晶圓鍵合的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及本發(fā)明涉及半導(dǎo)體領(lǐng)域，具體涉及一種晶圓鍵合的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]晶圓級(jí)銅-銅鍵合(Wafer level Cu-Cu bonding)作為3D集成電路一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，在高端產(chǎn)品上的有重要的應(yīng)用趨勢(shì)。晶圓級(jí)銅-銅鍵合是一種晶圓間的互連技術(shù)，將多個(gè)晶圓相互對(duì)準(zhǔn)鍵合，使得多個(gè)晶圓表面的銅互連露出晶圓表面的貼合端相互貼合，從而實(shí)現(xiàn)多個(gè)之間互連結(jié)構(gòu)的電連接。晶圓級(jí)銅-銅鍵合工藝對(duì)銅互連貼合端的表面平整度要求非常高，要保證良好的接觸，最終沒(méi)有鍵合空隙(bonding interface)存在,一般要求銅互連的表面粗糙度小于10埃。
[0003]但是，實(shí)際晶圓鍵合時(shí)，晶圓貼合端表面粗糖度會(huì)超過(guò)30埃，這容易導(dǎo)致晶圓鍵合的質(zhì)量變差。
[0004]因此如何使貼合端的表面粗糙度在鍵合之前維持在較低的水平，成為提高晶圓級(jí)銅-銅鍵合的質(zhì)量的重要問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明解決的問(wèn)題是提供一種晶圓鍵合的方法，提高貼合端表面的平整度，進(jìn)而提高了晶圓鍵合工藝的質(zhì)量，使多個(gè)晶圓之間能夠良好的電連接。
[0006]為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提供一種晶圓鍵合的方法，
[0007]提供多個(gè)晶圓；
[0008]在多個(gè)晶圓上形成層間介質(zhì)層以及于位于層間介質(zhì)層中的互連結(jié)構(gòu)，多個(gè)晶圓上的互連結(jié)構(gòu)的相對(duì)應(yīng)，互連結(jié)構(gòu)具有露出層間介質(zhì)層表面的貼合端；
[0009]對(duì)多個(gè)晶圓上的所述貼合端進(jìn)行清洗；
[0010]在多個(gè)晶圓上的層間介質(zhì)層表面以及貼合端表面覆蓋保護(hù)涂層；
[0011]去除所述保護(hù)涂層；
[0012]對(duì)多個(gè)晶圓進(jìn)行鍵合工藝，使多個(gè)晶圓的互連結(jié)構(gòu)的貼合端相互對(duì)準(zhǔn)貼合。
[0013]可選的，在形成互連結(jié)構(gòu)之后，對(duì)所述貼合端進(jìn)行清洗之前，還包括:對(duì)所述層間介質(zhì)層進(jìn)行刻蝕，以使所述貼合端凸出于所述層間介質(zhì)層表面。
[0014]可選的，對(duì)多個(gè)晶圓上的所述貼合端進(jìn)行清洗的步驟包括:采用甲酸或檸檬酸對(duì)所述貼合端表面進(jìn)行清洗。
[0015]可選的，覆蓋所述保護(hù)涂層的步驟包括:在多個(gè)晶圓上的層間介質(zhì)層表面以及貼合端表面旋涂溶解有聚碳酸亞丙酯材料的苯甲醚溶液，然后蒸發(fā)苯甲醚，在層間介質(zhì)層表面以及貼合端表面形成聚碳酸亞丙酯薄膜，所述聚碳酸亞丙酯薄膜為保護(hù)涂層。
[0016]可選的，蒸發(fā)苯甲醚的步驟包括:蒸發(fā)苯甲醚的溫度在70攝氏度到150攝氏度的范圍內(nèi)。
