一種提高晶圓間鍵合強(qiáng)度的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造工藝，尤其涉及一種提高晶圓間鍵合強(qiáng)度的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 氧化娃融合鍵合（Fusion Bonding)技術(shù)被普遍應(yīng)用于互補(bǔ)式金屬氧化娃影像 感測器（CMOS image sensor，CIS)及微機(jī)電系統(tǒng)（Micro-Electro-Mechanical Systems， MEMS)的3D封裝制程中，其基本原理是通過Si-O鍵實(shí)現(xiàn)兩片晶圓的互連。如圖I所示 為鍵合界面的放大示意圖。由于熱氧氧化氧化硅的致密性比等離子體增強(qiáng)沉積氧化硅 (PE-TEOS)層的致密性更高，Si-O鍵的數(shù)量更多，因此鍵合強(qiáng)度更大，更適合作為鍵合的介 質(zhì)。
[0003] 對于晶圓背后感光技術(shù)（Backside Illumination, BSI)來說，支撐晶圓是裸娃系， 介質(zhì)使用的是熱氧氧化氧化硅，其鍵合強(qiáng)度好；而器件晶圓由于是采用的CMOS-PST制程， 故最多可承受的溫度是400°C，因此器件晶圓經(jīng)常使用PE-TEOS作為鍵合的介質(zhì)。
[0004] 而現(xiàn)有技術(shù)存在的問題主要集中在支撐晶圓上。圖2示出了現(xiàn)有技術(shù)一種實(shí)現(xiàn) BSI氧化硅融合鍵合的工藝步驟，具體為：在步驟201中，提供器件晶圓和支撐晶圓，在支撐 晶圓上形成對準(zhǔn)標(biāo)記。所述器件晶圓的鍵合面已經(jīng)形成有PE-TEOS層。在支撐晶圓上形 成對準(zhǔn)標(biāo)記，以為后續(xù)晶圓鍵合工藝中支撐晶圓（晶圓背面）和器件晶圓（晶圓正面）進(jìn)行對 準(zhǔn)。在步驟202中，在支撐晶圓表面形成氧化硅層。所述氧化硅層可以選用熱氧氧化氧化 硅層或者等離子體沉積氧化硅（PE-TEOS)層，作為一個實(shí)例，熱氧化生長氧化硅的溫度為 1KKTC，時間為2h。在步驟203中，進(jìn)行等離子體活化步驟，以提高鍵合強(qiáng)度。在步驟204 中，對支撐晶圓進(jìn)行去離子水浸潤清洗，清洗后進(jìn)行旋干。在步驟205中，進(jìn)行氧化硅融合 鍵合工藝，以將所述器件晶圓和所述支撐晶圓互連。如圖3A所示為現(xiàn)有技術(shù)實(shí)施例一器件 晶圓和支撐晶圓鍵合示意圖，支撐晶圓302a和器件晶圓300a上均形成有對準(zhǔn)標(biāo)記，兩個 標(biāo)記構(gòu)成氧化娃融合鍵合工藝的定位標(biāo)記（Align Mark) 305a，器件晶圓300a表面沉積有 PE-TEOS層301a，支撐晶圓302a鍵合面形成有熱氧氧化氧化硅層303a，器件晶圓（正面)和 支撐晶圓（背面）相結(jié)合，通過PE-TEOS層與熱氧氧化氧化硅層實(shí)現(xiàn)互連。在支撐晶圓內(nèi)形 成對準(zhǔn)標(biāo)記后，由于采用高溫?zé)嵫趸绞皆谥尉A表面形成氧化硅層，會導(dǎo)致對準(zhǔn)標(biāo)記 的尺寸收縮和產(chǎn)生圓角，另外熱氧氧化氧化硅層沒有填孔能力，會導(dǎo)致對準(zhǔn)標(biāo)記處有空穴 304a的存在。以上問題的存在均會導(dǎo)致晶圓間鍵合力變?nèi)酢?br>[0005] 如圖3B所不為現(xiàn)有技術(shù)實(shí)施例二器件晶圓和支撐晶圓鍵合不意圖，由圖可以看 出器件晶圓300b表面沉積有PE-TEOS層301b，支撐晶圓302b鍵合面形成有PE-TEOS層 303b，器件晶圓（正面）和支撐晶圓（背面）相結(jié)合，通過Si-O鍵實(shí)現(xiàn)互連。然而，通過等離 子沉積獲得的PE-TEOS氧化硅層較為松散，硅原子密度低，從而導(dǎo)致氧化硅融合鍵合后的 Si-O鍵數(shù)量有限，影響晶圓間的結(jié)合力，使得執(zhí)行后續(xù)制程背部研磨步驟時，TEOS氧化硅 融合鍵合界面層發(fā)生嚴(yán)重剝離。
