晶片與晶片之間的對(duì)準(zhǔn)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及集成電路制造領(lǐng)域，特別是涉及一種晶片與晶片之間的對(duì)準(zhǔn)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)是在微電子技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的多學(xué)科交叉前沿研究領(lǐng)域。就半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)來(lái)說(shuō)，MEMS與生產(chǎn)工藝技術(shù)的整合將為系統(tǒng)單芯片帶來(lái)極大的躍進(jìn)。未來(lái)的單芯片中可望整合音訊、光線、化學(xué)分析及壓力、溫度感測(cè)等子系統(tǒng)，發(fā)展出人體眼睛、鼻子、耳朵、皮膚等感官功能的芯片；如果再加入對(duì)電磁、電力的感應(yīng)與控制能力，那就超越人體的能力了。
[0003]目前，常用的制作MEMS器件的技術(shù)主要有三種:
[0004]第一種是以日本為代表的利用傳統(tǒng)機(jī)械加工手段，即利用大機(jī)器制造小機(jī)器，再利用小機(jī)器制造微機(jī)器的方法。這種加工方法可以用于加工一些在特殊場(chǎng)合應(yīng)用的微機(jī)械裝置，如微型機(jī)器人、微型手術(shù)臺(tái)等。
[0005]第二種是以美國(guó)為代表的利用化學(xué)腐蝕或集成電路工藝技術(shù)對(duì)硅材料進(jìn)行加工，形成硅基MEMS器件。
[0006]第三種是以德國(guó)為代表的LIGA(即光亥IJ、電鑄和塑鑄)技術(shù)，它是利用X射線光刻技術(shù)，通過(guò)電鑄成型和塑鑄形成深層微結(jié)構(gòu)的方法，是進(jìn)行非硅材料三維立體微細(xì)加工的首選工藝。
[0007]以美國(guó)為代表的MEMS制造工藝主要是利用體硅工藝和表面犧牲層工藝，其典型的工藝流程是成膜-光刻-刻蝕-去除下層材料，釋放機(jī)械結(jié)構(gòu)等對(duì)此循環(huán)來(lái)實(shí)現(xiàn)，然后再采用特殊的檢測(cè)和劃片工藝釋放保護(hù)出來(lái)的機(jī)械結(jié)構(gòu)，隨后在封裝時(shí)暴露部分需要的零件，最后機(jī)電系統(tǒng)全部測(cè)試。體娃工藝和表面犧牲層工藝方法與傳統(tǒng)IC工藝兼容,可以實(shí)現(xiàn)微機(jī)械和微電子的系統(tǒng)集成，而且適合于批量生產(chǎn)，已經(jīng)成為目前MEMS的主流技術(shù)。
[0008]硅基MEMS技術(shù)中，最關(guān)鍵的加工工藝主要包括深寬比大的各向異性腐蝕技術(shù)、鍵合技術(shù)和表面犧牲層技術(shù)等。
[0009]各向異性腐蝕技術(shù)是體硅微機(jī)械加工的關(guān)鍵技術(shù)，最早采用的是濕法化學(xué)腐蝕，利用化學(xué)腐蝕得到的微機(jī)械結(jié)構(gòu)的厚度可以達(dá)到整個(gè)硅片的厚度，具有較高的機(jī)械靈敏度，但該方法與集成電路工藝不兼容，難以與集成電路進(jìn)行集成，且存在難以準(zhǔn)確控制橫向尺寸精度及器件尺寸較大等缺點(diǎn)，因此，目前主要采用干法等離子體刻蝕技術(shù)，例如采用感應(yīng)耦合等離子體、高密度等離子體刻蝕設(shè)備等，都可以得到比較理想的深寬比大的硅槽。
[0010]表面犧牲層技術(shù)是表面微機(jī)械技術(shù)的主要工藝，其基本思路為:首先在襯底上淀積犧牲層材料，并利用光刻、刻蝕形成一定的圖形，然后淀積作為機(jī)械結(jié)構(gòu)的材料并光刻出所需要的圖形，最后再將支撐結(jié)構(gòu)層的犧牲層材料腐蝕掉，這樣就形成了懸浮的可動(dòng)的微機(jī)械結(jié)構(gòu)部件。常用的結(jié)構(gòu)材料有多晶硅、單晶硅、氮化硅、氧化硅和金屬等，常用的犧牲層材料主要有氧化硅、多晶硅、光刻膠等。
[0011]鍵合技術(shù)是指不利用任何粘合劑，只是通過(guò)化學(xué)鍵和物理作用將硅片與硅片、硅片與玻璃或其他材料緊密地結(jié)合起來(lái)的方法。鍵合技術(shù)的產(chǎn)生基于這樣一個(gè)物理事實(shí):在室溫條件下，兩塊表面干凈平整的晶片可以通過(guò)表面原子勢(shì)場(chǎng)吸附在一起。如果將兩個(gè)拋光的硅片經(jīng)過(guò)化學(xué)清洗后粘貼在一起，再經(jīng)過(guò)退火處理，那么在界面會(huì)發(fā)生物理化學(xué)反應(yīng)，形成共價(jià)鍵的連接。鍵合技術(shù)雖然不是微機(jī)械結(jié)構(gòu)加工的直接手段，卻在微機(jī)械加工中有著重要的地位，它往往與其他手段結(jié)合使用，既可以對(duì)微結(jié)構(gòu)進(jìn)行支撐和保護(hù)，又可以實(shí)現(xiàn)機(jī)械結(jié)構(gòu)之間或機(jī)械結(jié)構(gòu)與集成電路之間的電學(xué)連接。在MEMS工藝中，最常用的鍵合技術(shù)是硅/硅直接鍵合和硅/玻璃靜電鍵合技術(shù)，最近又發(fā)展了多種新的鍵合技術(shù)，如硅化物鍵合、有機(jī)物鍵合等。
