键合标记的制作方法、键合晶圆、载体晶圆及键合方法与流程

1.本技术涉及半导体制作领域，尤其涉及一种键合标记的制作方法、键合晶圆、载体晶圆及键合方法。


背景技术：

2.三维集成技术(3dic)是目前被认定为超越摩尔定律可持续实现小型化、高密度、多功能化的首选解决方案。和传统的平面二维封装技术相比，3dic技术通过将两层，甚至更多层芯片垂直堆叠、封装在一起，其具有体积小，重量轻，集成度高，信号延迟小，功耗低等优势。同时，三维堆叠封装技术可以将不同的芯片，包括逻辑芯片，存储芯片，射频芯片等集成在一个系统内，大大提高了系统的集成度，为半导体技术开拓了更为广阔的发展方向。
3.但如何更好的实现晶圆堆叠与键合，提升良率，进一步降低成本，仍是亟待提升的问题。


技术实现要素：

4.本技术技术方案要解决的技术问题是如何更好的实现晶圆堆叠与键合，提升良率。
5.为解决上述技术问题，本技术提供了一种键合标记的制作方法，包括：提供键合裸晶圆，所述键合裸晶圆的表面形成有第一氧化层；刻蚀所述第一氧化层，在所述第一氧化层中形成不贯穿所述第一氧化层的标记孔；在所述标记孔中填充标记材料，且使所述标记材料的顶面和所述第一氧化层的表面共面，形成键合标记。
6.在本技术实施例中，所述第一氧化层中还形成有器件结构，且标记孔的底部高于所述器件结构的顶部。
7.在本技术实施例中，所述第一氧化层的厚度为1.5μm-2.5μm，所述标记孔的深度为630nm-670nm。
8.在本技术实施例中，在所述标记孔中填充标记材料的工艺包括：采用电镀工艺在所述第一氧化层的表面和所述标记孔中沉积标记材料至特定厚度，所述电镀工艺的温度为20℃-30℃，电流密度为6.5a-40.5a；采用化学机械研磨工艺使所述标记材料的顶面和所述第一氧化层的表面共面。
9.在本技术实施例中，形成键合标记后，还包括：在所述第一氧化层和所述键合标记的表面依次形成第二氧化层和氮化层。
10.在本技术实施例中，所述第一氧化层和第二氧化层的材料包括氧化硅，所述氮化层的材料包括氮化硅，所述标记材料包括铜、铝和钨中的至少一种。
11.本技术技术方案还提供一种键合晶圆，包括：键合裸晶圆；第一氧化层，位于所述键合裸晶圆的表面；键合标记，位于所述第一氧化层中，且不贯穿所述第一氧化层，所述键合标记的顶面和所述第一氧化层的表面共面。
12.在本技术实施例中，所述第一氧化层中还形成有器件结构，所述键合标记的底部
高于所述器件结构的顶部。
13.在本技术实施例中，所述第一氧化层的厚度为1.5μm-2.5μm，所述键合标记的厚度为630nm-670nm。
14.在本技术实施例中，所述的键合晶圆还包括：第二氧化层和氮化层，依次层叠分布于所述第一氧化层和所述键合标记的表面。
15.在本技术实施例中，所述氮化层、所述第二氧化层、所述第一氧化层以及部分键合裸晶圆的边缘具有修边后的凹进部。
16.相应的，本技术技术方案还提供一种载体晶圆与上述的键合晶圆相键合，包括：载体裸晶圆；第三氧化层，位于所述载体裸晶圆表面；第一凹槽，位于所述第三氧化层中，且不贯穿所述第三氧化层。
17.在本技术实施例中，所述第一凹槽的深度为430nm-470nm。
18.本技术技术方案还提供一种键合方法，包括：上述的载体晶圆以及第一晶圆和第二晶圆，所述第一晶圆和第二晶圆均包括上述的键合晶圆的结构，其中所述氮化层的表面为第一表面，所述氮化层相对侧的表面为第二表面；对准所述第一凹槽和所述第一晶圆的键合标记，使所述载体晶圆的第三氧化层和所述第一晶圆的第一表面相贴合，完成载体晶圆的键合；在所述第一晶圆的第二表面一侧减薄所述第一晶圆至目标厚度，并在所述第一晶圆的第二表面上形成第四氧化层；在所述第四氧化层中形成不贯穿所述第四氧化层的第二凹槽；对准所述第二凹槽和所述第二晶圆的键合标记，使所述第四氧化层和所述第二晶圆的第一表面相贴合，完成晶圆键合操作。
