一种混合键合实现方法
【专利摘要】本发明提供了一种混合键合实现方法，包括如下步骤：（1）在衬底表面制作金属凸块；（2）在衬底表面涂覆介质层，覆盖所述金属凸块；（3）采用机械刮平的方式，处理衬底表面，使衬底表面金属凸块和介质层表面在一个平面上；（4）使采用以上方法制作的两层衬底相对，使两层衬底表面金属凸块和介质层对准，并通过施加压力和温度条件实现两层衬底的键合。本发明的优点是：采用机械刮平的方式处理衬底表面，获得混合键合结构，整个工艺流程不需要CMP工艺，降低混合键合工艺的难度和成本。
【专利说明】一种混合键合实现方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种混合键合实现方法，属于半导体制造【技术领域】。
【背景技术】
[0002]导电性键合是三维集成技术中的关键方面，其直接实现两层待键合衬底的机械连接和电学连接，一般通过金属键合，如Cu-Cu键合，或包含金属结构的混合键合，如铜和氧化硅的混合键合，或铜与聚合物的混合键合等，来实现，单纯的Cu-Cu键合难以获得足够高的键合强度，而结合氧化硅或聚合物的混合键合可以有效保证键合强度，越来越受到业界关注。现有的混合键合方法一般采用CMP的方式处理表面，需要优化CMP过程，包括设备控制参数和抛光液成分优化等，一方面成本高，另一方面凹陷效应难以控制，难以获得金属结构与其他键合辅助材料表面的高度一致，影响键合质量。
【发明内容】
[0003]本发明的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种低成本且容易控制的混合键合实现方法，保证混合键合的有效进行。
[0004]按照本发明提供的技术方案，所述混合键合实现方法包括如下步骤:(1)在衬底表面制作金属凸块；(2)在衬底表面涂覆介质层，覆盖所述金属凸块；(3)采用机械刮平的方式，处理衬底表面，使衬底表面金属凸块和介质层表面在一个平面上；(4)使米用以上方法制作的两层衬底相对，使两层衬底表面金属凸块和介质层对准，并通过施加压力和温度条件实现两层衬底的键合。
[0005]所述介质层是聚合物材料。所述聚合物材料在键合之前未完全固化，固化比例不超过60%。
[0006]所述制作金属凸块的方法是电镀。
[0007]所述金属凸块对应材料是铜、镍、锡、锡银合金、锡银铜合金中一种或多种的组合。
[0008]本发明的优点是:采用机械刮平的方式处理衬底表面，获得混合键合结构，整个工艺流程不需要CMP工艺，降低混合键合工艺的难度和成本。
【专利附图】
【附图说明】
[0009]图1所示是本发明实施例对应的工艺流程图。
[0010]图2是本发明实施例步骤一处理后剖面示意图。
[0011]图3是本发明实施例步骤二处理后剖面示意图。
[0012]图4是本发明实施例步骤三处理后剖面示意图。
[0013]图5是本发明实施例步骤四两层衬底键合后剖面示意图。
【具体实施方式】
[0014]下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。[0015]图1所示是本发明提供的一个实施例对应的工艺流程图，为更详细的说明本发明，下面分步骤进行介绍。
[0016](I)步骤1:即图1所示的SI。如图2所示，在衬底101表面已经制作有电路层102，如晶体管、二极管、电阻、电容、金属布线等，半导体衬底101厚度在50-800微米范围，电路层102厚度在0.5飞微米范围。在此基础上，在衬底101表面制作金属凸块104，优选电镀的方式加工，金属凸块104所用材料优选铜材料，也可以是镍、锡、锡银合金、锡银铜合金，或者多种金属或合金的组合。
[0017]更具体的来说，制作金属铜凸块采用半加成的方式:即首先在衬底表面沉积粘附层和种子层；然后进行光刻，使用光刻胶定义出需要加工金属铜凸块的位置；接着进行电镀，获得金属凸块；最后去除光刻胶和金属铜凸块之外区域衬底表面的粘附层和种子层，完成金属铜凸块加工。
[0018](2)步骤2:即图1所示的S2。如图3所示，在衬底101表面旋涂聚合物层103，覆盖所述金属凸块104，所述聚合物优选苯丙环丁烯(BCB)材料，也可以采用聚酰亚胺、SU8等，且在涂覆后仅作部分固化，固化比例不超过60%。
[0019](3)步骤3:即图1所示的S3。采用机械刮平的方式处理衬底101表面，刮平后，衬底101表面的聚合物层103还具有一定厚度，剩余厚度超过I微米，以保证电绝缘的需要。金属凸块104与聚合物 层103表面在刮平处理后在同一个平面上，表面平均粗糙度小于20纳米，如图4所示。
[0020]表面刮平可以采用日本Disco公司提供的表面整平机(Surface Planer)实现,其刮平后表面粗糙度可以控制在20nm以下。
[0021](4)步骤4:即图1所示的S4。将两个采用以上方法制作的衬底相对，使两层衬底101,201表面金属材料和聚合物层相互对准，并施加合适的温度和压力，实现两层衬底的键合。更加具体地，使用200-400摄氏度的温度，施加0.05、.5MPa的键合压力进行键合，在实施键合工艺之前，对待键合衬底进行表面处理，如超声清洗，等离子清洗等，去除表面颗粒和氧化层，保证键合界面性能。
[0022]如图5所示，第二层衬底201具有和衬底101相似的结构，包括第二层衬底表面电路层202、第二层衬底表面聚合物层203、第二层衬底表面金属材料204。两层衬底表面金属材料104、204对准，表面聚合物层103、203对准。
[0023]可以看到，本发明具备如下特点:采用机械刮平的方式处理键合表面；键合结构表面包含金属和介质层组成的混合结构。这样，整个工艺流程不需要CMP工艺，降低了混合键合工艺的难度和成本。
[0024]以上所述仅为本发明的一个较佳实施例，并不用以限制本发明。凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种混合键合实现方法，其特征是，包括如下步骤: 在衬底表面制作金属凸块； 在衬底表面涂覆介质层，覆盖所述金属凸块； 采用机械刮平的方式，处理衬底表面，使衬底表面金属凸块和介质层表面在一个平面上； 使采用以上方法制作的两层衬底相对，使两层衬底表面金属凸块和介质层对准，并通过施加压力和温度条件实现两层衬底的键合。
2.如权利要求1所述的一种混合键合实现方法，其特征是，所述介质层是聚合物材料。
3.如权利要求1所述的一种混合键合实现方法，其特征是，所述制作金属凸块的方法是电镀。
4.如权利要求2所述的一种混合键合实现方法，其特征是，所述聚合物材料在键合之前未完全固化，固化比例不超过60%。
5.如权利要求1所述的一种混合键合实现方法，其特征是，所述金属凸块材料是铜、镍、锡、锡银合金、锡银铜合金中一种或多种的组合。
【文档编号】H01L21/60GK103474366SQ201310419725
【公开日】2013年12月25日 申请日期:2013年9月13日 优先权日:2013年9月13日
【发明者】宋崇申, 张文奇 申请人:华进半导体封装先导技术研发中心有限公司