[发明专利]一种金属突刺混合键合方法

权利要求书

1.一种金属突刺混合键合方法，包括以下步骤：

步骤一，提供第一晶圆和第二晶圆，所述第一晶圆具有待混合键合的上衬底，所述第二晶圆具有待混合键合的下衬底，所述第一晶圆的上衬底底部和所述第二晶圆的下衬底顶部均形成有绝缘层；

步骤二，在所述第一晶圆上衬底的绝缘层上形成第一金属导体，所述第一金属导体与所述绝缘层底端齐平；

步骤三，在所述第二晶圆下衬底的绝缘层上形成第二金属突刺，所述第二金属突刺为高于所述绝缘层顶端的锥形凸起；

步骤四，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；

步骤五，将表面处理好的两个晶圆的上下衬底对准，通过键合装置施加压力，使下衬底上的第二金属突刺扎入所述上衬底上对应的第一金属导体中，同时所述上衬底的绝缘层和所述下衬底的绝缘层也键合在一起，形成稳固的预键合结构；

步骤六，将预键合后的晶圆进行退火。

2.根据权利要求1所述的金属突刺混合键合方法，其特征在于：所述步骤四还包括：在清洗后的上衬底的绝缘层和清洗后的下衬底的绝缘层上形成亲水性活性表面。

3.根据权利要求1所述的金属突刺混合键合方法，其特征在于：所述步骤六中，退火温度为200℃～450℃。

4.根据权利要求1所述的金属突刺混合键合方法，形成第一金属导体包括以下步骤：

步骤201，在所述第一晶圆上衬底的绝缘层上刻蚀形成金属互连线沟槽；

步骤202，电镀填充金属充满所述金属互连线沟槽，并覆盖所述绝缘层形成金属层；

步骤203，对所述金属层进行化学机械平坦化处理至露出绝缘层，所述金属互连线沟槽内形成第一金属导体。

5.根据权利要求1所述的金属突刺混合键合方法，形成第二金属突刺包括以下步骤：

步骤301，在所述第二晶圆下衬底的绝缘层上刻蚀形成金属互连线沟槽；

步骤302，电镀填充金属充满所述金属互连线沟槽，并覆盖所述绝缘层形成金属层；

步骤303，对所述金属层进行化学机械平坦化处理至露出绝缘层；

步骤304，对所述绝缘层和所述绝缘层中金属互连线沟槽内填充的金属进行刻蚀至所述金属互连线沟槽内填充的金属高于所述绝缘层形成第二金属突刺。

6.根据权利要求1～5任一所述的金属突刺混合键合方法，其特征在于：所述绝缘层为二氧化硅绝缘层、氮化硅绝缘层、氮氧化硅绝缘层、碳化硅绝缘层或碳掺杂氧化硅低K介质层。

7.根据权利要求6所述的金属突刺混合键合方法，其特征在于：所述第一金属导体的硬度小于所述第二金属突刺的硬度，所述第一金属导体的材料为Al、Cu、Sn、In、SnIn、SnAg、SnCu或SnAgCu。

8.根据权利要求7所述的金属突刺混合键合方法，其特征在于：所述第二金属突刺由镍、铜、钨或铁电镀填充形成。

9.根据权利要求7所述的金属突刺混合键合方法，其特征在于：所述步骤四中，采用化学溶液或等离子体法对所述晶圆进行清洗。

10.根据权利要求7所述的金属突刺混合键合方法，其特征在于：所述步骤五中，所施加的压力为1千牛顿～90千牛顿。