CN114014261A - 晶圆键合对准精度的测量方法及结构 - Google Patents

晶圆键合对准精度的测量方法及结构 Download PDF

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王俊杰
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Abstract

本申请公开了一种晶圆键合对准精度的测量方法及结构，涉及半导体制造领域。该方法包括在第一晶圆的锗键合层中形成锗键合对准图形和偏移量检测图形；偏移量检测图形为内侧带有刻度指示图形的矩形框图形；在第二晶圆的铝键合层中形成铝键合对准图形和定位图形；定位图形为带有指针的十字形图形；将第一晶圆上的锗键合对准图形和第二晶圆上的铝键合对准图形对准；将锗键合层和铝键合层共晶键合；利用红外线获取偏移量检测图形和定位图形结合形成的对准精度量测图形，根据对准精度量测图形确定第一晶圆和第二晶圆的对准偏差值；解决了目前难以对键合机台的对准精度进行监控的问题；达到了准确直观地判断对准偏差，有效监控键合机台对准精度的效果。

Description

晶圆键合对准精度的测量方法及结构
技术领域
本申请涉及半导体制造领域，具体涉及一种晶圆键合对准精度的测量方法及结构。
背景技术
硅基CMOS-MEMS加速度传感器采用CMOS和MEMS晶圆共晶键合工艺，如图1所示，加速度传感器形成在第一晶圆110上，第二晶圆120上形成CMOS集成电路，第三晶圆130作为第一晶圆110的封盖层。当第一晶圆110和第二晶圆120键合时，通常由第一晶圆110上的锗(Ge)层140与第二晶圆120上的铝(Al)层150实现共晶键合。
图2示出了一种现有的锗层搜索标记，图3示出了一种现有的铝层搜索标记，图4示出了图2所示的锗层搜索标记与图3所示的铝层搜索标记的套刻示意图。如图4所示，锗层搜索标记和铝层搜索标记套刻后形成开口区41。图5示出了图4中区域42对应的照片，可以看出开口区41不位于中间位置，表明第一晶圆和第二晶圆键合时存在对准偏差。
在制作硅基CMOS-MEMS加速度传感器的过程中，CMOS和MEMS微观图形的对准精度极为重要，直接影响器件性能。目前，CMOS晶圆和MEMS晶圆键合时的对准图形只有键合机台的搜索标记(search mark)，没有对铝层和锗层的套刻(overlay)量测标记，无法有效监控键合机台的对准精度。
发明内容
为了解决相关技术中的问题，本申请提供了一种晶圆键合对准精度的测量方法及结构。该技术方案如下：
第一方面，本申请实施例提供了一种晶圆键合对准精度的测量方法，该方法包括：
在形成有MEMS加速度传感器的第一晶圆的锗键合层中形成锗键合对准图形和偏移量检测图形；偏移量检测图形为内侧带有刻度指示图形的矩形框图形；
在形成有CMOS集成电路的第二晶圆的铝键合层中形成铝键合对准图形和定位图形；定位图形为带有指针的十字形图形；偏移量检测图形和定位图形的位置对应；
将第一晶圆上的锗键合对准图形和第二晶圆上的铝键合对准图形对准；
将第一晶圆的锗键合层和第二晶圆的铝键合层共晶键合；
利用红外线获取偏移量检测图形和定位图形结合形成的对准精度量测图形，根据对准精度量测图形确定第一晶圆和第二晶圆的对准偏差值。
可选的，在形成有MEMS加速度传感器的第一晶圆的锗键合层形成锗键合对准图形和偏移量检测图形，包括：
在第一晶圆的锗键合层的工程服务区形成锗键合对准图形和一个偏移量检测图形；
其中，偏移量检测图形位于锗键合对准图形外侧的辅助图案区。
可选的，在形成有CMOS集成电路的第二晶圆的铝键合层中形成铝键合对准图形和定位图形，包括；
在第二晶圆的铝键合层的工程服务区形成铝键合对准图形和一个定位图形；
其中，定位图形位于铝键合对准图形外侧的辅助图案区。
第二方面，本申请实施例提供了一种晶圆键合对准精度的测量结构，包括：
形成有MEMS加速度传感器的第一晶圆，第一晶圆的锗键合层中形成有锗键合对准图形和偏移量检测图形，偏移量检测图形为内侧带有刻度指示图形的矩形框图形；
形成有CMOS集成电路的第二晶圆，第二晶圆的铝键合层中形成有铝键合对准图形和定位图形；定位图形为带有指针的十字形图形，偏移量检测图形和定位图形的位置对应；
第一晶圆的锗键合层和第二晶圆的铝键合层共晶键合，第一晶圆上的锗键合对准图形和第二晶圆上的铝键合对准图形对准。
可选的，第一晶圆的锗键合层的工程服务区形成有锗键合对准图形和一个偏移量检测图形；
偏移量检测图形位于锗键合对准图形外侧的辅助图案区。