19.在本技术实施例中，所述第一凹槽和所述第二凹槽的深度为0.4μm-0.5μm。
20.在本技术实施例中，所述第一晶圆和第二晶圆为单片晶圆或键合后的堆叠晶圆。
21.在本技术实施例中，所述的键合方法还包括：去除所述载体晶圆。
22.与现有技术相比，本技术技术方案的键合标记的制作方法、键合晶圆、载体晶圆及键合方法具有以下有益效果：
23.本技术技术方案的键合标记的制作方法，可以用于键合晶圆和载体晶圆的键合标记的制作，尤其适合键合晶圆的键合标记制作，采用所述制作方法获得的键合标记结构非常稳定，不会受到其他工艺的影响，因此提高了键合过程中的对准精度，进而提高键合产品的良率，且制作过程简单，降低了工艺的复杂度。
24.本技术技术方案的键合晶圆包括通过所述键合标记的制作方法获得的键合标记，因此在键合过程中能够更好的进行对准操作，提高键合质量。
25.本技术技术方案的载体晶圆与所述键合晶圆相键合，通过第一凹槽作为键合标记，解决了载体晶圆的键合标记无法去除或去除后表面形貌较差的问题，同时相较于采用金属作为键合标记的载体晶圆，降低了制作成本。
26.本技术技术方案的键合方法过程简单，键合精度高，大幅度提高了键合产品的良率。
附图说明
27.以下附图详细描述了本技术中披露的示例性实施例。其中相同的附图标记在附图的若干视图中表示类似的结构。本领域的一般技术人员将理解这些实施例是非限制性的、
示例性的实施例，附图仅用于说明和描述的目的，并不旨在限制本技术的范围，其他方式的实施例也可能同样的完成本技术中的发明意图。应当理解，附图未按比例绘制。其中：
28.图1和图2为一种载体晶圆键合标记的制作方法的结构示意图；
29.图3为本技术实施例的键合标记的制作方法的流程示意图；
30.图4至图9为本技术实施例的键合标记的制作方法各步骤的结构示意图；
31.图10为本技术实施例的载体晶圆的结构示意图；
32.图11至图18为本技术实施例的键合方法各步骤的结构示意图。
具体实施方式
33.以下描述提供了本技术的特定应用场景和要求，目的是使本领域技术人员能够制造和使用本技术中的内容。对于本领域技术人员来说，对所公开的实施例的各种局部修改是显而易见的，并且在不脱离本技术的精神和范围的情况下，可以将这里定义的一般原理应用于其他实施例和应用。因此，本技术不限于所示的实施例，而是与权利要求一致的最宽范围。
34.现有的多层晶圆堆叠键合的方式多采用载体晶圆辅助转移和减薄，在堆叠晶圆转移减薄前需先将载体晶圆与堆叠晶圆键合，然后利用载体晶圆对堆叠晶圆的承载作用完成转移及减薄。在完成堆叠晶圆的键合、减薄、镀膜、磨平等工艺后将堆叠晶圆转移、键合到目标晶圆上(bottom wafer)。最后将载体晶圆完全去除。
35.参考图1和图2，在键合操作之前，需要在载体晶圆上制作键合标记。首先，在载体晶圆10表面依次沉积介质层20和金属层30，刻蚀所述金属层30，在所述介质层20表面形成分立的金属标记40。然后，在介质层20和所述金属标记40的表面形成覆盖膜层50。
36.形成所述覆盖膜层50的工艺主要包括沉积步骤和平坦化步骤。由于金属标记40的硬度较低，因此在平坦化步骤中会使金属标记变形。此外，所述金属标记40会对载体晶圆10的弯曲度产生较大的影响，后续为了控制弯曲度需要多道工艺来恢复，增加了工艺复杂度。同时，在后续去除载体晶圆10时，需要将载体晶圆10上的金属标记40一同去除，但是金属标记40与所述覆盖膜层50的去除速率不一致，这样势必会造成表面形貌差异过大，增加工艺难度。
