專(zhuān)利名稱(chēng)：具有徑向未對(duì)準(zhǔn)補(bǔ)償?shù)姆肿诱掣浇Y(jié)合方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及根據(jù)三維集成(3D集成)技術(shù)制造的多層半導(dǎo)體晶片或結(jié)構(gòu)的領(lǐng)域， 該三維集成技術(shù)包括將由第二晶片構(gòu)成的至少一層轉(zhuǎn)移到稱(chēng)為最終襯底的第一晶片上，所述層對(duì)應(yīng)于第二晶片的一部分，其中例如多個(gè)微元件的元件形成于該部分中，其他相應(yīng)元件也形成于第一晶片中。
背景技術(shù)：
特別地，由于在給定層上出現(xiàn)的微元件的尺寸很小，數(shù)量很大，因此每個(gè)轉(zhuǎn)移層， 也就是說(shuō)每個(gè)包含該層的晶片必須以很高的精度位于最終襯底(第一晶片本身，或已經(jīng)包含其他轉(zhuǎn)移層的第一晶片)上，從而滿(mǎn)足與下面的層嚴(yán)格對(duì)準(zhǔn)。在層的轉(zhuǎn)移之后，可能進(jìn)一步需要對(duì)層進(jìn)行處理，例如為了形成其他微元件、為了揭開(kāi)表面上的微元件、為了形成互相連接等等，這些處理操作也必須以與層中的元件相關(guān)的極高精度來(lái)進(jìn)行。將層轉(zhuǎn)移到最終襯底上包括如上文所述類(lèi)型的第一晶片和第二晶片之間的分子粘附結(jié)合，通常隨后第二晶片被減薄。在結(jié)合中，晶片被機(jī)械地對(duì)準(zhǔn)。在兩個(gè)晶片之間可觀察到三種類(lèi)型的對(duì)準(zhǔn)缺陷，也就是“偏移”或“移動(dòng)”類(lèi)型對(duì)準(zhǔn)缺陷、旋轉(zhuǎn)類(lèi)型對(duì)準(zhǔn)缺陷和徑向類(lèi)型對(duì)準(zhǔn)缺陷(也稱(chēng)為“跑出”，擴(kuò)大誤差或變形誤差)。當(dāng)在單個(gè)晶片上執(zhí)行平版印刷步驟序列時(shí)，通常通過(guò)在平版印刷機(jī)器中采用補(bǔ)償算法來(lái)校正這三類(lèi)缺陷，從而保持每個(gè)步驟之間的精確對(duì)準(zhǔn)。在為了結(jié)合而在兩個(gè)晶片之間進(jìn)行對(duì)準(zhǔn)的過(guò)程中，可通過(guò)修改在結(jié)合機(jī)器中晶片相對(duì)于彼此的相對(duì)位置來(lái)機(jī)械地補(bǔ)償移動(dòng)和旋轉(zhuǎn)類(lèi)型的對(duì)準(zhǔn)缺陷。然而徑向類(lèi)型的對(duì)準(zhǔn)缺陷不能通過(guò)這種晶片的重新定位來(lái)補(bǔ)償。當(dāng)待對(duì)準(zhǔn)的兩個(gè)晶片具有不同的徑向擴(kuò)張時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)徑向未對(duì)準(zhǔn)；徑向擴(kuò)張可由于每個(gè)晶片經(jīng)歷了不同的制造微元件過(guò)程而產(chǎn)生，和/或由于施加于一個(gè)或其他晶片的處理可能導(dǎo)致他們被拉緊，并使他們的尺寸發(fā)生微小變化而產(chǎn)生，例如引起晶片的拉伸應(yīng)變的層沉積或氧化的情況。圖IA描述了第一晶片10和第二晶片20之間的對(duì)準(zhǔn)，該對(duì)準(zhǔn)是為了通過(guò)分子粘附來(lái)將第一晶片10和第二晶片20結(jié)合。第一組微元件11已經(jīng)預(yù)先形成于第一晶片10的結(jié)合表面上，而第二組微元件21已經(jīng)預(yù)先形成于第二晶片20的上表面上，該第二晶片要結(jié)合于第一晶片。在晶片的結(jié)合之后，微元件11要與微元件21對(duì)準(zhǔn)。然而，在這里所描述的示例中，第一和第二晶片具有不同的徑向擴(kuò)張，因此在這些晶片之間產(chǎn)生了徑向未對(duì)準(zhǔn)，該徑向未對(duì)準(zhǔn)在結(jié)合之后導(dǎo)致多數(shù)微元件之間的偏移，例如圖IB所示的偏移Δη，Δ22，Δ 33, A55 ’ Δ66或Δ77(分別對(duì)應(yīng)于微元件對(duì)11^12^11^122， IVlZ3，115/125，116/126 和 117/127 之間觀察到的偏移)。造成兩個(gè)晶片之間的徑向未對(duì)準(zhǔn)的徑向擴(kuò)張通常在晶片上是均勻的，因此產(chǎn)生在晶片的中心和外圍之間準(zhǔn)線(xiàn)性地發(fā)展(即增加)的徑向未對(duì)準(zhǔn)。通過(guò)校正算法，并根據(jù)晶片上進(jìn)行的未對(duì)準(zhǔn)測(cè)量，可特別在通過(guò)光刻形成元件的傳統(tǒng)步驟中對(duì)徑向未對(duì)準(zhǔn)進(jìn)行校正。然而，徑向未對(duì)準(zhǔn)的校正只能在一個(gè)晶片自身上進(jìn)行。此外，當(dāng)微元件的制造包括兩個(gè)晶片之間的結(jié)合步驟，如制造三維結(jié)構(gòu)的情況時(shí)，不可能進(jìn)行針對(duì)徑向未對(duì)準(zhǔn)的校正。