晶圆键合结构及其形成方法与流程

本申请涉及半导体，尤其涉及一种晶圆键合结构及其形成方法。

背景技术：

1、随着后摩尔时代的到来，如果要继续提高芯片的单位体积功能密度，3d封装将是大势所趋。它可以通过垂直堆叠将不同技术和功能元件链接在一起，形成高集成度的系统。晶圆对准，晶圆键合，晶圆减薄，以及层间互连都是3d封装的基本技术单元。并且各技术单元之间具有较强联动性，彼此之间会相互影响。

2、3d封装中包含有晶圆对准和晶圆键合工艺。(1)晶圆对准：通过在晶圆上摆放对准标记，使得能够在两个或者多个晶圆上实现电路或器件的对准，同时也为晶圆键合提供条件。(2)晶圆键合：互相堆叠的晶圆经过处理之后，实现热机键合在一起。较强的键合力能够确保后续晶圆减薄过程不会出现破片(chipping)等问题。目前主流的键合技术主要有熔融键合(fusion bonding，fh)，混合键合(hybrid bonding，hb)以及临时键合(temporarybonding and de-bonding，tbdb)技术。在这几种键合技术中，混合键合目前应用是最为广泛的。(3)晶圆减薄技术：简称为背面减薄技术(bsi)，可以使两个或多个互相堆叠的晶圆通过较短的层间互连而紧紧连接起来。(4)层间互连技术：又称为tsv技术，能够实现堆叠晶圆上电路和器件间的电学，热学等互联互通。

3、然而目前的晶圆对准和混合键合技术形成的键合结构的键合界面边缘处存在缺口。目前只能引入第二次修边工艺来去除所述缺口。修边机台的刀头是高速旋转的，在旋转的同时往下前进下刀，将存在缺口的部分晶圆削减掉。同时晶圆也会进行旋转，从而达到修整整个晶圆边缘的效果。但是在刀头削减晶圆边缘的过程中会有碎屑产生，如果大块碎屑剥落之后，落到缺口区域的话，再对该区域进行修边时，刀头就会对碎屑施加一个力，而碎屑往往又是不规则的，就会有不规则的应力传导到底部晶圆，就会有崩边的情况出现。因此，有必要提供更有效、更可靠的技术方案，来避免崩边的出现。

技术实现思路

1、本申请提供一种晶圆键合结构及其形成方法，可以避免第二修边工艺时出现第二晶圆崩边的现象，提高晶圆成品率。

2、本申请的一个方面提供一种晶圆键合结构的形成方法，包括：提供第一晶圆，所述第一晶圆包括主体区、修边区和洗边区，所述第一晶圆表面形成有第一介质层，所述主体区的第一介质层中形成有第一金属连接结构，其中，所述修边区的部分第一介质层以及第一晶圆被去除，所述洗边区的部分第一介质层被去除形成第一缺口；提供第二晶圆，所述第二晶圆表面形成有第二介质层，所述第二介质层中形成有第二金属连接结构，其中，所述第二介质层边缘处的一部分被去除形成第二缺口；通过临时键合胶临时键合所述第一晶圆和第二晶圆，所述临时键合胶填满所述第一缺口和第二缺口；对临时键合后的第一晶圆和第二晶圆进行第二修边，去除所述第一缺口和第二缺口中的临时键合胶以及与所述第一缺口位置对应的部分第一介质层和第一晶圆；对所述临时键合后的第一晶圆和第二晶圆解键合；通过所述第一金属连接结构和第二金属连接结构对准并键合所述第一晶圆和第二晶圆，所述第二缺口底部的第二介质层表面平整。

3、在本申请的一些实施例中，形成所述第一金属连接结构和所述第一缺口的方法包括：在所述第一介质层表面形成第一光阻层；对所述第一光阻层进行洗边工艺去除所述洗边区的部分第一光阻层；对所述第一光阻层进行曝光工艺形成若干定义所述第一金属连接结构位置的第一开口；以所述曝光后的第一光阻层为掩膜刻蚀所述第一介质层形成若干第一沟槽以及所述第一缺口；去除所述第一光阻层；在所述第一沟槽中形成所述第一金属连接结构。

4、在本申请的一些实施例中，在所述第一沟槽中形成所述第一金属连接结构的方法包括：在所述第一沟槽中、所述第一缺口中以及所述第一介质层表面形成第一金属材料层；去除所述第一缺口中以及高于所述第一介质层表面的第一金属材料层形成所述第一金属连接结构。

5、在本申请的一些实施例中，形成所述第二金属连接结构以及所述第二缺口的方法包括：在所述第二介质层表面形成第二光阻层；对所述第二光阻层进行洗边工艺去除所述第二介质层边缘处的部分第二光阻层；对所述第二光阻层进行曝光工艺形成若干定义所述第二金属连接结构位置的第二开口；以所述曝光后的第二光阻层为掩膜刻蚀所述第二介质层形成若干第二沟槽以及所述第二缺口；去除所述第二光阻层；在所述第二沟槽中形成所述第二金属连接结构。

6、在本申请的一些实施例中，在所述第二沟槽中形成所述第二金属连接结构的方法包括：在所述第二沟槽中、所述第二缺口中以及所述第二介质层表面形成第二金属材料层；去除所述第二缺口中以及高于所述第二介质层表面的第二金属材料层形成所述第二金属连接结构。

