一種晶圓鍵合工藝的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種晶圓鍵合工藝。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展以及消費電子市場的驅(qū)動，封裝技術(shù)向更輕、更薄、體積更小、電熱性能更優(yōu)良的方向發(fā)展。芯片封裝工藝由逐個芯片封裝向圓片級封裝轉(zhuǎn)變，而晶圓級芯片尺寸封裝(Wafer Level Chip Scale Package，簡稱WLCSP)因具有高密度、可靠性高，較小的封裝尺寸，較佳的電性表現(xiàn)，較容易組裝制程，降低整體生產(chǎn)成本等優(yōu)點而正好滿足封裝工藝的要求而逐漸成為目前最先進也是最重要的封裝形式之一。
[0003]目前，晶圓級芯片尺寸封裝廣泛的應(yīng)用于消費類芯片產(chǎn)品的封裝，但是現(xiàn)有的晶圓鍵合工藝難以滿足WLCSP封裝所需的鍵合強度。現(xiàn)行的晶圓鍵合工藝所生產(chǎn)的晶圓在WLCSP封裝過程中，出現(xiàn)晶圓鍵合界面有裂縫的現(xiàn)象，這是本領(lǐng)域技術(shù)人員所不愿看到的。
[0004]因此，如何找到一種晶圓鍵合工藝，以提高晶圓鍵合強度，消除WLCSP封裝過程中晶圓鍵合界面有裂縫的現(xiàn)象成為本領(lǐng)域技術(shù)人員致力于研究的方向。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對上述存在的問題，本發(fā)明公開一種晶圓鍵合工藝，包括如下步驟:
[0006]提供第一晶圓；
[0007]于所述第一晶圓上表面制備一 TEOS層；
[0008]提供第二晶圓；
[0009]于所述第二晶圓的上表面形成一氧化層；
[0010]沉積一氮化硅層，以將所述氧化層的上表面予以覆蓋；
[0011]以所述氮化硅層和所述TEOS層為鍵合面，將所述第一晶圓與所述第二晶圓鍵合。
[0012]作為一個優(yōu)選的實施例，上述的晶圓鍵合工藝中:
[0013]所述氧化層為氧化硅層。
[0014]作為一個優(yōu)選的實施例，上述的晶圓鍵合工藝中:
[0015]通過熱氧化工藝于所述第二晶圓的上表面形成所述氧化層。
[0016]作為一個優(yōu)選的實施例，上述的晶圓鍵合工藝還包括:
[0017]分別對所述TEOS層和所述氮化硅層進行平坦化處理之后，將所述第一晶圓與所述第二晶圓鍵合。
[0018]作為一個優(yōu)選的實施例，上述的晶圓鍵合工藝中:
[0019]采用化學(xué)機械拋光工藝分別對所述TEOS層和所述氮化硅層進行平坦化處理。
[0020]作為一個優(yōu)選的實施例，上述的晶圓鍵合工藝中:
[0021]采用化學(xué)氣相沉積法沉積所述氮化硅層。
[0022]作為一個優(yōu)選的實施例，上述的晶圓鍵合工藝中:
[0023]采用混合鍵合工藝以所述氮化硅層和所述TEOS層為鍵合面將所述第一晶圓與所述第二晶圓鍵合。
[0024]作為一個優(yōu)選的實施例，上述的晶圓鍵合工藝中:
[0025]所述晶圓鍵合工藝應(yīng)用于晶圓級芯片尺寸封裝工藝中。
[0026]本發(fā)明公開的晶圓鍵合工藝，通過于第二晶圓的氧化層之上沉積氮化硅層作為第二晶圓與第一晶圓的TEOS層鍵合的鍵合面，使得晶圓鍵合界面處的單位面積化學(xué)鍵濃度增加，從而可以顯著提高晶圓鍵合強度，消除WLCSP封裝過程中晶圓鍵合界面有裂縫的現(xiàn)象，進而可以滿足新型WLCSP封裝工藝的要求。
【附圖說明】
[0027]通過閱讀參照以下附圖對非限制性實施例所作的詳細(xì)描述，本發(fā)明及其特征、夕卜形和優(yōu)點將會變得更加明顯。在全部附圖中相同的標(biāo)記指示相同的部分。并未可以按照比例繪制附圖，重點在于示出本發(fā)明的主旨。
[0028]圖1-6是本發(fā)明實施例中晶圓鍵合工藝的流程結(jié)構(gòu)示意圖；
[0029]圖7是本發(fā)明實施例中晶圓鍵合工藝的流程示意圖；
[0030]圖8a是采用傳統(tǒng)的晶圓鍵合工藝進行WLCSP封裝后的鍵合界面的電子顯微鏡示意圖；
[0031]圖Sb是采用本發(fā)明的晶圓鍵合工藝進行WLCSP封裝后的鍵合界面的電子顯微鏡示意圖。
【具體實施方式】