此外，當(dāng)微元件的層被轉(zhuǎn)移到具有第一層微元件的最終襯底上時(shí)，當(dāng)要將每層的微元件互相連接在一起時(shí)，能夠最小化每層的這些微元件之間的徑向未對(duì)準(zhǔn)是很重要的。 事實(shí)上在這種情況下不可能通過(guò)平版印刷補(bǔ)償兩層的微元件之間存在的未對(duì)準(zhǔn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種解決方案，使得能夠?qū)σY(jié)合在一起的兩個(gè)晶片之間存在的初始徑向?qū)?zhǔn)進(jìn)行補(bǔ)償。為達(dá)此目的，本發(fā)明提供了一種通過(guò)分子粘附將第一晶片結(jié)合于第二晶片上的方法，所述晶片之間具有初始徑向未對(duì)準(zhǔn)，該方法至少包括接觸步驟，使兩個(gè)晶片接觸，從而發(fā)起兩個(gè)晶片之間的結(jié)合波的傳播，其特征在于在接觸步驟中，根據(jù)初始徑向未對(duì)準(zhǔn)在兩個(gè)晶片中的至少一個(gè)上施加預(yù)定結(jié)合曲率。如下文詳述，通過(guò)在結(jié)合過(guò)程中監(jiān)控晶片的曲率，可以引入補(bǔ)償初始存在的徑向未對(duì)準(zhǔn)的額外的徑向未對(duì)準(zhǔn)。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，在結(jié)合波傳播的過(guò)程中，第二晶片自由地適應(yīng)于施加在第一晶片上的預(yù)定結(jié)合曲率。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，晶片是直徑為300mm的圓形硅晶片，每個(gè)晶片包括微元件。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，該方法在晶片的結(jié)合之前包括以下步驟-測(cè)量待補(bǔ)償?shù)膬蓚€(gè)晶片之間的初始徑向未對(duì)準(zhǔn)，-在結(jié)合之前測(cè)量每個(gè)晶片的曲率，-確定針對(duì)兩個(gè)晶片之間的初始徑向未對(duì)準(zhǔn)的補(bǔ)償徑向未對(duì)準(zhǔn)，-計(jì)算結(jié)合后曲率，該結(jié)合后曲率能夠產(chǎn)生兩個(gè)晶片之間的所述補(bǔ)償徑向未對(duì)準(zhǔn)，-根據(jù)計(jì)算的結(jié)合后曲率計(jì)算預(yù)定結(jié)合曲率。根據(jù)本發(fā)明的一特定方面，該方法包括以下步驟-分別利用第一固定支撐件和第二固定支撐件彼此面對(duì)地固定第一晶片和第二晶片，所述第一支撐件將所述預(yù)定結(jié)合曲率施加到所述第一晶片上，-使所述晶片接觸從而發(fā)起所述晶片之間的結(jié)合波的傳播，-在與第一晶片接觸之前或期間，從第二固定支撐件上釋放第二晶片，從而在結(jié)合波的傳播過(guò)程中，所述第二晶片適應(yīng)于施加在第一晶片上的結(jié)合曲率。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)特征，通過(guò)啟動(dòng)安裝在第一固定支撐件上的起重器將預(yù)定結(jié)合曲率施加到第一晶片上。根據(jù)本發(fā)明的另一特征，通過(guò)在第一晶片和第一固定支撐之間引入的隔膜，將預(yù)定結(jié)合曲率施加到第一晶片上，所述隔膜具有與所述預(yù)定結(jié)合曲率相對(duì)應(yīng)的曲率。根據(jù)本發(fā)明的另一特征，通過(guò)第一固定支撐件將預(yù)定結(jié)合曲率施加到第一晶片上，所述第一固定支撐件具有與所述預(yù)定結(jié)合曲率相對(duì)應(yīng)的曲率。根據(jù)本發(fā)明的特定方面，所述晶片的每一個(gè)包括在其各自的結(jié)合表面上的微元件，所述晶片中的一個(gè)的至少一些微元件要與另一晶片的至少一些微元件對(duì)準(zhǔn)。本發(fā)明還涉及用于通過(guò)分子粘附將第一晶片結(jié)合于第二晶片上的裝置，在所述晶片之間具有初始徑向未對(duì)準(zhǔn)，所述裝置包括第一和第二固定支撐件，分別用來(lái)固定第一晶片和第二晶片，在該裝置中，該第一固定支撐件包括用于根據(jù)該初始徑向未對(duì)準(zhǔn)將預(yù)定結(jié)合曲率施加到第一晶片上的施加裝置，該裝置控制第二固定支撐件從而在與第一晶片接觸之前或期間將第二晶片從該第二支撐件釋放，從而在結(jié)合波的傳播過(guò)程中使所述第二晶片適應(yīng)于施加在該第一晶片上的結(jié)合曲率。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)特征，該結(jié)合裝置包括處理裝置，用于根據(jù)初始徑向未對(duì)準(zhǔn)來(lái)計(jì)算該預(yù)定結(jié)合曲率，或根據(jù)該初始徑向未對(duì)準(zhǔn)計(jì)算對(duì)應(yīng)于所述預(yù)定結(jié)合曲率的曲率半徑。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)特征，該第一固定支撐件進(jìn)一步包括起重器，該起重器能夠在該第一晶片上施加該預(yù)定結(jié)合曲率，根據(jù)對(duì)應(yīng)于所述預(yù)定結(jié)合曲率的曲率半徑驅(qū)動(dòng)該起重器，該裝置控制該第二固定支撐件從而在與該第一晶片接觸之后將該第二晶片從該第二支撐件釋放，從而在結(jié)合波的傳播過(guò)程中，所述第二晶片適應(yīng)于施加在該第一晶片上的結(jié)合曲率。