[发明专利]直接键合工艺

说明书

背景技术

本发明涉及利用直接键合(也被称为分子键合)将第一晶圆(载体衬底或晶圆)与至少一个第二晶圆(或衬底)接合而形成的多层结构的制造。这种异质结构尤其用于微电子或光电子。

本发明更特别地涉及在制造多层结构(例如，SOS(蓝宝石(Al₂O₃)上硅)或GaNOS(蓝宝石上GaN)结构)的背景下直接键合半导体晶圆。

通常，使用三维集成(3D集成)技术制作这种多层结构(也被称为多层半导体晶圆)，该3D集成技术涉及将由第二晶圆形成的至少一层转印到被称为最终衬底的第一晶圆，这个层对应于第二晶圆的其中已经形成元件(例如，多个微组件)的一部分，第一晶圆是空白晶圆或包括其它对应元件。

如已知的，第一晶圆(载体晶圆)与第二晶圆的直接键合可在所得到的多层结构中产生各种类型的应变。这种键合可例如在第一晶圆和第二晶圆中产生不均匀的应变，从而更难以将第二晶圆中形成的组件或其它图案与在下面的载体晶圆对准。例如，在专利申请FR 2 965 398中描述了由于不均匀应变导致的这个未对准(或覆盖)的形成机制。

此外，直接键合可在形成多层结构的接合晶圆中产生弓形度(bow)。尤其在热处理期间出现这个弓形度，因为接合在多层结构中的各种晶圆的热性质存在差异(不同的热膨胀系数(TEC)等)。

可提及例如专利申请FR 2 954 585，该专利申请尤其描述了在大约160℃的温度下执行键合加强退火期间的异质结构的行为，该异质结构是通过将第一SOI(绝缘体上硅)晶圆键合至蓝宝石衬底形成的。硅的TEC、SOI结构的主要组分和蓝宝石的TEC之间的差异导致在热处理期间的组件弓形度，使得在该异质结构的边缘处的高脱结应力。

这些应力导致晶圆边缘处不令人满意的转印，从而有可能导致形成过大不规则的“晶冠”(即，第一晶圆没有被转印到载体衬底的区域)，这会尤其导致晶圆边缘处脱落。

此外，专利申请FR 1 153 349描述了以下情况：来自第一衬底(被称为“衬底供体”)的层被转印到第二衬底(被称为“衬底受体”)，第二衬底之前已经经历了各种技术工艺(形成腔体等)。为了转印这个层，将第一衬底和第二衬底直接键合，对由此得到的多层结构进行退火，然后该结构经历化学-机械薄化步骤。最终多层结构中的弓形度主要是由于第二衬底(即，“衬底受体”)中的初始应变导致的，这个初始应变是由于在键合之前第二衬底经历的技术加工步骤(蚀刻、沉积等)导致的。

然而，在多层结构中观察到的这个弓形度效应具有实质缺陷。所产生的应力可尤其导致在直接键合第一晶圆和第二晶圆之后执行的技术加工步骤(热处理等)期间多层结构(部分或完全)脱结或破裂。因此，必须谨慎选择对多层结构执行的后键合技术工艺(热处理，薄化等)的参数，以避免过大应力，从而大幅度增大这些工艺的复杂度和控制它们的难度进而它们的花费。

当例如载体晶圆包括腔体时，为了允许在可接受状况下执行后续技术工艺，制造通常要求多层结构后键合(第一晶圆键合到没有任何组件的载体晶圆)遵守薄化之后的特定弓形度标准。

当前，并没有令人满意的方式用于至少在某个程度上控制通过直接键合而结合的多层结构的晶圆中的弓形度的方向和程度。

发明内容

出于这个目的，本发明涉及一种直接键合工艺，该工艺包括：

-将第一晶圆放置在卡盘的表面上，所述表面包括凹槽；

-在所述凹槽中施加第一压力，所述第一压力小于从所述第一晶圆的被暴露面观察到的第二压力；

-使第二晶圆接触所述第一晶圆的所述被暴露面，然后在保持所述第一压力和所述第二压力的同时，开始键合波在两个晶圆之间的传播。

因此施加的压力差ΔP在第一晶圆中引起局部应力，特别在第一晶圆的键合表面(即，将与第二晶圆键合的表面)处局部变形。在传播键合波期间，第二晶圆适形于由第一晶圆强加的曲率并且进而经受因压力差ΔP引起的局部应力。

向键合界面施加这些局部应力有利地允许在键合之后控制多层结构中的弓形度达到特定程度。如以下更详细说明的，相对于由卡盘表面形成的参考平面，所得到的多层结构中的弓形度系统地是凹形的。

因此，最终结构中的最终弓形度不太取决于第一晶圆和第二晶圆的特定曲率(即，在键合之前)。因此，例如，在同一批中的多个多层结构上，可得到较大的弓形度一致性。

控制多层结构的曲率的方向(在特定程度上，曲率大小)的能力使得可以遵守制造的持续增加的要求并且可以防止有缺陷的键合或脱结，尤其是在后续对多层结构执行技术步骤(热处理等)的情况下。