可选的，第二晶圆的铝键合层的工程服务区形成有铝键合对准图形和一个定位图形；
定位图形位于铝键合对准图形外侧的辅助图案区。
本申请技术方案，至少包括如下优点：
通过在第一晶圆的锗键合层形成偏移量检测图形，在第二晶圆的铝键合层形成定位图形，对准锗键合对准图形和铝键合对准图形后，将第一晶圆和第二晶圆共晶键合，键合后偏移量检测图形和定位图形结合形成的对准精度量测图形，利用红外线获取对准精度量测图形，并确定第一晶圆和第二晶圆的对准偏差值；解决了目前难以对键合机台的对准精度进行监控的问题；达到了准确直观地判断对准偏差，有效监控键合机台对准精度的效果。
附图说明
为了更清楚地说明本申请具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本申请的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是CMOS晶圆和MEMS晶圆共晶键合的示意图；
图2是MEMS晶圆的锗层中锗搜索标记的示意图；
图3是CMOS晶圆的铝层中铝搜索标记的示意图；
图4是锗搜索标记和铝搜索标记套刻后的示意图；
图5是图4中区域42对应的照片；
图6是本申请实施例提供的晶圆键合对准精度的测量方法的流程图；
图7是本申请实施例提供的锗键合层中偏移量检测图形的示意图；
图8是本申请实施例提供的铝键合层中定位图形的示意图；
图9是本申请实施例提供的偏移量检测图形和定位图形套刻后的示意图；
图10是一种晶圆上的区域划分示意图；
图11是本申请实施例提供的一种晶圆上工程服务区的示意图；
图12是本申请实施例提供的另一种晶圆上工程服务区的示意图。
具体实施方式
下面将结合附图，对本申请中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在不做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本申请保护的范围。
在本申请的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电气连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通，可以是无线连接，也可以是有线连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
此外，下面所描述的本申请不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
请参考图6，其示出了本申请实施例提供的一种晶圆键合对准精度的测量方法的流程图，该方法包括如下步骤：
步骤101，在形成有MEMS加速度传感器的第一晶圆的锗键合层中形成锗键合对准图形和偏移量检测图形。
偏移量检测图形为内侧带有指示图形的矩形框图形。
如图7所示，矩形框图形71的每边每侧均带有指示图形72，每个指示图形72对应一个刻度，每个指示图形72的端部为指针形状。
第一晶圆上的锗键合层用于与形成有CMOS集成电路的第二晶圆进行共晶键合。
锗键合层中包括锗键合结构、锗键合对准图形、偏移量检测图形。锗键合对准图形为锗层的搜索标记(search mark)。
步骤102，在形成有CMOS集成电路的第二晶圆的铝键合层中形成铝键合对准图形和定位图形。
定位图形为带有指针的十字形图形。如图8所示，定位图形81为十字形图形，每个端部为指针。定位图形81中的横向图形在X方向，纵向图形在Y方向。
第一晶圆上的偏移量检测图形和第二晶圆上的定位图形的位置对应。
第二晶圆上的铝键合层用于与形成有MEMS加速度传感器的第一晶圆进行共晶键合。
铝键合层中包括铝键合结构、铝键合对准图形、定位图形。铝键合对准图形为铝层的搜索标记(search mark)。
步骤103，将第一晶圆上的锗键合对准图形和第二晶圆上的铝键合对准图形对准。
步骤104，将第一晶圆的锗键合层和第二晶圆的铝键合层共晶键合。
步骤105，利用红外线获取偏移量检测图形和定位图形结合形成的对准精度量测图形，根据对准精度量测图形确定第一晶圆和第二晶圆的对准偏差值。
当锗键合对准图形和铝键合对准图形对准时，偏移量检测图形和定位图形也对准。在第一晶圆的锗键合层和第二晶圆的铝键合层共晶键合之后，偏移量检测图形和定位图形结合形成的对准精度量测图形。
利用红外线获取对准精度量测图形，根据对准精度量测图形确定第一晶圆和第二晶圆的对准偏差值。
