晶圆键合方法及装置与流程

本发明涉及半导体制造技术领域，特别涉及一种晶圆键合方法及装置。

背景技术：

在半导体集成电路的制造过程中，通常需要用到晶圆键合工艺将两个晶圆键合在一起。

传统的晶圆键合过程例如为：首先，提供需要键合的第一晶圆和第二晶圆，并使第一晶圆和第二晶圆相互对置；其次，先对第一晶圆的部分区域施加一物理作用力，使得第一晶圆的部分区域朝靠近第二晶圆的方向移动，并贴合至第二晶圆上。最后，再使得该第一晶圆除该部分区域外的其他区域与第二晶圆贴合，使得两个晶圆实现完全键合。

然而，在上述的晶圆键合过程中，由于仅对第一晶圆的部分区域施加物理作用力，因此仅是第一晶圆的部分区域与第二晶圆贴合，而第一晶圆的其他区域则不与第二晶圆贴合，从而极易导致第一晶圆发生形变。而在上述的晶圆键合过程中，第二晶圆是不会发生形变的，因此，在第一晶圆的部分区域贴合至第二晶圆后，该两个晶圆的对准精度会变低。也即是，现有技术中的晶圆键合的方法的晶圆键合的对准精度较低。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种晶圆键合方法及装置，以解决现有的晶圆键合的方法中晶圆键合的对准精度不高的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供一种晶圆键合方法，包括：

提供一晶圆键合装置，所述晶圆键合装置包括第一晶圆卡盘、第二晶圆卡盘、第一施压组件以及第二施压组件，所述第一晶圆卡盘和第二晶圆卡盘相对设置，所述第一施压组件设置在所述第一晶圆卡盘上，所述第二施压组件设置在所述第二晶圆卡盘上，并且所述第一施压组件和所述第二施压组件相对设置；

提供第一晶圆和第二晶圆，并利用所述第一晶圆卡盘固定所述第一晶圆，所述第一晶圆中对应所述第一施压组件的部分构成第一贴合部；以及利用所述第二晶圆卡盘固定所述第二晶圆，使得所述第一晶圆和所述第二晶圆相对设置，所述第二晶圆中对应所述第二施压组件的部分构成第二贴合部；

利用所述第一施压组件对所述第一晶圆以朝向所述第二晶圆的方向施加压力，以及利用所述第二施压组件对所述第二晶圆以朝向所述第一晶圆的方向施加压力，以使所述第一晶圆的所述第一贴合部和所述第二晶圆的所述第二贴合部相互靠近移动并贴合，并使所述第一晶圆的所述第一贴合部和所述第二晶圆的所述第二贴合部相互键合；以及，

使所述第一晶圆脱离所述第一晶圆卡盘，使所述第二晶圆脱离所述第二晶圆卡盘，所述第一晶圆和所述第二晶圆完全贴合并完全键合。

可选的，同时利用所述第一施压组件和所述第二施压组件分别对所述第一晶圆和所述第二晶圆施加压力，以使所述第一晶圆的所述第一贴合部移动的位移，与所述第二晶圆的所述第二贴合部移动的位移相等。

可选的，所述第一晶圆卡盘采用真空吸附的方式固定所述第一晶圆；所述第二晶圆卡盘采用真空吸附的方式固定所述第二晶圆；以及，

所述第一晶圆卡盘通过释放真空的方式使所述第一晶圆脱离；所述第二晶圆卡盘通过释放真空的方式使所述第二晶圆脱离。

可选的，所述第一晶圆卡盘自所述第一贴合部，并以所述第一贴合部为中心向所述第一贴合部的外围顺序释放真空；

所述第二晶圆卡盘自所述第二贴合部，并以所述第二贴合部为中心向所述第二贴合部的外围顺序释放真空。

可选的，利用所述第一施压组件对所述第一晶圆以朝向所述第二晶圆的方向施加压力时，所述第一晶圆的所述第一贴合部远离所述第一晶圆卡盘并朝靠近所述第二晶圆的方向移动，并且所述第一晶圆的边缘部分贴合在所述第一晶圆卡盘上；以及，利用所述第二施压组件对所述第二晶圆以朝向所述第一晶圆的方向施加压力时，所述第二晶圆的所述第二贴合部远离所述第二晶圆卡盘并朝靠近所述第一晶圆的方向移动，并且所述第二晶圆的边缘部分贴合在所述第二晶圆卡盘上。

可选的，所述第一晶圆卡盘中设有第一通孔，所述第一施压组件穿过所述第一通孔，当利用所述第一晶圆卡盘固定所述第一晶圆时，所述第一施压组件穿过所述第一通孔并对所述第一晶圆施加压力；

