[发明专利]一种抑制晶圆混合键合中铜电迁移的方法

说明书

本发明公开了一种抑制晶圆混合键合中铜电迁移的方法，方法包括以下步骤：在至少两个半导体衬底之上形成金属层；对半导体衬底执行化学机械抛光，从而在金属层上形成多个凹陷；在具有多个凹陷的金属层上镀敷石墨烯；以及对至少两个半导体衬底进行热处理，使得金属层通过石墨烯进行键合。本发明首先控制形成特定高度的凹陷，随后将单层石墨烯精确地转移至凹陷中形成盖敷层，然后通过晶圆混合键合的方法进行晶圆键合，最后在一定温度下进行热处理，这样就可抑制铜的电迁移。

技术领域

本发明涉及一种晶圆混合键合的方法，特别涉及一种抑制晶圆混合键合中铜电迁移的方法。

背景技术

用于晶圆接合的新改进在3D IC结构中日益重要。在晶圆接合时，在不需要中介衬底或器件的情况下，两个半导体晶圆被接合到一起以形成三维堆叠件。在需要两种不同晶圆类型的应用中，该方法可以提供在一个封装中具有两个功能器件的单个器件。在一个特定应用中，CMOS图像传感器、包括图像传感器阵列的衬底可以被接合到电路晶圆上，以提供包括在与传感器阵列相同的电路板区域中实现图像传感器所需的所有电路的3D IC系统，在单个封装的集成电路器件中提供完整图像传感方案。

先前已知的晶圆接合方法包括氧化物-氧化物或者熔融接合、以及使用热压接合的金属到金属接合，在高压下并且使用高温执行该热压接合。这些现有方法在器件上引入高机械应力和热应力，或者不能提供所需的金属到金属连接。

如CN104051288这样的现有技术使用如下方法实现键合：在至少两个半导体衬底之上的介电层中形成金属焊盘层；对所述半导体衬底执行化学机械抛光，以暴露所述金属焊盘层的表面，并且平坦化所述介电层，以在每个所述半导体衬底上形成接合表面；对所述至少两个半导体衬底执行氧化工艺，以氧化所述金属焊盘层，从而形成金属氧化物；执行蚀刻，以去除所述金属氧化物，从所述至少两个半导体衬底的每一个的所述介电层的所述接合表面中暴露出所述金属焊盘层的表面；将所述至少两个半导体衬底的所述接合表面物理接触；以及执行热退火，以在所述半导体衬底的所述金属焊盘层之间形成接合。使用上述方法存在如下缺陷：在退火之前，金属层中存在化学机械抛光过程中产生的凹陷，在键合过程中由于铜受热膨胀之后并不能完全填充上述凹陷，所以在铜层之间将出现数个孔洞，从而导致铜不能有效互联，降低成品的电连接稳定性。

公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

发明内容

本发明的目的在于提供一种抑制晶圆混合键合中铜电迁移的方法，从而克服现有救赎的缺点。

为实现上述目的，本发明提供了一种抑制晶圆混合键合中铜电迁移的方法，其特征在于：方法包括以下步骤：在至少两个半导体衬底之上形成金属层；对半导体衬底执行化学机械抛光，从而在金属层上形成多个凹陷；在具有多个凹陷的金属层上镀敷石墨烯；以及对至少两个半导体衬底进行热处理，使得金属层通过石墨烯进行键合。

优选地，上述技术方案中，金属层为铜层。

优选地，上述技术方案中，形成金属层的工艺为物理气相沉积。

优选地，上述技术方案中，镀敷石墨烯的具体方法是：使用石墨烯分散液将单层石墨烯镀敷到金属层的凹陷中。

优选地，上述技术方案中，石墨烯的厚度约为0.34nm。