[发明专利]多层晶圆键合方法

说明书

本申请提供一种多层晶圆键合方法。该方法包括提供第一待键合晶圆和第一载片晶圆；第一待键合晶圆包括第一衬底、位于第一衬底的一侧表面的第一介质层和嵌设于第一介质层中的第一金属层；第一载片晶圆包括第一载片衬底及位于第一载片衬底的一侧表面的第一载片介质层；将第一待键合晶圆与第一载片晶圆键合，且第一介质层与第一载片介质层接触；在第一衬底远离第一介质层的一侧表面形成第二介质层与第一键合垫，且第一键合垫与第一金属层电连接；将第一待键合晶圆的第二介质层与一底晶圆键合；去除第一载片晶圆并将第一介质层与第二待键合晶圆键合。该方法能够提高晶圆与载片晶圆之间的对准精度，且二者键合的稳定性受温度影响较小。

技术领域

本发明涉及半导体器件技术领域，尤其涉及一种多层晶圆键合方法。

背景技术

随着半导体技术的不断发展，3D-IC(三维集成电路)技术得到了广泛的应用，其是利用晶圆级封装技术将不同的晶圆堆叠键合在一起，以形成多层晶圆键合结构。

目前，多层晶圆键合的方法，一般是将两个晶圆正面对正面进行键合，然后在键合后的晶圆背面进行衬底减薄和TSV引线工艺，以得到用于下一步键合工艺的键合垫；之后再在该键合垫上依次进行第二次、第三次.....第N次的两个晶圆正面对正面的键合，以及晶圆背面的衬底减薄和TSV引线工艺，以完成多层晶圆的键合；但晶圆正面对正面的键合不仅会造成布线复杂及产品复杂化，且在衬底背面进行PAD工艺时需要规避器件区域，使得O/I接口减少；同时，对于需要减薄后保留较厚的硅衬底的产品，在其硅衬底的背面开PAD工艺较为困难。为此，本领域技术人员采用临时键合技术以实现多层晶圆的键合及晶圆正面对背面的键合；具体的，先使用临时键合胶将第一待键合晶圆和载片晶圆键合，然后将第一待键合晶圆翻面，并在第一待键合晶圆远离载片晶圆的一侧表面键合第二待键合晶圆；之后去除载片晶圆和键合胶，并在该表面依次键合其它晶圆，以实现晶圆的多层堆叠。

然而，采用临时胶进行临时键合的对准精度较低，且键合稳定性受温度影响较大。

发明内容

本申请提供的多层晶圆键合方法，不仅能够解决晶圆正面对正面的键合所带来的问题，且能够解决采用临时键合胶进行临时键合的对准精度较低，键合稳定性受温度影响较大的问题。

为解决上述技术问题，本申请采用的一个技术方案是：提供一种多层晶圆键合方法。该方法包括：提供第一待键合晶圆；第一待键合晶圆包括：第一衬底、位于第一衬底的一侧表面的第一介质层和嵌设于第一介质层中的第一金属层；提供第一载片晶圆；第一载片晶圆包括：第一载片衬底及位于第一载片衬底的一侧表面的第一载片介质层；将第一待键合晶圆与第一载片晶圆键合，且第一介质层与第一载片介质层接触；在第一衬底远离第一介质层的一侧表面形成第二介质层与第一键合垫，且第一键合垫与第一金属层电连接；将第一待键合晶圆的第二介质层与一底晶圆键合；去除第一载片晶圆以露出第一介质层；以及将第一介质层与第二待键合晶圆键合。

为解决上述技术问题，本申请采用的另一个技术方案是：提供一种多层晶圆键合方法。该方法包括：提供一底晶圆，底晶圆包括：第一衬底、位于第一衬底的一侧表面的第一介质层、嵌设于第一介质层中的第一金属层以及第一键合垫，其中，第一介质层的远离第一衬底的一侧表面设有第一键合孔，第一键合垫形成于第一键合孔内并通过第一键合孔暴露；提供N个待键合晶圆以及N个载片晶圆；其中，待键合晶圆包括：第二衬底、位于第二衬底的一侧表面的第二介质层以及嵌设于第二介质层中的第二金属层；载片晶圆包括：载片衬底以及载片介质层；将N个待键合晶圆分别与N个载片晶圆键合，且第二介质层与载片介质层接触；在N个待键合晶圆的第二衬底远离第二介质层的一侧表面形成第三介质层与第二键合垫，且第二键合垫与第二金属层电连接；将第一个待键合晶圆的第三介质层与底晶圆的第一介质层键合；去除第一个待键合晶圆的载片晶圆以露出第二介质层；以及将其他N-1个待键合晶圆依次键合在第一个待键合晶圆的第二介质层远离第二衬底的一侧表面，且第i个待键合晶圆的第三介质层键合至第i-1个待键合晶圆的第二介质层远离第二衬底的一侧表面；其中，N为大于1的自然数，2≤i≤N。