用于形成三维集成芯片的方法和多维集成芯片结构与流程

本申请的实施例涉及用于形成三维集成芯片的方法和多维集成芯片结构。

背景技术：

许多现代电子器件使用在半导体器件制造工艺期间在半导体晶圆上形成的集成电路。越来越多地，可以将半导体晶圆堆叠并且接合在一起以形成三维集成电路(3dic)。3dic比传统的二维集成电路(2dic)具有许多优势，诸如更高的器件密度、更高的速度和更低的功耗。

技术实现要素：

本申请的一些实施例提供了一种用于形成多维集成芯片结构的方法，包括：将第二衬底接合至第一衬底的上表面；实施第一边缘修整切割，沿第一环路并且延伸至所述第二衬底的第一外围部分中；实施第二边缘修整切割，沿第二环路并且延伸至所述第二衬底的第二外围部分并且延伸至所述第一衬底中；以及实施第三边缘修整切割，沿第三环路并且延伸至所述第一衬底的第三外围部分中。

本申请的另一些实施例提供了一种用于形成三维集成芯片的方法，包括：将第二半导体晶圆的下表面接合至第一半导体晶圆的上表面；将第三半导体晶圆的下表面接合至所述第二半导体晶圆的上表面；绕所述第三半导体晶圆的第一外围部分实施第一类型的边缘修整切割；绕所述第三半导体晶圆的第二外围部分、绕所述第二半导体晶圆的第三外围部分以及绕所述第一半导体晶圆的第四外围部分周围实施第二类型的边缘修整切割，其中，所述第二类型的边缘修整切割与所述第一类型的边缘修整切割不同；以及绕所述第一半导体晶圆的第五外围部分实施第三类型的边缘修整切割。

本申请的又一些实施例提供了一种多维集成芯片结构，包括：第一衬底，包括第一上表面和位于所述第一上表面之上的第二上表面，其中，所述第一上表面的第一最外周界大于所述第二上表面的第二最外周界；以及第二衬底，位于所述第一衬底上方，其中，第二衬底包括位于所述第二上表面之上的第三上表面，并且其中，所述第三上表面的第三最外周界小于所述第二上表面的第二最外周界。

附图说明

当结合附图进行阅读时，从以下详细描述可最佳理解本发明的各个方面。应该指出，根据工业中的标准实践，各个部件未按比例绘制。实际上，为了清楚的讨论，各个部件的尺寸可以任意地增大或减小。

图1a示出了已经经历多步边缘修整工艺的多维集成芯片结构的一些实施例的截面图。

图1b示出了图1a的多维集成芯片结构的一些实施例的顶视图。

图2a示出了已经经历多步边缘修整工艺的多维集成芯片结构的一些额外的实施例的截面图。

图2b示出了图2a的多维集成芯片结构的一些实施例的顶视图。

图3示出了所公开的多维集成芯片结构的一些额外的实施例的截面图。

图4a示出了多维集成芯片结构的一些额外的实施例的截面图。

图4b示出了从图4a的多维集成芯片结构切割的多维集成芯片管芯的一些实施例的截面图。

图5a至图6c示出了所公开的多维集成芯片结构的修整边缘的一些实施例的截面图。

图7至图10示出了在多维集成芯片结构上实施多步边缘修整工艺的方法的一些实施例。

图11a至图11b示出了不同类型的边缘修整步骤的一些实施例。

图12示出了列出了可以用于实现图7至图10示出的方法的不同工艺的一些实施例的图表。

图13至图37示出了形成多维集成芯片结构的方法的一些实施例的截面图。

图38示出了形成多维集成芯片结构的方法的一些实施例的流程图。

具体实施方式

本发明提供了许多用于实现本发明的不同特征的不同实施例或实例。下面描述了组件和布置的具体实例以简化本发明。当然，这些仅仅是实例，而不旨在限制本发明。例如，以下描述中，在第二部件上方或者上形成第一部件可以包括第一部件和第二部件直接接触形成的实施例，并且也可以包括在第一部件和第二部件之间可以形成额外的部件，从而使得第一部件和第二部件可以不直接接触的实施例。此外，本发明可在各个实例中重复参考标号和/或字符。该重复是为了简单和清楚的目的，并且其本身不指示所讨论的各个实施例和/或配置之间的关系。

而且，为了便于描述，在此可以使用诸如“在…之下”、“在…下方”、“下部”、“在…之上”、“上部”等空间相对术语，以描述如图所示的一个元件或部件与另一个(或另一些)元件或部件的关系。除了图中所示的方位外，空间相对术语旨在包括器件在使用或操作中的不同方位。器件可以以其他方式定向(旋转90度或在其他方位上)，而本文使用的空间相对描述符可以同样地作出相应的解释。

在半导体制造期间，可以在半导体晶圆上形成集成电路。在许多现代应用中，可以在制造期间减薄半导体晶圆以实现额外的功能。例如，在三维集成电路(3dic)的制造期间，可以减薄半导体晶圆以能够形成衬底通孔(tsv)，其延伸穿过半导体晶圆以允许半导体晶圆和3dic堆叠件内的相邻半导体晶圆之间的垂直连接。

然而，当将半导体晶圆的厚度减小至非常薄的尺寸(例如，小于或等于大约50μm)时，半导体晶圆变得非常柔性。为了避免对减薄的半导体晶圆的损坏，可以在减薄工艺之前将半导体晶圆接合至支撑晶圆(例如，载体晶圆)。半导体晶圆的外表面通常具有如半导体晶圆的截面图中看到的圆形形状，这沿晶圆的外围在半导体晶圆和支撑晶圆之间产生间隔。因为圆形形状，所以减薄工艺将使半导体晶圆沿外边缘变得更薄，从而导致具有低机械强度的锋利的外边缘。锋利的外边缘可以导致在随后处理期间半导体晶圆的碎裂和/或剥落。