37.鉴于此，本技术技术方案提供一种键合标记的制作方法、键合晶圆、载体晶圆及键合方法，其中通过键合标记的制作方法获得的键合标记的结构非常稳定，提高了键合标记的质量，进而提高键合过程中的对准精度，提高键合产品的良率，且键合标记的制作过程非常简单，降低了工艺的复杂度；同时采用本技术技术方案的载体晶圆的结构，能够避免现有技术中制作载体晶圆标记时存在的结构变形以及难以去除载体晶圆标记或去除载体晶圆标记后表面形貌差异过大等问题。
38.以下结合具体实施例和附图来详细说明本技术技术方案的制作方法、键合晶圆、载体晶圆及键合方法。
39.本技术实施例提供一种键合标记的制作方法，尤其用于键合晶圆的键合标记的制作。当然，在其他实施例中，也可以用于载体晶圆的键合标记的制作。在本技术实施例中，仅用于键合晶圆的键合标记的制作，而载体晶圆的键合标记采用其他方法制作，以解决载体晶圆的键合标记不易去除的问题。以下先介绍键合晶圆的键合标记的制作方法。
40.参考图3，本技术实施例的键合标记的制作方法主要包括：
41.步骤s1：提供键合裸晶圆，所述键合裸晶圆的表面形成有第一氧化层；
42.步骤s2：刻蚀所述第一氧化层，在所述第一氧化层中形成不贯穿所述第一氧化层的标记孔；
43.步骤s3：在所述标记孔中填充标记材料，且使所述标记材料的顶面和所述第一氧化层的表面共面，形成键合标记。
44.参考图3和图4，提供键合裸晶圆100。所述键合裸晶圆100的材料可以是硅，以实现工艺的兼容性。在其他实施例中，也可以采用其他材料。所述键合裸晶圆100的表面形成有第一氧化层200，所述第一氧化层200的材料可以是氧化硅，例如teos。所述第一氧化层200作为过渡层，一方面所述第一氧化层200可以隔离所述键合裸晶圆100和后续工艺制作的键合标记，另一方面所述第一氧化层200不仅可以隔离各器件结构，也可以隔离键合标记和器件结构，防止所述键合标记污染所述器件结构。
45.所述第一氧化层200的厚度与键合晶圆的弯曲度相关，因此需要控制所述第一氧化层200的厚度大小。所述第一氧化层200的厚度越大，键合晶圆的弯曲度越大，在键合过程中机台越不容易抓取，且容易发生碎片现象，不利于键合标记的制作。而且，所述第一氧化层200的厚度也不宜过小，会使形成的键合标记过浅，键合时不易识别。在本技术实施例中，所述第一氧化层的厚度为1.5μm-2.5μm，既能够使机台容易抓取，也不易发生碎片，同时使键合标记易于识别。
46.参考图4，刻蚀所述第一氧化层200，在所述第一氧化层200中形成不贯穿所述第一氧化层200的标记孔310。所述第一氧化层200中还可以形成器件结构(未示出)，所述器件结构可以位于所述标记孔310底部与所述键合裸晶圆100之间的第一氧化层200中，也就是说，所述标记孔300的底部高于所述器件结构的顶部，这样可以防止形成的键合标记污染所述器件结构。所述标记孔310的深度为630nm-670nm。
47.然后，在所述标记孔310中填充标记材料，且使所述标记材料的顶面和所述第一氧化层200的表面共面，形成键合标记。
