CN110571163A - 晶圆键合工艺的气泡缺陷处理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种晶圆键合工艺的气泡缺陷处理方法及半导体器件的制造方法，所述晶圆键合工艺的气泡缺陷处理方法包括：提供一晶圆键合结构；以及，检测所述晶圆键合结构的键合界面的气泡缺陷是否超出规格；若所述晶圆键合结构的键合界面的气泡缺陷超出规格，则对所述气泡缺陷进行破开处理，并去除破开所述气泡缺陷时在所述晶圆键合结构的表面产生的碎渣；若所述晶圆键合结构的键合界面的气泡缺陷未超出规格，则进行下一步的晶圆键合工艺的工序。本发明的技术方案能够及时去除超出规格的气泡缺陷，避免导致晶圆键合结构异常，进而避免导致产品良率下降。

Description

晶圆键合工艺的气泡缺陷处理方法
技术领域
本发明涉及半导体制造技术领域，特别涉及一种晶圆键合工艺的气泡缺陷处理方法及半导体器件的制造方法。
背景技术
晶圆键合已经成为半导体制造技术集成发展和实用化的关键技术。晶圆键合是指将两片平整的晶圆面对面贴合起来，并施加以一定的压力、温度、电压等外部条件，在原有的两片晶圆间的界面产生原子或者分子间的结合力，如共价键、金属键、分子键等，使两表面间的键合能达到一定强度，而使这两片晶圆结为一体。
然而，在晶圆键合工艺中，由于表面残留颗粒或者在晶圆键合时产生的气体不能及时释放，从而会在键合界面形成大小不一的气泡缺陷。气泡缺陷不仅会导致气泡所在区域产量损失达到100％，同时，气泡也会在后续的制程中容易发生破裂而导致其它缺陷，例如在减薄工艺中对晶圆进行研磨时，气泡破裂产生的残渣会导致晶圆表面刮伤，或者，键合且减薄后的晶圆在继续形成膜层结构时，在炉管内的高温作用下气泡破裂产生的残渣会污染机台，从而导致机台中的批量的晶圆表面受到污染，进而导致键合晶圆的批量异常。
因此，如何在晶圆键合工艺之后及时地对存在气泡缺陷的键合晶圆进行处理，以避免导致更多的键合晶圆异常，进而避免导致良率下降是目前亟需解决的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种晶圆键合工艺的气泡缺陷处理方法及半导体器件的制造方法，能够及时去除超出规格的气泡缺陷，避免导致晶圆键合结构异常，进而避免导致产品良率下降。
为实现上述目的，本发明提供了一种晶圆键合工艺的气泡缺陷处理方法，包括：
提供一晶圆键合结构；以及，
检测所述晶圆键合结构的键合界面的气泡缺陷是否超出规格；
若所述晶圆键合结构的键合界面的气泡缺陷超出规格，则对所述气泡缺陷进行破开处理，并去除破开所述气泡缺陷时在所述晶圆键合结构的表面产生的碎渣；
若所述晶圆键合结构的键合界面的气泡缺陷未超出规格，则进行下一步的晶圆键合工艺的工序。
可选的，所述晶圆键合结构包括上层晶圆和下层晶圆，所述上层晶圆和下层晶圆键合形成所述晶圆键合结构；所述上层晶圆和所述下层晶圆的键合包括：所述上层晶圆的正面与所述下层晶圆的正面键合，或者，所述上层晶圆的背面与所述下层晶圆的正面键合，所述上层晶圆的正面与所述上层晶圆的背面为相对的面。
可选的，若所述晶圆键合结构的键合界面的气泡缺陷超出规格，则在对所述气泡缺陷进行破开处理之前，还对所述晶圆键合结构进行第一次减薄处理，以使得所述气泡缺陷上的所述晶圆键合结构的厚度减小。
可选的，对所述气泡缺陷进行破开处理的步骤包括：通过切片机台定位所述气泡缺陷在所述晶圆键合结构上的位置；以及，通过所述切片机台的刀片切破所述气泡缺陷；或者，
对所述气泡缺陷进行破开处理的步骤包括：通过激光烧蚀机台定位所述气泡缺陷在所述晶圆键合结构上的位置；以及，通过所述激光烧蚀机台的激光烧蚀所述气泡缺陷上的所述晶圆键合结构，以破开所述气泡缺陷。
