CN212257381U - 一种键合晶圆 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种键合晶圆，包括：相对设置的第一晶圆和第二晶圆，所述第一晶圆具有第一凹部和与所述第一凹部底部连通的第二凹部，且所述第二凹部的宽度大于所述第一凹部的宽度，所述第二晶圆具有第一凸部和与所述第一凹部和所述第二凹部对应的第二凸部；位于所述第一晶圆与所述第二晶圆相对表面的第一金属层；位于所述第二晶圆与所述第一晶圆相对表面的第二金属层；侧壁覆盖有所述第一金属层的所述第一凹部的宽度不大于所述第二凸部远离所述第二凹部一端的宽度。第一金属层和第二金属层互融，第二凸部与第一晶圆的第一凹部和第二凹部紧密结合，从而使第一晶圆和第二晶圆不存在间隙，提升气密性。

Description

一种键合晶圆

技术领域

本申请涉及半导体制造工艺技术领域，特别是涉及一种键合晶圆。

背景技术

晶圆键合技术是指通过化学和物理作用将两片晶圆紧密结合起来，这一过程可以形成器件的气密性空腔，从而提高器件的可靠性。

目前，对两片晶圆进行键合时，在晶圆内在每个器件周边形成一圈密封圈，在器件的电极处形成键合点并采用硅通孔以及位于硅通孔上方的金属互连结构形成电极连接，在两片晶圆的表面形成的密封圈和键合点处沉积金属材料，然后通过键合技术，在一定条件下，两片晶圆键合点上的金属互融在一起，完成键合过程。另外，目前还有在位于上方的晶圆的键合点上做凸起结构，再进行键合的方式。对于大尺寸的晶圆，例如8寸、12寸，采用目前的键合方式使键合后器件的气密性并不好。由于晶圆尺寸比较大，键合面厚度均匀性无法做到完全一致，因此在键合过程中无法保证晶圆的整面区域都键合良好，可能存在区域性虚键合，特别边缘区域。在键合制程中，由于是平面和平面接触键合，若晶圆表面有残留或者其他掉落残留在键合面上，也会导致局部键合不良，影响键合后器件的气密性。

因此，如何解决上述技术问题应是本领域技术人员重点关注的。

实用新型内容

本申请的目的是提供一种键合晶圆，以提高键合晶圆的气密性。

为解决上述技术问题，本申请提供一种键合晶圆，包括：

相对设置的第一晶圆和第二晶圆，所述第一晶圆具有第一凹部和与所述第一凹部底部连通的第二凹部，且所述第二凹部的宽度大于所述第一凹部的宽度，所述第二晶圆具有第一凸部和与所述第一凹部和所述第二凹部对应的第二凸部，所述第一凸部与所述第二凸部的根部相连；

位于所述第一晶圆与所述第二晶圆相对表面的第一金属层；

位于所述第二晶圆与所述第一晶圆相对表面的第二金属层；

侧壁覆盖有所述第一金属层的所述第一凹部的宽度不大于所述第二凸部远离所述第二凹部一端的宽度。

可选的，所述第二凸部靠近所述第二凹部的一端的宽度小于远离所述第二凹部的一端的宽度。

可选的，所述第一金属层包括：

位于所述第一晶圆与所述第二晶圆相对表面的金属粘结层和层叠在所述金属粘结层表面的金属键合层，所述第一金属层的厚度不小于所述第二凹部深度的四分之三。

可选的，所述金属键合层为锡金属层或者金金属层。

可选的，所述第一凹部和所述第二凹部的数量均为一个；

相应的，所述第二晶圆还包括位于所述第一凸部和所述第二凸部之间的第三凸部。

可选的，所述第二凸部的高度等于所述第一凹部和所述第二凹部的深度之和。

本申请所提供的一种键合晶圆，包括相对设置的第一晶圆和第二晶圆，所述第一晶圆具有第一凹部和与所述第一凹部底部连通的第二凹部，且所述第二凹部的宽度大于所述第一凹部的宽度，所述第二晶圆具有第一凸部和与所述第一凹部和所述第二凹部对应的第二凸部，所述第一凸部与所述第二凸部的根部相连；位于所述第一晶圆与所述第二晶圆相对表面的第一金属层；位于所述第二晶圆与所述第一晶圆相对表面的第二金属层；侧壁覆盖有所述第一金属层的所述第一凹部的宽度不大于所述第二凸部远离所述第二凹部一端的宽度。

