[发明专利]一种利用激光退火改善热键合质量的方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体制造工艺，尤其涉及一种利用激光退火改善热键合质量的方法。

背景技术

热键合（Fusion Bonding）技术被普遍应用于微机电系统（Micro-Electro-Mechanical Systems，MEMS）的3D封装制程中，其基本原理是通过Si-O键实现两片晶圆的互连。

图1示出了现有技术MEMS热键合步骤的工艺流程图。在步骤101中，提供器件晶圆，在器件晶圆表面形成低温氧化物层。所述器件晶圆由半导体衬底和器件组成。采用低工艺温度氧化方法（Low process temperature oxide，LTO）制备所述氧化硅层，工艺温度小于200℃。制备氧化硅层的表面粗糙度(Ra)可达0.35nm。在步骤102中，执行化学机械抛光平坦化（CMP）步骤，以满足热键合工艺对表面平整度的严格要求。在步骤103中，执行热键合工艺，以将所述器件晶圆与其它晶圆接合。

热键合工艺往往要求在晶圆表面制备一层二氧化硅，而对于MEMS器件来说，由于MEMS器件中压力敏感器件等对制程温度的特殊要求。二氧化硅的制备常采用低工艺温度氧化方法（Low process temperature oxide，LTO），温度一般小于200℃。然而，采用LTO方法制备的二氧化硅薄膜，存在致密度差、表面粗糙度高、吸水性高、渗气（out gasing）严重等问题。而这些正是影响键合质量，最终导致键合失败的关键原因。因此，上述问题是改善键合和后续背部研磨工艺过程中出现键合空穴及晶圆剥离的主要努力方向。

目前，LTO方法采用PECVD机台，工艺温度低于200℃。通常有两种方法可用于改善热键合质量，一种方法是采用热氧化生长二氧化硅的方法，但部分MEMS器件在工艺过程中无法承受高于200℃的温度条件。因此，该方法很难实现。另一种方法是改善膜层表面粗糙度，可采用多次沉积加化学机械抛光平坦化（CMP）的方法。虽然上述方法可以降低膜层表面粗糙度，但却增加了成本和循环时间，因此不实用。

因此，急需一种新的制造方法，以克服现有技术中的不足。

发明内容

在发明内容部分中引入了一系列简化形式的概念，这将在具体实施方式部分中进一步详细说明。本发明的发明内容部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。

为了解决现有技术中存在的问题，本发明提出了一种利用激光退火改善热键合质量的方法，包括下列步骤：步骤一、提供器件晶圆；步骤二、在所述器件晶圆表面形成低温氧化物层；步骤三、激光照射所述低温氧化物层；步骤四、重复所述步骤三，直到全部低温氧化物层经过所述激光处理。

优选地，所述激光为高频脉冲激光。

优选地，在执行所述步骤三过程中，特定厚度的所述低温氧化物由固态转变为熔融状态。

优选地，通过改变所述激光的脉冲宽度、脉冲频率和激光强度，实现深度可控，温度可控和熔融范围可控的加热。

优选地，所述激光处理气氛为氧气气氛或者空气气氛。

优选地，在执行所述步骤三之前还包括化学机械抛光平坦化的步骤。

优选地，在执行所述步骤四之后还包括进行热键合工艺的步骤。

综上所示，根据本发明的制造工艺利用激光处理器件晶圆表面低温氧化物层的方法，能有效避免器件热损伤缺陷的产生，处理后氧化物的致密度高，表面粗糙度低，可显著改善热键合质量。

附图说明

本发明的下列附图在此作为本发明的一部分用于理解本发明。附图中示出了本发明的实施例及其描述，用来解释本发明的原理。

附图中：

图1为现有技术热键合的工艺流程图；

图2为根据本发明示例性实施例的方法依次实施的工艺流程图。

具体实施方式

在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。

为了彻底理解本发明，将在下列的描述中提出详细的步骤，以便阐释本发明提出的制造工艺。显然，本发明的施行并不限定于半导体领域的技术人员所熟习的特殊细节。本发明的较佳实施例详细描述如下，然而除了这些详细描述外，本发明还可以具有其他实施方式。