[0006] 因此，急需一種新的制造方法，以克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 在
【發(fā)明內(nèi)容】
部分中引入了一系列簡化形式的概念，這將在【具體實(shí)施方式】部分中進(jìn) 一步詳細(xì)說明。本發(fā)明的
【發(fā)明內(nèi)容】
部分并不意味著要試圖限定出所要求保護(hù)的技術(shù)方案的 關(guān)鍵特征和必要技術(shù)特征，更不意味著試圖確定所要求保護(hù)的技術(shù)方案的保護(hù)范圍。
[0008] 為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明實(shí)施例一提出了一種提高晶圓間鍵合強(qiáng) 度的方法，包括：提供器件晶圓和支撐晶圓；在所述支撐晶圓上形成對準(zhǔn)標(biāo)記；在所述支撐 晶圓表面上形成等離子沉積氧化硅層；執(zhí)行化學(xué)機(jī)械拋光平坦化步驟；執(zhí)行熱氧化步驟， 以在所述支撐晶圓表面形成熱氧氧化氧化硅層；執(zhí)行氧化硅融合鍵合步驟。
[0009] 可選地，所述等離子沉積氧化硅層厚度為1000~I ooooA。
[0010] 可選地，所述熱氧氧化氧化硅層厚度為50~3000 A。
[0011] 本發(fā)明實(shí)施例二提供另一種提高晶圓間鍵合強(qiáng)度的方法，包括：提供器件晶圓和 支撐晶圓；在所述支撐晶圓上形成對準(zhǔn)標(biāo)記；在所述支撐晶圓表面依次形成熱氧氧化氧化 硅層和等離子沉積氧化硅層；執(zhí)行化學(xué)機(jī)械拋光平坦化步驟去除等離子沉積氧化硅層；執(zhí) 行氧化硅融合鍵合步驟。
[0012] 可選地，所述熱氧氧化氧化硅層厚度為50~3000 A。
[0013] 可選地，所述等離子沉積氧化硅層厚度為30()()~8000A。
[0014] 可選地，在執(zhí)行所述氧化硅融合鍵合步驟后還包括退火處理的步驟。
[0015] 可選地，所述退火處理溫度為200~500°C，退火時間為1~3h。
[0016] 實(shí)現(xiàn)本發(fā)明實(shí)施例一和實(shí)施例二，進(jìn)一步還包括下列步驟及參數(shù)：
[0017] 進(jìn)一步，所述氧化硅融合鍵合步驟的參數(shù)為：施加的鍵合壓力為1~10N，鍵合時 間為10~60s，溫度為10~50°C。
[0018] 進(jìn)一步，在執(zhí)行所述氧化硅融合鍵合工藝之前還包括依次執(zhí)行等離子活化和濕法 清洗及旋干的步驟。
[0019] 進(jìn)一步，所述等離子活化步驟采用氮?dú)鉃闅怏w源，功率為100~600W，活化時間為 10 ~60s。
[0020] 進(jìn)一步，所述濕法清洗及旋干步驟采用去離子水清洗，所述旋干步驟轉(zhuǎn)速為 1000 ~3500rpm，時間為 1 ~5min。
[0021] 綜上所示，根據(jù)本發(fā)明的制造工藝，能有效避免定位標(biāo)識的損傷以及支撐晶圓上 對準(zhǔn)標(biāo)記內(nèi)填充空穴的產(chǎn)生，實(shí)現(xiàn)等離子沉積氧化硅層與熱氧氧化氧化硅層的鍵合，可顯 著提高鍵合強(qiáng)度。
【附圖說明】
[0022] 本發(fā)明的下列附圖在此作為本發(fā)明的一部分用于理解本發(fā)明。附圖中示出了本發(fā) 明的實(shí)施例及其描述，用來解釋本發(fā)明的原理。
[0023] 附圖中：
[0024] 圖1為鍵合界面的局部放大示意圖；
[0025] 圖2為現(xiàn)有技術(shù)BSI氧化硅融合鍵合工藝依次實(shí)施步驟的流程圖；
[0026] 圖3A為現(xiàn)有技術(shù)實(shí)施例一氧化硅融合鍵合步驟示意圖；
