多层堆叠晶圆的切割方法及多层堆叠结构与流程

本公开涉及集成电路，尤其涉及一种多层堆叠晶圆的切割方法及多层堆叠结构。

背景技术：

1、多个晶圆以w2w(wafer to wafer，晶圆对晶圆)混合键合的方式实现三维堆叠是当前集成电路发展的一个重要方向。通过对多层堆叠晶圆进行切割，形成多层堆叠芯片，是进行c2w(chip to wafer，芯片对晶圆)混合键合技术的前提。c2w混合键合工艺对键合界面的光洁度和颗粒物残留量具有极为严苛的要求。多层堆叠晶圆通常采用刀片切割(bladesaw)、隐形切割(stealth dicing)和激光全切(laser full cut)等工艺进行切割。但是，刀片切割、隐形切割和激光全切在切割过程中会产品大量的颗粒物，或者在切割后形成的堆叠芯片中存在较大的残余应力，或者会导致切割道周边区域表面粗糙，从而无法满足后续进行c2w混合键合工艺的需求。

2、因此，如何改善多层堆叠晶圆的切割效果，从而满足后续进行c2w等工艺的需求，是当前亟待解决的技术问题。

技术实现思路

1、本公开一些实施例提供的多层堆叠晶圆的切割方法及多次堆叠结构，用于改善多层堆叠晶圆的切割效果，减少切割后颗粒物残留和应力残留，从而满足后续制程的需求。

2、根据一些实施例，本公开提供了一种多层堆叠晶圆的切割方法，包括如下步骤：

3、形成位于第一衬底上的第一堆叠结构、以及叠置于所述第一堆叠结构上的第二堆叠结构，所述第一堆叠结构包括沿第一方向堆叠排布的多个晶圆，所述第二堆叠结构包括沿所述第一方向堆叠排布的多个第一牺牲层，所述第一方向与所述第一衬底的顶面垂直；

4、于所述第二堆叠结构中形成沿所述第一方向贯穿所述第二堆叠结构的开口；

5、以所述第二堆叠结构中的多个所述第一牺牲层一一作为刻蚀所述第一堆叠结构中的多个所述晶圆的刻蚀截止层，并沿所述开口依次切割所述第一堆叠结构中的多个所述晶圆，形成沿所述第一方向贯穿所述第一堆叠结构的切割槽。

6、在一些实施例中，形成位于第一衬底上的第一堆叠结构、以及叠置于所述第一堆叠结构上的第二堆叠结构的步骤包括：

7、于第二衬底上形成第一堆叠结构，所述第一堆叠结构包括沿所述第一方向堆叠排布的多个所述晶圆；

8、于第三衬底上形成第二堆叠结构，所述第二堆叠结构包括沿所述第一方向堆叠排布的多个所述第一牺牲层；

9、连接所述第一堆叠结构和所述第二堆叠结构；

10、固定所述第一堆叠结构于所述第一衬底的顶面上。

11、在一些实施例中，于第二衬底上形成第一堆叠结构的步骤包括：

12、提供第二衬底；

13、于所述第二衬底上形成沿所述第一方向交替堆叠的所述晶圆和介质层，所述晶圆包括多个芯片、以及位于相邻所述芯片之间的切割道，沿所述第一方向相邻的所述晶圆之间的所述切割道对准。

14、在一些实施例中，于第三衬底上形成第二堆叠结构的具体步骤包括：

15、提供第三衬底；

16、于所述第三衬底上形成沿所述第一方向交替堆叠的所述第一牺牲层和所述第二牺牲层，所述第二牺牲层与所述介质层之间具有刻蚀选择比。

17、在一些实施例中，沿所述第一方向相邻的一层所述第一牺牲层和一层所述第二牺牲层共同构成一个牺牲结构，所述第二堆叠结构中所述牺牲结构的数量大于所述第一堆叠结构中所述晶圆的数量。

