一种增强键合强度的超薄热氧化晶圆键合工艺的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及半导体制造领域，特别涉及一种增强键合强度的超薄热氧化晶圆键合 工艺。
【背景技术】
[0002] 传统的芯片封装通常采用先切割再封测的方法，这种封装方式会显著增加原芯片 的体积。晶圆片级芯片规模封装（Wafer Level Chip Scale Packaging，简称WLCSP)，即晶 圆级芯片尺寸封装方式，不同于传统的芯片封装方式，此种最新技术是先在整片晶圆上进 行封装和测试，然后才切割成一个个的1C颗粒，因此封装后的体积即等同1C裸晶的原尺 寸。WLCSP的封装方式，不仅明显地缩小内存模块尺寸，较容易组装，符合行动装置对于机体 空间的高密度需求，且降低了整体生产成本；另一方面在效能的表现上，更提升了数据传输 的速度与稳定性。但是将现有的晶圆键合工艺运用在WLCSP封装过程中时，会发生在晶圆 键合界面出现裂缝的现象，如图1和图2所示，因此，传统的晶圆键合方法难以满足WLCSP 封装所需的键合强度，需要提供一种适用于WLCSP封装方法的新的键合方法。
【发明内容】
[0003] 本发明所要解决的技术问题是提供一种增强键合强度的超薄热氧化晶圆键合工 艺，解决了现有WLCSP封装过程中，晶圆键合界面出现裂缝导致晶圆键合强度不能满足需 求的技术问题。
[0004] 本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种增强键合强度的超薄热氧化晶圆 键合工艺，包括以下步骤：
[0005] 步骤1，提供第一晶圆和第二晶圆，所述第一晶圆具有待键合的上衬底，所述第二 晶圆具有待键合的下衬底，所述第一晶圆的上衬底上已形成有电路结构；
[0006] 步骤2,在所述第一晶圆上衬底的下表面形成四乙基硅氧化层（简称为TE0S层，是 利用TE0S为反应物，生成Si02薄膜层）或高密度等离子体二氧化硅层（简称为HDP层，即 采用高密度等离子体方法沉积的二氧化硅层），并对所述四乙基硅氧化层或高密度等离子 体二氧化硅层进行平坦化处理；
[0007] 步骤3,在所述第二晶圆下衬底的上表面形成热氧化二氧化娃层（简称为thermal oxide层，即由热氧化方法制备的二氧化硅薄膜层）并对所述热氧化二氧化硅层和所述第 二晶圆下衬底进行刻蚀形成用于键合对准的凹槽形对准标记；
[0008] 步骤4,去除所述第二晶圆下衬底上的热氧化二氧化硅层，直至露出所述下衬底； 并在所述第二晶圆下衬底的上表面和所述凹槽形对准标记的底部形成超薄热氧化二氧化 娃层；
[0009] 步骤5,将所述上衬底和所述下衬底对准，且所述上衬底四乙基硅氧化层或高密度 等离子体二氧化硅层与所述下衬底超薄热氧化二氧化硅层紧密贴合后进行退火，所述四乙 基硅氧化层或高密度等离子体二氧化硅层与所述超薄热氧化二氧化硅层发生键合反应，键 合面之间形成化学键，使所述第一晶圆和所述第二晶圆键合在一起。
[0010] 本发明的有益效果是：本发明采用TE0S薄膜层或HDP层作为第一晶圆和第二晶 圆键合过程中的一个键合面，超薄thermal oxide层作为键合过程中的另一个键合面，通过 对两个键合面的表面进行活化处理，在晶圆键合的过程中，两键合面之间发生键合反应，实 现两片晶圆键合在一起。本发明可以在晶圆键合过程中形成更多的硅羟基（Si-〇H)，增加 晶圆键合界面处单位面积的化学键浓度，使晶圆键合强度由传统工艺的〇. 85J/m2提高到 2. 00J/m2,消除了新型WLCSP封装过程中晶圆键合界面存在裂缝的现象，显著提高晶圆键 合强度，满足新型WLCSP封装工艺所需的晶圆键合强度要求，从而提高了半导体器件的有 效性和稳定性，降低了半导体器件的生产成本。
[0011] 在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
[0012] 进一步，步骤3中，所述凹槽形对准标记的深度比所述热氧化二氧化硅层的厚度 大 500Ad.