可选的，通过清洗所述晶圆键合结构的方法，去除破开所述气泡缺陷时在所述晶圆键合结构的表面产生的碎渣。
可选的，在清洗所述晶圆键合结构之前，先将所述晶圆键合结构置于旋转状态，并采用气体加压的水冲洗所述晶圆键合结构，以去除所述晶圆键合结构的表面的大部分碎渣。
可选的，采用酸液清洗所述晶圆键合结构，以去除所述晶圆键合结构的表面的剩余碎渣。
可选的，所述下一步的晶圆键合工艺的工序至少包括：对所述晶圆键合结构去除所述气泡缺陷的表面进行第二次减薄处理。
可选的，符合所述规格的要求的所述气泡缺陷的直径小于1000μm。
本发明还提供了一种半导体器件的制造方法，包括：
采用本发明提供的所述晶圆键合工艺的气泡缺陷处理方法，去除一晶圆键合结构的键合界面的超出规格的气泡缺陷；以及，
对所述晶圆键合结构的去除气泡缺陷后的表面进行减薄处理。
与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下有益效果：
1、本发明的晶圆键合工艺的气泡缺陷处理方法，通过在检测晶圆键合结构的键合界面的气泡缺陷超出规格时，对所述气泡缺陷进行破开处理，并去除破开所述气泡缺陷时在所述晶圆键合结构的表面产生的碎渣，能够及时去除超出规格的气泡缺陷，避免导致晶圆键合结构异常，进而避免导致产品良率下降。
2、本发明的半导体器件的制造方法，由于采用本发明提供的所述晶圆键合工艺的气泡缺陷处理方法，去除一晶圆键合结构的键合界面的超出规格的气泡缺陷；以及，对所述晶圆键合结构的去除气泡缺陷后的表面进行减薄处理，避免了在减薄处理以及减薄处理之后的工艺过程中导致所述气泡缺陷破裂，进而避免导致晶圆键合结构的异常，从而避免导致产品良率下降。
附图说明
图1本发明一实施例的晶圆键合工艺的气泡缺陷处理方法的流程图；
图2a～2d是图1所示的晶圆键合工艺的气泡缺陷处理方法中的器件示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、优点和特征更加清楚，以下结合附图1～2d对本发明提出的晶圆键合工艺的气泡缺陷处理方法及半导体器件的制造方法作进一步详细说明。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。
本发明一实施例提供一种晶圆键合工艺的气泡缺陷处理方法，参阅图1，图1是本发明一实施例的晶圆键合工艺的气泡缺陷处理方法的流程图，所述晶圆键合工艺的气泡缺陷处理方法包括：
步骤S1，提供一晶圆键合结构；
步骤S2，检测所述晶圆键合结构的键合界面的气泡缺陷是否超出规格；若所述晶圆键合结构的键合界面的气泡缺陷超出规格，则对所述气泡缺陷进行破开处理，并去除破开所述气泡缺陷时在所述晶圆键合结构的表面产生的碎渣；若所述晶圆键合结构的键合界面的气泡缺陷未超出规格，则进行下一步的晶圆键合工艺的工序。
下面更为详细的介绍本实施例提供的晶圆键合工艺的气泡缺陷处理方法：
参阅图2a，按照步骤S1，提供一晶圆键合结构。如图2a所示，所述晶圆键合结构10包括上层晶圆11和下层晶圆12，所述上层晶圆11和下层晶圆12键合形成所述晶圆键合结构10。所述上层晶圆和所述下层晶圆可以包括衬底和设置于所述衬底至少一侧的膜层结构，即所述衬底的一侧或两侧设置有所述膜层结构。所述衬底可以为本领域技术人员熟知的任意合适的底材；所述膜层结构可以包括导电结构、栅极结构、介质层等，所述导电结构可以包括金属互连结构、电阻的极板或电容的极板，所述栅极结构可以是多晶硅栅极或金属栅极。需要说明的是，本发明对所述上层晶圆和所述下层晶圆的结构不作限定，可以依据要形成的器件选择合适的所述上层晶圆和所述下层晶圆。