[0017]可選的，去除聚碳酸亞丙酯薄膜的保護(hù)涂層、對(duì)多個(gè)晶圓進(jìn)行鍵合工藝，使多個(gè)晶圓的互連結(jié)構(gòu)的貼合端相互對(duì)準(zhǔn)貼合的步驟均在晶圓鍵合腔室中進(jìn)行。
[0018]可選的，去除所述保護(hù)涂層的步驟包括:對(duì)所述多個(gè)晶圓進(jìn)行熱處理，以去除所述保護(hù)涂層。
[0019]可選的，對(duì)所述多個(gè)晶圓進(jìn)行熱處理的溫度在200攝氏度到300攝氏度的范圍內(nèi)。
[0020]可選的，對(duì)多個(gè)晶圓進(jìn)行鍵合工藝的步驟包括:將多個(gè)晶圓的的互連結(jié)構(gòu)的貼合端相互對(duì)準(zhǔn)，并加熱到300攝氏度到500攝氏度的范圍內(nèi)，采用金屬鍵合工藝，將多個(gè)晶圓的貼合端互相貼合。
[0021]可選的，所述層間介質(zhì)層的材料包括氧化硅、氮化硅、光敏苯并環(huán)丁烯中的一種或多種，所述層間介質(zhì)層為單層結(jié)構(gòu)或疊層結(jié)構(gòu)。
[0022]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的技術(shù)方案具有以下優(yōu)點(diǎn):在晶圓鍵合工藝之前，對(duì)晶圓中互連結(jié)構(gòu)的貼合端進(jìn)行清洗以去除氧化物等雜質(zhì)，然后在晶圓中互連結(jié)構(gòu)的貼合端表面覆蓋保護(hù)涂層，使得貼合端在較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)不容易受氧化而形成粗糙的表面，在晶圓鍵合工藝前去除保護(hù)涂層，這樣提高了貼合端表面的平整度，進(jìn)而提高晶圓鍵合工藝的質(zhì)量，使多個(gè)晶圓之間能夠進(jìn)行良好的電連接。
[0023]進(jìn)一步，覆蓋所述保護(hù)涂層的步驟包括:在多個(gè)晶圓上的層間介質(zhì)層表面以及貼合端表面旋涂溶解有聚碳酸亞丙酯材料的苯甲醚溶液，然后蒸發(fā)苯甲醚，在層間介質(zhì)層表面以及貼合端表面形成聚碳酸亞丙酯薄膜，所述聚碳酸亞丙酯薄膜為保護(hù)涂層。這樣形成的聚碳酸亞丙酯薄膜能夠緊密的覆蓋在貼合端表面，使得貼合端表面完全與氧氣隔絕，能夠使貼合端平整的表面保持更長(zhǎng)的時(shí)間，并且聚碳酸亞丙酯可以采用熱處理的方式去除，聚碳酸亞丙酯薄膜經(jīng)過(guò)加熱生成二氧化碳和水，這樣在去除聚碳酸亞丙酯薄膜的過(guò)程中對(duì)貼合端不會(huì)造成損傷，聚碳酸亞丙酯也可以被徹底的去除而不產(chǎn)生殘留物。
[0024]進(jìn)一步，去除所述聚碳酸亞丙酯薄膜、對(duì)多個(gè)晶圓進(jìn)行鍵合工藝的步驟均在晶圓鍵合腔室中進(jìn)行，這樣在去除所述聚碳酸亞丙酯薄膜以后多個(gè)晶圓不會(huì)暴露在空氣中，而是在密封的晶圓鍵合腔室中直接進(jìn)行鍵合工藝，避免了晶圓上貼合端的接觸外界空氣發(fā)生氧化。
【附圖說(shuō)明】
[0025]圖1是本發(fā)明晶圓鍵合的方法一實(shí)施例的流程圖；
[0026]圖2至圖7是圖1各個(gè)步驟的晶圓的側(cè)視圖。
【具體實(shí)施方式】
[0027]為了實(shí)現(xiàn)良好的接觸，晶圓鍵合工藝對(duì)互連結(jié)構(gòu)貼合端的表面平整度要求非常聞。然而現(xiàn)有技術(shù)中在進(jìn)行晶圓鍵合時(shí)互連結(jié)構(gòu)貼合端的表面粗糖度較聞，影響了鍵合質(zhì)量。
[0028]互連結(jié)構(gòu)貼合端的表面粗糙度高的原因是，晶圓在互相鍵合之前需要在空氣中暴露一段時(shí)間，互連結(jié)構(gòu)露出晶圓表面的貼合端容易發(fā)生氧化現(xiàn)象，從而增加貼合端的表面粗糙度。