为了减轻沿半导体晶圆的外边缘的损坏，可以采用边缘修整。边缘修整是通过其将刀片用于从已经发生和/或将发生不完全接合的半导体晶圆外围去除材料的工艺。通过从半导体晶圆的外围去除材料，可以避免在减薄期间形成锋利的外边缘，从而减轻沿减薄的半导体晶圆的边缘的损坏(例如，晶圆的碎裂和/或剥落)。

对3dic实施边缘修整工艺的一种方法可以：用于形成包括多个半导体晶圆的半导体晶圆堆叠件；用于研磨半导体晶圆堆叠件的上表面；以及用于随后利用单个连续的边缘修整切割来修整半导体晶圆堆叠件的边缘。然而，已经发现，这种边缘修整工艺在半导体晶圆堆叠件上施加可以损坏半导体晶圆堆叠件的应力。例如，在边缘修整工艺期间使用的刀片的一侧可以摩擦堆叠的晶圆结构的一侧，从而导致引起堆叠的晶圆结构的层间介电(ild)层内的介电层剥离的剪切应力。类似地，来自边缘修整工艺的碎屑可以沿位于刀片下面的晶圆的表面累积。当刀片在碎屑上推动时，它会在表面上施加力，这可以导致晶圆中的裂缝。

本发明的实施例针对实施用于多维集成芯片结构的多步边缘修整工艺的方法，其最小化对多维集成芯片结构的损坏。多步边缘修整工艺减小边缘修整工艺在多维集成芯片结构上的应力，并且因此减小对多维集成芯片结构的损坏。在一些实施例中，方法可以通过将第二晶圆接合至第一晶圆的顶部上实施。沿第二晶圆的外边缘实施第一边缘修整切割。沿第一晶圆和第二晶圆的边缘实施第二边缘修整切割，随后是沿第一晶圆的边缘的第三边缘修整切割。第一边缘修整切割、第二边缘修整切割或第三边缘修整切割可以使用配置为减轻多维集成芯片结构上的应力的不同类型的边缘修整切割实施。因此，所公开的多步边缘修整工艺能够减轻对多维集成芯片结构的损坏。

图1a示出了已经经历多步边缘修整工艺的多维集成芯片结构100的一些实施例的截面图。

多维集成芯片结构100包括彼此堆叠并且接合在一起的多个衬底101-105。在一些实施例中，多个衬底101-105可以包括第一衬底101、第二衬底102、第三衬底103、第四衬底104和第五衬底105。在其他实施例中，可以堆叠并且接合不同数量的衬底，诸如两个衬底、三个衬底、四个衬底、六个衬底或任何其他合适的数量。在一些实施例中，多个衬底101-105可以分别包括半导体晶圆(例如，第一衬底101可以包括第一半导体晶圆，第二衬底102可以包括第二半导体晶圆等)。在一些实施例中，多个衬底101-105中的一个或多个可以进一步包括互连结构。在一些实施例中，多个衬底101-105中的相邻衬底可以沿接合界面区域(未标记)接合在一起。

多维集成芯片结构100包括限定多个不同切割区域110、115和120(即，其中多步边缘修整工艺已经进行切割以去除多维集成芯片结构100的一部分的区域)的多个表面。例如，在一些实施例中，多维集成芯片结构100可以包括第一切割区域110、第二切割区域115和第三切割区域120。第一切割区域110由多维集成芯片结构100的第一上表面112和第二外边缘113限定。在一些实施例中，第一上表面112可以在第一外边缘111和第二外边缘113之间延伸。第二切割区域115由多维集成芯片结构100的第二上表面116和第三外边缘117限定。第三切割区域120由第三上表面122和第四外边缘123限定。在一些实施例中，第四外边缘123可以在第三上表面122和第四上表面124之间延伸。在一些实施例中，第一上表面112是多维集成芯片结构100的最下上表面，并且第四上表面124是多维集成芯片结构100的最上上表面。在一些实施例中，第四上表面124是基本平坦的表面。

在一些实施例中，第一上表面112的第一最外周界大于第二上表面116的第二最外周界。在一些实施例中，第三上表面122的第三最外周界小于第二上表面116的第二最外周界。在一些实施例中，第一衬底101可以进一步包括具有小于第二最外周界并且大约等于第三最外周界的最外周界的最上表面。

在一些实施例中，不同的切割区域110、115和120可以通过相同类型的边缘修整切割形成。在其他实施例中，不同类型的边缘修整切割可以用于形成不同的切割区域110、115和120。在这样的实施例中，不同类型的边缘修整切割可以在多维集成芯片结构100上施加不同的应力，从而使得使用不同类型的边缘修整切割以形成不同的切割区域110、115和120可以减少多维集成芯片结构100上的不希望的应力，并且减轻边缘修整工艺对多维集成芯片结构100造成的损坏。

例如，在一些实施例中，第一切割区域110可以通过减小第一上表面112上的压力的第一类型的边缘修整切割形成。通过减小第一上表面112上的压力，可以减轻第一衬底101内的裂缝。在一些实施例中，第二切割区域115可以通过减小第三外边缘117上的剪切应力的第二类型的边缘修整切割形成。通过减小第三外边缘117上的剪切应力，可以减轻多维集成芯片结构100内的介电层的剥离。在一些实施例中，第三切割区域120可以通过第一类型的边缘修整切割形成，以减小第四上表面124上的压力。通过减小第四上表面124上的压力，可以减轻第五衬底105内的裂缝。

在一些实施例中，不同类型的边缘修整切割可包括“向上切割”(边缘修整切割，其中使旋转的刀片与旋转的衬底接触，使得旋转的刀片以使轴和衬底之间的刀片在与衬底相同的方向上行进的方式绕轴旋转)和“向下切割”(边缘修整切割，其中使旋转的刀片与旋转的衬底接触，使得旋转的刀片以使轴和衬底之间的刀片在与衬底相反的方向上行进的方式绕轴旋转)。

