CN112071746B - 晶圆键合方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种晶圆键合方法，包括：提供载片晶圆，在载片晶圆表面形成保护层；提供器件晶圆，器件晶圆的正面与保护层之间通过粘结剂层键合；去除键合后的载片晶圆与器件晶圆周圈外露的粘结剂层；对键合后的器件晶圆的背面减薄；对减薄后的器件晶圆切边；刻蚀器件晶圆形成硅通孔。本发明先键合、减薄后再做切边，在载片晶圆表面形成保护层，在厚度方向上切至所述保护层。避免了先切边导致粘结剂层包裹切边台阶带来的问题，本发明减薄过程中粘结剂层不被磨削，不引入颗粒缺陷以及不会损害器件晶圆的焊盘以及研磨盘。边缘平整，后续薄膜沉积不产生空洞；保护层能很好保护载片晶圆，以避免在TSV(硅通孔)刻蚀过程中的损失。
Description
技术领域
本发明属于集成电路制造技术领域，具体涉及一种晶圆键合方法。
背景技术
在晶圆三维集成技术中，为实现多片晶圆的堆叠，需要把晶圆减到足够薄。超薄晶圆的拿持是一个关键问题。临时键合技术使用粘结剂键合载片晶圆与器件晶圆，进行减薄等系列后段工艺，最终可与其他晶圆键合后解键合，实现超薄晶圆的转移。
临时键合工艺中载片晶圆的回收利用，大大降低了工艺成本。在晶圆多片堆叠工艺中使用临时键合技术，边缘处理方式关系到缺陷引入与最终产品的良率。为减少后段工艺中边缘碎裂的问题，常用的方法是键合前进行切边处理。同时，在临时键合引入TSV(硅通孔)后续工艺流程中，载片晶圆的边缘保护情况也关系到其循环利用次数。
如图1所示，键合前进行对器件晶圆02切边处理，切边区域为T。如图2所示，切边后的器件晶圆02与载片晶圆01键合工艺中，键合用的粘结剂03(例如胶水)会因受挤压在边缘A处包裹切边台阶。如图3所示，接着研磨盘04对器件晶圆02研磨减薄，在减薄过程中粘结剂03被研磨到，会污染器件晶圆02的焊盘以及研磨盘，影响边缘研磨厚度。粘结剂03被带到研磨减薄后的器件晶圆02表面，引入杂质颗粒缺陷。如图4所示，颗粒进入器件晶圆02与周圈的粘结剂03之间的缝隙C，难以清洗。后续薄膜沉积后缝隙处C易形成空洞，造成晶圆劈裂。而且在后续TSV(硅通孔)离子刻蚀过程中载片晶圆01的周圈被暴露出的表面D处无保护，造成载片晶圆01被刻蚀消耗一定厚度，减少了载片晶圆01循环使用次数，增加了成本。
发明内容
本发明的目的在于提供一种晶圆键合方法，避免粘结剂层被磨削带来的“引入颗粒缺陷、损害器件晶圆的焊盘和研磨盘，以及产生空洞的”问题；避免载片晶圆的边缘在TSV(硅通孔)刻蚀过程中的损失，以增加载片晶圆的使用次数。
本发明提供一种晶圆键合方法，包括：
提供载片晶圆，在所述载片晶圆表面形成保护层；
提供器件晶圆，所述器件晶圆包括金属层，所述器件晶圆的正面与所述保护层之间通过粘结剂层键合；
去除键合后的所述载片晶圆与所述器件晶圆周圈外露的所述粘结剂层；
对键合后的所述器件晶圆的背面减薄；
对减薄后的所述器件晶圆切边，在所述器件晶圆的厚度方向上切至所述保护层；
刻蚀所述器件晶圆形成硅通孔，所述硅通孔暴露出所述金属层。
进一步的，所述保护层包括：氧化硅、氮化硅、苯并环丁烯和聚酰亚胺中的一种或两种以上的组合。
进一步的，形成所述保护层的工艺包括：物理气相沉积、化学气相沉积或原子层沉积中任意一种或两种以上的组合。