所述上层晶圆的正面与所述下层晶圆的正面键合，或者，所述上层晶圆的背面与所述下层晶圆的正面键合，或者，所述上层晶圆的正面与所述下层晶圆的背面键合，其中，所述上层晶圆的正面与所述上层晶圆的背面为相对的面，所述下层晶圆的正面与所述下层晶圆的背面为相对的面。所述上层晶圆和所述下层晶圆键合的步骤包括：以所述上层晶圆的正面与所述下层晶圆的正面键合为例，所述上层晶圆的正面与所述下层晶圆的正面贴合起来，采用晶圆键合机台施加一定的压力、温度、电压等外部条件，所述上层晶圆的正面与所述下层晶圆的正面之间会产生原子或分子间的结合力，如共价键、金属键或分子键，当达到一定程度后，所述上层晶圆与所述下层晶圆形成为一个整体，即形成所述晶圆键合结构。
在采用晶圆键合机台形成所述晶圆键合结构的过程中，可能会因为某些原因而导致在形成的所述晶圆键合结构的键合界面产生气泡缺陷，如图2a中的气泡缺陷B1。产生气泡缺陷的原因一般包括：
(1)所述上层晶圆与所述下层晶圆直接全面贴合并进行加压键合，两片晶圆之间的空气无法及时跑出，空气留在两片晶圆之间形成气泡缺陷；
(2)在对所述上层晶圆和所述下层晶圆进行加热时，两片晶圆之间会产生水汽，而在对两片晶圆直接全面贴合并进行加压键合时，水汽无法及时排出，当两片晶圆的温度降低后，在两片晶圆之间留下气泡缺陷；
(3)所述上层晶圆与所述下层晶圆之间具有杂质，在形成所述晶圆键合结构的过程中形成气泡缺陷。
上述原因产生的气泡缺陷具有不同的尺寸，例如直径小于1000μm的小的气泡缺陷以及直径大于1000μm、甚至直径大于10000μm的大的气泡缺陷都可能会产生。对于直径较大的气泡缺陷，在后续的减薄工艺中对所述晶圆键合结构中的晶圆进行研磨时，所述气泡缺陷很容易会发生破裂，而所述气泡缺陷破裂产生的碎渣会导致晶圆表面的刮伤；或者，键合且减薄工艺后的所述晶圆键合结构在继续形成膜层结构时，在炉管内的高温作用下所述气泡缺陷破裂产生的碎渣会污染机台，从而导致机台中的批量的所述晶圆键合结构表面受到污染，进而导致所述晶圆键合结构的批量异常。因此，就需要在检测发现到较大的所述气泡缺陷之后，及时地对所述气泡缺陷进行处理，避免在后续的晶圆键合工艺的工序中导致所述晶圆键合结构的异常。
参阅图2b～2d，按照步骤S2，检测所述晶圆键合结构的键合界面的气泡缺陷是否超出规格；若所述晶圆键合结构的键合界面的气泡缺陷超出规格，则对所述气泡缺陷进行破开处理，并去除破开所述气泡缺陷时在所述晶圆键合结构的表面产生的碎渣；若所述晶圆键合结构的键合界面的气泡缺陷未超出规格，则进行下一步的晶圆键合工艺的工序。可以采用超声波检测技术来检测所述晶圆键合结构的键合界面的气泡缺陷。符合所述规格的要求的所述气泡缺陷的直径可以小于1000μm，即对于直径大于或等于1000μm的所述气泡缺陷进行破开处理。当然，符合所述规格的要求的所述气泡缺陷的直径也可以更小，即对于直径小于1000μm的所述气泡缺陷也可以进行破开处理，以进一步降低所述气泡缺陷对后续工艺的影响。
若所述晶圆键合结构的键合界面的气泡缺陷超出规格，则在对所述气泡缺陷进行破开处理之前，还可对所述晶圆键合结构进行第一次减薄处理，以使得所述气泡缺陷上的所述晶圆键合结构的厚度减小。以图2b所示的为例，所述晶圆键合结构10中的上层晶圆11原来的厚度是750μm，此厚度使得所述气泡缺陷B1很难被破开，即所述气泡缺陷B1上的所述上层晶圆11很难被刺破，因此，需要对所述上层晶圆11先进行减薄处理，例如可以减薄至20μm～30μm，以使得所述气泡缺陷B1上的所述上层晶圆11能够较容易被刺破而破开所述气泡缺陷B1。