参考图1b，提供了根据一些实施例的图1a的多维集成芯片结构100的顶视图。在一些实施例中，图1a的多维集成芯片结构100的截面图是沿线a-a′截取的。

在一些实施例中，第一外边缘111围绕第二外边缘113、第三外边缘117和第四外边缘123。在一些实施例中，多个衬底101-105是圆形晶圆。在一些实施例中，多个衬底101-105包括同心晶圆。在一些实施例中，前述外边缘是圆形的，第一外边缘111具有大于第二外边缘113的半径，第二外边缘113具有大于第三外边缘117的半径，第三外边缘117具有大于第四外边缘123的半径。

参考图2a，提供了根据一些实施例的多维集成芯片结构200的截面图。

在图2a中示出的实施例中，第三上表面122是多维集成芯片结构200的最上表面。因为第三上表面122是多维集成芯片结构200的最上表面，所以多维集成芯片结构200具有两个切割区域。在一些实施例中，第三上表面122基本平坦，并且在第五衬底105的最外侧壁之间延伸。

参考图2b，提供了根据一些实施例的图2a的多维集成芯片结构200的顶视图。在一些实施例中，图2a的多维集成芯片结构200的截面图是横跨线b-b′截取的。如以上关于图2a所讨论的，多维集成芯片结构200具有三个上表面和两个切割区域。

参考图3，提供了多维集成芯片结构300的一些额外实施例的截面图。

多维集成芯片结构300包括多个衬底101-105。在一些实施例中，多个衬底101-105中的一个或多个分别包括半导体衬底和上面的互连区域。例如，第一衬底101可以包括第一半导体衬底101a和第一互连结构101b。半导体衬底可以包括半导体材料，诸如硅、锗等。互连结构可以包括设置在包括堆叠的层间介电(ild)层的介电结构内的多个导电互连层。

多个衬底101-105限定第一外边缘111、第二外边缘113、第三外边缘117和第四外边缘123。在一些实施例中，第一宽度301在第一外边缘111和第二外边缘113之间延伸，第二宽度302在第二外边缘113和第三外边缘117之间延伸，并且第三宽度303在第三外边缘117和第四外边缘123之间延伸。在一些实施例中，第一宽度301、第二宽度302和第三宽度303为至少10微米宽。具有至少10微米的宽度避免被用于形成第一切割区域110、第二切割区域115和第三切割区域120的边缘修整工艺损坏。在其他实施例中，第一宽度301、第二宽度302和第三宽度303可以在大约10微米和大约250微米之间、在大约10微米和大约500微米之间或其他合适的值。在一些实施例中，第一宽度301可以比第二宽度302和第三宽度303宽。在一些实施例中，第一宽度301可以从垂直线101b沿第一衬底101的斜切边缘缩回大约3毫米、大约5毫米或其他合适值的距离。

在一些实施例中，第三切割区域120可以具有在第一宽度301的高度的0.5倍和20倍之间的高度。在一些实施例中，第二切割区域115可以具有在第二宽度302的2倍和30倍之间的高度。在一些实施例中，第三切割区域120可以具有在第三宽度303的0.05倍和50倍之间的高度。

在一些实施例中，第一深度311在第一上表面112和第二上表面116之间延伸，第二深度312在第二上表面116和第三上表面122之间延伸，并且第三深度313在第三上表面122和第四上表面124之间延伸。在一些实施例中，第一深度311小于第二上表面116和第一衬底101的最下表面之间的距离，第二深度312大于第三上表面122和第一衬底101的最上表面之间的距离(即，大于多个衬底101-105之间的接合界面的深度(未标记))，并且第三深度313小于第五衬底105的总厚度。在多维集成芯片结构300包括第四上表面124的实施例中，第三深度313为非零。然而，应该理解，在一些实施例中(例如，图2a和图2b中示出的多维集成芯片结构200)，第三深度313可以大约为零。

在一些实施例中，第二外边缘113从第一互连结构101b的下方垂直延伸至第一半导体衬底101a内。因为第二外边缘113从第一互连结构101b的下方垂直延伸至第一半导体衬底101a内，所以第二外边缘113可以使用具有相对高的剪切应力和低压力的第一边缘修整切割形成(因为用于形成第二外边缘113的刀片可以不接触互连结构的介电材料)。

在一些实施例中，第三外边缘117从第一互连结构101b的下方垂直延伸至第五衬底105的结构105b的上方。因为第三外边缘117从第一互连结构101b的下方垂直延伸至第五互连结构105a内，所以具有相对低的剪切应力(例如，低于第一边缘修整切割)和高的压力(例如，高于第一边缘修整切割)的第二边缘修整切割可以用于形成第三外边缘117。相对低的剪切应力将减小对多个衬底101-105的互连结构的介电材料的损坏(例如，剥离)。

在一些实施例中，第四外边缘123从第五衬底105的顶部垂直延伸至第五互连结构105a之上。因为第四外边缘123从第五衬底105的顶部垂直延伸至第五互连结构105a之上，所以第四外边缘123可以使用具有相对低的压力(例如，低于第二边缘修整切割)和高的压力(例如，高于第二边缘修整切割)的第三边缘修整切割形成。

参考图4a，提供了多维集成芯片结构400的一些实施例的详细截面图。

多维集成芯片结构400包括多个层402a-402e。多个层402a-402e分别包括半导体衬底404。在一些实施例中，半导体衬底404可以包括半导体晶圆。多个晶体管器件406可以设置在半导体衬底404的多个分隔的管芯区域内，其分别对应于半导体晶圆内的集成芯片管芯。多个层402a-402e中的一个或多个可以进一步包括设置在半导体衬底404上的互连结构408。互连结构408包括设置在包括一个或多个堆叠的层间介电层的介电结构内的多个导电互连层410。多个导电互连层410电耦接至多个晶体管器件406。在一些实施例中，多个导电互连层410可以包括导电接触件、互连布线和/或互连通孔。在一些实施例中，多个导电互连层410可以包括铜、钨、铝和/或等。

