获得绝缘层厚度的方法以及晶圆级键合封装方法技术

一种获得绝缘层厚度的方法以及晶圆级键合封装方法，获得绝缘层厚度的方法包括：提供待键合晶圆；在待键合晶圆上形成连接金属层；形成覆盖连接金属层和待键合晶圆表面的绝缘层；在绝缘层中形成贯穿绝缘层的键合层；测量待键合晶圆的翘曲度；重复以上步骤，在若干待键合晶圆上分别形成不同厚度的绝缘层并分别测量翘曲度；通过多个绝缘层厚度以及相对应的翘曲度进行拟合，获得翘曲度归一化线性表达式；根据线性表达式获得与翘曲度目标值对应的绝缘层厚度值。本发明专利技术通过多个绝缘层厚度以及相对应的翘曲度进行拟合，获得翘曲度归一化线性表达式，从而可以根据线性表达式获得与翘曲度目标值对应的绝缘层厚度值，使待键合晶圆的翘曲度为零或接近零。

【技术实现步骤摘要】
获得绝缘层厚度的方法以及晶圆级键合封装方法
本专利技术涉及半导体领域，尤其涉及一种获得绝缘层厚度的方法以及晶圆级键合封装方法。
技术介绍
在半导体制造中，随着超大规模集成电路的发展趋势，集成电路特征尺寸持续减小。相应的，对集成电路的封装要求也日益提高，在多芯片组件(Multichip-Moduel，MCM)X、Y平面内的二维封装的基础上，沿Z方向堆叠的更高密度的3D封装技术得到了充分发展。通过3D封装技术，将不同种类的晶圆进行三维立体组装，形成高密度、高性能和高可靠性的产品。3D封装技术主要包括：引线键合(Wire-bonding)3D封装、球栅阵列(BallGridArray，BGA)3D封装、软板折叠3D封装和硅通孔(ThroughSiliconVia，TSV)3D封装。为了提高晶圆在三维方向堆叠的密度、减小键合后的外形尺寸以及改善芯片速度和低功耗的性能，目前主要采用TSV3D封装技术。但是，现有技术晶圆键合封装的良率有待提高。
技术实现思路
本专利技术解决的问题是提供一种获得绝缘层厚度的方法以及晶圆级键合封装方法，提高晶圆键合封装的良率。为解决上述问题，本专利技术提供一种获得绝缘层厚度的方法，所述绝缘层形成于待键合晶圆上。包括如下步骤：步骤1：提供待键合晶圆；步骤2：在所述待键合晶圆上形成连接金属层；步骤3：在所述连接金属层上形成覆盖所述连接金属层和待键合晶圆表面的绝缘层；步骤4：在所述绝缘层中形成键合层，所述键合层贯穿所述绝缘层且与所述连接金属层相接触；步骤5：测量所述待键合晶圆的翘曲度；重复步骤1至步骤5，在若干待键合晶圆上分别形成不同厚度的绝缘层并分别测量与所述不同厚度绝缘层对应的待键合晶圆翘曲度；通过多个绝缘层厚度以及与绝缘层厚度相对应的待键合晶圆翘曲度进行拟合，获得翘曲度归一化线性表达式，所述翘曲度归一化线性表达式中的自变量为绝缘层厚度，因变量为翘曲度；根据所述翘曲度归一化线性表达式获得与翘曲度目标值对应的绝缘层厚度值。可选的，形成所述绝缘层的步骤中，形成具有应力的绝缘层。可选的，形成所述绝缘层的工艺为化学气相沉积工艺。可选的，所述化学气相沉工艺的工艺参数包括：反应源材料为硅烷和氧气，或者正硅酸乙酯和臭氧，工艺温度为350摄氏度至450摄氏度，反应腔内的压强为1毫托至毫托，低频功率为700瓦至900瓦，高频功率为700瓦至900瓦，工艺时间为30秒至90秒。可选的，所述绝缘层的热膨胀系数为200至250。可选的，改变所述绝缘层的厚度的步骤中，所述绝缘层的厚度变化范围值为至可选的，所述绝缘层的厚度值分别和。可选的，所述绝缘层的材料为氧化硅。可选的，所述连接金属层的材料为铝或铜。可选的，所述键合层的材料为铜。