半导体器件的形成方法技术

本发明专利技术提供一种半导体器件的形成方法，包括：在向半导体衬底内的凹槽，以及半导体衬底上形成金属材料层后，采用车刀切割工艺去除部分金属材料层，使得凹槽内的金属材料层表面与半导体衬底表面齐平；之后，使两块半导体衬底键合连接。采用车刀切割工艺去除部分金属材料层后，剩余的金属材料层表面的晶粒排列杂乱，在晶粒中出现大量的断层，晶粒的晶胞呈畸形，并在晶胞中出现大量原子空缺，上述结构在后续键合过程中，可提高两块半导体衬底上的金属材料层之间的原子扩散效率，从而在确保金属材料层之间键合强度的同时，可有效降低键合工艺的温度，从而避免过高温度造成半导体衬底以及半导体衬底内的器件损伤。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体形成领域，尤其是涉及一种。
技术介绍
伴随着信息产业的飞速发展，集成电路的特征尺寸(CD)不断减小，集成电路芯片的制作工艺也不断细微化。集成电路芯片制备工艺的发展促使集成电路封装技术不断追求对更高性能、更多功能、更小尺寸、更低功耗和成本的需求。在3D (3-dimens1nal)集成电路封装技术发展中，键合技术时常用的封装技术。参考图1?4所示，所谓键合技术包括:当在晶圆10上形成凹槽11，并在所述凹槽11内填充满金属材料12后，采用CMP等工艺去除所述晶圆10表面多余的金属材料，使得凹槽11内的金属材料层13表面与所述晶圆10表面齐平；之后，将两片晶圆10叠合，其中两片晶圆10的金属材料层13的表面贴合，在两片晶圆10间施以高温高压，两片晶圆10的金属材料层间发生原子扩散，以实现两片晶圆10的金属材料层10键合连接，完成两片晶圆10封装。然而，在实际操作过程中，键合技术所采用的温度较高。如常用的金属材料为铜的键合技术中，键合工艺采用的温度高达400°C以上。在键合过程中，基于高温高压作用，晶圆局部容易出现膨胀和翘曲现象，这不仅会影响键合的效果(如两片晶圆的金属材料层出现对准精度偏移)，而且还会损伤晶圆以及晶圆内的器件性能，从而造成最终成型的半导体器件的性能缺陷。为此，封装键合过程中，在确保键合技术效果的同时，如何降低键合工艺条件，从而避免如高温等条件造成晶圆出现形变等缺陷是本领域技术人员亟需解决的问题。
技术实现思路
本专利技术解决的问题是提供一种，在封装的键合工艺中，降低键合工艺的条件要求，避免半导体衬底出现形变等缺陷的概率，以提高键合工艺后的半导体器件的性能。为解决上述问题，本专利技术提供一种，包括:提供半导体衬底；在所述半导体衬底中形成凹槽；在所述凹槽中填充金属材料层；采用车刀切割去除部分所述金属材料层，使得所述凹槽内的剩余金属材料层表面与所述半导体衬底表面齐平；使两块所述半导体衬底键合连接，键合时将两块所述半导体衬底相对堆叠且两块半导体衬底内的金属材料层表面相互贴合。可选地，所述键合连接的工艺参数包括:温度为150?250°C，压强为3?7MPa，持续时间为20?60min。可选地，所述车刀切割的工艺参数包括:控制刀具的主轴转速为1000?3500rpm，进刀量为10?30m/min,背刀量为0.5?3 μ m。可选地，所述车刀切割采用的刀具的材料为金刚石。可选地,所述车刀切割采用的刀具为圆形,且直径为2?5mm。可选地，在所述键合工艺后，还包括:进行退火工艺。可选地，所述退火工艺的温度大于键合工艺的温度。可选地，所述退火工艺的温度小于或等于300°C，退火时间为40?80min。可选地，在所述车刀切割后，还包括:清洗所述金属材料层。可选地，清洗所述金属材料层的清洗液包括柠檬酸溶液。可选地，所述金属材料层为铜层，在所述凹槽中填充金属材料层的步骤包括:在所述凹槽底部以及侧壁形成铜籽晶层；采用电镀工艺在所述凹槽内填充满铜。可选地，采用车刀切割去除部分所述金属材料层的步骤包括:使车刀切割后金属材料层表面的粗糙度Ra ^ 0.02 μ m。与现有技术相比，本专利技术的技术方案具有以下优点:在向半导体衬底内的凹槽，以及半导体衬底上形成金属材料层后，采用车刀切割工艺去除部分金属材料层，使得所述凹槽内的金属材料层表面与所述半导体衬底表面齐平，之后，再采用键合技术使两块半导体衬底的金属材料层键合连接。