在一些实施例中，多个层402a-402e可以通过混合接合区域412接合在一起。在这样的实施例中，混合接合区域412包括设置在第一介电层416a内的第一多个导电接合部件414a和设置在第二介电层416b内的第二多个导电接合部件414b。在一些实施例中，第一多个导电接合部件414a和第二多个导电接合部件414b可以包括铜、铝等。在一些实施例中，第一介电层416a和第二介电层416b可以包括氧化物、氮化物等。在混合接合区域412内，第一多个导电接合部件414a沿第一界面接触第二多个导电接合部件414b，并且第一介电层416a沿第二界面接触第二介电层416b。

在一些实施例中，衬底通孔(tsv)418可以延伸穿过多个层402a-402e中的一个或多个的半导体衬底404。tsv418配置为在多个层402a-402e的互连结构之间提供电连接。

在一些实施例中，包括一个或多个钝化层420a-420b的钝化结构420设置在多个层402a-402e中的最顶部一个上方。在一些实施例中，一个或多个再分布层422可以设置在钝化结构420内。一个或多个再分布层422可以配置为将多个ic管芯402a-402c电耦接至设置在钝化结构420上或上方的接合焊盘424。在一些实施例中，将导电焊料凸块426设置至接合焊盘424上。

在一些实施例中，多个层402a-402e中的任何一个可以包括互补金属氧化物半导体(cmos)器件、cmos图像传感器(cis)、动态随机存取存储器(dram)器件、专用集成电路(asic)、微机电系统(mems)、射频(rf)电路、模拟电路、微处理器单元(mpu)或任何其他合适的器件或电路。

参考图4b，图4b是从图4a中示出的多维集成芯片结构400切成小块的多维集成芯片管芯428的一些实施例的详细截面图。

在一些实施例中，多维集成芯片管芯428包括彼此堆叠的多个集成芯片(ic)管芯430a-430e。多个ic管芯430a-430e分别包括设置在半导体衬底404上的互连结构408。多个ic管芯430a-430e通过混合接合区域412接合至相邻的管芯。多个ic管芯430a-430e的最外侧壁和混合接合区域412沿垂直于第一ic管芯430a的顶面的线基本对准。

在一些实施例中，多维集成芯片管芯428的最顶部管芯430e可以包括具有沿半导体衬底404e的最外侧壁限定凹槽432的表面的半导体衬底404e。在一些实施例中，半导体衬底404e的相对的最外侧侧壁基本笔直(例如，不具有凹槽)，使得面对ic管芯430d的半导体衬底404e的下表面比背离ic管芯430d的半导体衬底406e的顶面宽。

图5a至图5c和图6a至图6c示出了多维集成芯片结构的修整边缘的截面图的一些实施例。

在一些实施例中，如图5a和图6a中所示，第二切割区域115和第三切割区域120可以由在一点处相交的基本笔直的边缘限定。在其他实施例中，如图5b和图6b中所示，第二切割区域115和第三切割区域120两者可以由圆形的边缘限定。第一衬底101和第二衬底105的圆形的边缘可以耦接至第一衬底101和第二衬底105的水平表面。在一些实施例中，水平表面的宽度和对应圆形的边缘可以共同具有大于或等于大约10微米的宽度。通过具有大于大约10微米的宽度，可以减小对第一衬底101和第二衬底102的损坏(例如，碎裂)。

在又一些其他实施例中，如图5c和图6c中所示，第二切割区域115和第三切割区域120两个可以由多个圆形的边缘限定。第一衬底101和第二衬底105的圆形的边缘可以耦接至第一衬底101和第二衬底105的水平表面的相对端。在一些实施例中，水平表面的宽度和位于水平表面的相对侧上的对应的圆形的边缘可以共同具有大于或等于大约10微米的宽度。通过具有大于大约10微米的宽度，可以减小对第一衬底101和第二衬底102的损坏(例如，碎裂)。在又一些其他实施例中(未示出)，第二切割区域115和第三切割区域120可以由其他形状限定。

图7至图10示出了在多维集成芯片结构上实施多步边缘修整工艺的方法的一些实施例的截面图700-1000。虽然关于方法描述了图7至图10，但是应该理解，图7至图10中公开的结构不限于这种方法，而是可以作为独立于方法的结构独立存在。

如图7的截面图700中所示，形成多维集成芯片结构702。多维集成芯片结构702可以通过以堆叠配置将多个衬底101-102接合在一起形成。在一些实施例中，多维集成芯片结构702可以包括沿接合界面704接合至第二衬底102的第一衬底101。在一些实施例中，接合界面704可以包括混合接合界面，其中第一多个导电接合部件沿第一界面接触第二多个导电接合部件并且第一介电层沿第二界面接触第二介电层。在其他实施例中，接合界面704可以包括介电接合界面，其中第一介电层接触第二介电层。

如图8a的截面图800中所示，对第二衬底102的外围部分实施第一边缘修整切割至第三深度313。第一边缘修整切割去除第二衬底102的一部分以限定在第二衬底102内延伸的第一中间切割区域802。在一些实施例中，第一中间切割区域802由通过第二衬底102的内侧壁耦接至上表面的凹进表面限定。在一些实施例中(如图8a中所示)，第一边缘修整切口可以与第二衬底102的周界分隔开。在其他实施例中(如图8b中所示)，第一边缘修整切口可以沿第二衬底102的周界延伸。

在一些实施例中，第一边缘修整切割可以通过使第一刀片804a沿闭合环路与第二衬底102接触实施。第一刀片804a具有接合至具有圆形截面的芯808的磨料元素806(例如，金刚石颗粒)。当使磨料元素806与第二衬底102接触时，芯808配置为绕第一轴810旋转。

图8b示出了第一边缘修整切割的三维视图812。如三维视图812所示，第一刀片804a可以绕第一轴810在第一圆周方向814或与第一圆周方向814相反的第二圆周方向816上旋转，而多维集成芯片结构702绕第二轴818在第三圆周方向820或与第三圆周方向820相反的第四圆周方向822上旋转。在一些实施例中，方法可以包括绕多维集成芯片结构702的周界在闭合并且连续的环路中切割多维集成芯片结构702。

