直接键合工艺的制作方法
【专利说明】直接键合工艺
【背景技术】
[0001] 本发明设及利用直接键合（也被称为分子键合）将第一晶圆（载体衬底或晶圆） 与至少一个第二晶圆（或衬底）接合而形成的多层结构的制造。该种异质结构尤其用于微 电子或光电子。
[0002] 本发明更特别地设及在制造多层结构（例如，SOS(藍宝石（Al2〇3)上娃）或 GaNOS(藍宝石上GaN)结构）的背景下直接键合半导体晶圆。
[0003] 通常，使用=维集成（3D集成）技术制作该种多层结构（也被称为多层半导体晶 圆），该3D集成技术设及将由第二晶圆形成的至少一层转印到被称为最终衬底的第一晶 圆，该个层对应于第二晶圆的其中已经形成元件（例如，多个微组件）的一部分，第一晶圆 是空白晶圆或包括其它对应元件。
[0004] 如已知的，第一晶圆（载体晶圆）与第二晶圆的直接键合可在所得到的多层结构 中产生各种类型的应变。该种键合可例如在第一晶圆和第二晶圆中产生不均匀的应变，从 而更难W将第二晶圆中形成的组件或其它图案与在下面的载体晶圆对准。例如，在专利申 请FR 2 965 398中描述了由于不均匀应变导致的该个未对准（或覆盖）的形成机制。
[0005] 此外，直接键合可在形成多层结构的接合晶圆中产生弓形度化OW)。尤其在热处理 期间出现该个弓形度，因为接合在多层结构中的各种晶圆的热性质存在差异（不同的热膨 胀系数（TEC)等）。
[0006] 可提及例如专利申请FR 2 954 585,该专利申请尤其描述了在大约160°C的温度 下执行键合加强退火期间的异质结构的行为，该异质结构是通过将第一 SOI (绝缘体上娃） 晶圆键合至藍宝石衬底形成的。娃的TEC、S0I结构的主要组分和藍宝石的TEC之间的差异 导致在热处理期间的组件弓形度，使得在该异质结构的边缘处的高脱结应力。
[0007] 该些应力导致晶圆边缘处不令人满意的转印，从而有可能导致形成过大不规则的 "晶冠"（即，第一晶圆没有被转印到载体衬底的区域），该会尤其导致晶圆边缘处脱落。
[0008] 此外，专利申请FR 1 153 349描述了 W下情况；来自第一衬底（被称为"衬底供 体"）的层被转印到第二衬底（被称为"衬底受体"），第二衬底之前已经经历了各种技术工 艺（形成腔体等）。为了转印该个层，将第一衬底和第二衬底直接键合，对由此得到的多层 结构进行退火，然后该结构经历化学-机械薄化步骤。最终多层结构中的弓形度主要是由 于第二衬底（即，"衬底受体"）中的初始应变导致的，该个初始应变是由于在键合之前第二 衬底经历的技术加工步骤（蚀刻、沉积等）导致的。
[0009] 然而，在多层结构中观察到的该个弓形度效应具有实质缺陷。所产生的应力可尤 其导致在直接键合第一晶圆和第二晶圆之后执行的技术加工步骤（热处理等）期间多层结 构（部分或完全）脱结或破裂。因此，必须谨慎选择对多层结构执行的后键合技术工艺（热 处理，薄化等）的参数，W避免过大应力，从而大幅度增大该些工艺的复杂度和控制它们的 难度进而它们的花费。
[0010] 当例如载体晶圆包括腔体时，为了允许在可接受状况下执行后续技术工艺，制造 通常要求多层结构后键合（第一晶圆键合到没有任何组件的载体晶圆）遵守薄化之后的特 定弓形度标准。
[0011] 当前，并没有令人满意的方式用于至少在某个程度上控制通过直接键合而结合的 多层结构的晶圆中的弓形度的方向和程度。
【发明内容】
[0012] 出于该个目的，本发明设及一种直接键合工艺，该工艺包括：
[0013] -将第一晶圆放置在卡盘的表面上，所述表面包括凹槽；
[0014] -在所述凹槽中施加第一压力，所述第一压力小于从所述第一晶圆的被暴露面观 察到的第二压力；