[0012]硅片鍵合之后要在之后的晶片上形成圖形，其精度依賴光刻機(jī)完成，但是目前的主流做法是利用背面光刻機(jī)或者是雙面光刻機(jī)，對(duì)準(zhǔn)前面的晶片以實(shí)現(xiàn)對(duì)準(zhǔn)精度，其缺點(diǎn)是需要硅片的背面再形成一次對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記，并且要利用到藍(lán)膜或者其他保護(hù)層，而且后續(xù)還要去除，因此成本較高，且無(wú)法利用現(xiàn)有的光刻機(jī)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0013]本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種晶片與晶片之間的對(duì)準(zhǔn)方法，它簡(jiǎn)單有效，成本低。
[0014]為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的晶片與晶片之間的對(duì)準(zhǔn)方法，步驟包括:
[0015]I)在第一層晶片上淀積一層薄氧化層；
[0016]2)在第一層晶片上形成對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記，然后去除薄氧化層；
[0017]3)在第一層晶片上淀積高反射率材料，填滿對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記的溝槽；所述高反射率材料的反射率大于硅的反射率；
[0018]4)反向刻蝕，去除第一層晶片表面的高反射率材料，只保留對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記溝槽內(nèi)的高反射率材料；
[0019]5)在第一層晶片上生長(zhǎng)一層熱氧化層；
[0020]6)在第一層晶片上形成后續(xù)所需的集成電路圖形；
[0021]7)將第二層晶片和第一層晶片鍵合；
[0022]8)開(kāi)啟光刻機(jī)，用紅外線檢測(cè)第一層晶片上的對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記，通過(guò)光刻在第二層晶片上形成后續(xù)所需的集成電路圖形。
[0023]其中，步驟I)，所述薄氧化層的厚度為10?1000微米。
[0024]本發(fā)明通過(guò)在第一層晶片的光刻對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記溝槽內(nèi)填入反射率比硅強(qiáng)的材料，降低了上下兩層晶片光刻對(duì)準(zhǔn)的難度，同時(shí)提高了對(duì)準(zhǔn)的精度。使用該對(duì)準(zhǔn)方法，僅需改造現(xiàn)有的機(jī)臺(tái)，無(wú)需導(dǎo)入其它設(shè)備，就可實(shí)現(xiàn)上下兩層晶片之間的有效對(duì)準(zhǔn)，因此成本較常規(guī)方法更低。
【附圖說(shuō)明】
[0025]圖1?8是本發(fā)明實(shí)施例晶片與晶片之間實(shí)現(xiàn)對(duì)準(zhǔn)的工藝方法流程示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0026]為對(duì)本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容、特點(diǎn)與功效有更具體的了解，現(xiàn)結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明詳述如下:
[0027]本實(shí)施例的晶片與晶片之間的對(duì)準(zhǔn)方法，其具體實(shí)現(xiàn)工藝流程如下:
[0028]步驟1，在硅片I上用物理氣相沉積方法形成一層薄的二氧化硅層，如圖1所示。
[0029]所述硅片I的直徑為200毫米，厚度為725微米。所述二氧化硅層的厚度為100埃米。
[0030]步驟2，在硅片I上形成9組光柵周期是12微米、深度是0.5?100微米的對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記，然后去除二氧化硅層，如圖2所示。
[0031]步驟3，在硅片I上淀積一層金屬，使得對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記的溝槽內(nèi)填充一層金屬層，如圖3所示。
[0032]用于淀積的材料可以是鎢、鋁或銅等吸光系數(shù)和消光系數(shù)較大的金屬材料，也可以是其他反射率比硅強(qiáng)的材料。
[0033]步驟4，在硅片I上做反向刻蝕，去除硅片I表面的金屬層，只保留對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記溝槽內(nèi)的金屬層，如圖4所示。反向刻蝕用的刻蝕氣體是四氟化碳和純氧，刻蝕機(jī)臺(tái)是Leam。
[0034]步驟5，在硅片I上生長(zhǎng)一層二氧化硅，如圖5所示。
[0035]該二氧化硅層是用物理氣相沉積方法或者是其他適合的制程所形成的熱氧化層，最佳厚度是5000埃米。
[0036]步驟6，在硅片I上繼續(xù)后續(xù)的半導(dǎo)體工藝(包括涂膠、光刻、顯影、蝕刻等步驟)，形成所需的集成電路圖形，如圖6所示?？涛g機(jī)臺(tái)可以用TEUNikon等。