相应的，本专利技术还提供一种晶圆级键合封装方法，包括：提供第一待键合晶圆和第二待键合晶圆，所述第一待键合晶圆包括第一待键合面以及与所述第一待键合面相对的第一背面，所述第二待键合晶圆包括第二待键合面以及与所述第二待键合面相对的第二背面；在所述第一待键合面的部分表面形成第一连接金属层；在所述第二待键合面的部分表面形成第二连接金属层；在所述第一连接金属层上形成覆盖所述第一连接金属层和第一待键合晶圆表面的第一绝缘层，所述第一绝缘层具有与第一待键合晶圆翘曲度目标值对应的第一绝缘层厚度值，所述第一绝缘层厚度值通过前述获得绝缘层厚度的方法获得；在所述第二连接金属层上形成覆盖所述第二连接金属层和第二待键合晶圆表面的第二绝缘层，所述第二绝缘层具有与第二待键合晶圆翘曲度目标值对应的第二绝缘层厚度值，所述第二绝缘层厚度值通过前述获得绝缘层厚度的方法获得；在所述第一绝缘层中形成第一键合层，所述第一键合层贯穿所述第一绝缘层且与所述第一连接金属层相接触；在所述第二绝缘层中形成第二键合层，所述第二键合层贯穿所述第二绝缘层且与所述第二连接金属层相接触；使所述第一键合层的第一待键合面与所述第二键合层的第二待键合面相接触，实现第一待键合晶圆和第二待键合晶圆的键合。可选的，所述第一连接金属层的材料为铝或铜；所述第二连接金属层的材料为铝或铜。可选的，所述第一键合层的材料为铜；所述第二键合层的材料为铜。可选的，形成所述第一绝缘层的步骤中，形成具有应力的第一绝缘层；形成所述第二绝缘层的步骤中，形成具有应力的第二绝缘层。可选的，形成所述第一绝缘层的工艺为化学气相沉积工艺；形成所述第二绝缘层的工艺为化学气相沉积工艺。可选的，所述化学气相沉工艺的工艺参数包括：反应源材料为硅烷和氧气，或者正硅酸乙酯和臭氧，工艺温度为350摄氏度至450摄氏度，反应腔内的压强为1毫托至毫托，低频功率为700瓦至900瓦，高频功率为700瓦至900瓦，工艺时间为30秒至90秒。可选的，所述第一绝缘层的热膨胀系数为200至250；所述第二绝缘层的热膨胀系数为200至250。可选的，所述第一绝缘层的材料为氧化硅；所述第二绝缘层的材料为氧化硅。可选的，实现第一待键合晶圆和第二待键合晶圆的键合的工艺为热压键合工艺。可选的，所述热压键合的步骤包括：将所述第一待键合晶圆和第二待键合晶圆置于热压键合温度环境下，并使所述第一键合层和所述第二键合层相对设置；在所述热压键合温度下，同时向所述第一背面和第二背面施加压力，直至达到热压键合工艺时间；对所述第一待键合晶圆和第二待键合晶圆进行退火工艺，使所述第一待键合晶圆和第二待键合晶圆实现热压键合。与现有技术相比，本专利技术的技术方案具有以下优点：本专利技术通过在若干待键合晶圆上分别形成不同厚度的绝缘层，然后分别测量与所述不同厚度绝缘层对应的待键合晶圆翘曲度，通过多个绝缘层厚度以及与绝缘层厚度相对应的待键合晶圆翘曲度进行拟合，获得翘曲度归一化线性表达式，所述翘曲度归一化线性表达式中的自变量为绝缘层厚度，因变量为翘曲度，从而可以根据所述翘曲度归一化线性表达式获得与翘曲度目标值对应的绝缘层厚度值，使所述待键合晶圆的翘曲度为零或接近零，以提高待键合晶圆的平整度，进而提高晶圆键合封装的良率。可选方案中，本专利技术采用具有应力的绝缘层，从而提高所述绝缘层的负翘曲度，而所述连接金属层和键合层具有较高的正翘曲度，提高所述绝缘层的负翘曲度有利于使所述待键合晶圆的翘曲度为零或接近零，进而提高晶圆键合封装的良率。附图说明图1至图4是本专利技术获得绝缘层厚度的方法各步骤对应的结构示意图；图5至图11是本专利技术晶圆级键合封装方法各步骤对应的结构示意图。具体实施方式而现有技术中的晶圆键合方法的键合效果较差，从而容易降低晶圆键合封装的良率。分析原因在于：现有封装技术包括热压键合技术，热压键合过程中，使待键合晶圆的键合面相对设置后，在热压键合工艺温度下，对待键合晶圆施加压力，使位于两个待键合面之间的金属层在热压键合工艺温度下相互熔合，实现热压键合。在待键合晶圆上形成连接金属层、形成覆盖所述连接金属层的绝缘层；在所述绝缘层中形成有贯穿所述绝缘层的金属键合层。通常所述连接金属层的材料为铝，所述金属键合层的材料为铜，所述绝缘层的材料为氧化硅。其中，铝和铜材料表现为正翘曲，氧化硅材料表现为负翘曲，也就是说，相对于同一参考平面，所述连接金属层和金属键合层表现出凹陷现象，所述绝缘层表现出凸起现象。