进一步的，对减薄后的所述器件晶圆切边步骤中，切边露出所述保护层并至少剩余部分厚度的所述保护层。
进一步的，所述器件晶圆还包括衬底和位于所述衬底上的介质层，所述金属层嵌设在所述介质层中，所述正面为所述介质层远离所述衬底的一面，所述背面为所述衬底远离所述介质层的一面。
进一步的，刻蚀所述器件晶圆形成硅通孔具体包括：
在切边后的所述器件晶圆的背面形成钝化层；
刻蚀所述钝化层、所述衬底和部分厚度的所述介质层形成所述硅通孔。
进一步的，刻蚀所述器件晶圆形成硅通孔之后，还包括：形成互连层，所述互连层填充在所述硅通孔中，所述互连层与所述金属层电连接。
进一步的，还包括：通过解键合将所述器件晶圆与所述载片晶圆分离。
进一步的，在所述解键合过程中将所述粘结剂层和位于所述载片晶圆上的所述保护层去除。
进一步的，使用EBR清洗机配合EBR清洗剂去除键合后的所述载片晶圆与所述器件晶圆周圈外露的所述粘结剂层。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
本发明提供的晶圆键合方法，包括：提供载片晶圆，在所述载片晶圆表面形成保护层；提供器件晶圆，所述器件晶圆包括金属层，所述器件晶圆的正面与所述保护层之间通过粘结剂层键合；去除键合后的所述载片晶圆与所述器件晶圆周圈外露的所述粘结剂层；对键合后的所述器件晶圆的背面减薄；对减薄后的所述器件晶圆切边，在所述器件晶圆的厚度方向上切至所述保护层；刻蚀所述器件晶圆形成硅通孔，所述硅通孔暴露出所述金属层。
本发明先键合、减薄后再做切边，在所述载片晶圆表面形成保护层，在所述器件晶圆的厚度方向上切至所述保护层。避免了先切边导致粘结剂层包裹切边台阶处带来的一系列问题，本发明减薄过程中粘结剂层不被磨削，不引入颗粒缺陷以及不会损害器件晶圆的焊盘以及研磨盘。边缘平整，薄膜沉积不产生空洞；增加的保护层能很好保护载片晶圆，以避免在TSV(硅通孔)刻蚀过程中的损失。
附图说明
图1为一种器件晶圆切边后示意图。
图2为一种器件晶圆与载片晶圆键合后粘结剂溢出示意图。
图3为一种器件晶圆与载片晶圆键合后研磨示意图。
图4为图3中的B处局部放大示意图。
图5为本发明实施例的一种晶圆键合方法流程示意图。
图6为本发明实施例的器件晶圆与载片晶圆键合后示意图。
图7为本发明实施例的器件晶圆与载片晶圆减薄后示意图。
图8为本发明实施例的器件晶圆与载片晶圆切边后示意图。
图9为本发明实施例的器件晶圆与载片晶圆形成互连层后示意图。
其中，附图标记如下：
01-载片晶圆；02-器件晶圆；03-粘结剂；04-研磨盘；
10-载片晶圆；11-保护层；20-器件晶圆；21-衬底；22-介质层；23-金属层；30-粘结剂层；24-钝化层；25-互连层。
具体实施方式
基于上述研究，本发明实施例提供了一种晶圆键合方法。以下结合附图和具体实施例对本发明进一步详细说明。根据下面说明，本发明的优点和特征将更清楚。需要说明的是，附图均采用非常简化的形式且使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
本发明实施例提供了一种晶圆键合方法，如图5所示，包括：
提供载片晶圆，在所述载片晶圆表面形成保护层；
提供器件晶圆，所述器件晶圆包括金属层，所述器件晶圆的正面与所述保护层之间通过粘结剂层键合；
去除键合后的所述载片晶圆与所述器件晶圆周圈外露的所述粘结剂层；
对键合后的所述器件晶圆的背面减薄；