如图9的截面图900中所示，对第一衬底101和第二衬底102的外围部分实施第二边缘修整切割至第二深度312。第二边缘修整切割限定第三切割区域120和延伸至第一衬底101中的第二切割区域115。第三切割区域120具有小于第二衬底102的厚度的深度，使得第三切割区域120由第二衬底102的侧壁和下表面限定。在一些实施例中，第三切割区域120可以延伸穿过第二衬底102的大约40％和大约60％之间、第二衬底102的大约25％和大约85％之间或其他合适的范围。例如，在一些实施例中，第二衬底102可以具有在大约20微米和大约100微米之间的厚度，而第三切割区域120可以在第二衬底102内延伸至大约5微米和大约75微米之间的深度。在各个实施例中，第三切割区域120可以具有大于10微米、大于100微米或其他合适值的宽度。

第二切割区域115具有大于第二衬底102的深度，使得第二切割区域115由第一衬底101的下表面以及第一衬底101和第二衬底102两者的侧壁限定。在一些实施例中，第二切割区域115可以延伸穿过第一衬底101的大约15％和大约45％之间、第一衬底101的大约10％和大约30％之间或其他合适的范围。在各个实施例中，第二切割区域115可以具有在大约30微米和大约250微米之间、在大约50微米和大约400微米之间或其他合适的值的深度。在各个实施例中，第二切割区域115可以具有大于10微米、大于100微米或其他合适的值的宽度。

在一些实施例中，第二边缘修整切割可以通过使第二刀片804b沿闭合环路与第一衬底101和第二衬底102接触实施。在一些实施例中，第一刀片804a可以是与第二刀片804b相同的刀片。在其他实施例中，第一刀片804a和第二刀片804b可以包括不同的刀片。在一些实施例中，第一刀片804a和第二刀片804b可以具有不同的宽度。

如图10的截面图1000中所示，对第一衬底101的外围部分实施第三边缘修整切割至第一深度311。第三边缘修整切割沿第一衬底101的周界去除第一衬底101的一部分。通过去除第一衬底101的一部分，第三边缘修整切割限定第一切割区域110。第一切割区域110具有小于第一衬底101的深度，使得第一切割区域110由第一衬底101的下表面和第一衬底101的侧壁限定。在一些实施例中，第一切割区域110可以延伸穿过第一衬底101的大约40％和大约60％之间、第一衬底101的大约45％和大约55％之间或其他合适的范围。在各个实施例中，第一切割区域110可以具有在大约50微米和大约500微米之间、在大约150微米和大约350微米之间或其他合适的值的深度。在各个实施例中，第一切割区域110可以具有在大约10微米和大约5mm之间的宽度。

在一些实施例中，第三边缘修整切割可以通过使第三刀片804c沿闭合环路与第一衬底101接触实施。在一些实施例中，第三刀片804c可以是与第一刀片804a和/或第二刀片804b相同的刀片。在其他实施例中，第三刀片804c可以是与第一刀片804a和/或第二刀片804b不同的刀片。在一些实施例中，第三刀片804c可以具有与第一刀片804a和/或第二刀片804b不同的宽度。

应该理解，第一边缘修整切割、第二边缘修整切割和第三边缘修整切割可以包括在多维集成芯片结构702的不同部分上施加不同的应力的不同类型的修整工艺。例如，在一些实施例中，第一边缘修整切割可以包括将第一剪切应力施加至多维集成芯片结构702的侧壁上并且将第一压力施加至下面的表面上的第一类型的修整工艺，而第二边缘修整切割可以包括将更小的第二剪切应力施加至多维集成芯片结构702的侧壁上并且将更大的第二压力施加至下面的表面上的第二类型的修整工艺。通过具有不同的边缘修整切割在多维集成芯片结构702的不同部分上施加不同的应力，可以减轻对多维集成芯片结构702的损坏。

在一些实施例中，不同类型的边缘修整切割可以包括“向上切割”和“向下切割”。图11a示出了显示包括“向下切割”的第一类型的边缘修整切割的截面图1100。向下切割包括在第一圆周方向814上旋转刀片804和在第三圆周方向820上旋转衬底1102。向下切割还包括使旋转刀片804与衬底1102接触，从而使得刀片804和衬底1102在刀片804和衬底1102之间接触的点处在相同的方向上行进。在一些实施例中，向下切割还包括在边缘修整切割期间使用淋浴器1104以从衬底1102和刀片804洗去碎屑。向下切割具有比向上切割更小的剪切应力和更大的压力。

图11b示出了显示包括“向上切割”的第二类型的边缘修整切割的截面图。向上切割包括在第一圆周方向814上旋转刀片804以及在第四圆周方向822上旋转衬底1102。向上切割还包括使旋转刀片804与旋转衬底1102接触，从而使得刀片804和衬底1102在刀片804和衬底1102之间接触的点处沿相反的方向行进。在一些实施例中，向上切割也包括在修整期间使用淋浴器1104从衬底1102和刀片804洗去碎屑。向上切割具有比向下切割更大的剪切应力和更小的压力。

图12示出了图表1200，包括可以用于实现图7至图10中示出的方法的不同的多步边缘修整工艺a-h的一些实施例。多步工艺f例如可以包括：实施用于第一边缘修整切割的向下切割；实施用于第二边缘修整切割的向上切割；以及实施用于第三边缘修整切割的向下切割。在图7至图10中示出的方法中，可以使用任何多步工艺a-h。

图13至图37示出了形成多维集成芯片结构的方法的一些实施例的一系列截面图1300-3700。虽然关于方法描述了图13至图37，但是应该理解，图13至图37中公开的结构不限于这种方法，而是可以作为独立于方法的结构独立存在。

如图13的截面图1300中所示，实施第一边缘修整切割以沿第一衬底101的外周界去除材料。在一些实施例中，第一边缘修整切割可以通过使刀片804沿第一闭合环路(沿第一衬底101的外周界延伸)与第一衬底101接触实施。在各个实施例中，第一边缘修整切割可以包括第一类型的边缘修整切割(例如，向上切割)或第二类型的边缘修整切割(例如，向下切割)。