根據(jù)本發(fā)明的另一特征，該裝置進(jìn)一步包括該第一晶片和該第一固定支撐件之間的隔膜，所述隔膜的曲率對(duì)應(yīng)于所述預(yù)定結(jié)合曲率。根據(jù)本發(fā)明的又一實(shí)施例，該第一固定支撐件的曲率對(duì)應(yīng)于所述預(yù)定結(jié)合曲率。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，該第一和第二固定支撐件包括用于通過(guò)吸引力或靜電力固定所述晶片的裝置。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，所述第一和第二固定支撐件適用于容納直徑為100mm、 150mm、200mm或300mm的圓形襯底。


圖IA和IB是顯示了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的三維結(jié)構(gòu)的制造的示意圖，圖2和3顯示了具有“弓”型變形的晶片，圖4A到4C顯示了在通過(guò)分子粘附結(jié)合兩個(gè)晶片之前、期間和之后得到的各種曲率，圖5A到5G是顯示利用本發(fā)明的分子粘附結(jié)合方法制造的三維結(jié)構(gòu)的示意圖，圖6是在圖5A到5G描述的三維結(jié)構(gòu)的制作過(guò)程中采用的步驟的流程圖，圖7是根據(jù)在通過(guò)分子粘附結(jié)合兩個(gè)晶片期間在兩個(gè)晶片上施加的曲率的最終徑向未對(duì)準(zhǔn)的變化的圖表。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明主要應(yīng)用于兩個(gè)晶片之間通過(guò)分子粘附的結(jié)合，所述兩個(gè)晶片具有不同的徑向擴(kuò)張，這導(dǎo)致在結(jié)合之后兩個(gè)晶片之間存在徑向未對(duì)準(zhǔn)。更特別但不排他地，本發(fā)明應(yīng)用于至少兩個(gè)晶片之間通過(guò)分子粘附的結(jié)合，每個(gè)晶片包括元件，其中每個(gè)晶片的至少一些元件在結(jié)合之后要被對(duì)準(zhǔn)。為了補(bǔ)償結(jié)合之后晶片的徑向未對(duì)準(zhǔn)現(xiàn)象，本發(fā)明提出在晶片結(jié)合期間在晶片上施加結(jié)合曲率，根據(jù)初始徑向未對(duì)準(zhǔn)預(yù)先限定該結(jié)合曲率。更確切地說(shuō)，在結(jié)合之前，兩個(gè)晶片的每一個(gè)都有其自己的曲率，其可能是如圖2 的晶片30那樣的凹進(jìn)，或如圖3的晶片40那樣的凸出。該曲率確定了晶片的彎曲變形，在半導(dǎo)體技術(shù)中用術(shù)語(yǔ)“弓度”(bow)來(lái)指代。如圖2和3所示，晶片的弓度ΔΖ對(duì)應(yīng)于晶片在其上自由放置的參考平面P(通常非常平坦)和晶片本身之間的距離(箭頭)，通常在晶片中心的水平上測(cè)量。在半導(dǎo)體領(lǐng)域通常采用的晶片尺寸上，即幾十毫米和300毫米之間， 該弓度是以微米為單位的，而曲率通常是以m1或km—1為單位的，因?yàn)橛糜诎雽?dǎo)體領(lǐng)域的晶片的曲率非常小，因此相應(yīng)的曲率半徑非常大。圖4A到4C顯示了將第一晶片50 (頂部)結(jié)合到支撐晶片60 (底部)之前和之后曲率的變化，第一晶片50和支撐晶片60的曲率分別是K1和K2 (圖4A)。在分子粘附結(jié)合期間，曲率Kb指施加到兩個(gè)晶片50和60 (圖4B)中的一個(gè)上的曲率，在結(jié)合波傳播期間， 另一晶片適應(yīng)于施加在該第一晶片上的曲率，如下文詳述。曲率Kb可通過(guò)結(jié)合機(jī)器的特定的固定支撐件來(lái)施加，如下文詳述，曲率Kb只針對(duì)兩個(gè)晶片中的一個(gè)，而另一晶片在結(jié)合波傳播啟動(dòng)時(shí)不變形，從而在該傳播過(guò)程中適應(yīng)于施加到另一晶片上的曲率。一旦進(jìn)行了結(jié)合，且晶片已經(jīng)從其各自的固定支撐件上釋放，由結(jié)合的晶片50和 60的組合構(gòu)成的結(jié)構(gòu)的曲率為Kf，稱(chēng)為結(jié)合后曲率。結(jié)合后曲率Kf可通過(guò)以下公式計(jì)算Kf= (2(^+^)+12^)/16 (1)該公式是基于 T. Turner 等所著題為〃 Mechanics of wafer bonding =Effect of clamping"(“晶片結(jié)合結(jié)構(gòu)鉗位效應(yīng)”)，Journal of Applied Physics, Vol. 95,N° 1， January 1，2004的文件中給出的公式(12)來(lái)確定的。根據(jù)該公式，可以看出結(jié)合曲率Kb對(duì)結(jié)合后曲率Kf的影響相對(duì)于晶片50和60各自的初始曲率K1和K2的影響來(lái)說(shuō)占主導(dǎo)地位(因數(shù)為6)。