可见，本申请中第一晶圆具有连通的第一凹部和第二凹部，并且第二凹部的宽度大于第一凹部，第一晶圆具有第一凸部和与第一凹部和第二凹部对应的第二凸部，第一晶圆和第二晶圆相对彼此的表面分别有第一金属层和第二金属层，即第一凹部和第二凹部的内表面分布有第一金属层，第一凸部和第二凸部的表面分布有第二金属层，且侧壁覆盖有第一金属层的第一凹部的宽度不大于第二凸部远离第二凹部一端的宽度，因此在键合时，第二金属层在第二凸部远离第二凹部处的两个端点与第一金属层在第一凹部开口处的两个端点紧密接触，第二金属层在第二凸部靠近第二凹部处的两个端点与第二凹部内的金属层紧密接触，且键合后第一金属层和第二金属层互融，所以第一晶圆与第二晶圆之间没有间隙，气密性提高，由于第二凹部的存在，即使第一晶圆与第二晶圆键合表面存在异物，并不会影响第一金属层和第二金属层在第二凸部、第一凹部、第二凹部处的紧密接触，提升键合气密性的同时，保证键合晶圆上器件的性能。

附图说明

为了更清楚的说明本申请实施例或现有技术的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，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为本申请实施例所提供的一种键合晶圆的局部结构示意图；

图2为覆盖有第一金属层的第一晶圆局部示意图；

图3为覆盖有第二金属层的第二晶圆局部示意图；

图4为本申请实施例所提供的另一种键合晶圆的局部结构示意图；

图5为键合晶圆结构示意图；

图6为本申请实施例所提供的一种键合晶圆键合后局部结构示意图；

图7为本申请实施例所提供的一种键合晶圆键合后俯视示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面结合附图和具体实施方式对本申请作进一步的详细说明。显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，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没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本实用新型，但是本实用新型还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本实用新型内涵的情况下做类似推广，因此本实用新型不受下面公开的具体实施例的限制。

正如背景技术部分所述，现有的键合晶圆容易出现虚性键合，晶圆表面若有残留或者其他掉落残留在键合面上，也会导致局部键合不良，影响键合后器件的气密性，进而影响性能。

有鉴于此，本申请提供了一种键合晶圆，请参见图1至图3以及图5至图7，图1为本申请实施例所提供的一种键合晶圆的局部结构示意图，图2为覆盖有第一金属层的第一晶圆局部示意图，图3为覆盖有第二金属层的第二晶圆局部示意图，图5为键合晶圆结构示意图，图6为本申请实施例所提供的一种键合晶圆键合后局部结构示意图，图7为本申请实施例所提供的一种键合晶圆键合后俯视示意图，键合晶圆包括：

相对设置的第一晶圆1和第二晶圆2，所述第一晶圆1具有第一凹部11和与所述第一凹部11底部连通的第二凹部12，且所述第二凹部12的宽度大于所述第一凹部11的宽度，所述第二晶圆2具有第一凸部21和与所述第一凹部和所述第二凹部对应的第二凸部22，所述第一凸部21与所述第二凸部22的根部相连；

位于所述第一晶圆1与所述第二晶圆2相对表面的第一金属层3；

位于所述第二晶圆2与所述第一晶圆1相对表面的第二金属层4；

侧壁覆盖有所述第一金属层3的所述第一凹部11的宽度不大于所述第二凸部22远离所述第二凹部12一端的宽度，即z≤c。

第二凸部22位于第一凸部21凸起的表面，第二凸部22插合至第一凹部11 和第二凹部12中。优选地，第一凹部11和第二凹部12结合起来的凹部形状为圆底烧瓶状的截面图形。

具体的，所述第一金属层3包括：

位于所述第一晶圆1与所述第二晶圆2相对表面的金属粘结层31和层叠在所述金属粘结层31表面的金属键合层32，第一金属层3的厚度不小于所述第二凹部12深度的四分之三。

第一晶圆1的衬底为硅，为了使金属键合层32与第一晶圆1形成良好的粘结，先在第一晶圆1与第二晶圆2相对表面设置金属粘结层31，然后再设置金属键合层32。金属键合层32的厚度要远大于金属粘接层的厚度，因为第二凹部12的宽度大于第一凹部11的宽度，即第二凹部12相对于第一凹部11向外侧突出，金属键合层32完全填充第二凹部12的侧壁较难，因此需要设置较厚的金属键合层32，以便在键合时将整个第二凹部12填满金属，增加键合力。金属键合层32的厚度不小于第二凹部12深度的四分之三的目的是，在键合时表面覆盖有第二金属层4的第二凸部22进入第二凹部12时，第二金属层4与第二凹部12内的金属键合层32完美的相融合，确保填满第二凹部12。

本申请中对金属粘结层31不做具体限定，只要与硅有良好粘合力即可满足要求，例如，可以为钨化钛粘结层，或者氮化钛粘接层等等。同理，本申请中金属键合层32也不做具体限定，只要是具有延展性的键合层即可。例如，所述金属键合层32为锡金属层或者金金属层等等。

第二金属层4包括：位于所述第二晶圆2与所述第一晶圆1相对表面的第一金属粘结层41和层叠在所述第一金属粘结层41表面的第一金属键合层42，第一金属键合层42的厚度同样远大于第一金属粘结层41的厚度。第二晶圆2表面的第一金属粘结层41和第一金属键合层42分别与第一晶圆1表面的金属粘结层31和金属键合层32一致，此处不再详细赘述。