如图14的截面图1400中所示，第二衬底102接合至第一衬底101。在各个实施例中，第二衬底102可以通过混合接合工艺或通过介电接合工艺接合至第一衬底101，以在第一衬底101和第二衬底102之间形成第一接合区域。

如图15的截面图1500中所示，对第二衬底102实施第一研磨工艺以减小第二衬底102的厚度。在一些实施例中，第一研磨工艺包括配置为将第二衬底102的厚度从第一厚度减小至第二厚度的粗研磨工艺。在一些实施例中，第一厚度可以在大约595μm和大约950μm之间、大约700μm和800μm之间、大约750μm和大约800μm之间的第一范围内或其他合适的值。在一些实施例中，第一厚度可以减小大约575μm和大约750μm、大约500μm和大约750μm之间或其他合适的值。在一些实施例中，第二厚度可以在大约50μm和大约250μm之间、大约100μm和大约200μm之间的第二范围内或其他合适的值。在一些实施例中，第一研磨工艺可以包括实现第一表面粗糙度的第一机械研磨工艺。在一些实施例中，第一研磨工艺可以包括使磨轮1502与第二衬底102的背侧接触。在一些实施例中，磨轮1502可以包括设置至基底1506上的多个磨料元件1504。在一些实施例中，基底1506可以包括从基底1506的顶部看到的环形结构。

如图16的截面图1600中所示，对第二衬底102的外围部分实施第二边缘修整切割。在一些实施例中，第二边缘修整切割可以通过使第一刀片804a沿闭合环路与第二衬底102接触实施。第二边缘修整切割可以包括第一类型的边缘修整切割或第二类型的边缘修整切割。

如图17的截面图1700中所示，对第二衬底102的外围部分和对第一衬底101的外围部分实施第三边缘修整切割。在一些实施例中，第三边缘修整切割可以通过使第二刀片804b沿闭合环路与第二衬底102和第一衬底101接触实施。第三边缘修整切割可以包括第一类型的边缘修整切割或第二类型的边缘修整切割。在一些实施例中，第二边缘修整切割可以是与第三边缘修整切割不同类型的边缘修整切割。例如，在一些实施例中，第二边缘修整切割可以是向上切割，而第三边缘修整切割可以是向下切割。在其他实施例中，第二边缘修整切割可以是与第三边缘修整切割相同类型的边缘修整切割。

如图18的截面图1800中所示，对第一衬底101的外围部分实施第四边缘修整切割。在一些实施例中，第四边缘修整切割可以通过使第三刀片804c沿闭合环路与第一衬底101接触实施。第四边缘修整切割可以包括第一类型的边缘修整切割或第二类型的边缘修整切割。在一些实施例中，第四边缘修整切割可以是与第三边缘修整切割不同类型的边缘修整切割。例如，在一些实施例中，第四边缘修整切割可以是向上切割，而第三边缘修整切割可以是向下切割。在其他实施例中，第四边缘修整切割可以是与第三边缘修整切割相同类型的边缘修整切割。

如图19的截面图1900中所示，可以对第二衬底102实施第二研磨工艺和第三研磨工艺，以进一步减小第二衬底102的厚度并且使第二衬底102的上表面(例如，背侧)平滑。在一些实施例中，第二研磨工艺可以包括由磨轮1902实施的并且配置为将第二衬底102的厚度从第二厚度减小至第三厚度的精细研磨工艺。在一些实施例中，第二研磨工艺可以包括实现小于第一表面粗糙度的第二表面粗糙度的第二机械研磨工艺。在一些实施例中，第三研磨工艺可以包括配置为将第二衬底的厚度从第二厚度减小至第三厚度的化学机械平坦化(cmp)工艺。在一些实施例中，第二厚度可以减小大约3μm、大约5μm和大约10μm之间或其他合适的值。在一些实施例中，第三厚度可以在大约3μm和大约10μm之间、大约20μm和大约40μm之间、大约10μm和大约200μm之间的范围内或其他合适的值。

如图20的截面图2000中所示，第三衬底103的下表面接合至第二衬底102的上表面。在各个实施例中，第三衬底103可以通过混合接合工艺或通过介电接合工艺接合至第二衬底102，以在第二衬底102和第三衬底103之间形成第二接合区域。

如图21的截面图2100中所示，对第三衬底103实施第四研磨工艺1106以减小第三衬底103的厚度。在一些实施例中，第四研磨工艺可以包括通过使磨轮1502与第三衬底103接触实施的粗研磨工艺。

如图22的截面图2200中所示，对第三衬底103的外围部分实施第五边缘修整切割。第五边缘修整切割可以包括第一类型的边缘修整切割或第二类型的边缘修整切割。在一些实施例中，第二边缘修整切割可以通过使第一刀片804a沿闭合环路与第三衬底103接触实施。

如图23的截面图2300中所示，对第三衬底103的外围部分、对第二衬底102的外围部分以及对第一衬底101的外围部分实施第六边缘修整切割。在一些实施例中，第六边缘修整切割可以通过使第二刀片804b沿闭合环路与第三衬底、第二衬底102和第一衬底101接触实施。第六边缘修整切割可以包括第一类型的边缘修整切割或第二类型的边缘修整切割。

如图24的截面图2400中所示，对第一衬底101的外围部分实施第七边缘修整切割。在一些实施例中，第七边缘修整切割可以通过使第三刀片804c沿闭合环路与第一衬底101接触实施。第七边缘修整切割可以包括第一类型的修整边缘修整切割或第二类型的边缘修整切割。

如图25的截面图2500中所示，对第三衬底103实施第五研磨工艺和第六研磨工艺，以减小第三衬底103的厚度并且使第三衬底103的上表面(例如，背侧)平滑。在一些实施例中，第五研磨工艺可以包括由磨轮1902实施的精细研磨工艺，并且第六研磨工艺可以包括cmp工艺。

