[发明专利]一种混合键合方法

说明书

技术领域

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

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。

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。

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：

半导体行业常见物质热膨胀系数(百万分之一/每摄氏度)

二氧化硅0.55氮化硅3.2铜16.7

表一

通过表一，可见绝缘材料的热膨胀系数普遍较小，而金属材质的热膨胀系数普遍较大，所以在进行混合键合的过程中，当温度上升后，位于键合面上的绝缘材料和金属的膨胀程度不同，金属会膨胀得更剧烈，如图1所示，从而使得位于键合界面上的金属11和绝缘物12的顶部高度不相同，所以在键合过程中会导致键合失败。

中国专利(CN 102169845A)公开了一种用于三维封装的多层混合同步键合结构及方法。该方法包括：在一个待混合键合衬底的金属焊盘表面上形成硬金属锥形阵列；在另一个待混合衬底的金属焊盘表面上形成软金属层；在两个待混合键合衬底的非金属焊盘表面形成介电粘附层；将硬金属锥形阵列和软金属层对准，进行加热和加压后，使得锥形金属阵列插入到软金属层中，同时介电粘附层互相结合，形成一种混合预键合结构；在进行加热，使插入到软金属层中的锥形金属阵列形成金属间化合物，介电粘附层固化结合。

上述专利中对混合键合中的机械强度进行了提高，但是并未考虑混合键合工艺过程中的温度升高而导致的键合界面材料膨胀程度的不同而可能引起的键合失败。

发明内容

鉴于上述问题，本发明提供一种混合键合方法。

本发明解决技术问题所采用的技术方案为：

一种混合键合方法，其中，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指向所述键合界面的压力，所述压力为1000牛以上。

所述的混合键合方法，其中，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。

所述的混合键合方法，其中，所述绝缘物包括二氧化硅和氮化硅。