進(jìn)一步地，結(jié)合之后兩個(gè)晶片之間產(chǎn)生的徑向未對(duì)準(zhǔn)Dk可由以下公式確定De = -2 ( ε R)⑵其中R是在徑向未對(duì)準(zhǔn)的測(cè)量點(diǎn)處晶片中心之間的距離，而ε是第一晶片50(頂部)的表面上施加的張力。第一晶片的表面上施加的張力和結(jié)合后曲率&之間存在進(jìn)一步的關(guān)系，該關(guān)系由以下公式給出ε = KF(h/2) (3)其中h是第一晶片的厚度。通過(guò)將對(duì)應(yīng)于張力ε的公式(3)的元素引入公式O)，可以通過(guò)以下公式建立結(jié)合后產(chǎn)生的徑向未對(duì)準(zhǔn)Dk和結(jié)合后曲率Kf之間的關(guān)系De = -KFhR (4)可以看出，徑向未對(duì)準(zhǔn)Dk是結(jié)合后曲率Kf的函數(shù)。因此，通過(guò)知道初始未對(duì)準(zhǔn)DKi，補(bǔ)償徑向未對(duì)準(zhǔn)Dli。確定為DK。= _DKi，其中公式(4) 給出 Dlic = KFhR0可通過(guò)對(duì)相同批次的兩個(gè)晶片之間進(jìn)行結(jié)合，并測(cè)量這兩個(gè)晶片的未對(duì)準(zhǔn)從而推導(dǎo)由此產(chǎn)生的初始徑向分量，來(lái)測(cè)量初始徑向?qū)?zhǔn)。兩個(gè)晶片具有對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記，例如簡(jiǎn)單的十字(通過(guò)游標(biāo)尺或莫爾結(jié)構(gòu)的測(cè)量方法)，該標(biāo)記使得能夠通過(guò)紅外線(xiàn)顯微鏡法或共焦紅外線(xiàn)顯微鏡法以微米為單位測(cè)量未對(duì)準(zhǔn)，并在通常位于晶片的中心和外圍的晶片的多個(gè)位置上如此進(jìn)行?？蓮倪@些測(cè)量中提取各個(gè)未對(duì)準(zhǔn)分量，特別是徑向未對(duì)準(zhǔn)。這些測(cè)量通常在布置在晶片的中心或外圍的對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記的水平上進(jìn)行，例如在距離300mm晶片的中心147mm 處。在外圍，徑向未對(duì)準(zhǔn)是最大的，可能超過(guò)1微米，如圖7所示，其可用上文所述的顯微鏡測(cè)量技術(shù)來(lái)測(cè)量。以這種方式，初始徑向?qū)?zhǔn)對(duì)于整個(gè)批次晶片來(lái)說(shuō)是已知的，可對(duì)這些晶片施加本發(fā)明的結(jié)合方法，并針對(duì)該初始徑向未對(duì)準(zhǔn)進(jìn)行補(bǔ)償。用于測(cè)量該初始徑向未對(duì)準(zhǔn)的晶片對(duì)可從該批次中取出或隔離，從而用根據(jù)本發(fā)明預(yù)先確定的結(jié)合曲率重新結(jié)合該晶片。也可通過(guò)分別精確地測(cè)量?jī)蓚€(gè)晶片中的每一個(gè)上的兩個(gè)微元件之間的距離 (0. 33ppm之內(nèi))，并通過(guò)對(duì)比這兩個(gè)差來(lái)確定該初始徑向未對(duì)準(zhǔn)。基于前一個(gè)公式G)，目標(biāo)結(jié)合后曲率1^。使得能夠根據(jù)以下公式來(lái)計(jì)算獲得的補(bǔ)償徑向未對(duì)準(zhǔn)Kfc = Dec/ (h · R) (5)公式(1)顯示了根據(jù)兩個(gè)晶片的初始曲率K1和K2以及結(jié)合曲率Kb來(lái)確定結(jié)合后曲率Kf。由于曲率K1和K2對(duì)應(yīng)于兩個(gè)晶片的固有曲率，只有曲率Kb表示能夠調(diào)節(jié)結(jié)合后曲率Kf的值的可變參數(shù)。因此，結(jié)合后曲率1^。的目標(biāo)值使得能夠獲得基于公式(5)和事先測(cè)量的曲率&和 K2計(jì)算出的補(bǔ)償徑向未對(duì)準(zhǔn)，曲率K1和K2的測(cè)量例如通過(guò)光學(xué)測(cè)量工具，諸如KLA-Tencor 公司的KLA-Tencor Flexus (或任何通過(guò)電容性量表、光學(xué)輪廓測(cè)量?jī)x或機(jī)械輪廓測(cè)量?jī)x等能夠確定弓度的任何測(cè)量)，通過(guò)以下公式計(jì)算結(jié)合曲率KB。該結(jié)合曲率在結(jié)合期間施加給晶片從而獲得目標(biāo)結(jié)合后曲率KF。Kb = (SKf-(K^K2))/6 (6)現(xiàn)在參考圖5A到5G和圖6，描述通過(guò)將形成于第一晶片100的微元件層轉(zhuǎn)移到第二晶片200上而制造的三維結(jié)構(gòu)，其利用了具有根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的針對(duì)徑向未對(duì)準(zhǔn)的補(bǔ)償?shù)慕Y(jié)合方法。該晶片的直徑可特別為150mm、200mm、和300mm。在三維結(jié)構(gòu)的制造的開(kāi)始，在第一晶片100的表面上形成第一組微元件110(圖 5A，步驟Si)，并在第二晶片200的表面上形成第二組微元件210 (圖5B，步驟S》。微元件 110和210可以是全部元件和/或僅為其一部分。