[0029]采用甲酸或檸檬酸對(duì)晶圓進(jìn)行清洗，可以除去貼合端表面的氧化層，但是在測(cè)試實(shí)驗(yàn)中，清洗以后貼合端表面粗糙度會(huì)隨時(shí)間變化而變化，在貼合端經(jīng)過(guò)檸檬酸清洗后，短時(shí)間內(nèi)貼合端表面粗糙度小于10埃，但晶圓在空氣中放置較長(zhǎng)時(shí)間后，貼合端表面會(huì)發(fā)生明顯氧化反應(yīng)導(dǎo)致表面粗糙度增加，貼合端表面粗糙度超過(guò)30埃。
[0030]而如果在鍵合工藝前將晶圓放置在特殊的氮?dú)夂兄校煌５叵蚓A進(jìn)行氮?dú)獯祾?，以阻止貼合端表面氧化物的形成，則工藝過(guò)于繁瑣，且增加了成本，因而難以實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。
[0031]為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提出一種晶圓鍵合的方法，在晶圓鍵合工藝之前，對(duì)晶圓中互連結(jié)構(gòu)的貼合端進(jìn)行清洗以去除氧化物等雜質(zhì)，然后在晶圓中互連結(jié)構(gòu)的貼合端表面覆蓋保護(hù)涂層，使得貼合端在較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)不容易受氧化而形成粗糙的表面，在晶圓鍵合工藝前去除保護(hù)涂層，這樣提高了貼合端表面的平整度，進(jìn)而提高晶圓鍵合工藝的質(zhì)量，使多個(gè)晶圓之間能夠良好的電連接。
[0032]參考圖1，示出了本發(fā)明晶圓鍵合的方法一實(shí)施例的流程圖，本實(shí)施例晶圓鍵合的方法大致包括以下步驟:
[0033]步驟SI，提供多個(gè)晶圓；
[0034]步驟S2，在多個(gè)晶圓上形成層間介質(zhì)層以及于位于層間介質(zhì)層中的互連結(jié)構(gòu)，多個(gè)晶圓上的互連結(jié)構(gòu)相對(duì)應(yīng)，互連結(jié)構(gòu)具有露出層間介質(zhì)層表面的貼合端；
[0035]步驟S3，對(duì)多個(gè)晶圓上的所述貼合端進(jìn)行清洗；
[0036]步驟S4，在多個(gè)晶圓上的層間介質(zhì)層表面以及貼合端表面覆蓋保護(hù)涂層；
[0037]步驟S5，去除所述保護(hù)涂層；
[0038]步驟S6，對(duì)多個(gè)晶圓進(jìn)行鍵合工藝，使多個(gè)晶圓的互連結(jié)構(gòu)的貼合端相互對(duì)準(zhǔn)貼八口 ο
[0039]為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更為明顯易懂，下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施例做詳細(xì)的說(shuō)明。
[0040]參考圖2，執(zhí)行步驟SI，提供多個(gè)晶圓，需要說(shuō)明的是，本圖2只示出了一個(gè)晶圓10。在本實(shí)施例中，晶圓10包括襯底100，所述襯底100為硅襯底，在其他實(shí)施例中，所述襯底100還可以為鍺硅襯底或絕緣體上硅襯底等其它半導(dǎo)體襯底，對(duì)此本發(fā)明不做任何限制。