[0015] -使第二晶圆接触所述第一晶圆的所述被暴露面，然后在保持所述第一压力和所 述第二压力的同时，开始键合波在两个晶圆之间的传播。
[0016] 因此施加的压力差AP在第一晶圆中引起局部应力，特别在第一晶圆的键合表面 (即，将与第二晶圆键合的表面）处局部变形。在传播键合波期间，第二晶圆适形于由第一 晶圆强加的曲率并且进而经受因压力差AP引起的局部应力。
[0017] 向键合界面施加该些局部应力有利地允许在键合之后控制多层结构中的弓形度 达到特定程度。如W下更详细说明的，相对于由卡盘表面形成的参考平面，所得到的多层结 构中的弓形度系统地是凹形的。
[001引因此，最终结构中的最终弓形度不太取决于第一晶圆和第二晶圆的特定曲率 (即，在键合之前）。因此，例如，在同一批中的多个多层结构上，可得到较大的弓形度一致 性。
[0019] 控制多层结构的曲率的方向（在特定程度上，曲率大小）的能力使得可W遵守制 造的持续增加的要求并且可W防止有缺陷的键合或脱结，尤其是在后续对多层结构执行技 术步骤（热处理等）的情况下。
[0020] 作为第一变形，所述凹槽W正交栅格的形式布置在所述卡盘的整个表面上。
[0021] 作为第二变形，所述凹槽布置成W所述卡盘的中屯、为中屯、的同屯、环的形式。
[0022] 在一个特定实施方式中，所述凹槽均匀地分布于所述卡盘的整个表面上。该种分 布允许向第一晶圆和第二晶圆之间的键合界面施加均匀应力。
[0023] 在另一个实施方式中，所述凹槽在所述卡盘的表面的一个区中比所述卡盘的表面 的剩余部分中的凹槽更紧密地间隔。W此方式，在其中凹槽更紧密间隔的卡盘的区中，多层 结构的曲率局部增大。
[0024] 其中凹槽更紧密间隔的该个区可例如对应于卡盘周边的环，W增大晶圆边缘处的 多层结构的曲率。
[0025] 优选地，所述第一压力和所述第二压力之间的压力差大于或等于3毫己。在一个 特定实施方式中，该个压力差在3毫己到10毫己之间。
[0026] 在另一个特定实施方式中，所述卡盘至少在接触步骤和开始所述键合波的传播的 步骤期间加热所述第一晶圆。该个加热还可在其中施加压力差的步骤期间执行。
[0027] 根据本发明的键合工还艺可包括：
[002引-对通过直接键合所述第一晶圆和所述第二晶圆而得到的多层结构进行退火； [0029]-将所述第一晶圆或所述第二晶圆薄化。
【附图说明】
[0030] 根据下面参照示出非限制实施方式的附图提供的描述，本发明的其它特征和优点 将变得清楚。在该些附图中：
[0031] -图1A至图1F是示意性示出根据本发明的一个特定实施方式的键合工艺的各步 骤（S10-S30)的横截面视图；
[0032] -图2 W流程图形式示出图1A-图1F中示出的实施方式的主要步骤；
[0033] -图3A和图3B分别示出表现出凹形弓形度和凸形弓形度的两个示例晶圆的横截 面视图；
[0034] -图4是W曲线形式示出根据本发明的一个特定实施方式的随施加的压力差AP 而变化的多层结构中弓形度的变化的曲线图。
【具体实施方式】
[0035] 本发明设及通过将第一晶圆（或载体晶圆）与第二晶圆直接键合来制造多层结 构。本发明尤其应用于例如形成SOS或GaNOS多层结构。
[0036] 形成多层结构的晶圆中的至少一个可包括在键合之前制作的至少一个微组件。为 了简便起见，术语"微组件"在本文中的剩余部分中被理解为，意思是由于在各层上或各层 中执行的技术步骤而得到的并且必须精确控制其位置的器件或任何其它图案。它们因此可 W是有源组件或无源组件、简单图案、接触焊盘、互连件或甚至微通道或腔体。
[0037] 为了更好地控制通过直接键合形成的多层结构中的弓形度，本发明推荐向键合界 面施加局部应力。
[003引通过如上所述的多层结构