偏移量检测图形和定位图形结合形成的对准精度量测图形如图9所示，定位图形81位于偏移量检测图形的矩形框72内，通过定位图形81的横向图形和偏移量检测图形在Y方向上的刻度指示图形72，结合刻度值，可以得到Y方向的对准偏差；通过定位图形81的纵向图形和偏移量检测图形在X方向上的刻度指示图形72，结合刻度值，可以得到X方向的对准偏差。
根据X方向的对准偏差和Y方向的对准偏差，确定第一晶圆和第二晶圆的对准偏差。
比如：当第一晶圆和第二晶圆不存在对准偏差时，定位图形81的横向图形的指针指向Y方向上与0刻度对应的刻度指示图形72，定位图形81的纵向图形的指针指向X方向上与0刻度对应的刻度指示图形72。
可选的，利用红外线机台或红外线设备或带有红外线读取功能的键合机台获取对准精度量测图形。
综上所述，本申请实施例提供的晶圆键合对准精度的测量方法，通过在第一晶圆的锗键合层形成偏移量检测图形，在第二晶圆的铝键合层形成定位图形，对准锗键合对准图形和铝键合对准图形后，将第一晶圆和第二晶圆共晶键合，键合后偏移量检测图形和定位图形结合形成的对准精度量测图形，利用红外线获取对准精度量测图形，并确定第一晶圆和第二晶圆的对准偏差值；解决了目前难以对键合机台的对准精度进行监控的问题；达到了准确直观地判断对准偏差，有效监控键合机台对准精度的效果。
在基于图6所示实施例的可选实施例中，上述步骤101，即“在形成有MEMS加速度传感器的第一晶圆的锗键合层中形成锗键合对准图形和偏移量检测图形”，可以由如下方式实现：
在第一晶圆的锗键合层的工程服务区形成锗键合对准图形和一个偏移量检测图形，偏移量检测图形位于锗键合对准图形外侧的辅助图案区。
可选的，在形成有MEMS加速度传感器的第一晶圆上形成锗键合层，利用带有锗键合对准图形、偏移量测图形、锗键合结构图形的掩膜版进行光刻，刻蚀锗键合层后，形成锗键合结构、锗键合对准图形和一个偏移量检测图形。
如图10所示，晶圆210上设置有工程服务区220，锗键合对准图形和偏移量检测图形位于工程服务区。如图11所示，工程服务区设置有对准图形区310和辅助图案区320，锗键合对准图形330位于工程服务区的对准图形区310，偏移量检测图形340位于锗键合对准图形外侧的辅助图案区320；辅助图案区320设置有若干个辅助图案350。
在基于图6所示实施例的可选实施例中，上述步骤102，即“在形成有CMOS集成电路的第二晶圆的铝键合层中形成铝键合对准图形和定位图形”，可以由如下方式实现：
在第二晶圆的铝键合层的工程服务区形成铝键合对准图形和一个定位图形，定位图形位于铝键合对准图形外侧的辅助图案区。
可选的，在形成有CMOS集成电路的第二晶圆上形成铝键合层，利用带有铝键合对准图形、定位图形、铝键合结构图形的掩膜版进行光刻，刻蚀铝键合层后，形成铝键合结构、铝键合对准图形和一个定位图形。
该定位图形在第二晶圆上的位置与偏移量检测图形在第一晶圆上的位置对应一致。
晶圆上设置有工程服务区，铝键合对准图形和一个定位图形位于工程服务区；如图12所示，工程服务区设置有对准图形区410和辅助图案区420，铝键合对准图形430位于工程服务区的对准图形区410，定位图形440位于铝键合对准图形外侧的辅助图案区420；辅助图案区420设置有若干个辅助图案450。
本申请实施例提供了一种晶圆键合对准精度的量测结构，包括形成有MEMS加速度传感器的第一晶圆，和，形成有CMOS集成电路的第二晶圆。
第一晶圆的锗键合层中形成有锗键合对准图形和偏移量检测图形，偏移量检测图形为内侧带有刻度指示图形的矩形，如图7所示。
第二晶圆的铝键合层中形成有铝键合对准图形和定位图形，定位图形为带有指针的十字形图形，如图8所示。
偏移量检测图形和定位图形的位置对应。
偏移量检测图形在第一晶圆上的设置位置与定位图形在第二晶圆上的设置位置一致。
第一晶圆的锗键合层和第二晶圆的铝键合层共晶键合，第一晶圆上的锗键合对准图形和第二晶圆上的铝键合对准图形对准。
第一晶圆上的键合结构和第二晶圆上的键合结构共晶键合，锗键合对准图形和铝键合图形对准并结合；同时，偏移量检测图形和定位图形结合，如图9所示。
在第一晶圆的锗键合层的工程服务区形成有锗键合对准图形和一个偏移量检测图形，偏移量检测图形位于锗键合对准图形外侧的辅助图案区，如图11所示。
在第二晶圆的铝键合层的工程服务区形成有铝键合对准图形和一个定位图形，定位图形位于铝键合层对准图形外侧的辅助图形区，如图12所示。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本申请创造的保护范围之中。