在本文的示例中，第一晶片100是SOT (絕緣體硅)類(lèi)型的直徑300mm的晶片，包括硅層103和也由硅構(gòu)成的支撐101，可在該層和硅支撐之間布置由例如SiO2構(gòu)成的掩埋氧化層102。晶片100也可包括其他類(lèi)型的多層結(jié)構(gòu)或單層結(jié)構(gòu)。第二晶片200是直徑為300mm的硅晶片。微元件110和210是利用掩模通過(guò)光刻來(lái)形成的，掩模能夠限定對(duì)應(yīng)于要制造的微元件的圖形的形成區(qū)域。微元件110和210彼此相互作用，例如為了通過(guò)成對(duì)地連接微元件110和210形成完整的元件，每個(gè)構(gòu)成要制造的元件的一部分，或?yàn)榱诵纬捎糜谙鄳?yīng)的微元件110和210的互連電路。因此在晶片結(jié)合之后能夠確保微元件110和210之間的良好對(duì)準(zhǔn)是很重要的。根據(jù)本發(fā)明，使用結(jié)合機(jī)器，該結(jié)合機(jī)器在結(jié)合期間在其中一個(gè)晶片上施加結(jié)合曲率Kb同時(shí)通過(guò)兩個(gè)晶片之間的結(jié)合波的傳播使另一個(gè)晶片與施加的曲率相適應(yīng)。該操作能夠獲得目標(biāo)結(jié)合后曲率Kf。，其在兩個(gè)晶片之間引入補(bǔ)償徑向未對(duì)準(zhǔn)Dk。，該補(bǔ)償徑向未對(duì)準(zhǔn)DK。補(bǔ)償兩個(gè)晶片之間存在的初始徑向未對(duì)準(zhǔn)DKi，初始徑向未對(duì)準(zhǔn)DKi是在晶片結(jié)合之前在每個(gè)晶片上預(yù)先執(zhí)行的各種處理期間(平版印刷、層沉積、熱處理等)引入的(晶片之間不同的徑向擴(kuò)張)。如圖5C所示，利用結(jié)合機(jī)器或裝置300進(jìn)行結(jié)合操作，機(jī)器或裝置300包括第一支撐板310，其具有用于固定第一晶片100使其面對(duì)第二晶片200的固定表面311，第二晶片200固定在機(jī)器300的第二支撐板320的固定表面321上。支撐板310和320都具有固定裝置(在圖5C中未表示)，例如靜電或張力固定裝置。第一支撐板310和第二支撐板320 的每一個(gè)可沿位移方向dpx和dpy移動(dòng)，這一方面能夠?qū)⒕胖脼楸舜嗣鎸?duì)，同時(shí)補(bǔ)償旋轉(zhuǎn)和平移未對(duì)準(zhǔn)誤差，另一方面，分別使第一支撐板310和第二支撐板320的固定表面311和 321彼此接近或遠(yuǎn)離。為達(dá)此目的，每個(gè)支撐板例如安裝在激勵(lì)器上(圖5C中未所表示)， 該激勵(lì)器由結(jié)合機(jī)器控制從而沿著方向Clp調(diào)節(jié)兩個(gè)支撐件之間的距離。在結(jié)合開(kāi)始的時(shí)候，兩個(gè)晶片100和200每個(gè)被壓迫固定于其各自的支撐板的固定表面上(圖5C，步驟S3)。接下來(lái)，根據(jù)本發(fā)明，對(duì)應(yīng)于通過(guò)上文給出的公式(6)計(jì)算的結(jié)合曲率KB，并且能夠獲得預(yù)先確定的目標(biāo)結(jié)合后曲率1^。的曲率被施加到第一晶片100(或可選地，第二晶片)，從而引入如上文所述的補(bǔ)償徑向未對(duì)準(zhǔn)DK。(圖5D，步驟S4)。為達(dá)此目的，第一支撐板310包括起重器或具有桿313的線(xiàn)性激勵(lì)器312，當(dāng)起重器被激勵(lì)時(shí)，桿313延伸超出板310的固定表面311，其中第一晶片100壓迫在該固定表面上。如圖5D所示，在桿313的自由端313a在第一晶片上推進(jìn)時(shí)，可以將預(yù)定的結(jié)合曲率賦予該第一晶片。在起重器312的激勵(lì)期間，支撐板310的固定裝置的吸引力，即張力或靜電力，可由結(jié)合機(jī)器控制，從而在板310的固定表面311上限定的中央同中心區(qū)域的水平上被減少甚至消除，從而在由桿313產(chǎn)生的晶片彎曲期間減小該晶片上的張力。結(jié)合機(jī)器300控制桿313突出超過(guò)固定表面311的距離dt，該距離dt根據(jù)要施加到晶片上的結(jié)合曲率&來(lái)確定。更確切地說(shuō)，起重器312裝配有伺服控制器(沒(méi)有表示)， 其根據(jù)由結(jié)合機(jī)器300限定的設(shè)置點(diǎn)位置來(lái)控制桿313的線(xiàn)性位置。結(jié)合機(jī)器300裝配有處理裝置，例如可編程微處理器，在采用本文所述的機(jī)器300 中的起重器的情況下，其能夠計(jì)算結(jié)合曲率Kb或等價(jià)于該結(jié)合曲率Kb的曲率半徑。更確切地說(shuō)，晶片100和200分別的初始曲率K1和K2,以及目標(biāo)結(jié)合后曲率KF。被輸入到結(jié)合機(jī)器中，然后結(jié)合機(jī)器的處理裝置利用上文給出的公式(6)計(jì)算要施加的結(jié)合曲率&，并轉(zhuǎn)化該值從而獲得相應(yīng)的目標(biāo)曲率半徑R。b(R。b = 1/KB)。需要發(fā)送到起重器312的伺服控制器的最后要限定的參數(shù)是弓度Δ z，其對(duì)應(yīng)于曲率半徑R。b，因?yàn)槿缟衔乃?，晶片的弓度?duì)應(yīng)于取自晶片中心的，這里是固定表面311的參考平面和晶片的表面之間的距離，這里晶片的表面面向固定表面311。弓度Δζ對(duì)應(yīng)于施加結(jié)合曲率時(shí)桿313必須延伸越過(guò)的距離dt。目標(biāo)弓度Azc是目標(biāo)曲率半徑RdJA函數(shù)，可通過(guò)以下公式計(jì)算Azc = Rcb- V (Rcb2-(D/2)2) (7)其中D是要被彎曲的晶片的直徑。