所述第二晶圆卡盘中设有第二通孔，所述第二施压组件穿过所述第二通孔，当利用所述第二晶圆卡盘固定所述第二晶圆时，所述第二施压组件穿过所述第二通孔并对所述第二晶圆施加压力。

可选的，利用所述第一施压组件对所述第一晶圆以朝向所述第二晶圆的方向施加压力时，所述第一施压组件对所述第一晶圆卡盘施加压力，并利用所述第一晶圆卡盘对所述第一晶圆施加压力，以使所述第一晶圆的所述第一贴合部朝靠近所述第二晶圆的方向移动；

利用所述第二施压组件对所述第二晶圆以朝向所述第一晶圆的方向施加压力时，所述第二施压组件对所述第二晶圆卡盘施加压力，并利用所述第二晶圆卡盘对所述第二晶圆施加压力，以使所述第二晶圆的所述第二贴合部朝靠近所述第一晶圆的方向移动。

可选的，利用所述第一晶圆卡盘固定所述第一晶圆以及利用所述第二晶圆卡盘固定所述第二晶圆，相对固定的所述第一晶圆和所述第二晶圆之间的距离范围介于30微米～80微米之间。

可选的，所述第一施压组件对应在所述第一晶圆的中心区域，所述第一晶圆中对应所述中心区域的部分构成所述第一贴合部；所述第二施压组件对应在所述第二晶圆的中心区域，所述第二晶圆中对应所述中心区域的部分构成所述第二贴合部。

此外，为实现上述目的，本发明还提供了一种晶圆键合装置，所述装置包括：

相对设置的第一晶圆卡盘和第二晶圆卡盘，用于固定晶圆；

相对设置的第一施压组件和第二施压组件，所述第一施压组件设置在所述第一晶圆卡盘上，所述第二施压组件设置在所述第二晶圆卡盘上，所述第一施压组件和所述第二施压组件用于分别对固定在所述第一晶圆卡盘和所述第二晶圆卡盘上的晶圆施加压力，以使固定在所述第一晶圆卡盘上的晶圆和固定在所述第二晶圆卡盘上的晶圆的相互靠近移动并贴合。

可选的，所述第一晶圆卡盘包括第一通孔，所述第一施压组件穿过所述第一通孔，并抵制所述第一晶圆卡盘固定的晶圆，所述第二晶圆卡盘包括第二通孔，所述第二施压组件穿过所述第二通孔，并抵制所述第二晶圆卡盘固定的晶圆，且所述第一通孔与所述第二通孔相互对置。

可选的，所述第一晶圆卡盘用于固定晶圆的一面构成固定面，所述第一施压组件设置在所述第一晶圆卡盘远离其固定面的一侧上，用于对所述第一晶圆卡盘施加作用力；第二晶圆卡盘用于固定晶圆的一面构成固定面，所述第二施压组件设置在所述第二晶圆卡盘远离其固定面的一侧上，用于对所述第二晶圆卡盘施加作用力；以使所述第一晶圆卡盘和所述第二晶圆卡盘相互靠近移动。

综上所述，本发明提供的晶圆键合方法中，通过利用第一施压组件对第一晶圆以朝向第二晶圆的方向施加压力，以及利用第二施压组件对第二晶圆以朝向第一晶圆的方向施加压力，使得第一晶圆的第一贴合部和第二晶圆的第二贴合部相互靠近移动并贴合，进而实现相互键合。之后，再通过使第一晶圆脱离第一晶圆卡盘，使第二晶圆脱离第二晶圆卡盘，使得第一晶圆和第二晶圆实现完全键合。在本发明提供的晶圆键合方法中，由于对第一晶圆和第二晶圆均施加了压力，使得第一晶圆的第一贴合部和第二晶圆的第二贴合部之间相互靠近。也即是，即使在键合过程中，晶圆容易发生形变，然而此时第一晶圆和第二晶圆均会发生形变，在形变程度相同或相近的情况下，可以确保第一晶圆和第二晶圆之间仍然具有较高的对准精度。与传统方法中只有一个晶圆发生形变相比，本发明中提供的晶圆键合方法的晶圆键合的对准精度更高，能够有效避免出现错位的问题。

附图说明

图1是本发明一实施例的晶圆键合方法的流程示意图；

图2和图3是本发明一实施例的其中一种晶圆键合装置在其执行键合过程中的结构示意图；

图4和图5是本发明一实施例的另外一种晶圆键合装置在其执行键合过程中的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明提出的晶圆键合方法及装置作进一步详细说明。根据下面说明书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