对所述气泡缺陷进行破开处理的步骤可以包括：首先，通过切片机台定位所述气泡缺陷在所述晶圆键合结构上的位置，由于超出规格的所述气泡缺陷的位置已经在检测时被标识在晶圆的坐标系中，可以将检测机台中的气泡缺陷的坐标位置导入到切片机台上的坐标系中，从而实现对所述气泡缺陷进行定位；接着，通过所述切片机台的刀片切破所述气泡缺陷，可以选择合适厚度的刀片对相应尺寸大小的所述气泡缺陷进行破开处理，并且可以在所述切片机台上设置刀片的下移高度来控制切割的深度，避免将所述晶圆键合结构切穿而导致整片的所述晶圆键合结构的报废。
或者，对所述气泡缺陷进行破开处理的步骤包括：首先，通过激光烧蚀机台定位所述气泡缺陷在所述晶圆键合结构上的位置，定位的方式可以同上述的切片机台；接着，通过所述激光烧蚀机台的激光烧蚀所述气泡缺陷上的所述晶圆键合结构，以破开所述气泡缺陷，可以通过发射的激光的能量和烧蚀时间等参数来控制破开所述气泡缺陷的深度和面积。
在对所述气泡缺陷进行破开处理之后，所述晶圆键合结构的表面会产生碎渣，如图2c所示，多个碎渣D1位于所述晶圆键合结构10的表面。可以通过清洗所述晶圆键合结构的方法，去除破开所述气泡缺陷时在所述晶圆键合结构的表面产生的碎渣。
在清洗所述晶圆键合结构之前，可以先将所述晶圆键合结构置于旋转状态，并采用气体加压的水冲洗所述晶圆键合结构，以去除所述晶圆键合结构的表面的大部分碎渣，接着，采用酸液清洗所述晶圆键合结构，以去除所述晶圆键合结构的表面的剩余碎渣，如图2d所示的为碎渣被完全去除之后的所述晶圆键合结构。所述晶圆键合结构置于旋转状态可以使得所述晶圆键合结构上的碎渣在离心力的作用下能够被快速且彻底地去除；采用的酸液可以是氢氟酸溶液、双氧水、氨水、盐酸溶液中的一种或至少两种的混合液。
在将超出规格的所述气泡缺陷进行破开处理和去除碎渣处理之后，经过处理之后的气泡缺陷超出规格的所述晶圆键合结构即可以与气泡缺陷未超出规格的所述晶圆键合结构一起进行下一步的晶圆键合工艺的工序。所述下一步的晶圆键合工艺的工序至少包括：对所述晶圆键合结构去除所述气泡缺陷的表面进行第二次减薄处理。可以根据对所述晶圆键合结构的性能要求以及产品类型，进行第二次、第三次或者更多次地减薄处理。以减薄所述上层晶圆为例，经过第二次减薄处理之后的所述上层晶圆的厚度可以为4μm～10μm，经过第三次减薄处理之后的所述上层晶圆的厚度可以为1μm～2μm。
根据上述描述可知，在检测到所述气泡缺陷超出规格之后且对所述晶圆键合结构进行所述下一步的晶圆键合工艺的工序之前，即对气泡缺陷进行破开处理和去碎渣处理，使得超出规格的所述气泡缺陷能够及时地被去除，避免了所述气泡缺陷对后续的工艺产生影响，进而避免导致所述晶圆键合结构的异常，从而避免导致产品良率的下降。
另外，上述的晶圆键合工艺的气泡缺陷处理方法中的各个步骤不仅限于上述的形成顺序，各个步骤的先后顺序可适应性的进行调整。
综上所述，本发明提供的晶圆键合工艺的气泡缺陷处理方法，包括：提供一晶圆键合结构；以及，检测所述晶圆键合结构的键合界面的气泡缺陷是否超出规格；若所述晶圆键合结构的键合界面的气泡缺陷超出规格，则对所述气泡缺陷进行破开处理，并去除破开所述气泡缺陷时在所述晶圆键合结构的表面产生的碎渣；若所述晶圆键合结构的键合界面的气泡缺陷未超出规格，则进行下一步的晶圆键合工艺的工序。本发明提供的晶圆键合工艺的气泡缺陷处理方法能够及时去除超出规格的气泡缺陷，避免导致晶圆键合结构异常，进而避免导致产品良率下降。
本发明一实施例提供一种半导体器件的制造方法，所述半导体器件的制造方法包括：采用本发明提供的所述晶圆键合工艺的气泡缺陷处理方法，去除一晶圆键合结构的键合界面的超出规格的气泡缺陷；以及，对所述晶圆键合结构的去除气泡缺陷后的表面进行减薄处理。