計(jì)算后，目標(biāo)弓度Azc的數(shù)值被傳送到起重器312的伺服控制器，其激勵(lì)桿從而將桿放置在相等的距離dt(dt = Azc)上。當(dāng)結(jié)合曲率Kb被施加到第一晶片100上時(shí)，支撐板310和320向著彼此移動(dòng)，從而晶片100的最先部分IOOa(頂點(diǎn))放置在正好與第二晶片200的暴露表面接觸的位置， 從而啟動(dòng)結(jié)合波的傳播(圖5D，步驟SQ。用于將第二晶片200固定在其支撐板320上的裝置在使兩個(gè)晶片接觸之前或期間被失效，從而在結(jié)合期間使第二晶片200適應(yīng)于施加在第一晶片100上的變形(曲率Kc)。作為可選方案，兩個(gè)晶片可放置為彼此距離AZC，且隨后可通過(guò)在距離dt = Azc 上激勵(lì)桿313使兩個(gè)晶片中的一個(gè)變形，直到表面密切接觸。因此同時(shí)進(jìn)行施加結(jié)合曲率 &和啟動(dòng)結(jié)合波的傳播。在這種情況下，在結(jié)合波的傳播期間，沒(méi)有變形為預(yù)定結(jié)合曲率的晶片必須自由地適應(yīng)于施加在另一晶片上的結(jié)合曲率。分子粘附結(jié)合本身是公知的技術(shù)。作為提醒，分子粘附結(jié)合的理論基于使兩個(gè)表面直接接觸，也就是說(shuō)不采用特定的材料(粘合劑、蠟、銅焊等等)。這樣的操作要求待結(jié)合的表面充分平滑，并且沒(méi)有粒子或污染，并且使它們充分靠緊在一起，從而能夠開(kāi)始接觸， 通常距離小于幾納米。在這種情況下，兩個(gè)表面之間的吸引力足夠高，從而導(dǎo)致結(jié)合波的傳播，該傳播導(dǎo)致分子粘附(由要結(jié)合的兩個(gè)表面的原子或分子之間的電子交互作用的所有吸引力(范德瓦爾斯力)引發(fā)的結(jié)合)。一旦結(jié)合波的傳播開(kāi)始，則第二晶片200從其支撐板320釋放，并在結(jié)合波的傳播期間適應(yīng)于施加到第一晶片100上的曲率(圖5E，步驟S6)。當(dāng)兩個(gè)表面完全結(jié)合時(shí)，第一晶片100從其支撐件完全釋放(圖5F，步驟S7)。然后就獲得了三維結(jié)構(gòu)400，其具有預(yù)先限定的目標(biāo)曲率KF。。因此，能夠通過(guò)應(yīng)用預(yù)定結(jié)合曲率來(lái)補(bǔ)償兩個(gè)晶片100和200之間存在的徑向未對(duì)準(zhǔn)。盡管在結(jié)合之前最初存在徑向未對(duì)準(zhǔn)，在結(jié)合之后，微元件110與微元件210保持準(zhǔn)確的對(duì)準(zhǔn)。圖7中的曲線(xiàn)對(duì)應(yīng)于在直徑300mm、厚度775 μ m的兩個(gè)晶片上進(jìn)行的測(cè)量，每個(gè)晶片具有兩級(jí)金屬和結(jié)合層，該結(jié)合層由TEOS類(lèi)型的沉積氧化物構(gòu)成并已經(jīng)制備好。圖7顯示了作為晶片的結(jié)合后曲率Kf的函數(shù)的徑向未對(duì)準(zhǔn)的變化?？梢钥吹?，對(duì)于大約0. 005m-1 的結(jié)合后曲率Kf，對(duì)應(yīng)于大約^ym的弓度，初始徑向未對(duì)準(zhǔn)已經(jīng)完全被補(bǔ)償了。該曲線(xiàn)清楚地顯示，通過(guò)調(diào)整結(jié)合后曲率，可以建立附加的徑向未對(duì)準(zhǔn)分量，該分量能夠補(bǔ)償晶片之間存在的初始徑向未對(duì)準(zhǔn)。結(jié)合之后，結(jié)構(gòu)400可經(jīng)受適當(dāng)?shù)臒崽幚?低于500°C )，從而提高兩個(gè)晶片之間的結(jié)合能量，隨后減薄其中一個(gè)晶片。如圖5G所示，減薄第一晶片100從而將微元件110層上方的部分材料移除(步驟 S8)。可特別通過(guò)化學(xué)機(jī)械研磨(CMP)、化學(xué)腐蝕、或沿著通過(guò)例如原子注入預(yù)先在襯底中形成的弱化平面的分裂或斷裂來(lái)使該晶片100變薄。如果第一晶片是SOI類(lèi)型的襯底，如本文的情況，可有利地采用掩埋絕緣層作為化學(xué)腐蝕停止層，從而限定剩余層IOOa的厚度。作為可選方案，如果初始襯底是疏松材料制成的，則可在元件形成期間事先在其中形成深區(qū)， 例如規(guī)則地位于材料表面的金屬材料區(qū)，從而阻止機(jī)器減薄(打磨)。然后獲得了三維結(jié)構(gòu)500，其由第二晶片200和對(duì)應(yīng)于第一晶片100的剩余部分的層IOOa構(gòu)成。根據(jù)一可選實(shí)施例，在形成微元件之后，可將例如SiA的氧化層沉積在第一和/ 或下層晶片的表面，用于結(jié)合的傳播。該氧化層或這些氧化層可進(jìn)一步通過(guò)在其中形成例如銅的金屬區(qū)來(lái)制備，該金屬區(qū)與全部或部分微元件接觸，從而使一個(gè)晶片的微元件與另一晶片的微元件接觸。