图1是本发明一实施例的晶圆键合方法的流程示意图。图2和图3为本发明一实施例提供的其中一种晶圆键合装置在执行键合过程中的结构示意图。图4和图5是本发明一实施例提供的另外一种晶圆键合装置在执行键合过程中的结构示意图。其中，如图1所示，所述晶圆键合方法可以包括：

首先，执行步骤100、提供一晶圆键合装置。所述晶圆键合装置可以包括第一晶圆卡盘、第二晶圆卡盘、第一施压组件以及第二施压组件。

图2和图3为本发明一实施例提供的其中一种晶圆键合装置在执行键合过程中的结构示意图。具体参考图2所示，所述第一晶圆卡盘01和所述第二晶圆卡盘03相对设置。所述第一施压组件02设置在所述第一晶圆卡盘01上，所述第二施压组件04设置在所述第二晶圆卡盘03上，且所述第一施压组件02和所述第二施压组件04相对设置。

在本实施例中，所述第一施压组件02和所述第二施压组件04可以为圆柱形，并且所述第一施压组件02可以在所述第一晶圆卡盘01背离所述第二晶圆卡盘03的一侧往远离所述第一晶圆卡盘01的方向延伸，所述第二施压组件04可以在所述第二晶圆卡盘03背离所述第一晶圆卡盘01的一侧往远离所述第二晶圆卡盘03的方向延伸。

需要说明的是，在图2所示的晶圆键合装置中，第一施压组件02穿过第一晶圆卡盘01，从而使第一施压组件02能够直接作用于由第一晶圆卡盘01固定的晶圆上；以及，第二施压组件04穿过第二晶圆卡盘03，从而使第二施压组件04能够直接作用于由第二晶圆卡盘03固定的晶圆上。

图4和图5是本发明一实施例提供的另外一种晶圆键合装置在执行键合过程中的结构示意图。结合图2和图4所示，与图2中的晶圆键合装置的区别在于，图4中的晶圆键合装置中，第一施压组件02是直接设置在第一晶圆卡盘01上，从而使第一施压组件02能够直接对第一晶圆卡盘01施加作用力；类似的，所述第二施压组件04也是直接设置在第二晶圆卡盘03上，从而使第二施压组件04能够直接对第二晶圆卡盘03施加作用力。

接着，执行步骤200、提供第一晶圆和第二晶圆，并利用所述第一晶圆卡盘固定所述第一晶圆，以及利用所述第二晶圆卡盘固定所述第二晶圆。

在本实施例中，晶圆卡盘可以采用真空吸附的方式固定晶圆。即，图2所示的晶圆键合装置和图4所示的晶圆键合装置可均采用真空吸附的方式固定晶圆。

具体参考图2和图4，利用第一晶圆卡盘01固定后的第一晶圆a，与利用第二晶圆卡盘03固定后的第二晶圆b是相互对置，且相对固定的所述第一晶圆a和所述第二晶圆b之间的距离范围可以介于30微米～80微米之间。其中，利用第一晶圆卡盘01固定后的所述第一晶圆a中对应所述第一施压组件02的部分构成第一贴合部a1，利用第二晶圆卡盘03固定后的所述第二晶圆b中对应所述第二施压组件04的部分构成第二贴合部b1。

需要说明的是，所述第一施压组件02所对应所述第一晶圆a的第一贴合部a1可以为所述第一晶圆a的中心区域，所述第二施压组件04所对应所述第二晶圆b的第二贴合部b1可以为所述第二晶圆b的中心区域。

其次，执行步骤300、利用所述第一施压组件对所述第一晶圆以朝向所述第二晶圆的方向施加压力，以及利用所述第二施压组件对所述第二晶圆以朝向所述第一晶圆的方向施加压力，以使所述第一晶圆的所述第一贴合部和所述第二晶圆的所述第二贴合部相互靠近移动并贴合，并使所述第一晶圆的所述第一贴合部和所述第二晶圆的所述第二贴合部相互键合。

在本实施例中，使得所述第一贴合部和所述第二贴合部相互键合的方式包括但不限于以下两种可实现方式。以及，可分别利用图2和图4提供的两种晶圆键合装置分别实现以下两种方式。

第一种可实现方式：利用所述第一施压组件直接对所述第一晶圆以朝向所述第二晶圆的方向施加压力，以及利用所述第二施压组件直接对所述第二晶圆以朝向所述第一晶圆的方向施加压力，以使所述第一晶圆的第一贴合部和所述第二晶圆的第二贴合部相互靠近以实现键合。