Claims (6)

1.一种晶圆键合对准精度的测量方法，其特征在于，所述方法包括：
在形成有MEMS加速度传感器的第一晶圆的锗键合层中形成锗键合对准图形和偏移量检测图形；所述偏移量检测图形为内侧带有刻度指示图形的矩形框图形；
在形成有CMOS集成电路的第二晶圆的铝键合层中形成铝键合对准图形和定位图形；所述定位图形为带有指针的十字形图形；所述偏移量检测图形和所述定位图形的位置对应；
将所述第一晶圆上的所述锗键合对准图形和所述第二晶圆上的所述铝键合对准图形对准；
将所述第一晶圆的锗键合层和所述第二晶圆的铝键合层共晶键合；
利用红外线获取所述偏移量检测图形和所述定位图形结合形成的对准精度量测图形，根据所述对准精度量测图形确定所述第一晶圆和所述第二晶圆的对准偏差值。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述在形成有MEMS加速度传感器的第一晶圆的锗键合层形成锗键合对准图形和偏移量检测图形，包括：
在所述第一晶圆的锗键合层的工程服务区形成所述锗键合对准图形和一个偏移量检测图形；
其中，所述偏移量检测图形位于所述锗键合对准图形外侧的辅助图案区。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在形成有CMOS集成电路的第二晶圆的铝键合层中形成铝键合对准图形和定位图形，包括；
在所述第二晶圆的铝键合层的工程服务区形成所述铝键合对准图形和一个定位图形；
其中，所述定位图形位于所述铝键合对准图形外侧的辅助图案区。
4.一种晶圆键合对准精度的测量结构，其特征在于，包括：
形成有MEMS加速度传感器的第一晶圆，所述第一晶圆的锗键合层中形成有锗键合对准图形和偏移量检测图形，所述偏移量检测图形为内侧带有刻度指示图形的矩形框图形；
形成有CMOS集成电路的第二晶圆，所述第二晶圆的铝键合层中形成有铝键合对准图形和定位图形；所述定位图形为带有指针的十字形图形，所述偏移量检测图形和所述定位图形的位置对应；
所述第一晶圆的所述锗键合层和所述第二晶圆的所述铝键合层共晶键合，所述第一晶圆上的所述锗键合对准图形和所述第二晶圆上的所述铝键合对准图形对准。
5.根据权利要求4所述的晶圆键合对准精度的测量结构，其特征在于，所述第一晶圆的锗键合层的工程服务区形成有所述锗键合对准图形和一个偏移量检测图形；
所述偏移量检测图形位于所述锗键合对准图形外侧的辅助图案区。
6.根据权利要求4所述的晶圆键合对准精度的测量结构，其特征在于，所述第二晶圆的铝键合层的工程服务区形成有所述铝键合对准图形和一个定位图形；
所述定位图形位于所述铝键合对准图形外侧的辅助图案区。
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