48.参考图5，首先在所述第一氧化层200的表面和所述标记孔310中沉积标记材料320至特定厚度。在本技术实施例中，采用电镀工艺沉积所述标记材料320。在电镀的过程中，控制电镀工艺的温度为20℃-30℃，电流大小为6.5a-40.5a，防止标记材料在未填满标记孔310时，便封住标记孔310的开口，导致形成的键合标记结构具有缺陷，不易识别，进而影响键合质量。所述标记材料320可以包括各类金属，在一些实施例中，所述标记材料320包括铜、铝和钨中的至少一种。
49.参考图6，采用化学机械研磨工艺使所述标记材料320的顶面和所述第一氧化层200的表面共面，仅留下标记孔310中的标记材料320，形成键合标记330。由于所述标记孔310中的标记材料320嵌在所述第一氧化层200中，因此采用化学机械研磨时，所述第一氧化层200可以保护所述标记孔310中的标记材料320的结构不会损坏，形成的键合标记结构比较稳定，可以大幅度提高键合标记的质量，进而提高键合过程中的对准精度，提高键合产品的良率，同时制作键合标记的过程非常简单，降低了工艺的复杂度。在其他实施例中，也可以采用其他的研磨工艺，例如物理机械研磨。所述键合标记330的厚度为630nm-670nm，使厚度在此范围之内，可以在键合时较好进行的识别，提高键合时的对准精度。
50.参考图7，形成键合标记330后，还包括：在所述第一氧化层200和所述键合标记330的表面依次形成第二氧化层400和氮化层500。形成第二氧化层400和氮化层500的工艺可以包括物理气相沉积、化学气相沉积或者原子层沉积中的任何一种。所述第二氧化层400和氮化层500的应力是反向的，有利于提高键合质量。此外，在实际工艺平坦化所述标记材料320时，由于溶剂对标记材料320和所述标记材料329侧壁的第一氧化层200的腐蚀速率不同，其中腐蚀所述标记材料320的速率较快，因此所述标记材料320的表面会下凹，也就是说，形成的键合标记330的表面下凹，所述第二氧化层400可以填补下凹的部分，使氮化层500沉积在平坦的表面上，进而使氮化层的厚度均匀性较好。若不形成第二氧化层400，直接沉积所述氮化层500时，会导致键合缺陷。这是因为，实际工艺中的氮化层500厚度较薄，沉积在下凹处时，极易形成气泡(bubble)。并且相较于氮化层500，第二氧化层400的平坦化工艺较容易些，故先沉积第二氧化层400，后沉积氮化层500。在一些实施例中，所述第二氧化层400的厚度为0.8μm-1.2μm，所述氮化层500的厚度为所述第二氧化层400的材料可以包括氧化硅，例如teos，所述氮化层500的材料可以包括氮化硅。
51.参考图7，本技术实施例还提供一种键合晶圆，包括：键合裸晶圆100；第一氧化层200，位于所述键合裸晶圆100的表面；键合标记330，位于所述第一氧化层200中，且不贯穿所述第一氧化层200，所述键合标记330的顶面和所述第一氧化层200的表面共面。
52.所述第一氧化层200中还形成有器件结构，所述键合标记330的底部高于所述器件结构的顶部，以保证所述键合标记330不会污染所述器件结构。在本技术实施例中，所述第一氧化层200的厚度为1.5μm-2.5μm，所述键合标记330的厚度为630nm-670nm。
53.参考图8，在一些实施例中，所述键合晶圆还包括第二氧化层400和氮化层500，依次层叠分布于所述第一氧化层200和所述键合标记330的表面。所述第一氧化层200和所述氮化层500具有相反的应力，故可以明显改善键合质量，其中所述氮化层500的表面作为键合时的键合面。
54.参考图9，在一些实施例中，所述氮化层500、所述第二氧化层400、所述第一氧化层200以及部分键合裸晶圆100的边缘具有修边后的凹进部600。对所述键合晶圆进行修边，可以去除形成键合标记时造成的缺陷，同时可以消除应力。
