[发明专利]三维堆栈式CIS及其键合方法

说明书

一种三维堆栈式CIS及其键合方法，所述方法包括：提供第一半导体衬底以及第二半导体衬底，所述第一半导体衬底的正面形成有第一衬垫，所述第二半导体衬底的正面形成有第二衬垫，所述第二衬垫与所述第一衬垫的位置一一对应；在所述第一衬垫的表面涂覆第一助焊剂层；将金属球粘附于所述第一助焊剂层的表面；在所述第二衬垫的表面涂覆第二助焊剂层；将所述第一半导体衬底的正面以及所述第二半导体衬底的正面对准并进行键合；对所述第一半导体衬底以及所述第二半导体衬底进行加热至所述金属球的至少一部分被熔化。本发明方案可以有效地降低空洞对键合效果的影响，提高键合品质。

技术领域

本发明涉及半导体制造技术领域，尤其涉及一种三维堆栈式CIS及其键合方法。

背景技术

图像传感器是摄像设备的核心部件，通过将光信号转换成电信号实现图像拍摄功能。以互补金属氧化物半导体图像传感器(CMOS Image Sensors，CIS)器件为例，由于其具有低功耗和高信噪比的优点，因此在各种领域内得到了广泛应用。

3维堆栈式(3D-Stack)CIS被开发出来，以支持对更高质量影像的需求。具体而言，三维堆栈式CIS可以对逻辑晶圆以及像素晶圆分别进行制作，进而将所述逻辑晶圆的正面以及所述像素晶圆的正面键合，由于像素部分和逻辑电路部分相互独立，因此可针对高画质的需求对像素部分进行优化，针对高性能的需求对逻辑电路部分进行优化。

在具体实施中，可以采用穿透硅通孔(Through Silicon Via，TSV)技术在逻辑晶圆与像素晶圆内分别形成金属互连结构，进而在晶圆之间进行垂直导通，实现晶圆之间的互连功能。

在现有的三维堆栈式CIS的键合工艺中，需要对两个半导体衬底进行键合。具体地，可以在两个半导体衬底内分别形成逻辑器件以及像素器件，然后在两个半导体衬底的表面，采用化学机械研磨(Chemical Mechanical Polishing，CMP)工艺形成齐平的铜衬垫，进而施加一定的压力，对两个半导体衬底进行键合并使铜衬垫之间实现互连。

然而，在现有技术中，经过CMP后，铜衬垫的表面往往会出现凹陷，如果后续键合压力不够或凹陷过大，会导致晶圆键合后接触面出现空洞(Void)，影响键合效果。

发明内容

本发明解决的技术问题是提供一种三维堆栈式CIS及其键合方法，可以有效地降低空洞对键合效果的影响，提高键合品质。

为解决上述技术问题，本发明实施例提供一种三维堆栈式CIS的键合方法，包括：提供第一半导体衬底以及第二半导体衬底，所述第一半导体衬底的正面形成有第一衬垫，所述第二半导体衬底的正面形成有第二衬垫，所述第二衬垫与所述第一衬垫的位置一一对应；在所述第一衬垫的表面涂覆第一助焊剂层；将金属球粘附于所述第一助焊剂层的表面；在所述第二衬垫的表面涂覆第二助焊剂层；将所述第一半导体衬底的正面以及所述第二半导体衬底的正面对准并进行键合；对所述第一半导体衬底以及所述第二半导体衬底进行加热至所述金属球的至少一部分被熔化。

可选的，所述第一助焊剂层与所述第二助焊剂层的材料为免洗助焊剂。

可选的，所述第一衬垫的表面涂覆第一助焊剂层包括：将第一模具放置于所述第一半导体衬底的上方，向所述第一半导体衬底提供所述第一助焊剂；其中，所述第一模具具有中空的第一孔洞，所述第一孔洞与所述第一衬垫一一对应，所述第一助焊剂穿过所述第一孔洞落至所述第一衬垫的表面，以形成第一助焊剂层。

可选的，所述第一孔洞的图案与所述第一衬垫的图案相同。

可选的，将金属球粘附于所述第一助焊剂层的表面包括：将第二模具放置于所述第一半导体衬底的上方，向所述第一半导体衬底提供所述金属球；其中，所述第二模具具有中空的第二孔洞，所述第二孔洞与所述第一衬垫一一对应，所述金属球穿过所述第二孔洞落至所述第一助焊剂层的表面，并粘附于所述第一助焊剂层的表面。