上述技术方案中，采用车刀切割工艺去除所述部分金属材料层后，在剩余的金属材料层表面的晶粒排列杂乱，在晶粒中出现大量的断层，晶粒的晶胞畸形，并在晶胞中出现大量原子空缺，上述结构使得在后续的键合过程中，可大大提高两块半导体衬底上的金属材料层之间的原子扩散效率，从而在确保金属材料层之间键合强度的同时，相比于现有技术，可降低键合工艺的条件(如降低键合工艺的温度)，从而避免过于苛刻的键合工艺条件，造成半导体衬底以及半导体衬底上的半导体器件的损伤。进一步，本专利技术实施例中，键合连接的工艺的温度为150?250°C，远低于现有键合工艺控制温度，从而避免键合连接工艺温度过高而造成半导体衬底出现形变，进而减少半导体衬底上的半导体器件出现损坏的缺陷。【附图说明】图1?图4现有半导体器件的结构示意图；图5至图10是本专利技术的一个实施例的示意图；图11是现有采用CMP工艺后的铜表面结构的电镜图；图12是本专利技术中采用的车刀切割工艺后的铜表面结构的电镜图。【具体实施方式】正如
技术介绍
中所述，在IC封装的键合技术的条件要求苛刻，如较高的温度(铜键合工艺的温度高达400°C )会造成诸如半导体衬底出现形变，半导体衬底上的半导体器件损坏等缺陷，从而影响最终形成的半导体器件的性能。为此，本专利技术提供了一种。为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本专利技术的具体实施例作详细的说明。附图5?附图9为本实施例提供的的结构示意图。先参考图5所示，本实施例提供的，包括:提供半导体衬底。本实施例中，所述半导体衬底包括半导体基底20以及半导体基底20上方的介质层21。所述半导体基底20的材料为硅，所述介质层21的材料为氧化硅。所述介质层21的形成工艺可选为CVD (Chemical Vapor Deposit1n,化学气相沉积)。除本实施例外的其他实施例中，所述半导体基底20也可以是锗、锗硅、砷化镓衬底或绝缘体上硅衬底；所述介质层21的材料也可为碳化硅、碳氮化硅等。而所述介质层21的形成工艺可以为ALD(Atomic layer deposit1n,原子层沉积工艺),常见的半导体基底、介质层材料，以及介质层的形成工艺可在本专利技术中使用，其并不限定本专利技术的保护范围。继续参考图5所示，在所述介质层21内开设凹槽22，用于在后续步骤中填充金属材料。所述凹槽22的形成工艺包括先在所述介质层21上形成光刻胶层，之后采用曝光、显影技术，在所述光刻胶层内形成光刻胶图案，并以所述光刻胶图案为掩模刻蚀所述介质层，以形成所述凹槽22。所述曝光、显影以及刻蚀工艺均为本领域的成熟技术在此不再赘述。接着，结合参考图6和图7所示，在所述凹槽22以及介质层21表面形成金属材料层，所述金属材料层填充满所述凹槽22。本实施例中，所述金属材料层为铜层，但是本专利技术对金属材料层的材料不作限制，还可以是铝。具体地，所述铜层的具体形成工艺包括:先参考图6所示，采用PVD (物理气相沉积)在所述凹槽22底部和侧壁，以及介质层21的表面形成一层铜籽晶层23 ;参考图7所示，之后，将形成有所述铜籽晶层23的半导体衬底置入电镀设备中，采用铜电镀工艺在所述铜籽晶层23的上直接生长铜层24，所述铜层24填充满所述凹槽22。在上述铜层形成过程中，所述铜籽晶层23可有效提高后续填充满所述凹槽22内的铜层的形成速率。本实施例中，在所述介质层21表面留有余量厚度的铜层24，以确保铜层24完全填充满所述凹槽22。本实施例中，可选地，所述介质层21表面的铜层厚度小于或等于0.5 μ m。结合参考图8和图9所示，在形成所述铜层24后，采用车刀切割工艺，去除部分所述铜层24，使得所述凹槽22内的剩余铜层25的表面与所述介质层21的表面齐平。本实施例中，所述车刀切割工艺采用的刀具50的为金本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种半导体器件的形成方法，其特征在于：包括：提供半导体衬底；在所述半导体衬底中形成凹槽；在所述凹槽中填充金属材料层；采用车刀切割去除部分所述金属材料层，使得所述凹槽内的剩余金属材料层表面与所述半导体衬底表面齐平；使两块所述半导体衬底键合连接，键合时将两块所述半导体衬底相对堆叠且两块半导体衬底内的金属材料层表面相互贴合。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：施林波，陈福成，
申请(专利权)人：中芯国际集成电路制造上海有限公司，中芯国际集成电路制造北京有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31