55.基于上述提供的键合晶圆的结构，本技术实施例还提供一种载体晶圆，与上述的键合晶圆相键合。
56.参考图10，本技术实施例的载体晶圆包括：载体裸晶圆1000；第三氧化层2000，位于所述载体裸晶圆1000表面；第一凹槽3000，位于所述第三氧化层2000中，且不贯穿所述第三氧化层2000，所述第一凹槽3000作为所述载体晶圆的键合标记。所述第三氧化层2000的形成方法可以是物理气相沉积、化学气相沉积或原子层沉积等沉积工艺。形成所述第一凹槽3000时，可以采用各种常规的刻蚀工艺。
57.所述第一凹槽3000的深度直接影响键合效果，若所述第一凹槽3000较浅，则键合时不易识别，导致无法精确对准。而随着所述第一凹槽3000的深度增加，则识别时越容易，但增加到一定程度，识别效果提升不明显，而制作成本相应提高，因此需控制所述第一凹槽3000的深度在430nm-470nm。
58.相比现有技术以分立的金属标记作为载体晶圆的键合标记，以所述第一凹槽3000作为载体晶圆的键合标记可以避免键合标记无法完全去除或去除后的表面形貌差异过大
的问题，而且因省去了金属沉积工艺，因此制造成本大幅度下降。
59.相应的，本技术实施例还提供一种键合方法，包括如下步骤：
60.参考图11，提供载体晶圆a以及第一晶圆b和第二晶圆c，所述载体晶圆a为上述实施例的载体晶圆，所述第一晶圆b和所述第二晶圆c包括上述实施例的键合晶圆的结构。在所述第一晶圆b和所述第二晶圆c中，所述氮化层500的表面为第一表面，所述氮化层500相对侧的表面为第二表面，也即所述第二表面为所述键合裸晶圆100的晶背面。
61.然后，将第一晶圆b键合在载体晶圆a上。键合时，对准所述载体晶圆a的第一凹槽3000和所述第一晶圆b的键合标记330，使所述载体晶圆a的第三氧化层2000和所述第一晶圆b的第一表面相贴合，完成载体晶圆a的键合。
62.参考图12，实际工艺在键合完成后，进行下一工序时需要消除一片晶圆的id，本技术实施例以消除载体晶圆a的id为例说明。由于键合后所述载体晶圆a在上，所述第一晶圆b在下，因此需要进行翻片，使所述第一晶圆b在上，所述载体晶圆a在下。
63.参考图13，在所述第一晶圆b的第二表面一侧减薄所述第一晶圆b至目标厚度，在本技术实施例中，所述目标厚度可以在48μm-52μm。
64.参考图14，在所述第一晶圆b的第二表面上形成第四氧化层700，所述第四氧化层700可以包括氧化硅，例如为teos。形成所述第四氧化层700的工艺可以是化学气相沉积、物理气相沉积或原子层沉积等沉积工艺。所述第四氧化层700的厚度影响下一步形成的键合标记的深度，所述第四氧化层700的厚度为0.9μm-1.2μm。
65.参考图15，在所述第四氧化层700中形成不贯穿所述第四氧化层700的第二凹槽800，所述第二凹槽800作为所述第一晶圆b与所述第二晶圆c键合时的标记。所述第二凹槽800的深度为0.4μm-0.5μm，可以在键合时较好的识别。
66.接下来需要将第二晶圆c键合在第一晶圆b上。需要注意的是，所述第二晶圆c可以是单片晶圆或者是键合后的堆叠晶圆，所述键合后的堆叠晶圆是指键合至少两片晶圆的晶圆结构，例如，所述键合后的堆叠晶圆可以包括2片晶圆、3片晶圆、4片晶圆或更多片晶圆。当然，在其他实施例中，所述第一晶圆b也可以是键合后的堆叠晶圆。需要说明的是，所述第二晶圆c可以是修边后的晶圆结构，也可以是未修边的晶圆结构，根据实际情况确定。
