[发明专利]一种三维堆叠方法

说明书

本发明公开了一种三维堆叠方法，包括：在裸硅片中形成氢离子注入层；在裸硅片的正面表面上淀积第一键合层；将裸硅片的第一键合层与一具有穿孔的载体片正面表面上的第二键合层进行键合；对裸硅片进行高温裂片；对裂片界面进行处理；在裂片界面上进行需要的工艺；将工艺后的裸硅片与一器件硅片进行键合；利用湿法药液进行载体片去键合；形成两枚器件硅片的堆叠结构。本发明将smart‑cut裂片技术融入到器件硅片的三维堆叠中，大大提高了硅片的资源利用率，节省了生产成本，同时规避了颗粒沾污、金属沾污、硅片裂片等研磨带来的问题，提高了工艺的稳定性，并提高了生产的效率及良率。

技术领域

本发明涉及半导体集成电路制造工艺技术领域，特别是涉及一种无需背部研磨、硅片可以回收再利用的三维堆叠方法。

背景技术

随着半导体超大规模集成电路的发展，现有的技术工艺已经接近物理极限。在对电子产品进一步小型化、多功能化的目的驱动下，其他新的技术、新的材料、新的科技逐渐被探索出来。三维堆叠技术就是其中之一。

三维堆叠技术是将多个硅片通过键合技术堆叠起来，实现三维层面上的金属互连结构，可以减少互连距离，提高传输速度，减小器件体积，并提供了异质结构集成的可能性。

现有的三维堆叠技术，一般需要通过以下步骤完成：

硅片键合(Bonding)；

硅片背部研磨减薄(Grinding)；

硅片背部湿法刻蚀(Wet)；

硅片背部平坦化处理(CMP)，以及硅片背部其他工艺等。

其中，背部其他工艺指各种特色工艺，如BSI工艺等。而从硅片键合到平坦化处理的过程，是几乎所有三维堆叠工艺都会采取的措施。

硅片在背部研磨减薄的过程中，会从约775微米(12寸硅片)减薄至器件所需的厚度，一般为几微米。减薄去除的部分被研磨为碎屑或被湿法腐蚀，很难进行再利用，对硅片存在着资源利用上的浪费。同时，背部研磨工艺存在着很多问题，包括会产生大量颗粒、杂质，硅片容易裂片，TTV难以控制等。这些问题会影响后续工艺的良率，从而影响工艺的效率和产品的质量。

另外一种可以实现硅片减薄的技术为smart-cut技术，即在硅片上注入氢离子，然后高温退火。氢离子所在的区域在高温下会产生空洞，从而使得硅片从氢离子注入层处断裂，达到硅片减薄的效果，同时剩余的硅片可以重复利用。但由于氢离子裂片需要很高的温度(一般＞1000摄氏度)，所以无法在与器件硅片(device wafer)键合之后进行，而氢离子的注入又必须在硅片表面器件制作之前完成，因此该方法目前只用于制作衬底材料，如绝缘体上硅(SOI)，难以用在有器件层的器件硅片的三维堆叠中。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的上述缺陷，提供一种三维堆叠方法，能够回收利用三维堆叠工艺中的硅材料，同时避开会造成颗粒沾污、金属沾污、硅片裂片等问题的背部研磨工艺，提高三维堆叠工艺良率。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种三维堆叠方法，包括以下步骤：

步骤一：提供一裸硅片，在所述裸硅片中的一定深度上形成氢离子注入层；

步骤二：在所述裸硅片的正面表面上形成一层第一键合层；

步骤三：提供一正面表面上形成有一层第二键合层的载体片，将所述裸硅片的第一键合层与所述载体片的第二键合层相贴合进行键合；其中，所述载体片上分布有多个穿孔，所述载体片的材质与所述第二键合层的材质不同；

步骤四：对键合后的所述裸硅片进行高温裂片，使所述裸硅片背面上的多余部分沿所述氢离子注入层处的裂片界面被分裂去除；

步骤五：对剩余的所述裸硅片的裂片界面进行处理；