对减薄后的所述器件晶圆切边，在所述器件晶圆的厚度方向上切至所述保护层；
刻蚀所述器件晶圆形成硅通孔，所述硅通孔暴露出所述金属层。
下面结合图6至图9介绍本发明实施例的晶圆键合方法的各步骤。
如图6所示，提供载片晶圆10，在所述载片晶圆10表面形成保护层11。形成保护层11的工艺包括：物理气相沉积、化学气相沉积或原子层沉积中任意一种或两种以上的组合。保护层11对载片晶圆10具有较佳的附着及覆盖能力。保护层11可以为：氧化硅、氮化硅、苯并环丁烯和聚酰亚胺中的一种或两种以上的组合。
提供器件晶圆20，器件晶圆20具有相对的正面f2和背面f1。在所述器件晶圆20的正面f2与所述保护层11之间形成粘结剂层30，所述器件晶圆20与所述载片晶圆10通过所述粘结剂层30键合。器件晶圆20包括衬底21、位于所述衬底21上的介质层22、嵌设于所述介质层22中的金属层23。(本实施方式中，所述器件晶圆20的正面f2为所述介质层22远离所述衬底21的一面，所述器件晶圆20的背面f1为所述衬底21远离所述介质层22的一面。)
衬底21可以为半导体衬底，由适合于半导体装置的任何半导体材料(诸如硅、碳化硅和硅锗等)制成。衬底21中可以形成有各种装置(不限于半导体装置)构件(图中未示出)。衬底21还可以为已经形成有其他层或构件，例如：栅极结构、接触孔、介质层、金属连线和通孔等等。
粘结剂层30受保护层11和器件晶圆20的挤压在周圈外露一部分。去除键合后的所述载片晶圆10与所述器件晶圆20周圈外露的粘结剂层30。具体的，可使用EBR(Edge BeadRemover，边缘微粒去除)清洗机配合EBR清洗剂去除。将EBR清洗剂引流至键合后的晶圆(载片晶圆10与器件晶圆20)的边缘附近，通过键合后的晶圆旋转，可快速去除边缘外露的粘结剂层30。边缘微小颗粒去除喷嘴位于键合后的晶圆边缘附近，可从键合后的晶圆顶部或从底部喷出EBR清洗剂，通过控制键合后的晶圆旋转速度，喷嘴位置和方向，可以去除键合后的晶圆周圈外露的粘结剂层30。
如图7所示，对键合后的所述器件晶圆20的背面f1减薄，使所述衬底21从衬底21的背面f1到正面f2的方向上厚度减小。具体的，减薄可先采用粗研磨再进行精细研磨工艺，粗研磨采用粗研磨机快速进行研磨，精细研磨例如采用化学机械研磨(CMP)工艺。
如图8所示，对减薄后的所述器件晶圆20切边，在所述器件晶圆20的厚度方向上切至所述保护层11,所述器件晶圆20的厚度方向是指与衬底21的背面f1或正面f2垂直的方向。具体的，露出所述保护层11并至少剩余部分厚度的所述保护层11。通过切边去除器件晶圆20的背面减薄和平坦化边所带来的边缘尖角(或不平整部分)。切边后器件晶圆边缘无粘结剂层30堆积，且所述保护层11在后续TSV孔刻蚀工艺中保护载片晶圆11的周圈，避免了载片晶圆在刻蚀过程中的消耗，增加了载片晶圆循环使用次数，从而降低了成本。
器件晶圆20不做限制，可以为硅晶圆、锗(Ge)晶圆、锗化硅(SiGe)晶圆、SOI(绝缘体上硅)晶圆或GOI(绝缘体上锗)晶圆中的任意一种。器件晶圆20可以为经过一定半导体工艺加工处理后的晶圆，即所述晶圆可以形成有芯片(未示出)及所述芯片的后端连线。
