[发明专利]包括支撑芯片和三维存储器芯片的经翘曲补偿的键合结构

说明书

第一半导体管芯和第二半导体管芯可以增强键合焊盘的对准的方式键合。可通过在第一晶圆的背侧上形成图案化的应力产生膜来补偿包括第一半导体管芯的第一晶圆的非均匀变形。金属凸块部分可通过选择性金属沉积工艺形成在金属键合焊盘的凹形表面上，以减小键合的金属键合焊盘对之间的间隙。可在光刻曝光工具中采用移轴操作来调节半导体管芯上的焊盘到焊盘间距，以与另一个半导体管芯的焊盘到焊盘间距匹配。可采用被配置为在晶圆上提供非均匀位移的卡盘来将晶圆保持在成型的形状，以用于在匹配的成型位置中与另一个晶圆键合。可采用独立的高度控制的销来将晶圆保持在非平面构型中。

相关申请

本申请要求2019年1月31日提交的美国非临时专利申请序列号16/263,058和16/263,086的优先权权益，并且这些申请的全部内容以引用方式并入本文。

技术领域

本公开整体涉及半导体器件领域，并且具体地涉及包括支撑管芯和三维存储器管芯的经翘曲补偿的键合结构及其制造方法。

背景技术

每个单元具有一个位的三维垂直NAND串在T.Endoh等人的标题为“具有堆叠环绕式栅极晶体管(S-SGT)结构化单元的新型超高密度存储器(Novel Ultra High DensityMemory With A Stacked-Surrounding Gate Transistor(S-SGT)Structured Cell)”，IEDM Proc.(2001)33-36的文章中公开。

发明内容

根据本公开的一个方面，提供了一种形成半导体结构的方法，该方法包括：在第一晶圆上形成多个第一半导体管芯，其中该第一晶圆由于多个第一半导体管芯所产生的应力而发生应变；在该第一晶圆的背侧上沉积应力产生膜；利用围绕穿过该第一晶圆的几何中心的垂直轴线不具有连续旋转对称性的图案来图案化该应力产生膜，其中经图案化的应力产生膜设置在该第一晶圆的背侧上；提供包括多个第二半导体管芯的第二晶圆；以及当该经图案化的应力产生膜存在于该第一晶圆的背侧上时，将该第二晶圆键合到该第一晶圆。

根据本公开的另一方面，提供了一种形成半导体结构的方法，该方法包括：提供第一半导体管芯，该第一半导体管芯包括第一半导体器件、第一金属互连结构和具有第一凹形顶表面的第一金属键合焊盘；通过在该第一金属键合焊盘的该第一凹形顶表面上选择性地沉积金属材料将金属凸块部分直接形成在该第一金属键合焊盘的第一凹形顶表面上；提供第二半导体管芯，该第二半导体管芯包括第二半导体器件、第二金属互连结构和第二金属键合焊盘；以及通过经由金属间键合将该第二金属键合焊盘键合至该金属凸块部分来将该第二半导体管芯附接到该第一半导体管芯。

根据本公开的又一方面，提供了一种形成半导体结构的方法，该方法包括：提供第一半导体管芯，该第一半导体管芯包括第一半导体器件、第一金属互连结构和以第一焊盘到焊盘间距横向间隔开的第一金属键合焊盘；提供第二半导体管芯，该第二半导体管芯包括第二半导体器件和第二金属互连结构；以及采用光刻曝光工艺以第二焊盘到焊盘间距在该第二金属互连结构上形成第二金属键合焊盘，在该光刻曝光工艺中对曝光工具的透镜执行移轴操作，其中该光刻工艺限定用于该第二金属键合焊盘的图案。

根据本公开的又一方面，提供了一种形成半导体结构的方法，该方法包括：在第一晶圆上形成多个第一半导体管芯，其中该第一晶圆由于多个第一半导体管芯所产生的应力而具有非平坦背侧表面；将该第一晶圆设置在第一卡盘上，其中该第一卡盘包括多个第一销，该多个第一销被配置为提供该第一晶圆的非平坦背侧表面从该第一卡盘的平坦顶表面的局部竖直位移；将非均匀的竖直位移提供给第一销以向第一晶圆提供结构支撑；将包括多个第二半导体管芯的第二晶圆设置在该第一晶圆上方；以及在该第一晶圆设置在该第一卡盘上方时，将该多个第二半导体管芯键合到该多个第一半导体管芯。