18、在一些实施例中，所述第一堆叠结构中所述晶圆的数量为n，所述第二堆叠结构中所述牺牲结构的数量为n+1，其中，n为大于或者等于2的整数。

19、在一些实施例中，连接所述第一堆叠结构和所述第二堆叠结构的具体步骤包括：

20、于所述第一堆叠结构的顶面形成保护层；

21、以所述第二堆叠结构朝向所述保护层的方向连接所述第一堆叠结构和所述第二堆叠结构。

22、在一些实施例中，固定所述第一堆叠结构于所述第一衬底的顶面上的具体步骤包括：

23、去除所述第二衬底；

24、粘合所述第一衬底与所述第一堆叠结构；

25、去除所述第三衬底。

26、在一些实施例中，于所述第二堆叠结构中形成沿所述第一方向贯穿所述第二堆叠结构的开口的具体步骤包括：

27、以所述保护层作为刻蚀截止层刻蚀所述第二堆叠结构，形成沿所述第一方向贯穿所述第二堆叠结构、并与所述切割道对准的所述开口。

28、在一些实施例中，形成沿所述第一方向贯穿所述第一堆叠结构的切割槽的具体步骤包括：

29、交替以所述第二堆叠结构中的所述第一牺牲层和所述第二牺牲层作为刻蚀截止层，并沿所述开口交替刻蚀所述第一堆叠结构中的所述晶圆和所述介质层。

30、在一些实施例中，交替以所述第二堆叠结构中的所述第一牺牲层和所述第二牺牲层作为刻蚀截止层，并沿所述开口交替刻蚀所述第一堆叠结构中的所述晶圆和所述介质层的具体步骤包括：

31、执行多次如下循环步骤，直至形成沿所述第一方向贯穿所述第一堆叠结构的切割槽，所述循环步骤包括：

32、以剩余的所述第二堆叠结构中最顶层的所述第二牺牲层作为刻蚀截止层、沿所述开口刻蚀所述第一堆叠结构中最顶层的所述介质层，形成沿所述第一方向贯穿所述第一堆叠结构中最顶层的所述介质层的所述切割槽；

33、以剩余的所述第二堆叠结构中最顶层的所述第一牺牲层作为刻蚀截止层、沿所述开口刻蚀所述第一堆叠结构中最顶层的所述晶圆，使得所述切割槽沿所述第一方向贯穿所述第一堆叠结构中最顶层的所述晶圆中的所述切割道，并以所述第一堆叠结构中与最顶层的所述介质层相邻的下一所述介质层作为下一次所述循环步骤中最顶层的所述介质层、以所述第一堆叠结构中与最顶层的所述晶圆相邻的下一所述晶圆作为下一次所述循环步骤中最顶层的所述晶圆。

34、在一些实施例中，所述循环步骤还包括：

35、以剩余的所述第二堆叠结构中最顶层的所述第一牺牲层作为刻蚀截止层、沿所述开口刻蚀所述第一堆叠结构中最顶层的所述晶圆的同时，去除所述第二堆叠结构中最顶层的所述第二牺牲层。

36、在一些实施例中，所述循环步骤还包括：

37、以剩余的所述第二堆叠结构中最顶层的所述第二牺牲层作为刻蚀截止层、沿所述开口刻蚀所述第一堆叠结构中最顶层的所述介质层的同时，去除所述第二堆叠结构中最顶层的所述第一牺牲层。

38、在一些实施例中，形成沿所述第一方向贯穿所述第一堆叠结构的切割槽之后，还包括如下步骤：

39、去除剩余的所述第二堆叠结构，暴露所述保护层。

40、根据另一些实施例，本公开还提供了一种多层堆叠结构，采用如上任一项所述的多层堆叠晶圆的切割方法切割形成。

41、本公开一些实施例提供的多层堆叠晶圆的切割方法及多层堆叠结构，通过在包括多个堆叠晶圆的第一堆叠结构上方设置包括多个第一牺牲层的第二堆叠结构，且以所述第二堆叠结构中的多个所述第一牺牲层一一作为刻蚀所述第一堆叠结构中的多个所述晶圆的刻蚀截止层、并沿所述开口依次切割所述第一堆叠结构中的多个所述晶圆，一方面，能够减少切割所述第一堆叠结构的过程中产生的颗粒物，并减少切割后形成的多层堆叠结构内部的应力，从而大幅度改善多层堆叠晶圆的切割效果，满足后续制程的要求；另一方面，能够准确的依次切割所述第一堆叠结构中的各个所述晶圆，提高了沿所述第一方向贯穿所述第一堆叠结构的所述切割槽的竖直形貌，并提高了切割后切割槽侧壁的平坦度，从而改善了通过切割形成的多层堆叠结构的形貌和性能。