因此，在热压键合过程中所述晶圆的待键合面的平整度较差，从而导致晶圆键合效果较差，进而降本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种获得绝缘层厚度的方法，其特征在于，所述方法包括：步骤1：提供待键合晶圆；步骤2：在所述待键合晶圆上形成连接金属层；步骤3：在所述连接金属层上形成覆盖所述连接金属层和待键合晶圆表面的绝缘层；步骤4：在所述绝缘层中形成键合层，所述键合层贯穿所述绝缘层且与所述连接金属层相接触；步骤5：测量所述待键合晶圆的翘曲度；重复步骤1至步骤5，在若干待键合晶圆上分别形成不同厚度的绝缘层并分别测量与所述不同厚度绝缘层对应的待键合晶圆翘曲度；通过多个绝缘层厚度以及与绝缘层厚度相对应的待键合晶圆翘曲度进行拟合，获得翘曲度归一化线性表达式，所述翘曲度归一化线性表达式中的自变量为绝缘层厚度，因变量为翘曲度；根据所述翘曲度归一化线性表达式获得与翘曲度目标值对应的绝缘层厚度值。

【技术特征摘要】
1.一种获得绝缘层厚度的方法，其特征在于，所述方法包括：步骤1：提供待键合晶圆；步骤2：在所述待键合晶圆上形成连接金属层；步骤3：在所述连接金属层上形成覆盖所述连接金属层和待键合晶圆表面的绝缘层；步骤4：在所述绝缘层中形成键合层，所述键合层贯穿所述绝缘层且与所述连接金属层相接触；步骤5：测量所述待键合晶圆的翘曲度；重复步骤1至步骤5，在若干待键合晶圆上分别形成不同厚度的绝缘层并分别测量与所述不同厚度绝缘层对应的待键合晶圆翘曲度；通过多个绝缘层厚度以及与绝缘层厚度相对应的待键合晶圆翘曲度进行拟合，获得翘曲度归一化线性表达式，所述翘曲度归一化线性表达式中的自变量为绝缘层厚度，因变量为翘曲度；根据所述翘曲度归一化线性表达式获得与翘曲度目标值对应的绝缘层厚度值。2.如权利要求1所述的获得绝缘层厚度的方法，其特征在于，形成所述绝缘层的步骤中，形成具有应力的绝缘层。3.如权利要求1所述的获得绝缘层厚度的方法，其特征在于，形成所述绝缘层的工艺为化学气相沉积工艺。4.如权利要求3所述的获得绝缘层厚度的方法，其特征在于，所述化学气相沉工艺的工艺参数包括：反应源材料为硅烷和氧气，或者正硅酸乙酯和臭氧，工艺温度为350摄氏度至450摄氏度，反应腔内的压强为1毫托至毫托，低频功率为700瓦至900瓦，高频功率为700瓦至900瓦，工艺时间为30秒至90秒。5.如权利要求1所述的获得绝缘层厚度的方法，其特征在于，所述绝缘层的热膨胀系数为200至250。6.如权利要求1所述的获得绝缘层厚度的方法，其特征在于，改变所述绝缘层的厚度的步骤中，所述绝缘层的厚度变化范围值为至7.如权利要求6所述的获得绝缘层厚度的方法，其特征在于，所述绝缘层的厚度值分别和8.如权利要求1所述的获得绝缘层厚度的方法，其特征在于，所述绝缘层的材料为氧化硅。9.如权利要求1所述的获得绝缘层厚度的方法，其特征在于，所述连接金属层的材料为铝或铜。10.如权利要求1所述的获得绝缘层厚度的方法，其特征在于，所述键合层的材料为铜。11.一种晶圆级键合封装方法，其特征在于，包括：提供第一待键合晶圆和第二待键合晶圆，所述第一待键合晶圆包括第一待键合面以及与所述第一待键合面相对的第一背面，所述第二待键合晶圆包括第二待键合面以及与所述第二待键合面相对的第二背面；在所述第一待键合面的部分表面形成第一连接金属层；在所述第二待键合面的部分表面形成第二连接金属层；在所述第一连接金属层上形成覆盖所述第一连接金属层和第一待键合晶圆表面的第一绝缘层，所述第一绝缘层具有与第一待键合晶圆翘曲度目标值对应的第一绝缘层厚度值，所述第一绝缘层厚度值通过如权利要求1...

【专利技术属性】
技术研发人员：王爱兵，高长城，王奇峰，
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