用一预设清洗时间；

所述预设清洗时间的范围为(5s，600s)。

本发明的有益效果：通过在前制程工艺后和键合工艺前添加预修整工艺，能够去除前制程工艺中产生的残留，避免在键合工艺时残留剥落至晶圆表面使晶圆键合后形成键合缺陷，从而降低晶圆键合空洞缺陷率，提高产品良率，改善产品性能。

附图说明

图1-3为现有技术中，经过前制程工艺加工的两片晶圆在键合时的流程示意图；

图4为本发明的一种优选实施例中，基于预修整工艺的晶圆键合方法的流程图；

图5为本发明的一种优选实施例中，步骤S1的流程图；

图6-8为本发明的一种优选实施例中，基于预修整工艺的晶圆键合方法的流程示意图之一；

图9-11为本发明的一种优选实施例中，基于预修整工艺的晶圆键合方法的流程示意图之二。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，下述技术方案，技术特征之间可以相互组合。

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的说明：

如图4、6-8所示，一种基于预修整工艺的晶圆键合方法，上述晶圆键合方法适用于分别经过前制程工艺加工的两片晶圆，在一片或两片上述晶圆的边缘分别具有一倒角，上述倒角上具有经过上述前制程工艺加工后产生的残留8’；其特征在于，上述晶圆键合方法包括：

步骤S1、通过预修整工艺，对一片或两片具有上述倒角的上述晶圆进行预修整处理以去除上述晶圆上的上述残留8’；

步骤S2、通过键合工艺，对上述两片晶圆进行键合处理以使上述两片晶圆键合；

上述步骤S1中，通过上述预修整工艺进行上述预修整处理的具体步骤包括：

步骤S11、通过一修整设备的研磨头9’对上述倒角上的上述残留8’进行研磨以去除上述残留8’；

步骤S12、通过一酸液对上述晶圆进行至少一次清洗处理。

在本实施例中，通过在前制程工艺后和键合工艺前添加预修整工艺，能够去除前制程工艺中产生的残留8’，避免在键合工艺时残留8’剥落至晶圆表面使晶圆键合后形成键合缺陷，从而降低晶圆键合空洞缺陷率，提高产品良率，改善产品性能。

进一步的，针对不同的缺陷源进行选择性的工艺参数优化可以不同程度改善晶圆键合空洞缺陷率，提升产品性能。

可以适用于不同的三维集成晶圆键合工艺(Si基底与氧化物键合、氧化物与氧化物键合、氧化物与氮化物键合、金属与金属键合等等)，达到三维集成工艺低键合缺陷率的要求。

较佳的实施例中，上述晶圆具有晶圆正面1’、与上述晶圆正面1’相对且平行的晶圆背面2’、位于上述晶圆正面1’和上述晶圆背面2’之间且与上述晶圆正面1’平行的台阶面4’、连接上述晶圆正面1’和上述台阶面4’的延伸面5’、与上述晶圆正面1’垂直的晶圆侧面3’、连接上述台阶面4’和上述晶圆侧面3’的第一倾斜面6’；

上述台阶面4’与上述第一倾斜面6’构成上述倒角，且上述残留8’位于上述第一倾斜面6’上。

较佳的实施例中，上述晶圆还具有连接上述晶圆侧面3’和上述晶圆背面2’的第一倾斜面7’；

上述第一倾斜面6’和上述第一倾斜面7’关于上述晶圆侧面3’的垂直中心线对称。

较佳的实施例中，上述步骤S11中，对上述倒角上的上述残留8’进行研磨时，还会去除位于上述残留8’下方的部分上述晶圆。

较佳的实施例中，上述步骤S11中，对上述倒角上的上述残留8’进行研磨时，上述研磨头9’与上述晶圆正面1’之间呈一预设角度；

上述预设角度的角度范围为(0，π/2)。

较佳的实施例中，上述步骤S11中，对上述倒角上的上述残留8’进行研磨时，上述研磨头9’采用一预设转速；

上述预设转速的转速范围为(1C/s，10C/s)。

较佳的实施例中，上述步骤S11中，对上述倒角上的上述残留8’进行研磨时，上述研磨头9’采用一相对于上述台阶面4’的预设研磨深度；

上述预设研磨深度的深度范围为(1um，250um)。

较佳的实施例中，上述步骤S11中，对上述倒角上的上述残留8’进行研磨时，上述研磨头9’采用一预设研磨时间；

上述预设研磨时间的时间范围为(1min，20min)。

较佳的实施例中，上述步骤S12中，上述酸液包括氢氟酸和/或盐酸和/或双氧水和/或氨水和/或去离子水。

较佳的实施例中，上述步骤S12中，上述清洗处理采用一预设清洗时间；

上述预设清洗时间范围为(5s，600s)。

由图6-8可知，当研磨头9’垂直于晶圆正面1’时，预修整工艺完成后，倒角处形成第二个台阶面11’和与第二个台阶面11’垂直的第二个延伸面10’，在去除残留8’的过程中也去除了部分晶圆。

