[发明专利]用于提高多芯粒晶圆集成可靠性的混合键合结构和方法

权利要求书

1.一种用于提高多芯粒晶圆集成可靠性的混合键合结构，其特征在于，包括待键合的半导体晶圆（101）和n个待键合的芯粒（102）~芯粒（10n），所述待键合的半导体晶圆（101）和n个待键合的芯粒（102）~芯粒（10n）对准贴合后进行混合键合后，退火热处理形成键合结构；所述的待键合的半导体晶圆（101）的上表面和n个待键合的芯粒（102）~芯粒（10n）的下表面均设有介电层以及图形化的Cu电极；所述待键合的半导体晶圆（101）的上表面对应芯粒键合区域的介电层通过光刻刻蚀有晶圆凹槽（201），所述 n个待键合芯粒的下表面的介电层通过光刻刻蚀有芯粒凹槽（202）；所述晶圆凹槽（201）和芯粒凹槽（202）中分别设有晶圆铜壁（301）和芯粒铜壁（302）。

2.如权利要求1所述的用于提高多芯粒晶圆集成可靠性的混合键合结构，其特征在于，所述n个待键合的芯粒（102）~芯粒（10n）的下表面的图形化Cu电极与所述的待键合的半导体晶圆（101）的上表面的图形化Cu电极位置对应。

3.如权利要求1所述的用于提高多芯粒晶圆集成可靠性的混合键合结构，其特征在于，所述晶圆铜壁（301）和芯粒铜壁（302）是通过化学气相沉积法在晶圆凹槽（201）和芯粒凹槽（202）中沉积TiN阻挡层，利用溅射形成铜的籽晶层，再电镀生长铜填满晶圆凹槽（201）和芯粒凹槽（202），最后利用化学机械抛光CMP对电镀完铜的待键合晶圆和待键合芯粒表面进行处理形成。

4.如权利要求1所述的用于提高多芯粒晶圆集成可靠性的混合键合结构，其特征在于，所述的芯粒凹槽（202）呈方形环绕在待键合面的内部Cu电极周围，将芯粒（102）的Cu电极分区。

5.如权利要求1所述的用于提高多芯粒晶圆集成可靠性的混合键合结构，其特征在于，所述的芯粒凹槽（202）宽1~20μm，深度5~50μm，距离芯粒边界5~1000μm。

6.如权利要求1所述的用于提高多芯粒晶圆集成可靠性的混合键合结构，其特征在于，所述晶圆凹槽（201）和芯粒凹槽（202）形状、尺寸以及待键合位置对应。

7.如权利要求1所述的用于提高多芯粒晶圆集成可靠性的混合键合结构，其特征在于，所述芯粒铜壁（302）与芯粒接地信号相连，晶圆铜壁（301）与晶圆地信号相连。

8.如权利要求1所述的用于提高多芯粒晶圆集成可靠性的混合键合结构，其特征在于，所述待键合的半导体晶圆（101）的上表面和n个待键合的芯粒（102）~芯粒（10n）的下表面的介电层是包括二氧化硅、氮化硅、氧化铝的绝缘材料。

9.一种用于提高多芯粒晶圆集成可靠性的混合键合方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一，提供待键合的半导体晶圆（101）和n个待键合的芯粒（102）~芯粒（10n），所述的待键合的半导体晶圆（101）的上表面和n个待键合的芯粒102）~芯粒（10n）的下表面都具有介电层以及图形化的Cu电极，且所述芯粒下表面的图形化Cu电极与晶圆上表面的图形化Cu电极位置对应；

步骤二，对待键合的半导体晶圆（101）的上表面对应芯粒键合区域的介电层进行光刻刻蚀，形成晶圆凹槽（201），对n个待键合芯粒的下表面的介电层进行光刻刻蚀，形成芯粒凹槽（202）；

步骤三，在晶圆凹槽（201）和芯粒凹槽（202）中沉积TiN阻挡层，再溅射形成铜的籽晶层，接着电镀生长铜填满晶圆凹槽（201）和芯粒凹槽（202），后利用化学机械抛光CMP对电镀完铜的待键合晶圆和待键合芯粒表面进行处理，分别形成晶圆铜壁（301）和芯粒铜壁（302）；

步骤四，将步骤三形成铜壁的待键合芯粒与待键合晶圆对准贴合后进行混合键合，得到预键合晶圆组；

步骤五，将预键合晶圆组进行退火热处理，实现晶圆与芯粒的稳定键合。