[发明专利]晶圆键合结构、晶圆键合方法及芯片键合结构

说明书

本发明提供了一种晶圆键合结构、晶圆键合方法及芯片键合结构，第一晶圆包括非金属层区域和分布有所述第一金属层的金属层区域；位于非金属层区域的第一调整层低于位于金属层区域的所述第一调整层；第二调整层覆盖第一调整层；化学机械研磨所述第二调整层和所述第一调整层，研磨液对第一调整层和第二调整层的研磨速率不同，使在非金属层区域剩余的第二调整层高于或低于在金属层区域剩余的第一调整层，在非金属层区域形成第一凸起部或第一凹陷部，以匹配与其键合的有凹陷或凸起的晶圆或芯片。减少键合间隙，提高工艺质量以及产品良率。消除或减少由于化学机械研磨工艺带来的局部位置凹陷，修正上下晶圆的键合空隙，提高键合强度以及质量。

技术领域

本发明属于集成电路制造技术领域，具体涉及一种晶圆键合结构、晶圆键合方法及芯片键合结构。

背景技术

在3D-IC晶圆键合工艺中，常采用金属层对金属层以及介质层对介质层的混合键合。键合表面既有介质层的分子间键合，也有金属层对金属层的电连接，因此对键合表面要求很高。在两片晶圆上，一般用介质层作为电性隔离以及调整键合形貌，介质层可以利用化学机械研磨(CMP)得到晶圆级别理想的形貌。此外在微米和亚微米的微观尺度，一般利用研磨液对键合表面介质层与金属层的选择比可控制填充在单个开孔中的金属层的表面不平整度在μm级别以内，开孔中的金属层的表面的该不平整度对于键合是可接受的。

当前键合表面采用化学机械研磨工艺后，虽然能控制晶圆级别以及单个开孔中的金属层的表面的键合形貌，但在0.1～10mm的微观尺度上，发现键合形貌并不平整，特别是在芯片周围切割道上没有填充金属层位置的介质层，受限于CMP研磨液的选择比特性，该位置的介质层研磨速率偏快，得到的微观形貌会凹陷几个纳米左右，在键合时上下晶圆的凹陷会形成空隙，最终影响键合强度以及质量。而有的应用场合，介质层上又有局部凸起，不平整，也影响键合强度以及质量。

发明内容

本发明的目的在于提供一种晶圆键合结构、晶圆键合方法及芯片键合结构，改善微观形貌，形成具有凸起或凹陷的晶圆结构或芯片结构，以匹配与其键合的有凹陷或凸起的晶圆或芯片，提高键合强度以及质量。

本发明提供一种晶圆键合方法，包括：

提供第一晶圆，所述第一晶圆包括第一衬底和位于所述第一衬底上方的第一金属层；所述第一晶圆包括非金属层区域和分布有所述第一金属层的金属层区域；

形成覆盖所述第一金属层和所述第一衬底的第一调整层，位于所述非金属层区域的所述第一调整层低于位于所述金属层区域的所述第一调整层；

形成覆盖所述第一调整层的第二调整层；

化学机械研磨所述第二调整层和所述第一调整层，研磨液对所述第一调整层和所述第二调整层的研磨速率不同，使在所述非金属层区域剩余的所述第二调整层高于或低于在所述金属层区域剩余的所述第一调整层，在所述非金属层区域形成第一凸起部或第一凹陷部。

进一步的，采用高密度等离子体化学气相淀积工艺形成所述第一调整层；采用正硅酸乙酯淀积工艺形成所述第二调整层。

进一步的，研磨液对所述第二调整层的研磨速率小于对所述第一调整层的研磨速率。

进一步的，采用高密度等离子体化学气相淀积工艺形成所述第一调整层的工艺参数包括：腔体的压力设置为5毫托～10毫托，顶源射频功率设置为1200W～1300W、侧源射频功率设置为3000W～3100W以及偏压射频为3200W～3300W。

进一步的，采用高密度等离子体化学气相淀积工艺形成所述第一调整层的工艺气体参数包括：氩气的流量为105sccm～115sccm、氧气的流量为120sccm～130sccm以及硅烷的流量为115sccm～125sccm。

进一步的，采用正硅酸乙酯淀积工艺形成所述第二调整层包括：

对正硅酸乙酯液体进行气化处理，以产生正硅酸乙酯气体；