67.参考图16，所述第一晶圆b为单片晶圆，所述第二晶圆c也为单片晶圆。对准所述第二凹槽800和所述第二晶圆c的键合标记330，使所述第四氧化层700和所述第二晶圆c的第一表面(也就是氮化层500)相贴合，完成晶圆键合操作。
68.参考图17，在另一些实施例中，所述第一晶圆b为单片晶圆，所述第二晶圆c为两片晶圆键合后的堆叠晶圆。其中所述第二晶圆c中的两片晶圆在键合时也是通过本技术实施例的键合标记330和第二凹槽800进行对准。所述第一晶圆b和所述第二晶圆c在键合时，对准所述第一晶圆b的第二凹槽800和所述第二晶圆c的键合标记330，使所述第四氧化层700和所述第二晶圆b的第一表面(即氮化层500)相贴合，完成晶圆键合操作。
69.在所有键合操作中，键合界面均是氮化层和氧化层相贴合形成，充分利用了所述氮化层和氧化层具有相反应力的特性，使键合效果达到最佳。键合时，根据实际情况确定所述载体晶圆a的位置，在本技术实施例中，所述载体晶圆a位于上部。
70.完成晶圆键合操作后，还包括：去除载体晶圆，以第一晶圆b和第二晶圆c为单片晶圆，为例进行说明。
71.参考图18，采用化学机械研磨或湿法刻蚀工艺去除所述载体晶圆a，也即去除所述载体裸晶圆1000和所述载体裸晶圆1000表面的第三氧化层2000。由于所述载体晶圆a的键合标记为位于第三氧化层2000中的第一凹槽3000，因此在去除所述第三氧化层2000时，所述载体晶圆a的键合标记也一同去除了，解决了现有技术中无法完全去除键合标记或者去除键合标记后表面形貌差异过大的问题。
72.综上所述，在阅读本技术内容之后，本领域技术人员可以明白，前述申请内容可以仅以示例的方式呈现，并且可以不是限制性的。尽管这里没有明确说明，本领域技术人员可以理解本技术意图囊括对实施例的各种合理改变，改进和修改。这些改变，改进和修改都在本技术的示例性实施例的精神和范围内。
73.应当理解，本实施例使用的术语
″
和/或
″
包括相关联的列出项目中的一个或多个的任意或全部组合。应当理解，当一个元件被称作
″
连接
″
或
″
耦接
″
至另一个元件时，其可以直接地连接或耦接至另一个元件，或者也可以存在中间元件。
74.类似地，应当理解，当诸如层、区域或衬底之类的元件被称作在另一个元件
″
上
″
时，其可以直接在另一个元件上，或者也可以存在中间元件。与之相反，术语
″
直接地
″
表示没有中间元件。还应当理解，术语
″
包含
″
、
″
包含着
″
、
″
包括
″
或者
″
包括着
″
，在本技术文件中使用时，指明存在所记载的特征、整体、步骤、操作、元件和/或组件，但并不排除存在或附加一个或多个其他特征、整体、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。
75.还应当理解，尽管术语第一、第二、第三等可以在此用于描述各种元件，但是这些元件不应当被这些术语所限制。这些术语仅用于将一个元件与另一个元件区分开。因此，在没有脱离本技术的教导的情况下，在一些实施例中的第一元件在其他实施例中可以被称为第二元件。相同的参考标号或相同的参考标记符在整个说明书中表示相同的元件。
76.此外，本技术说明书通过参考理想化的示例性截面图和/或平面图和/或立体图来描述示例性实施例。因此，由于例如制造技术和/或容差导致的与图示的形状的不同是可预见的。因此，不应当将示例性实施例解释为限于在此所示出的区域的形状，而是应当包括由例如制造所导致的形状中的偏差。例如，被示出为矩形的蚀刻区域通常会具有圆形的或弯曲的特征。因此，在图中示出的区域实质上是示意性的，其形状不是为了示出器件的区域的实际形状也不是为了限制示例性实施例的范围。