优选地，覆盖有所述第二金属层4的所述第二凸部22远离所述第二凹部12 一端的宽度小于所述第一凹部的宽度，且大于侧壁覆盖有所述第一金属层3的所述第一凹部11的宽度。如图2和图3，为了防止键合时由于压力太大，键合第二凸部22与第一凹部11和第二凹部12时，第二晶圆2会压到第一晶圆1导致裂片，第二凸部22形成第二金属层4后的宽度c要小于第一凹部11的宽度e并且大于第一凹部11形成第一金属层3后的开口宽度z，即z<c<e。

优选地，所述第二凸部22靠近所述第二凹部12的一端的宽度小于远离所述第二凹部12的一端的宽度，即y＜x，以便于在键合时第二凸部22可以更加容易的插入第一凹部11和第二凹部12中。

优选地，所述第二凸部22的高度等于所述第一凹部11和所述第二凹部12 的深度之和。

需要说明的是，本申请中是以晶圆上的一个器件为例来描述键合晶圆的，对于晶圆上的其他器件和电极连接均适用。进一步需要说明的是，对于晶圆上的电极连接结构，需要在设置第一金属层3之前在第一晶圆1表面先设置一层电极层。

本申请中第一晶圆1具有连通的第一凹部11和第二凹部12，并且第二凹部 12的宽度大于第一凹部11，第一晶圆1具有第一凸部21和与第一凹部11和第二凹部12对应的第二凸部22，第一晶圆1和第二晶圆2相对彼此的表面分别有第一金属层3和第二金属层4，即第一凹部11和第二凹部12的内表面分布有第一金属层3，第一凸部21和第二凸部22的表面分布有第二金属层4，且侧壁覆盖有第一金属层3的第一凹部11的宽度不大于第二凸部22远离第二凹部12一端的宽度，因此在键合时，第二金属层4在第二凸部22远离第二凹部12处的两个端点(h，h’)与第一金属层3在第一凹部11开口处的两个端点(g，g’)紧密接触，第二金属层4在第二凸部22靠近第二凹部12处的两个端点与第二凹部12 内的金属层紧密接触，且键合后第一金属层3和第二金属层4互融，所以第一晶圆1与第二晶圆2之间没有间隙，气密性提高，由于第一凹部11和第二凹部 12的存在，即使第一晶圆1与第二晶圆2键合表面存在异物，并不会影响第一金属层3和第二金属层4在第二凸部22、第一凹部11、第二凹部12处的紧密接触，请参见图6，提升键合气密性的同时，保证键合晶圆上器件的性能。

请参见图4，在上述实施例的基础上，在本申请的一个实施例中，当所述第一凹部11和所述第二凹部12的数量均为一个；相应的，所述第二晶圆2还包括位于所述第一凸部21和所述第二凸部22之间的第三凸部23。

可以理解的是，第一凹部11和第二凹部12的数量均为一个，第二凸部22 的数量也为一个，为了增强第一晶圆1和第二晶圆2在键合时的粘结强度而设置第三凸部23。

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它实施例的不同之处，各个实施例之间相同或相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

以上对本申请所提供的键合晶圆和晶圆键合方法进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以对本申请进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本申请权利要求的保护范围内。

Claims (6)

1.一种键合晶圆，其特征在于，包括：

相对设置的第一晶圆和第二晶圆，所述第一晶圆具有第一凹部和与所述第一凹部底部连通的第二凹部，且所述第二凹部的宽度大于所述第一凹部的宽度，所述第二晶圆具有第一凸部和与所述第一凹部和所述第二凹部对应的第二凸部，所述第一凸部与所述第二凸部的根部相连；

位于所述第一晶圆与所述第二晶圆相对表面的第一金属层；

位于所述第二晶圆与所述第一晶圆相对表面的第二金属层；

侧壁覆盖有所述第一金属层的所述第一凹部的宽度不大于所述第二凸部远离所述第二凹部一端的宽度。

2.如权利要求1所述的键合晶圆，其特征在于，所述第二凸部靠近所述第二凹部的一端的宽度小于远离所述第二凹部的一端的宽度。

3.如权利要求1所述的键合晶圆，其特征在于，所述第一金属层包括：

位于所述第一晶圆与所述第二晶圆相对表面的金属粘结层和层叠在所述金属粘结层表面的金属键合层，所述第一金属层的厚度不小于所述第二凹部深度的四分之三。

4.如权利要求3所述的键合晶圆，其特征在于，所述金属键合层为锡金属层或者金金属层。

5.如权利要求1所述的键合晶圆，其特征在于，所述第一凹部和所述第二凹部的数量均为一个；

相应的，所述第二晶圆还包括位于所述第一凸部和所述第二凸部之间的第三凸部。

6.如权利要求1至5任一项所述的键合晶圆，其特征在于，所述第二凸部的高度等于所述第一凹部和所述第二凹部的深度之和。

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