進(jìn)一步處理晶片的結(jié)合表面，為表面制備所采用的處理根據(jù)要獲得的結(jié)合能量而變化。如果目的是獲得標(biāo)準(zhǔn)結(jié)合能量，也就是說(shuō)相對(duì)較低的結(jié)合能量，可通過(guò)化學(xué)機(jī)械研磨然后清洗來(lái)制備表面。而如果目的是獲得兩個(gè)襯底之間的高結(jié)合能量，表面的制備包括RCA 類(lèi)型的清洗(即適用于清除粒子和碳?xì)浠衔锏腟Cl沖洗(NH4OH, H2O2, H2O)和適用于清除金屬污染物的SC2沖洗(HC1，H2O2, H2O)的結(jié)合)、通過(guò)等離子體的表面活化、和附加的清洗以及后續(xù)的擦光。優(yōu)選地，在可控溫度下進(jìn)行結(jié)合，從而降低兩個(gè)晶片之間的溫度差。結(jié)合曲率的施加也可利用包括位于第一晶片和固定該第一晶片的支撐件之間的隔膜的結(jié)合機(jī)器來(lái)進(jìn)行，該隔膜具有對(duì)應(yīng)于所述預(yù)定結(jié)合曲率的曲率，或利用包括用于第一晶片的固定支撐件的結(jié)合機(jī)器來(lái)進(jìn)行，該固定支撐件具有對(duì)應(yīng)于所述預(yù)定結(jié)合曲率的曲率，在這種情況下該固定支撐件可特別是可變形的，且由該機(jī)器驅(qū)動(dòng)從而適應(yīng)于由其預(yù)先計(jì)算的結(jié)合曲率。第二晶片與第一晶片的接觸以及在結(jié)合波傳播開(kāi)始之前第二晶片的釋放可按上文所述來(lái)進(jìn)行。依靠本發(fā)明的具有針對(duì)徑向未對(duì)準(zhǔn)的補(bǔ)償?shù)慕Y(jié)合方法，能夠?qū)⒌谝痪?00(頂部)結(jié)合到第二晶片200(底部)上，而在微元件110和210之間沒(méi)有顯著的偏移。因此能夠在晶片的整個(gè)表面上均勻地將徑向未對(duì)準(zhǔn)限制到可忽略的值。這樣，即使微元件110和 210的尺寸非常小(例如< Iym)，也可容易地彼此對(duì)準(zhǔn)地形成。這使得能夠例如通過(guò)金屬連接將微元件彼此互相連接，同時(shí)使不良互相連接的風(fēng)險(xiǎn)最小化。
權(quán)利要求
1.一種通過(guò)分子粘附將第一晶片(100)結(jié)合到第二晶片(200)上的方法，所述晶片之間具有初始徑向未對(duì)準(zhǔn)(Dk)，所述方法至少包括接觸步驟，使所述兩個(gè)晶片(100，200)接觸從而啟動(dòng)所述兩個(gè)晶片之間的結(jié)合波的傳播，其特征在于在所述接觸步驟期間，根據(jù)所述初始徑向未對(duì)準(zhǔn)(Dk)在所述兩個(gè)晶片中的至少一個(gè)上施加預(yù)定結(jié)合曲率(Kb)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于在結(jié)合波的傳播期間，所述第二晶片(200) 自由地適應(yīng)于施加在所述第一晶片(100)上的所述預(yù)定結(jié)合曲率(Kb)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于所述晶片(100，200)是直徑為300mm 的圓形硅晶片，每個(gè)晶片包括微元件。
4.根據(jù)權(quán)利要求1到3中任意一項(xiàng)所述的方法，其特征在于在所述晶片(100，200)的結(jié)合之前，所述方法包括以下步驟-測(cè)量要補(bǔ)償?shù)膬蓚€(gè)晶片之間的初始徑向未對(duì)準(zhǔn)(Dk)，-在結(jié)合之前測(cè)量每個(gè)晶片(100,200)的曲率(KijK2),-確定針對(duì)所述兩個(gè)晶片(100，200)之間的所述初始徑向未對(duì)準(zhǔn)(Dk)的補(bǔ)償徑向未對(duì)準(zhǔn)(DJ，-計(jì)算能夠產(chǎn)生所述兩個(gè)晶片之間的所述補(bǔ)償徑向未對(duì)準(zhǔn)(DJ的結(jié)合后曲率(KF。)，-根據(jù)所述計(jì)算的結(jié)合后曲率(KF。)計(jì)算所述預(yù)定結(jié)合曲率(K。)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于利用以下公式計(jì)算所述結(jié)合后曲率KFc = DRc/ (h · R)其中KF。是所述結(jié)合后曲率，DRc是所述補(bǔ)償徑向未對(duì)準(zhǔn)，h是所述第一晶片的厚度，R 是從所述晶片的中心到所述徑向未對(duì)準(zhǔn)的測(cè)量點(diǎn)的距離。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的方法，其特征在于利用以下公式計(jì)算所述預(yù)定結(jié)合曲率Kb = (8^-(^+^))/6其中Kb是所述預(yù)定結(jié)合曲率，K1是所述第一晶片的初始曲率，K2是所述第二晶片的初始曲率，KF。是所述結(jié)合后曲率。