所述晶圆键合结构包括上层晶圆和下层晶圆，可以对所述晶圆键合结构中的所述上层晶圆或所述下层晶圆进行减薄处理，也可以对所述上层晶圆和所述下层晶圆均进行减薄处理。所述上层晶圆和/或下层晶圆减薄后的厚度可以为1μm～30μm，当然，所述减薄后的厚度也可以为小于1μm或者大于30μm，可以根据生产的所述晶圆键合结构的性能要求以及产品类型选择所需的厚度。
由于是在对所述晶圆键合结构进行减薄处理之前去除超出规格的所述气泡缺陷，避免了在减薄处理的过程中因研磨而导致所述气泡缺陷破裂，进而避免了所述晶圆键合结构的表面划伤；同时，也避免了在减薄处理之后的工艺过程中导致所述气泡缺陷破裂，进而避免导致批量的晶圆键合结构的异常。因此，避免了导致产品良率下降。
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 (10)

1.一种晶圆键合工艺的气泡缺陷处理方法，其特征在于，包括：
提供一晶圆键合结构；以及，
检测所述晶圆键合结构的键合界面的气泡缺陷是否超出规格；
若所述晶圆键合结构的键合界面的气泡缺陷超出规格，则对所述气泡缺陷进行破开处理，并去除破开所述气泡缺陷时在所述晶圆键合结构的表面产生的碎渣；
若所述晶圆键合结构的键合界面的气泡缺陷未超出规格，则进行下一步的晶圆键合工艺的工序。
2.如权利要求1所述的晶圆键合工艺的气泡缺陷处理方法，其特征在于，所述晶圆键合结构包括上层晶圆和下层晶圆，所述上层晶圆和下层晶圆键合形成所述晶圆键合结构；所述上层晶圆和所述下层晶圆的键合包括：所述上层晶圆的正面与所述下层晶圆的正面键合，或者，所述上层晶圆的背面与所述下层晶圆的正面键合，所述上层晶圆的正面与所述上层晶圆的背面为相对的面。
3.如权利要求1所述的晶圆键合工艺的气泡缺陷处理方法，其特征在于，若所述晶圆键合结构的键合界面的气泡缺陷超出规格，则在对所述气泡缺陷进行破开处理之前，还对所述晶圆键合结构进行第一次减薄处理，以使得所述气泡缺陷上的所述晶圆键合结构的厚度减小。
4.如权利要求1所述的晶圆键合工艺的气泡缺陷处理方法，其特征在于，对所述气泡缺陷进行破开处理的步骤包括：通过切片机台定位所述气泡缺陷在所述晶圆键合结构上的位置；以及，通过所述切片机台的刀片切破所述气泡缺陷；或者，
对所述气泡缺陷进行破开处理的步骤包括：通过激光烧蚀机台定位所述气泡缺陷在所述晶圆键合结构上的位置；以及，通过所述激光烧蚀机台的激光烧蚀所述气泡缺陷上的所述晶圆键合结构，以破开所述气泡缺陷。
5.如权利要求1所述的晶圆键合工艺的气泡缺陷处理方法，其特征在于，通过清洗所述晶圆键合结构的方法，去除破开所述气泡缺陷时在所述晶圆键合结构的表面产生的碎渣。
6.如权利要求5所述的晶圆键合工艺的气泡缺陷处理方法，其特征在于，在清洗所述晶圆键合结构之前，先将所述晶圆键合结构置于旋转状态，并采用气体加压的水冲洗所述晶圆键合结构，以去除所述晶圆键合结构的表面的大部分碎渣。
7.如权利要求6所述的晶圆键合工艺的气泡缺陷处理方法，其特征在于，采用酸液清洗所述晶圆键合结构，以去除所述晶圆键合结构的表面的剩余碎渣。
8.如权利要求1所述的晶圆键合工艺的气泡缺陷处理方法，其特征在于，所述下一步的晶圆键合工艺的工序至少包括：对所述晶圆键合结构去除所述气泡缺陷的表面进行第二次减薄处理。
9.如权利要求1所述的晶圆键合工艺的气泡缺陷处理方法，其特征在于，符合所述规格的要求的所述气泡缺陷的直径小于1000μm。
10.一种半导体器件的制造方法，其特征在于，包括：
采用权利要求1至9中任一项所述的晶圆键合工艺的气泡缺陷处理方法，去除一晶圆键合结构的键合界面的超出规格的气泡缺陷；以及，
对所述晶圆键合结构的去除气泡缺陷后的表面进行减薄处理。
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