[0013] 进一步，步骤3中，所述热氧化二氧化娃层的厚度为3:0(I&50Q五；所述凹槽形对 准标记的深度为700~KK.X)八。
[0014] 进一步，步骤4中，所述超薄热氧化二氧化娃层的厚度为1:5~5.0人
[0015] 进一步，所述步骤4和步骤5之间还包括清洗步骤，具体为：对所述第一晶圆和第 二晶圆进行清洗，去除所述上衬底和所述下衬底上附着的沾污物；并在所述四乙基硅氧化 层或高密度等离子体二氧化硅层上形成亲水性活性表面，在所述超薄热氧化二氧化硅层上 形成亲水性活性表面。
[0016] 进一步，所述步骤5中，采用退火温度300~400°C进行退火，退火时间为100~ 150min〇
[0017] 进一步，步骤3中，采用纯氧或含水蒸气的氧气与所述第二晶圆下衬底反应形成 所述热氧化二氧化硅层，反应温度为750~1KKTC，反应压力为正常大气压，反应时间为 10~150分钟；所述含水蒸气的氧气中，水蒸气的含量为0%~100%。
[0018] 进一步，步骤4中，所述步骤4中，采用纯氧或含水蒸气的氧气与所述第二晶圆下 衬底反应形成所述超薄热氧化二氧化硅层，反应温度为750~1KKTC，反应压力为正常大 气压，反应时间为10~150分钟；所述含水蒸气的氧气中，水蒸气的含量为0%~100%。
[0019] 进一步，步骤3中，所述热氧化二氧化娃层的厚度为400人。
[0020] 进一步，步骤4中，所述超薄热氧化二氧化硅层的厚度为20人。
【附图说明】
[0021] 图1为采用传统封装方式时，晶圆键合效果示意图；
[0022] 图2为采用WLCSP封装方式时，现有晶圆键合效果示意图；
[0023] 图3为本发明超薄热氧化晶圆键合工艺的流程示意图；
[0024] 图4a~4g本发明超薄热氧化晶圆键合工艺各步骤的晶圆结构示意图。
【具体实施方式】
[0025] 以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并 非用于限定本发明的范围。
[0026] 如图3所示，为本发明一种增强键合强度的超薄热氧化晶圆键合工艺的流程示意 图，包括以下步骤：
[0027] 步骤1，提供第一晶圆和第二晶圆，所述第一晶圆具有待键合的上衬底，所述第二 晶圆具有待键合的下衬底，所述第一晶圆的上衬底上已形成有电路结构，如图4a所示。
[0028]步骤2,在所述第一晶圆上衬底的下表面形成四乙基硅氧化层（TE0S层）或高密度 等离子体二氧化硅层（HDP层），并对所述四乙基硅氧化层（TE0S层）或高密度等离子体二 氧化硅层（HDP层）进行平坦化处理，如图4b所示。
[0029] 步骤3,在所述第二晶圆下衬底的上表面形成热氧化二氧化娃层（thermal oxide 层），如图4C所示；并对所述热氧化二氧化硅层和所述第二晶圆下衬底进行刻蚀形成用于 键合对准的凹槽形对准标记，如图4d所示；本发明的实施例中，所述凹槽形对准标记的深 度比所述热氧化二氧化硅层的厚度大3U0~50U/\，比如所述热氧化二氧化硅层的厚度为 300~500A，所述凹槽形对准标记的深度为700~1000A;优选的，所述热氧化二氧化硅 层的厚度为400A，所述凹槽形对准标记的深度为800人。
[0030] 步骤4,去除所述第二晶圆下衬底上的热氧化二氧化硅层，直至露出所述下衬底， 如图4e所示；并在所述第二晶圆下衬底的上表面和所述凹槽形对准标记的底部形成超薄 热氧化二氧化娃层（超薄thermal oxide层），如图4f所示，本发明的实施例中，所述超薄 热氧化二氧化硅层的厚度为15~50人，优选的为20A。
[0031] 本发明中，所述热