[发明专利]用于在晶圆键合期间调整晶圆变形的方法和系统

说明书

提供了用于在晶圆键合期间调整晶圆变形的方法和系统的实施例。所述方法包括：释放第一晶圆的内环，并向第一晶圆的内环施加第一气体压力，以使得第一晶圆的内环与第二晶圆接触；释放第一晶圆的中环，以使得第一晶圆的中环在第二气体压力的作用下变形并与第二晶圆接触；释放第二晶圆的内环，并向第二晶圆的内环施加低于第一气体压力的第三气体压力；释放第二晶圆的中环；以及释放第一晶圆的外环并且同时释放第二晶圆的外环。

技术领域

本公开总体上涉及半导体技术领域，并且更具体而言，涉及用于在晶圆键合期间调整晶圆变形的方法和系统。

背景技术

通过改进工艺技术、电路设计、程序设计算法和制作工艺能够将半导体芯片集成到更复杂的功能中，并且缩放至更小的尺寸。在以建立具有改进的功能的更加紧凑并且复杂的系统为目标的多层微/纳机电系统(MEMS/NEMS)和三维集成电路(3D IC)集成的发展中已经认识到晶圆键合技术的重要性。这使得半导体器件能够被单独制作并且之后键合到一起，这提供了更多的设计自由度，并且允许制作更加先进的半导体系统。

但是，随着线宽的特征尺寸接近下限，并且机电系统缩小到纳米范围，实现键合对准的有效技术的缺乏已经变成了关键性障碍。需要更加准确的晶圆变形调整和键合对准来实现更高的器件集成度。

发明内容

文中公开了用于在晶圆键合期间调整晶圆变形的方法和系统的实施例。

公开了用于键合晶圆的方法。所述方法包括：(i)将第一晶圆的内环从第一卡盘上释放，并且向第一晶圆的内环施加第一气体压力，以使得第一晶圆的内环与第二晶圆接触；(ii)将第一晶圆的中环从第一卡盘上释放，以使得第一晶圆的中环在第二气体压力的作用下发生变形并与第二晶圆接触；(iii)将第二晶圆的内环从第二卡盘上释放，并向第二晶圆的内环施加第三气体压力，其中，第三气体压力小于第一气体压力；(iv)将第二晶圆的中环从第二卡盘上释放；以及(v)将第一晶圆的外环从第一卡盘上释放并且同时将第二晶圆的外环从第二卡盘上释放。

在一些实施例中，所述方法还包括：在操作(i)之前，键合第一晶圆对，所述第一晶圆对包括位于第一晶圆对上的多个键合对准标记对，其中，每个晶圆具有来自所述多个键合对准标记对中的每者的对应键合对准标记；基于对多个键合对准标记对的测量来分析所述第一晶圆对之间的跳动不对准；以及基于用于补偿所述跳动不对准的所述分析来确定第二晶圆对中的一个晶圆的膨胀率；其中，所述第二晶圆对包括第一晶圆和第二晶圆，并且所述第一气体压力是至少基于所述膨胀率确定的。

在一些实施例中，分析所述第一晶圆对之间的跳动不对准包括：计算每个键合对准标记对的键合对准标记之间的跳动不对准；以及计算对应于所述多个键合对准标记对的跳动不对准的平均值作为第一晶圆对之间的跳动不对准。

在一些实施例中，计算每个键合对准标记对之间的跳动不对准包括：确定第一晶圆对中的顶部晶圆的中心与键合对准标记对中的处于所述顶部晶圆上的第一键合对准标记之间的第一距离；确定所述第一键合对准标记与键合对准标记对中的处于所述第一晶圆对中的底部晶圆上的第二键合对准标记之间的第二距离；确定所述键合对准标记对的连接线与所述顶部晶圆上的第一键合对准标记的径向方向之间的角度；以及基于第一距离、第二距离和所述角度计算所述键合对准标记对之间的跳动不对准。

在一些实施例中，所述方法进一步包括：在操作(i)之前，如果第一晶圆对之间的跳动不对准为正，那么确定所述第一晶圆为第二晶圆对中的顶部晶圆；如果第一晶圆对之间的跳动不对准为负，那么确定所述第一晶圆是所述第二晶圆对中的底部晶圆；以及基于所述第一晶圆对之间的跳动不对准的幅度确定所述第一晶圆的膨胀率。

在一些实施例中，所述方法进一步包括：在操作(i)之前，至少基于所述膨胀率调整所述第一晶圆和第二晶圆之间的初始距离。