具体的，例如可采用图2所示的晶圆键合装置。进一步的，在图2所示的晶圆键合装置中，所述第一晶圆卡盘01上可以设有第一通孔011，所述第一施压组件02可以穿过所述第一通孔011，且当所述第一晶圆卡盘01固定住所述第一晶圆a之后，所述第一施压组件02穿过所述第一通孔011可以对所述第一晶圆a的第一贴合部a1施加压力。同时，所述第二晶圆卡盘03上可以设有第二通孔031，所述第二施压组件04也可以穿过所述第二通孔031，且当所述第二晶圆卡盘03固定住所述第二晶圆b之后，所述第二施压组件04穿过所述第二通孔031可以对所述第二晶圆b的第二贴合部b1施加压力。

进一步地，结合图2和图3，在本实施例中，在利用所述第一施压组件02直接对所述第一晶圆a以朝向所述第二晶圆b的方向(也即是图2中的x1方向)施加压力时，所述第一晶圆a的所述第一贴合部a1会远离所述第一晶圆卡盘01并朝所述靠近所述第二晶圆b的方向移动，此时所述第一晶圆a的边缘部分仍贴合在所述第一晶圆卡盘01上。也即是，所述第一晶圆a相对于所述第一晶圆卡盘01发生的形变为弧形的形变。同时，利用所述第二施压组件04直接对所述第二晶圆b以朝向所述第一晶圆a的方向(也即是图2中的x2方向)施加压力时，同样的会使所述第二晶圆b的所述第二贴合部b1远离所述第二晶圆卡盘03并朝所述靠近所述第一晶圆a的方向移动，并且所述第二晶圆b的边缘部分贴合在所述第二晶圆卡盘03上。也即是，所述第二晶圆b相对于所述第二晶圆卡盘03发生的形变为弧形的形变。从而会使得所述第一晶圆a的第一贴合部a1，与所述第二晶圆b的第二贴合部b1相互靠近并贴合，从而实现键合。

其中，在上述第一种可实现方式中，施压组件可以直接接触晶圆并对所述晶圆施加作用力，或者向晶圆施加气体冲击力使其发生形变，此时可避免施压组件接触晶圆。

第二种可实现方式：利用所述第一施压组以朝向所述第二晶圆的方向对所述第一晶圆卡盘施加压力，以及利用所述第二施压组件以朝向所述第一晶圆的方向对所述第二晶圆卡盘施加压力，使得所述第一晶圆的第一贴合部和所述第二晶圆的第二贴合部相互靠近以实现键合。

具体的，例如可采用图4所示的晶圆键合装置，图4所示的晶圆键合装置中，所述第一晶圆卡盘01固定住所述第一晶圆a，所述第一施压组件02设置在所述第一晶圆卡盘01上，且对应所述第一晶圆a的第一贴合部a1。所述第二晶圆卡盘03固定住所述第二晶圆b，所述第二施压组件04设置在所述第二晶圆卡盘03上，且对应所述第二晶圆b的第二贴合部b1。

进一步地，结合图4和图5所示，利用所述第一施压组件02以朝向所述第二晶圆b的方向(也即是图5中的x1方向)对所述第一晶圆卡盘01施加压力，所述第一晶圆卡盘01对所述第一晶圆a施加压力，使得所述第一晶圆a的所述第一贴合部a1朝靠近所述第二晶圆b的方向移动，也即是，所述第一晶圆卡盘01与所述第一晶圆a均发生形变；以及，利用所述第二施压组件04以朝向所述第一晶圆a的方向(也即是图5中的x2方向)对所述第二晶圆卡盘03施加压力，所述第二晶圆卡盘03对所述第二晶圆b施加压力，以使得第二晶圆b的所述第二贴合部b1朝靠近所述第一晶圆a的方向移动，也即是，所述第二晶圆卡盘03与所述第二晶圆b均发生形变，从而使得所述第一晶圆a的第一贴合部a1和所述第二晶圆b的第二贴合部b1相互靠近并贴合，进而实现键合。

可选的，所述第一晶圆卡盘和第二晶圆卡盘例如可以采用金属构成，基于此，在对所述第一晶圆卡盘和第二晶圆卡盘施加作用力时优选在高温条件下执行。具体而言，在较高的温度下(例如，大于等于1000摄氏度)，可使第一晶圆卡盘和第二晶圆卡盘软化，之后再对其施加一物理作用力时，可以更容易使第一晶圆卡盘和第二晶圆卡盘发生形变。