7、在本申请的一些实施例中，通过临时键合胶临时键合所述第一晶圆和第二晶圆的方法包括：在所述第一介质层表面和第一缺口中旋涂临时键合胶；在所述第二介质层表面和第二缺口中旋涂临时键合胶；通过所述第一金属连接结构和第二金属连接结构对准所述第一晶圆和第二晶圆，加热固化所述临时键合胶使所述第一晶圆和第二晶圆临时键合。

8、在本申请的一些实施例中，所述第一介质层为多层介质层的复合结构；所述第二介质层为多层介质层的复合结构。

9、在本申请的一些实施例中，所述第一介质层中最顶层的介质层的材料与所述第二介质层中最顶层的介质层的材料不相同。

10、在本申请的一些实施例中，所述第一介质层中最顶层的介质层的材料为氧化硅；所述第二介质层中最顶层的介质层的材料为氮化硅。

11、本申请的另一个方面还提供一种晶圆键合结构，包括：第一晶圆，所述第一晶圆包括主体区、修边区和洗边区，所述第一晶圆表面形成有第一介质层，所述主体区的第一介质层中形成有第一金属连接结构，其中，所述修边区和洗边区的第一介质层以及第一晶圆被去除；第二晶圆，所述第二晶圆表面形成有第二介质层，所述第二介质层中形成有第二金属连接结构，所述第二介质层的边缘处形成有第二缺口；所述第一晶圆和第二晶圆通过所述第一金属连接结构和第二金属连接结构对准并键合，所述第二缺口底部的第二介质层表面平整。

12、在本申请的一些实施例中，所述第一介质层为多层介质层的复合结构；所述第二介质层为多层介质层的复合结构。

13、在本申请的一些实施例中，所述第一介质层中最顶层的介质层的材料与所述第二介质层中最顶层的介质层的材料不相同。

14、在本申请的一些实施例中，所述第一介质层中最顶层的介质层的材料为氧化硅；所述第二介质层中最顶层的介质层的材料为氮化硅。

15、本申请提供一种晶圆键合结构及其形成方法，先将第一晶圆和第二晶圆临时键合后再进行第二修边，第二修边之后解除临时键合，可以避免第二修边工艺时出现第二晶圆崩边的现象，提高晶圆成品率。

技术特征：

1.一种晶圆键合结构的形成方法，其特征在于，包括：

2.如权利要求1所述的晶圆键合结构的形成方法，其特征在于，形成所述第一金属连接结构和所述第一缺口的方法包括：

3.如权利要求2所述的晶圆键合结构的形成方法，其特征在于，在所述第一沟槽中形成所述第一金属连接结构的方法包括：

4.如权利要求1所述的晶圆键合结构的形成方法，其特征在于，形成所述第二金属连接结构以及所述第二缺口的方法包括：

5.如权利要求4所述的晶圆键合结构的形成方法，其特征在于，在所述第二沟槽中形成所述第二金属连接结构的方法包括：

6.如权利要求1所述的晶圆键合结构的形成方法，其特征在于，通过临时键合胶临时键合所述第一晶圆和第二晶圆的方法包括：

7.如权利要求1所述的晶圆键合结构的形成方法，其特征在于，所述第一介质层为多层介质层的复合结构；所述第二介质层为多层介质层的复合结构。

8.如权利要求7所述的晶圆键合结构的形成方法，其特征在于，所述第一介质层中最顶层的介质层的材料与所述第二介质层中最顶层的介质层的材料不相同。

9.如权利要求8所述的晶圆键合结构的形成方法，其特征在于，所述第一介质层中最顶层的介质层的材料为氧化硅；所述第二介质层中最顶层的介质层的材料为氮化硅。

10.一种晶圆键合结构，其特征在于，包括：

11.如权利要求10所述的晶圆键合结构，其特征在于，所述第一介质层为多层介质层的复合结构；所述第二介质层为多层介质层的复合结构。

12.如权利要求11所述的晶圆键合结构，其特征在于，所述第一介质层中最顶层的介质层的材料与所述第二介质层中最顶层的介质层的材料不相同。

13.如权利要求12所述的晶圆键合结构，其特征在于，所述第一介质层中最顶层的介质层的材料为氧化硅；所述第二介质层中最顶层的介质层的材料为氮化硅。

技术总结
本申请提供晶圆键合结构及其形成方法，所述结构包括：第一晶圆，所述第一晶圆包括主体区、修边区和洗边区，所述第一晶圆表面形成有第一介质层，所述主体区的第一介质层中形成有第一金属连接结构；第二晶圆，所述第二晶圆表面形成有第二介质层，所述第二介质层中形成有第二金属连接结构，所述第二介质层的边缘处形成有第二缺口；所述第一晶圆和第二晶圆通过所述第一金属连接结构和第二金属连接结构对准并键合，所述第二缺口底部的第二介质层表面平整。本申请提供一种晶圆键合结构及其形成方法，先将第一晶圆和第二晶圆临时键合后再进行第二修边，第二修边之后解除临时键合，可以避免第二修边工艺时出现第二晶圆崩边的现象，提高晶圆成品率。

技术研发人员：何二威
受保护的技术使用者：中芯国际集成电路制造（北京）有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/4/24