如图9-11所示，为本发明的另一个具体实施例，上述晶圆具有晶圆正面1”、与上述晶圆正面1”相对且平行的晶圆背面2”、位于上述晶圆正面1”和上述晶圆背面2”之间且与上述晶圆正面1”平行的台阶面4”、连接上述晶圆正面1”和上述台阶面4”的延伸面5”、与上述晶圆正面1’垂直的晶圆侧面3”、连接上述台阶面4”和上述晶圆侧面3”的第一倾斜面6”；

上述台阶面4”与上述第一倾斜面6”构成上述倒角，且上述残留8”位于上述第一倾斜面6’上。

上述晶圆还具有连接上述晶圆侧面3”和上述晶圆背面2”的第一倾斜面7”；

上述第一倾斜面6”和上述第一倾斜面7”关于上述晶圆侧面3”的垂直中心线对称。

由图9-11可知，当研磨头9’与晶圆正面1”呈15°时，预修整工艺完成后，倒角处形成第三个倾斜面10”，在去除残留8’的过程中也去除了部分晶圆。

通过说明和附图，给出了具体实施方式的特定结构的典型实施例，基于本发明精神，还可作其他的转换。尽管上述发明提出了现有的较佳实施例，然而，这些内容并不作为局限。

对于本领域的技术人员而言，阅读上述说明后，各种变化和修正无疑将显而易见。因此，所附的权利要求书应看作是涵盖本发明的真实意图和范围的全部变化和修正。在权利要求书范围内任何和所有等价的范围与内容，都应认为仍属本发明的意图和范围内。

Claims (8)

1.一种基于预修整工艺的晶圆键合方法，所述晶圆键合方法适用于分别经过前制程工艺加工的两片晶圆，至少一片所述晶圆的边缘具有一倒角，所述倒角上具有经过所述前制程工艺加工后产生的残留；其特征在于，所述晶圆键合方法包括：

步骤S1、通过预修整工艺，对具有所述倒角的所述晶圆进行预修整处理以去除所述晶圆的所述倒角上的所述残留；

步骤S2、通过键合工艺，对所述两片晶圆进行键合处理以使所述两片晶圆键合；

所述步骤S1中，通过所述预修整工艺进行所述预修整处理的具体步骤包括：

步骤S11、通过一修整设备的研磨头对所述倒角上的所述残留进行研磨以去除所述残留；

步骤S12、通过一酸液对所述晶圆进行至少一次清洗处理；

所述晶圆具有晶圆正面、与所述晶圆正面相对且平行的晶圆背面、位于所述晶圆正面和所述晶圆背面之间且与所述晶圆正面平行的第一个台阶面、连接所述晶圆正面和所述第一个台阶面的延伸面、与所述晶圆正面垂直的晶圆侧面、连接所述第一个台阶面和所述晶圆侧面的第一倾斜面；

所述第一个台阶面与所述第一倾斜面构成所述倒角，且所述残留位于所述第一倾斜面上；

所述步骤S11中，对所述倒角上的所述残留进行研磨时，还会去除位于所述残留下方的部分所述晶圆；

预修整工艺完成后，在所述倒角的位置形成与所述晶圆的正面平行的第二个台阶面以及与第二个台阶面垂直的第二个延伸面。

2.根据权利要求1的晶圆键合方法，其特征在于，所述晶圆还具有连接所述晶圆侧面和所述晶圆背面的第二倾斜面；

所述第一倾斜面和所述第二倾斜面关于所述晶圆侧面的垂直中心线对称。

3.根据权利要求1的晶圆键合方法，其特征在于，所述步骤S11中，对所述倒角上的所述残留进行研磨时，所述研磨头与所述晶圆正面之间呈一预设角度；

所述预设角度的角度范围为(0，π/2)。

4.根据权利要求1的晶圆键合方法，其特征在于，所述步骤S11中，对所述倒角上的所述残留进行研磨时，所述研磨头采用一预设转速；

所述预设转速的范围为(1C/s，10C/s)。

5.根据权利要求1的晶圆键合方法，其特征在于，所述步骤S11中，对所述倒角上的所述残留进行研磨时，所述研磨头采用一相对于所述第一个台阶面的预设研磨深度；

所述预设研磨深度的范围为(1um，250um)。

6.根据权利要求1的晶圆键合方法，其特征在于，所述步骤S11中，对所述倒角上的所述残留进行研磨时，所述研磨头采用一预设研磨时间；

所述预设研磨时间的范围为(1min，20min)。

7.根据权利要求1的晶圆键合方法，其特征在于，所述步骤S12中，所述酸液包括氢氟酸和/或盐酸和/或双氧水和/或氨水和/或去离子水。

8.根据权利要求7的晶圆键合方法，其特征在于，所述步骤S12中，所述清洗处理采用一预设清洗时间；

所述预设清洗时间的范围为(5s，600s)。