[0032]下面結(jié)合附圖和具體的實施例對本發(fā)明作進一步的說明，但是不作為本發(fā)明的限定。
[0033]如圖7所示，本實施例提供了一種晶圓鍵合工藝，可應(yīng)用于晶圓級芯片尺寸封裝工藝中，具體包括如下步驟:
[0034]步驟SI，提供第一晶圓101，該第一晶圓101包括襯底層和介質(zhì)層(襯底層和介質(zhì)層圖中均未標(biāo)示)，襯底層可為內(nèi)設(shè)晶體管單元(MOSFET Cell)的硅襯底層，介質(zhì)層(例如后段制程層或互連多層)內(nèi)設(shè)置有金屬互連線，硅襯底層中晶體管的各個電極都相應(yīng)耦合連接到介質(zhì)層內(nèi)的與之對應(yīng)的金屬互連線上，由于襯底層、介質(zhì)層和金屬互連線均非本發(fā)明改進的重點，為了減少不必要的重復(fù)，在此便不予贅述，如圖1所示的結(jié)構(gòu)。
[0035]步驟S2，于第一晶圓101上表面制備TEOS (四乙基原硅酸鹽)層102，在本發(fā)明的一個實施例中，采用化學(xué)氣相沉積(例如低壓化學(xué)氣相沉積)的方法于第一晶圓101上表面制備該TEOS層102，形成如圖2所示的結(jié)構(gòu)。
[0036]在本發(fā)明一個優(yōu)選的實施例中，在形成該TEOS層102之后，還包括對該TEOS層102進行平坦化處理的步驟，以提高晶圓鍵合的精度，進一步的，可采用化學(xué)機械拋光法(Chemial mechanical planarizat1n，簡稱 CMP)對 TEOS 層 102 進行平坦化處理。
[0037]步驟S3，提供第二晶圓201，該第二晶圓201可以為已制備有若干半導(dǎo)體器件的晶圓，如圖3所示的結(jié)構(gòu)。
[0038]步驟S4，于第二晶圓201的上表面形成一氧化層202，形成如圖4所示的結(jié)構(gòu)。
[0039]在本發(fā)明一個優(yōu)選的實施例中，該氧化層202為氧化硅層。
[0040]在本發(fā)明一個優(yōu)選的實施例中，通過熱氧化工藝于第二晶圓201的上表面形成氧化層202，也就是說，該氧化層202為熱氧化層(Thermal Oxide)。
[0041]步驟S5，沉積一氮化硅層203以將氧化層202的上表面予以覆蓋；在本發(fā)明的實施例中，可以采用化學(xué)氣相沉積法沉積氮化硅層203，形成如圖5所示的結(jié)構(gòu)。
[0042]在本發(fā)明一個優(yōu)選的實施例中，在形成該氮化硅層203之后，還包括對該氮化硅層203進行平坦化處理的步驟，以提高晶圓鍵合的精度，進一步的，可采用化學(xué)機械拋光法對氮化硅層203進行平坦化處理。
[0043]顯而易見的，步驟S1、步驟S2和步驟S3、步驟S4、步驟S5的順序是可以互換的，即可以先進行步驟S3、步驟S4、步驟S5，再進行步驟S1、步驟S2，也可以根據(jù)具體需求在步驟之間進行調(diào)整，只要不影響本發(fā)明的目的即可。
[0044]步驟S6，以氮化硅層203和TEOS層102為鍵合面鍵合第一晶圓101和第二晶圓201，形成如圖6所示的結(jié)構(gòu)。
[0045]在本發(fā)明一個優(yōu)選的實施例中，采用混合鍵合工藝以氮化硅層203和TEOS層102為鍵合面鍵合第一晶圓101和第二晶圓201。
[0046]具體的，鍵合第一晶圓101和所述第二晶圓201的步驟可以為:在將第一晶圓101倒置后，使得第一晶圓101和第二晶圓201面對面接觸，之后采用混合鍵合工藝或者其他鍵合工藝將位于TEOS層102的上表面和位于第二晶圓201上的氮化硅層203的上表面鍵合在一起，然后采用減薄工藝對第一晶圓101的襯底進行減薄，形成鍵合晶圓。
[0047]在經(jīng)過WLCSP封裝后，如圖8a和圖8b虛線所包含部分對比可知，本發(fā)明所采用的晶圓鍵合工藝在進行WLCSP封裝后的鍵合界面裂縫較傳統(tǒng)鍵合工藝明顯消除，這是由于氮化硅鍵合面比熱氧化層鍵合面上未飽和成鍵的Si原子多，從而在晶圓鍵合過程中形成更多地硅羥基(S1-OH)，那么晶圓鍵合界面處單位面積化學(xué)鍵濃度增加，從而使得晶圓鍵合強度顯著增強
[0048]實踐證明，本發(fā)明這種由氮化硅鍵合面和TEOS鍵合面組成的晶圓鍵合工藝，可以將晶圓鍵合強度由傳統(tǒng)工藝的0.85J/m2提高到2.25J/m2，從而可以滿足新型封裝工藝所需的晶圓鍵合強度。