[0037]步驟7，將硅片2和硅片I鍵合，如圖7所示。
[0038]硅片2的直徑為200毫米，厚度為30微米。
[0039]硅片鍵合的典型方法是硅硅鍵合，兩硅片在氧氣或氮?dú)猸h(huán)境中經(jīng)數(shù)小時(shí)的高溫(典型值是800攝氏度)處理，直接鍵合在一起。
[0040]步驟8，開(kāi)啟光刻機(jī)，用紅外線檢測(cè)硅片I上的對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記，通過(guò)光刻在硅片2上形成后續(xù)所需要的集成電路圖形，如圖8所示。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.晶片與晶片之間的對(duì)準(zhǔn)方法，步驟包括: 1)在第一層晶片上淀積一層薄氧化層； 2)在第一層晶片上形成對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記，然后去除薄氧化層； 3)在第一層晶片上淀積高反射率材料，填滿對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記的溝槽；所述高反射率材料的反射率大于硅的反射率； 4)反向刻蝕，去除第一層晶片表面的高反射率材料，只保留對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記溝槽內(nèi)的高反射率材料； 5)在第一層晶片上生長(zhǎng)一層熱氧化層； 6)在第一層晶片上形成后續(xù)所需的集成電路圖形； 7)將第二層晶片和第一層晶片鍵合； 8)開(kāi)啟光刻機(jī)，用紅外線檢測(cè)第一層晶片上的對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記，通過(guò)光刻在第二層晶片上形成后續(xù)所需的集成電路圖形。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中，步驟1)，所述薄氧化層采用物理氣相沉積方法淀積。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的方法，其中，步驟1)，所述薄氧化層的厚度為10?1000微米。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中，步驟2)，所述對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記有9組，對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記的光柵周期為12微米，深度為0.5?100微米。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中，步驟3)，所述高反射率材料包括鎢、鋁或銅。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中，步驟4)，反向刻蝕的刻蝕氣體是四氟化碳和純氧。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中，步驟5)，所述熱氧化層的厚度為5000埃米。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中，步驟7)，采用硅硅鍵合。
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種晶片與晶片之間的對(duì)準(zhǔn)方法，步驟包括：1）在第一層晶片上淀積薄氧化層；2）在第一層晶片上形成對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記，去除薄氧化層；3）在第一層晶片上淀積高反射率材料，填滿對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記的溝槽；4）反向刻蝕，去除第一層晶片表面的高反射率材料，只保留對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記溝槽內(nèi)的高反射率材料；5）在第一層晶片上生長(zhǎng)熱氧化層；6）在第一層晶片上形成后續(xù)所需的集成電路圖形；7）第二層晶片和第一層晶片鍵合；8）光刻機(jī)紅外線檢測(cè)第一層晶片上的對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記，通過(guò)光刻在第二層晶片上形成后續(xù)所需的集成電路圖形。本發(fā)明通過(guò)在第一層晶片的光刻對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記溝槽內(nèi)填入反射率比硅強(qiáng)的材料，降低了上下兩層晶片光刻對(duì)準(zhǔn)的難度，并提高了對(duì)準(zhǔn)的精度。
【IPC分類】H01L23-544, H01L21-68, B81C3-00
【公開(kāi)號(hào)】CN104576482
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201310485802
【發(fā)明人】孟鴻林, 王雷
【申請(qǐng)人】上海華虹宏力半導(dǎo)體制造有限公司
【公開(kāi)日】2015年4月29日
【申請(qǐng)日】2013年10月17日