如图26的截面图2600中所示，第四衬底104的下表面接合至第三衬底103的上表面。在各个实施例中，第四衬底104可以通过混合接合工艺或通过介电接合工艺而接合至第三衬底103，以在第三衬底103和第四衬底104之间形成第三接合区域。

如图27的截面图2700中所示，对第四衬底104实施第七研磨工艺以减小第四衬底104的厚度。在一些实施例中，第七研磨工艺可以包括通过使磨轮1502与第四衬底104接触实施的粗研磨工艺。

如图28的截面图2800中所示，对第四衬底104的外围部分实施第八边缘修整切割。在一些实施例中，第八边缘修整切割可以通过使第一刀片804a沿闭合环路与第四衬底104接触实施。第八边缘修整切割可以包括第一类型的边缘修整切割或第二类型的边缘修整切割。

如图29的截面图2900中所示，对第四衬底104的外围部分、对第三衬底103的外围部分、对第二衬底102的外围部分以及对第一衬底101的外围部分实施第九边缘修整切割。在一些实施例中，第九边缘修整切割可以通过使第二刀片804b沿闭合环路与第四衬底104、第三衬底103、第二衬底102和第一衬底101接触实施。第九边缘修整切割可以包括第一类型的边缘修整切割或第二类型的边缘修整切割。

如图30的截面图3000中所示，对第一衬底101的外围部分实施第十边缘修整切割。在一些实施例中，第十边缘修整切割可以通过使第三刀片804c沿闭合环路与第一衬底101接触实施。第十边缘修整切割可以包括第一类型的边缘修整切割或第二类型的边缘修整切割。

如图31的截面图3100中所示，对第四衬底104实施第八研磨工艺和第九研磨工艺，以减小第四衬底104的厚度并且使第四衬底104的上表面(例如，背侧)平滑。在一些实施例中，第八研磨工艺可以包括由磨轮1902实施的精细研磨工艺，并且第九研磨工艺可以包括cmp工艺。

如图32的截面图3200中所示，第五衬底105的下表面接合至第四衬底104的上表面。在各个实施例中，第五衬底105可以通过混合接合工艺或通过介电接合工艺而接合至第四衬底104，以在第四衬底104和第五衬底105之间形成第四接合区域。

如图33的截面图3300中所示，对第五衬底105实施第九研磨工艺以减小第五衬底105的厚度。在一些实施例中，第九研磨工艺可以包括通过使磨轮1502与第五衬底105接触实施的粗研磨工艺。

如图34的截面图3400中所示，对第五衬底105的外围部分实施第十一边缘修整切割。在一些实施例中，第十一边缘修整切割可以通过使第一刀片804a沿闭合环路与第五衬底105接触实施。第十一边缘修整切割可包括第一类型的边缘修整切割或第二类型的边缘修整切割。

如图35的截面图3500中所示，对第五衬底105的外围部分、对第四衬底104的外围部分、对第三衬底103的外围部分、对第二衬底102的外围部分以及对第一衬底101的外围部分实施第十二边缘修整切割。在一些实施例中，第十二边缘修整切割可以通过使第二刀片804b沿闭合环路与第五衬底105、第四衬底104、第三衬底103、第二衬底102和第一衬底101接触实施。第十二边缘修整切割可以包括第一类型的边缘修整切割或第二类型的边缘修整切割。

如图36的截面图3600中所示，对第一衬底101的外围部分实施第十三边缘修整切割。在一些实施例中，第十三边缘修整切割可以通过使第三刀片804c沿闭合环路与第一衬底101接触实施。第十三边缘修整切割可以包括第一类型的边缘修整切割或第二类型的边缘修整切割。

如图37的截面图3700中所示，对第五衬底105实施第十研磨工艺和第十一研磨工艺，以减小第五衬底105的厚度并且使第五衬底105的上表面平滑。在一些实施例中，第十研磨工艺可以包括由磨轮1902实施的精细研磨工艺，并且第十一研磨工艺可以包括cmp工艺。

图38示出了用于形成多维集成芯片结构的方法3800的一些实施例的流程图。

在3802中，第一衬底接合至额外的衬底以形成多维集成芯片结构。图14示出了对应于步骤3802的一些实施例的截面图1400。

在3804中，对额外的衬底实施第一研磨工艺。图15示出了对应于步骤3804的一些实施例的截面图1500。

在3806中，以围绕额外的衬底的第一外围部分的环路实施第一边缘修整切割。图16示出了对应于步骤3806的一些实施例的截面图1600。

在3808中，以围绕额外的衬底的第二外围部分的环路并且对第一衬底的第三外围部分实施第二边缘修整切割。图17示出了对应于步骤3808的一些实施例的截面图1700。

在3810中，以围绕第一衬底的第四外围部分的环路实施第三边缘修整切割。图18示出了对应于步骤3810的一些实施例的截面图1800。

在3812中，对额外的衬底实施第二研磨工艺。图19示出了对应于步骤3812的一些实施例的截面图1900。

在3814中，对额外的衬底实施第三研磨工艺。图19示出了对应于步骤3814的一些实施例的截面图1900。

在一些实施例中，可以重复步骤3804-3814(沿线3816)以形成具有多于两层的多维集成芯片结构。图20至图25示出了对应于重复步骤3804-3814以形成具有三个衬底的多维集成芯片结构的一些实施例的截面图2000-2500。图26至图31示出了对应于重复步骤3804-3814以形成具有四个衬底的多维集成芯片结构的一些实施例的截面图2600-3100。图32至图37示出了对应于重复步骤3804-3814以形成具有四个衬底的多维集成芯片结构的一些实施例的截面图3200-3700。

在3818中，将多维集成芯片结构切成小块以形成多个多维集成芯片管芯。

虽然本文将图38的框图3800示出和描述为一系列步骤或事件，但是应该理解，这样的步骤或事件的示出顺序不应解释为限制意义。例如，除了本文示出和/或描述的那些步骤或事件之外，一些步骤可以以不同的顺序发生和/或与其他步骤或事件同时发生。此外，可能不需要全部示出的步骤实现本文的描述的一个或多个方面或实施例，并且本文描述的一个或多个步骤可以在一个或多个单独的步骤和/或阶段中执行。