[0049]綜上，本發(fā)明公開的晶圓鍵合工藝，通過于第二晶圓的氧化層之上沉積氮化硅層作為第二晶圓與第一晶圓的TEOS層鍵合的鍵合面，而可以顯著提高晶圓鍵合強度，消除WLCSP封裝過程中晶圓鍵合界面有裂縫的現(xiàn)象，進而可以滿足新型WLCSP封裝工藝的要求。
[0050]本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該理解，本領(lǐng)域技術(shù)人員在結(jié)合現(xiàn)有技術(shù)以及上述實施例可以實現(xiàn)變化例，在此不做贅述。這樣的變化例并不影響本發(fā)明的實質(zhì)內(nèi)容，在此不予贅述。
[0051]以上對本發(fā)明的較佳實施例進行了描述。需要理解的是，本發(fā)明并不局限于上述特定實施方式，其中未盡詳細(xì)描述的設(shè)備和結(jié)構(gòu)應(yīng)該理解為用本領(lǐng)域中的普通方式予以實施；任何熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明技術(shù)方案范圍情況下，都可利用上述揭示的方法和技術(shù)內(nèi)容對本發(fā)明技術(shù)方案作出許多可能的變動和修飾，或修改為等同變化的等效實施例，這并不影響本發(fā)明的實質(zhì)內(nèi)容。因此，凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實質(zhì)對以上實施例所做的任何簡單修改、等同變化及修飾，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案保護的范圍內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種晶圓鍵合工藝，其特征在于，包括如下步驟: 提供第一晶圓； 于所述第一晶圓上表面制備一 TEOS層； 提供第二晶圓； 于所述第二晶圓的上表面形成一氧化層； 沉積一氮化硅層，以將所述氧化層的上表面予以覆蓋； 以所述氮化硅層和所述TEOS層為鍵合面，將所述第一晶圓與所述第二晶圓鍵合。2.如權(quán)利要求1所述的晶圓鍵合工藝，其特征在于，所述氧化層為氧化硅層。3.如權(quán)利要求1所述的晶圓鍵合工藝，其特征在于，通過熱氧化工藝于所述第二晶圓的上表面形成所述氧化層。4.如權(quán)利要求1所述的晶圓鍵合工藝，其特征在于，所述工藝還包括: 分別對所述TEOS層和所述氮化硅層進行平坦化處理之后，將所述第一晶圓與所述第二晶圓鍵合。5.如權(quán)利要求4所述的晶圓鍵合工藝，其特征在于，采用化學(xué)機械拋光工藝分別對所述TEOS層和所述氮化硅層進行平坦化處理。6.如權(quán)利要求1所述的晶圓鍵合工藝，其特征在于，采用化學(xué)氣相沉積法沉積所述氮化娃層。7.如權(quán)利要求1所述的晶圓鍵合工藝，其特征在于，采用混合鍵合工藝以所述氮化硅層和所述TEOS層為鍵合面將所述第一晶圓與所述第二晶圓鍵合。8.如權(quán)利要求1所述的晶圓鍵合工藝，其特征在于，所述晶圓鍵合工藝應(yīng)用于晶圓級芯片尺寸封裝工藝中。
【專利摘要】本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種晶圓鍵合工藝，包括如下步驟：提供第一晶圓；于所述第一晶圓上表面制備一TEOS層；提供第二晶圓；于所述第二晶圓的上表面形成一氧化層；沉積一氮化硅層以將所述氧化層的上表面予以覆蓋；以所述氮化硅層和所述TEOS層為鍵合面鍵合所述第一晶圓和所述第二晶圓。本發(fā)明通過于第二晶圓的氧化層之上沉積氮化硅層作為第二晶圓與第一晶圓的TEOS層鍵合的鍵合面，使得晶圓鍵合界面處的單位面積化學(xué)鍵濃度增加，從而可以顯著提高晶圓鍵合強度，消除WLCSP封裝過程中晶圓鍵合界面有裂縫的現(xiàn)象，進而可以滿足新型WLCSP封裝工藝的要求。
【IPC分類】H01L21/316, H01L21/603
【公開號】CN105140143
【申請?zhí)枴緾N201510459577
【發(fā)明人】王言虹, 王前文, 胡勝, 孫鵬
【申請人】武漢新芯集成電路制造有限公司
【公開日】2015年12月9日
【申請日】2015年7月30日