[0041 ] 晶圓10還包括位于襯底100中的多個(gè)有源區(qū)101，在本實(shí)施例中，有源區(qū)101可以為源區(qū)、漏區(qū)或者其他半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，在圖2中，為了圖示簡(jiǎn)潔清楚，圖2中有源區(qū)101大小相等，且有源區(qū)101的表面均露出與襯底100的表面，但是多個(gè)有源區(qū)101可以為不同的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，多個(gè)有源區(qū)101的大小、位置可以不相同。
[0042]在其他實(shí)施例中，晶圓10還可以包括多層具有半導(dǎo)體器件的復(fù)雜結(jié)構(gòu)，晶圓10表面也可以形成有柵極等其他結(jié)構(gòu)，本發(fā)明對(duì)此不作限制。
[0043]繼續(xù)參考圖2，執(zhí)行步驟S2，在晶圓10上形成層間介質(zhì)層106以及位于層間介質(zhì)層106中的互連結(jié)構(gòu)102，多個(gè)晶圓上的互連結(jié)構(gòu)相對(duì)應(yīng)，互連結(jié)構(gòu)102具有露出層間介質(zhì)層106表面的貼合端102A。
[0044]在晶圓10上形成層間介質(zhì)層106以及互連結(jié)構(gòu)102的過(guò)程中，在其他多個(gè)晶圓上也相應(yīng)的形成層間介質(zhì)層和互連結(jié)構(gòu)，此處多個(gè)晶圓上的互連結(jié)構(gòu)相對(duì)應(yīng)指的是，多個(gè)晶圓上的互連結(jié)構(gòu)具有相對(duì)應(yīng)的位置關(guān)系以及相匹配的尺寸，通過(guò)將晶圓鍵合可以使不同晶圓中相對(duì)應(yīng)的互連結(jié)構(gòu)相互接觸而實(shí)現(xiàn)電連接。以晶圓10為例，對(duì)于晶圓10上的互連結(jié)構(gòu)102與其他晶圓的另一互連結(jié)構(gòu)相對(duì)應(yīng)指的是，通過(guò)晶圓鍵合所述互連結(jié)構(gòu)102與另一互連結(jié)構(gòu)可以相互貼合相互接觸，從而使所述互連結(jié)構(gòu)102與另一互連結(jié)構(gòu)電連接。
[0045]具體地，在本實(shí)施例中，采用化學(xué)氣相沉積法形成所述層間介質(zhì)層106，所述層間介質(zhì)層106的材料為氧化硅，在其他實(shí)施例中，還可以采用其他方法，如物理氣相沉積法形成所述層間介質(zhì)層106，所述層間介質(zhì)層106的材料還可以為光敏苯并環(huán)丁烯或氮化硅等，本發(fā)明對(duì)所述層間介質(zhì)層106的形成方法和材料不做限制。
[0046]在本實(shí)施例中，所述層間介質(zhì)層106頂部與所述互連結(jié)構(gòu)102露出層間介質(zhì)層106表面的貼合端102A頂部齊平。
[0047]在本實(shí)施例中，在所述層間介質(zhì)層106中形成的互連結(jié)構(gòu)102為銅互連，但是本發(fā)明對(duì)互連結(jié)構(gòu)102的材料不做限制，在其他實(shí)施例中，所述互連結(jié)構(gòu)102還可以為鋁互連或銅鋁互連等其他材料的互連結(jié)構(gòu)。
[0048]在本實(shí)施例中，部分互連結(jié)構(gòu)102與有源區(qū)101接觸，為有源區(qū)101提供信號(hào)；部分互連結(jié)構(gòu)102與有源區(qū)101無(wú)接觸，而是起到將多個(gè)互連結(jié)構(gòu)102相互連接的作用。但是本發(fā)明對(duì)互連結(jié)構(gòu)102的具體結(jié)構(gòu)不做限制。
[0049]需要說(shuō)明的是，在其