因此，本发明涉及实施用于多维集成芯片结构的多步边缘修整工艺的方法，其最小化对多维集成芯片结构的损坏。

在一些实施例中，本发明涉及用于形成多维集成芯片结构的方法。方法包括：将第二衬底接合至第一衬底的上表面；沿第一环路实施延伸至第二衬底的第一外围部分中的第一边缘修整切割；沿第二环路实施延伸至第二衬底的第二外围部分并且延伸至第一衬底中的第二边缘修整切割；以及沿第三环路实施延伸至第一衬底的第三外围部分中的第三边缘修整切割。在一些实施例中，方法还包括：在实施第三边缘修整切割之后，至少去除第二衬底的部分，至少去除第二衬底的部分使得第二衬底具有在第二衬底的最外侧壁之间延伸的基本平坦的上表面。在一些实施例中，方法还包括：在实施第三边缘修整切割之后，至少去除第二衬底的部分，至少去除第二衬底的部分导致第二衬底具有第一上表面和第二上表面，并且第一上表面和第一衬底之间的第一距离大于第二上表面和第一衬底之间的第二距离。在一些实施例中，第一环路是连续并且闭合的环路。在一些实施例中，方法还包括：在实施第一边缘修整切割之前，减薄第二衬底。在一些实施例中，实施第一边缘修整切割包括：绕延伸穿过第一刀片的中心的第一轴在第一圆周方向上旋转第一刀片，使第一刀片与第二衬底接触，以及绕延伸穿过第二衬底的中心的第二轴在第二圆周方向上旋转第二衬底；以及实施第二边缘修整切割包括：绕延伸穿过第二刀片的中心的第三轴在第一圆周方向上旋转第二刀片，使第二刀片与第二衬底接触，以及绕第二轴在与第二圆周方向相反的第三圆周方向上旋转第二衬底。在一些实施例中，实施第一边缘修整切割包括：绕延伸穿过第一刀片的中心的第一轴旋转第一刀片；使第一刀片与第二衬底接触；以及旋转第二衬底，使得第一刀片在第一轴和第二衬底之间在与第二衬底相同的方向上行进。在一些实施例中，实施第二边缘修整切割包括：绕延伸穿过第二刀片的中心的第二轴旋转第二刀片；使第二刀片与第二衬底接触；以及旋转第二衬底，使得第二刀片在第二轴和第二衬底之间在与第二衬底相反的方向上行进。在一些实施例中，实施第一边缘修整切割、第二边缘修整切割和第三边缘修整切割限定多个切割区域，并且多个切割区域的宽度分别大于约10微米。在一些实施例中，第一边缘修整切割延伸至第二衬底中至小于第二衬底的厚度的第一深度。在一些实施例中，方法还包括：通过接合区域将第一衬底接合至第二衬底，其中，第二边缘修整切割延伸经过接合区域的相对侧。

在其他实施例中，本发明涉及用于形成三维集成芯片的方法。方法包括：将第二半导体晶圆的下表面接合至第一半导体晶圆的上表面；将第三半导体晶圆的下表面接合至第二半导体晶圆的上表面；绕第三半导体晶圆的第一外围部分实施第一类型的边缘修整切割；绕第三半导体晶圆的第二外围部分、绕第二半导体晶圆的第三外围部分以及绕第一半导体晶圆的第四外围部分周围实施第二类型的边缘修整切割，第二类型的边缘修整切割与第一类型的边缘修整切割不同；以及绕第一半导体晶圆的第五外围部分实施第三类型的边缘修整切割。在一些实施例中，实施第一类型的边缘修整切割包括：旋转第三半导体晶圆；使第一刀片与第三半导体晶圆接触；以及绕第一轴旋转第一刀片，使得第一刀片在第一轴和第三半导体晶圆之间在与第三半导体晶圆相同的方向上行进。在一些实施例中，实施第二类型的边缘修整切割包括：旋转第三半导体晶圆；使第二刀片与第三半导体晶圆、第二半导体晶圆和第一半导体晶圆接触；以及绕第二轴旋转第二刀片，使得第二刀片在第二轴和第三半导体晶圆之间在与第三半导体晶圆相反的方向上行进。在一些实施例中，第一类型的边缘修整切割延伸至第三半导体晶圆中至小于第三半导体晶圆的厚度的第一深度。在一些实施例中，方法还包括：通过第一接合区域将第一半导体晶圆接合至第二半导体晶圆；以及通过第二接合区域将第二半导体晶圆接合至第三半导体晶圆，第二类型的边缘修整切割垂直延伸经过第一接合区域和第二接合区域。在一些实施例中，第一类型的边缘修整切割和第二类型的边缘修整切割施加不同量的剪切应力至第二半导体晶圆的侧壁上。

在又一实施例中，本发明涉及多维集成芯片结构。多维集成芯片结构包括：第一衬底，包括第一上表面和位于第一上表面之上的第二上表面，第一上表面的第一最外周界大于第二上表面的第二最外周界；以及第二衬底，位于第一衬底上方，第二衬底包括位于第二上表面之上的第三上表面，并且第三上表面的第三最外周界小于第二上表面的第二最外周界。在一些实施例中，第二衬底还包括位于第三上表面之上的第四上表面，第三上表面的第三最外周界大于第四上表面的第四最外周界，并且第四上表面是第二衬底的最上表面。在一些实施例中，第一衬底包括：最上表面，具有小于第二最外周界并且大约等于第三最外周界的最外周界。

上面概述了若干实施例的特征，使得本领域技术人员可以更好地理解本发明的方面。本领域技术人员应该理解，它们可以容易地使用本发明作为基础来设计或修改用于实施与本文所介绍实施例相同的目的和/或实现相同优势的其它工艺和结构。本领域技术人员也应该意识到，这种等同构造并不背离本发明的精神和范围，并且在不背离本发明的精神和范围的情况下，本文中它们可以做出多种变化、替换以及改变。