一种混合键合方法
【专利摘要】本发明提供一种混合键合方法，所述方法包括：提供两片需要进行键合的硅片，每片所述硅片的键合界面上既包含金属又包含绝缘物；将所述两片硅片的键合界面对准后对该两片硅片进行键合工艺和热退火工艺；其中，在进行所述键合工艺和热退火工艺的过程中，将环境温度控制在200℃以上，同时在两片硅片上各施加一大小相等方向相反并均指向所述键合界面的压力，所述压力为1000牛以上。通过本发明方法可以减小键合界面的变形程度，使晶圆在键合界面上的平整度得以提高，有效避免了界面错位情况的发生，提高了混合键合的成功率。
【专利说明】一种混合键合方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及半导体生产线领域，尤其涉及一种混合键合方法。
【背景技术】
[0002]三维集成电路需要在两片晶圆键合的同时实现数千个芯片的内部互连，而这些需要对两片晶圆进行导电性键合，一般导电性连接可通过单纯的金属键合工艺和键合强度更高的混合键合工艺来实现，由于单纯的金属键合工艺所能达到的强度并不理想，所以混合键合工艺是目前三维集成电路中键合工艺的首选。
[0003]混合键合技术是通过在晶圆的键合界面上的同时设置有金属和绝缘物的键合工艺，并在键合过程中需要将两片晶圆的键合界面上的金属与金属对齐、绝缘物与绝缘物对齐，并在一定的温度条件下进行键合。由于在键合界面上至少同时存在着两种不同膨胀系数的材质，使得晶圆在键合的过程中，其键合界面上的金属和绝缘物在一定的温度作用下，产生不同程度的形变，即不均匀形变，从而在键合界面上出现界面错位，并最终导致键合失败。
[0004]通常的键合界面上的绝缘物的材质为二氧化硅或氮化硅，而金属的材质为铜，这些材料的热膨胀系数差别十分明显，具体可以参见下表一:
[0005]
【权利要求】
1.一种混合键合方法，其特征在于，所述方法包括: 提供两片需要进行键合的硅片，每片所述硅片的键合界面上既包含金属又包含绝缘物； 将所述两片硅片的键合界面对准后对该两片硅片进行键合工艺和热退火工艺； 其中，在进行所述键合工艺和热退火工艺的过程中，将环境温度控制在200°C以上，同时在两片硅片上各施加一大小相等方向相反并均指向所述键合界面的压力，所述压力为1000牛以上。
2.如权利要求1所述的混合键合方法，其特征在于，将所述两片硅片的键合界面对准的具体方法为: 将两片硅片的键合界面上需要键合在一起的金属与金属对准、绝缘物与绝缘物对准。
3.如权利要求1所述的混合键合方法，其特征在于，所述绝缘物包括二氧化硅和氮化硅。
4.如权利要求1所述的混合键合方法，其特征在于，所述金属包括铜、钨、锡中的任意一种或多种的组合。
5.如权利要求1所述的混合键合方法，其特征在于，所述键合界面上的金属和绝缘物的顶部处于同一高度。
6.如权利要求1所述的混合键合方法，其特征在于，所述环境温度为200°C?450°C。
7.如权利要求1所述的混合键合方法，其特征在于，所述压力的大小为1000?50000牛。
8.如权利要求1所述的混合键合方法，其特征在于，所述键合界面的制备包括以下步骤: 在所述晶圆中的顶部金属器件层上制备金属块； 制备绝缘物层覆盖所述金属块和所述顶部金属器件层； 研磨所述绝缘物层至所述金属块的顶部，使所述研磨后的绝缘物层和所述金属块的顶部处于同一高度。
9.如权利要求8所述的混合键合方法，其特征在于，通过化学机械研磨工艺研磨所述绝缘物层。
10.如权利要求8所述的混合键合方法，其特征在于，通过电镀工艺制备所述金属块。
【文档编号】H01L21/603GK104167372SQ201410389773
【公开日】2014年11月26日 申请日期:2014年8月8日 优先权日:2014年8月8日
【发明者】梅绍宁, 程卫华, 陈俊, 朱继锋 申请人:武汉新芯集成电路制造有限公司