7.根據(jù)權(quán)利要求1到6中任意一項(xiàng)所述的方法，其特征在于該方法包括以下步驟-利用第一固定支撐件(310)和第二固定支撐件(320)分別彼此面對(duì)地固定所述第一晶片(100)和所述第二晶片000)，所述第一支撐件在所述第一晶片上施加所述預(yù)定結(jié)合曲率，-使所述晶片(100，200)接觸，從而發(fā)起所述晶片之間的結(jié)合波的傳播，-在與所述第一晶片(100)接觸之前或期間，從所述第二固定支撐件(320)釋放所述第二晶片(200)，從而在所述結(jié)合波的傳播期間所述第二晶片適應(yīng)于施加到所述第一晶片上的結(jié)合曲率。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于通過(guò)激勵(lì)安裝在所述第一固定支撐件上的起重器(31 將所述預(yù)定結(jié)合曲率(K。)施加到所述第一晶片(100)上。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于通過(guò)所述第一晶片(100)和第一支撐件 (310)之間的隔膜將所述預(yù)定結(jié)合曲率施加到所述第一晶片(100)上，所述隔膜具有對(duì)應(yīng)于所述預(yù)訂結(jié)合曲率的曲率。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于通過(guò)所述第一固定支撐件(310)將所述預(yù)定結(jié)合曲率施加到所述第一晶片(100)上，所述第一固定支撐具有對(duì)應(yīng)于所述預(yù)定結(jié)合曲率的曲率。
11.根據(jù)權(quán)利要求1到10中任意一項(xiàng)所述的方法，其特征在于所述晶片(100，200)的每一個(gè)在其各自的結(jié)合表面上包括微元件(110，210)，所述晶片中的一個(gè)(100)的至少一些微元件要與另一個(gè)晶片(200)的至少一些微元件(210)對(duì)準(zhǔn)。
12.一種用于通過(guò)分子粘附將第一晶片(100)結(jié)合在第二晶片(200)上的裝置(300)， 所述晶片之間具有初始徑向未對(duì)準(zhǔn)(Dk)，所述裝置包括第一和第二固定支撐(310，320)， 用于分別固定所述第一晶片(100)和所述第二晶片000)，其特征在于所述第一固定支撐件包括用于根據(jù)所述初始徑向未對(duì)準(zhǔn)將預(yù)定結(jié)合曲率(K。)施加到所述第一晶片上的施加裝置，所述裝置(300)控制所述第二固定支撐件(320)，從而在與所述第一晶片(100)接觸之前或期間，從所述第二支撐件釋放所述第二晶片(200)，從而在結(jié)合波的傳播期間，所述第二晶片(200)適應(yīng)于施加在所述第一晶片(100)上的結(jié)合曲率。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的裝置(300)，其特征在于包括用于根據(jù)所述初始徑向未對(duì)準(zhǔn)計(jì)算所述預(yù)定結(jié)合曲率(K。)，或根據(jù)所述初始徑向未對(duì)準(zhǔn)(Dk)計(jì)算對(duì)應(yīng)于所述預(yù)定結(jié)合曲率的曲率半徑的計(jì)算裝置。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的裝置(300)，其特征在于所述第一固定支撐件(310)進(jìn)一步包括起重器(312)，該起重器能夠?qū)⑺鲱A(yù)定結(jié)合曲率(K。)施加到所述第一晶片(100) 上，根據(jù)對(duì)應(yīng)于所述預(yù)定結(jié)合曲率(K。)的曲率半徑驅(qū)動(dòng)所述起重器，所述裝置(300)控制所述第二固定支撐件(320)從而在與所述第一晶片(100)接觸之后從所述第二支撐件釋放所述第二晶片000)，從而在結(jié)合波的傳播過(guò)程中，所述第二晶片(200)適應(yīng)于施加在所述第一晶片上的結(jié)合曲率。
15.根據(jù)權(quán)利要求12所述的裝置(300)，其特征在于所述第一固定支撐件具有對(duì)應(yīng)于所述預(yù)定結(jié)合曲率的曲率，或其特征在于所述裝置進(jìn)一步包括所述第一晶片(100)和所述第一固定支撐件之間的隔膜，所述隔膜具有對(duì)應(yīng)于所述預(yù)定結(jié)合曲率(K。)的曲率。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種具有徑向未對(duì)準(zhǔn)補(bǔ)償?shù)姆肿诱掣浇Y(jié)合方法。一種通過(guò)分子粘附將第一晶片(100)結(jié)合到第二晶片(200)上的方法，所述晶片之間具有初始徑向未對(duì)準(zhǔn)，所述方法至少包括一個(gè)使所述兩個(gè)晶片(100，200)接觸從而啟動(dòng)所述兩個(gè)晶片之間的結(jié)合波的傳播的步驟。根據(jù)本發(fā)明，在所述接觸步驟期間，根據(jù)所述初始徑向未對(duì)準(zhǔn)在所述兩個(gè)晶片中的至少一個(gè)上施加預(yù)定結(jié)合曲率(KB)。
文檔編號(hào)H01L21/68GK102315149SQ201110126409
公開(kāi)日2012年1月11日 申請(qǐng)日期2011年5月11日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月7日
發(fā)明者G·戈丹 申請(qǐng)人:S.O.I.Tec絕緣體上硅技術(shù)公司