需说明的是，在本实施例中，一般会同时利用所述第一施压组件02和所述第二施压组件04分别对所述第一晶圆a和所述第二晶圆b施加压力，以使得所述第一晶圆a的所述第一贴合部a1移动的位移，与所述第二晶圆b的第二贴合部b1移动的位移相等，进而使得所述第一晶圆a和所述第二晶圆b的形变程度相同或相近，进一步保证晶圆键合的对准精度。

最后，执行步骤400、使所述第一晶圆脱离所述第一晶圆卡盘，使所述第二晶圆脱离所述第二晶圆卡盘，所述第一晶圆和所述第二晶圆完全贴合并完全键合。

在本实施例中，可以通过释放真空的方式使第一晶圆a脱离第一晶圆卡盘01，以及使所述第二晶圆b脱离所述第二晶圆卡盘03。

其中，为了在所述第一晶圆a与所述第二晶圆b键合的过程中，将所述第一晶圆a和所述第二晶圆b之间的空气完全排出，则可使所述第一晶圆卡盘01自所述第一贴合部a1，并以所述第一贴合部a1为中心向所述第一贴合部a1的外围顺序释放真空；以及使所述第二晶圆卡盘03自所述第二贴合部b1，并以所述第二贴合部b1为中心向所述第二贴合部b1的外围顺序释放真空。也即是，使得所述第一晶圆a与所述第二晶圆b以所述第一贴合部a1或所述第二贴合部b1为起点，沿朝向所述第一贴合部a1的外周围方向，或者所述第二贴合部b1的外周围方向逐步键合，并最终实现完全键合。

综上所述，本发明提供的晶圆键合方法中，通过利用所述第一施压组件对所述第一晶圆以朝向所述第二晶圆的方向施加压力，以及利用所述第二施压组件对所述第二晶圆以朝向所述第一晶圆的方向施加压力，从而使得所述第一晶圆的所述第一贴合部和所述第二晶圆的所述第二贴合部相互靠近并实现键合，最后再通过使所述第一晶圆脱离所述第一晶圆卡盘，以及使所述第二晶圆脱离所述第二晶圆卡盘，使得所述第一晶圆和所述第二晶圆实现完全键合。由于本发明中对所述第一晶圆和所述第二晶圆均施加了压力，会使得所述第一晶圆和所述第二晶圆均发生形变，并且两者形变程度相同或相近，进而提高晶圆键合的对准精度，有效避免出现错位的问题。

进一步地，本发明还提供了一种晶圆键合装置，所述装置包括：

相对设置的第一晶圆卡盘和第二晶圆卡盘，用于固定晶圆；

相对设置的第一施压组件和第二施压组件，所述第一施压组件设置在所述第一晶圆卡盘上，所述第二施压组件设置在所述第二晶圆卡盘上，所述第一施压组件和所述第二施压组件用于分别对固定在所述第一晶圆卡盘和所述第二晶圆卡盘上的晶圆施加压力，以使固定在所述第一晶圆卡盘上的晶圆和固定在所述第二晶圆卡盘上的晶圆的相互靠近移动并贴合。

在一种可选的实现方式中，所述第一晶圆卡盘还包括第一通孔，所述第一施压组件穿过所述第一通孔，并可以抵制所述第一晶圆卡盘所固定的晶圆，所述第二晶圆卡盘包括第二通孔，所述第二施压组件穿过所述第二通孔，并可以抵制所述第二晶圆卡盘所固定的晶圆，且所述第一通孔与所述第二通孔相互对置。

在另一种可选的实现方式中，所述第一晶圆卡盘用于固定晶圆的一面构成固定面，所述第一施压组件设置在所述第一晶圆卡盘远离其固定面的一侧上，用于对所述第一晶圆卡盘施加作用力；第二晶圆卡盘用于固定晶圆的一面构成固定面，所述第二施压组件设置在所述第二晶圆卡盘远离其固定面的一侧上，用于对所述第二晶圆卡盘施加作用力；以使所述第一晶圆卡盘和所述第二晶圆卡盘相互靠近移动。

综上所述，本发明提供的晶圆键合装置，包括有设置在第一晶圆卡盘上的第一施压组件，和设置在第二晶圆卡盘上的第二施压组件，且用于分别对固定在所述第一晶圆卡盘和所述第二晶圆卡盘上的晶圆施加压力，使得固定在所述第一晶圆卡盘上的晶圆和固定在所述第二晶圆卡盘上的晶圆的相互靠近移动并实现键合，从而确保了在晶圆键合的过程中，固定在第一晶圆卡盘上的晶圆，和固定在第二晶圆卡盘上的晶圆均发生形变，并且两者形变程度相同或相近，进一步提高晶圆键合的对准精度，有效避免出现错位的问题。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。