[发明专利]半导体器件的形成方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体形成领域，尤其是涉及一种半导体器件的形成方法。

背景技术

伴随着信息产业的飞速发展，集成电路的特征尺寸（CD）不断减小，集成电路芯片的制作工艺也不断细微化。集成电路芯片制备工艺的发展促使集成电路封装技术不断追求对更高性能、更多功能、更小尺寸、更低功耗和成本的需求。

在3D（3-dimensional）集成电路封装技术发展中，键合技术时常用的封装技术。参考图1～4所示，所谓键合技术包括：当在晶圆10上形成凹槽11，并在所述凹槽11内填充满金属材料12后，采用CMP等工艺去除所述晶圆10表面多余的金属材料，使得凹槽11内的金属材料层13表面与所述晶圆10表面齐平；之后，将两片晶圆10叠合，其中两片晶圆10的金属材料层13的表面贴合，在两片晶圆10间施以高温高压，两片晶圆10的金属材料层间发生原子扩散，以实现两片晶圆10的金属材料层10键合连接，完成两片晶圆10封装。

然而，在实际操作过程中，键合技术所采用的温度较高。如常用的金属材料为铜的键合技术中，键合工艺采用的温度高达400℃以上。在键合过程中，基于高温高压作用，晶圆局部容易出现膨胀和翘曲现象，这不仅会影响键合的效果（如两片晶圆的金属材料层出现对准精度偏移），而且还会损伤晶圆以及晶圆内的器件性能，从而造成最终成型的半导体器件的性能缺陷。

为此，封装键合过程中，在确保键合技术效果的同时，如何降低键合工艺条件，从而避免如高温等条件造成晶圆出现形变等缺陷是本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容

本发明解决的问题是提供一种半导体器件的形成方法，在封装的键合工艺中，降低键合工艺的条件要求，避免半导体衬底出现形变等缺陷的概率，以提高键合工艺后的半导体器件的性能。

为解决上述问题，本发明提供一种半导体器件的形成方法，包括：

提供半导体衬底；

在所述半导体衬底中形成凹槽；

在所述凹槽中填充金属材料层；

采用车刀切割去除部分所述金属材料层，使得所述凹槽内的剩余金属材料层表面与所述半导体衬底表面齐平；

使两块所述半导体衬底键合连接，键合时将两块所述半导体衬底相对堆叠且两块半导体衬底内的金属材料层表面相互贴合。

可选地，所述键合连接的工艺参数包括：温度为150～250℃，压强为3～7MPa，持续时间为20～60min。

可选地，所述车刀切割的工艺参数包括：控制刀具的主轴转速为1000～3500rpm，进刀量为10～30m/min，背刀量为0.5～3μm。

可选地，所述车刀切割采用的刀具的材料为金刚石。

可选地，所述车刀切割采用的刀具为圆形，且直径为2～5mm。

可选地，在所述键合工艺后，还包括：进行退火工艺。

可选地，所述退火工艺的温度大于键合工艺的温度。

可选地，所述退火工艺的温度小于或等于300℃，退火时间为40～80min。

可选地，在所述车刀切割后，还包括：清洗所述金属材料层。

可选地，清洗所述金属材料层的清洗液包括柠檬酸溶液。

可选地，所述金属材料层为铜层，在所述凹槽中填充金属材料层的步骤包括：

在所述凹槽底部以及侧壁形成铜籽晶层；

采用电镀工艺在所述凹槽内填充满铜。

可选地，采用车刀切割去除部分所述金属材料层的步骤包括：使车刀切割后金属材料层表面的粗糙度Ra≤0.02μm。

与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下优点：

在向半导体衬底内的凹槽，以及半导体衬底上形成金属材料层后，采用车刀切割工艺去除部分金属材料层，使得所述凹槽内的金属材料层表面与所述半导体衬底表面齐平，之后，再采用键合技术使两块半导体衬底的金属材料层键合连接。上述技术方案中，采用车刀切割工艺去除所述部分金属材料层后，在剩余的金属材料层表面的晶粒排列杂乱，在晶粒中出现大量的断层，晶粒的晶胞畸形，并在晶胞中出现大量原子空缺，上述结构使得在后续的键合过程中，可大大提高两块半导体衬底上的金属材料层之间的原子扩散效率，从而在确保金属材料层之间键合强度的同时，相比于现有技术，可降低键合工艺的条件（如降低键合工艺的温度），从而避免过于苛刻的键合工艺条件，造成半导体衬底以及半导体衬底上的半导体器件的损伤。