如图9所示，在切边后的所述器件晶圆20的背面f1形成钝化层24(薄膜)，刻蚀所述钝化层24和所述衬底21以及部分厚度的介质层22形成TSV孔V，所述TSV孔V暴露出金属层23。在所述TSV孔中填充互连层25，所述互连层25的材质为铜或钨。互连层25与金属层23电连接，互连层25将器件晶圆20的电信号引出。
器件晶圆20完成需要的工艺步骤后，通过解键合与载片晶圆10分离，载片晶圆10循环使用，保护层11可在解键合过程中随粘结剂层30一并去除。
综上所述，本发明提供了一种晶圆键合方法，通过先键合、减薄后再做切边，在所述载片晶圆表面形成保护层，在所述器件晶圆的厚度方向上切至所述保护层。避免了先切边导致粘结剂层包裹切边台阶处带来的一系列问题，本发明减薄过程中粘结剂层不被磨削，不引入颗粒缺陷以及不会损害器件晶圆的焊盘以及研磨盘。边缘平整，薄膜沉积不产生空洞；增加的保护层能很好保护载片晶圆，以避免在TSV(硅通孔)刻蚀过程中的损失，增加了载片晶圆的使用次数。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的方法而言，由于与实施例公开的器件相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
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 (9)
1.一种晶圆键合方法，其特征在于，包括：
提供载片晶圆，在所述载片晶圆表面形成保护层；
提供器件晶圆，所述器件晶圆包括金属层以及相对设置的正面与背面，所述器件晶圆的正面与所述保护层之间通过粘结剂层键合；
去除键合后的所述载片晶圆与所述器件晶圆周圈外露的所述粘结剂层；
对键合后的所述器件晶圆的背面减薄；
对减薄后的所述器件晶圆切边，在所述器件晶圆的厚度方向上切至所述保护层，切边露出所述保护层并至少剩余部分厚度的所述保护层；
刻蚀所述器件晶圆形成硅通孔，所述硅通孔暴露出所述金属层。
2.如权利要求1所述的晶圆键合方法，其特征在于，所述保护层包括：氧化硅、氮化硅、苯并环丁烯和聚酰亚胺中的一种或两种以上的组合。
3.如权利要求1所述的晶圆键合方法，其特征在于，形成所述保护层的工艺包括：物理气相沉积、化学气相沉积或原子层沉积中任意一种或两种以上的组合。
4.如权利要求1所述的晶圆键合方法，其特征在于，所述器件晶圆还包括衬底和位于所述衬底上的介质层，所述金属层嵌设在所述介质层中，所述正面为所述介质层远离所述衬底的一面，所述背面为所述衬底远离所述介质层的一面。
5.如权利要求4所述的晶圆键合方法，其特征在于，刻蚀所述器件晶圆形成硅通孔具体包括：
在切边后的所述器件晶圆的背面形成钝化层；
刻蚀所述钝化层、所述衬底和部分厚度的所述介质层形成所述硅通孔。
6.如权利要求1所述的晶圆键合方法，其特征在于，刻蚀所述器件晶圆形成硅通孔之后，还包括：形成互连层，所述互连层填充在所述硅通孔中，所述互连层与所述金属层电连接。
7.如权利要求6所述的晶圆键合方法，其特征在于，还包括：通过解键合将所述器件晶圆与所述载片晶圆分离。
8.如权利要求7所述的晶圆键合方法，其特征在于，在所述解键合过程中将所述粘结剂层和位于所述载片晶圆上的所述保护层去除。
9.如权利要求1所述的晶圆键合方法，其特征在于，使用EBR清洗机配合EBR清洗剂去除键合后的所述载片晶圆与所述器件晶圆周圈外露的所述粘结剂层。
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