[0027] 圖3B為現(xiàn)有技術(shù)實(shí)施例二氧化硅融合鍵合步驟示意圖；
[0028] 圖4為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例一的方法依次實(shí)施步驟的流程圖；
[0029] 圖5為本發(fā)明實(shí)施例一氧化硅融合鍵合步驟的示意圖；
[0030] 圖6A-6C為本發(fā)明實(shí)施例二的方法依次實(shí)施的示意圖；
[0031] 圖7為本發(fā)明實(shí)施例二的方法依次實(shí)施步驟的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0032] 在下文的描述中，給出了大量具體的細(xì)節(jié)以便提供對本發(fā)明更為徹底的理解。然 而，對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言顯而易見的是，本發(fā)明可以無需一個或多個這些細(xì)節(jié)而得以 實(shí)施。在其他的例子中，為了避免與本發(fā)明發(fā)生混淆，對于本領(lǐng)域公知的一些技術(shù)特征未進(jìn) 行描述。
[0033] 為了徹底理解本發(fā)明，將在下列的描述中提出詳細(xì)的步驟，以便闡釋本發(fā)明提出 的制造工藝。顯然，本發(fā)明的施行并不限定于半導(dǎo)體領(lǐng)域的技術(shù)人員所熟習(xí)的特殊細(xì)節(jié)。本 發(fā)明的較佳實(shí)施例詳細(xì)描述如下，然而除了這些詳細(xì)描述外，本發(fā)明還可以具有其他實(shí)施 方式。
[0034] 應(yīng)當(dāng)理解的是，當(dāng)在本說明書中使用術(shù)語"包含"和/或"包括"時，其指明存在所 述特征、整體、步驟、操作、元件和/或組件，但不排除存在或附加一個或多個其他特征、整 體、步驟、操作、元件、組件和/或它們的組合。
[0035] 為了徹底理解本發(fā)明，將在下列的描述中提出詳細(xì)的步驟以及詳細(xì)的結(jié)構(gòu)，以便 闡釋本發(fā)明提出的技術(shù)方案。本發(fā)明的較佳實(shí)施例詳細(xì)描述如下，然而除了這些詳細(xì)描述 外，本發(fā)明還可以具有其他實(shí)施方式。
[0036] 實(shí)施例一
[0037] 下面參考圖4,對本發(fā)明實(shí)施例一進(jìn)行詳細(xì)描述，以下為具體步驟：
[0038] 首先，執(zhí)行步驟401，提供器件晶圓和支撐晶圓，在支撐晶圓上形成對準(zhǔn)標(biāo)記。
[0039] 所述支撐晶圓為硅晶圓，起支撐作用。所述器件晶圓是由半導(dǎo)體襯底和器件組成， 半導(dǎo)體襯底的材料是單晶硅，也可以是絕緣體上的硅或者應(yīng)力硅等其他襯底。所述器件是 由若干個金屬-氧化硅-半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管（MOSFETs)以及電容、電阻等其他器件通過 合金互聯(lián)形成的集成電路，也可以是其他集成電路領(lǐng)域內(nèi)常見的半導(dǎo)體器件，例如雙極器 件或者功率器件等。
[0040] 在支撐晶圓上形成對準(zhǔn)標(biāo)記，以為后續(xù)晶圓鍵合工藝中支撐晶圓（晶圓背面）和器 件晶圓（晶圓正面）進(jìn)行對準(zhǔn)。對準(zhǔn)標(biāo)記的形成技術(shù)為現(xiàn)有技術(shù)，在此不做贅述。
[0041] 接著，執(zhí)行步驟402,在支撐晶圓表面形成等離子沉積氧化硅層。
[0042] 所述等離子沉積氧化硅層材料為由等離子體增強(qiáng)型化學(xué)氣相沉積工藝制備的 TEOS (PE-TEOS)或者高密度等離子體增強(qiáng)型化學(xué)氣相沉積工藝制備的氧化硅層（HDP)，優(yōu) 選為PE-TE0S