[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，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、嵌设于第一介质层中的第一金属层以及第一键合垫；在第一介质层远离第一衬底的一侧表面形成第一保护层，以覆盖第一键合垫；将第一待键合晶圆与第一载片晶圆键合，且第一保护层位于第一介质层与第一载片晶圆之间；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二键合垫；通过第二键合垫将第一待键合晶圆与一底晶圆键合；去除第一载片晶圆及第一保护层，使第一键合垫暴露；以及通过第一键合垫将第一待键合晶圆与一第二待键合晶圆键合。该方法能够防止键合垫被键合胶污染，同时在去除键合胶的过程中，能够防止键合垫被损坏。

技术领域

本发明涉及半导体器件及其制造技术领域，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，该技术具有高性能、低成本且高集成度的优点。

目前，一般采用临时键合的方法以实现多片晶圆的堆叠；具体的，先使用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，以实现晶圆的多片堆叠。

然而，晶圆表面的键合垫易被键合胶污染，且在去除键合胶的过程中，键合垫中的铜易与清洗液反应而发生损耗，从而导致相邻两个晶圆上的键合垫无法有效连接。

发明内容

本申请提供的多层晶圆键合方法，能够解决晶圆表面的键合垫易被键合胶污染，且在去除键合胶的过程中，键合垫中的铜易与清洗液反应而发生损耗，从而导致相邻两个晶圆上的键合垫无法有效连接的问题。

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、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，第一键合垫设置于第一键合孔内并通过第一键合孔暴露；在第一介质层远离第一衬底的一侧表面形成第一保护层，以覆盖第一键合垫；将第一待键合晶圆与第一载片晶圆键合，且第一保护层位于第一介质层与第一载片晶圆之间；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二键合垫；通过第二键合垫将第一待键合晶圆与一底晶圆键合；去除第一载片晶圆及第一保护层，使第一键合垫暴露；以及通过第一键合垫将第一待键合晶圆与一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，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、嵌设于第二介质层中的第二金属层以及第二键合垫，其中，第二介质层远离第二衬底的一侧表面开设有第二键合孔，第二键合垫形成于第二键合孔内并通过第二键合孔暴露；在第二介质层远离第二衬底的一侧表面形成保护层，以覆盖第二键合垫；将N个待键合晶圆分别与N个载片晶圆键合，且保护层位于第二介质层与载片晶圆之间；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三键合垫；通过第三键合垫将第一个待键合晶圆与底晶圆键合；去除第一个待键合晶圆的载片晶圆及保护层，使第一个待键合晶圆的第二键合垫暴露；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。