不同厚度的管芯的晶圆键合方法技术

描述了用于键合可以具有与晶圆不同的厚度的一个或多个管芯(100a‑100c)的方法、组件和器件。可以用平面化氧化物层(114a)制造和单体化管芯，以防止晶圆划片和处理碎片，连接到集成电路的一个或多个金属化柱结构(112a‑112c)。管芯的正面(16a‑106c)被键合到第一处理晶圆(118)，使得相应的柱结构在共同的平面中对准。键合管芯的基板材料背面(108a‑108c)然后被减薄至均匀的厚度并键合到第二处理晶圆。然后可以翻转组件，并且移除包括潜在划片和处理碎屑的保护层和第一处理晶圆。柱结构被显示，从而产生复合晶圆组件，其包括第二处理件和安装在其上的一个或多个经均匀减薄的管芯。

Wafer Bonding Method for Tube Cores with Different Thicknesses

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】不同厚度的管芯的晶圆键合方法背景
本公开总体上涉及集成电路(IC)、半导体器件和其他小型化器件的制造，并且更具体地涉及优化，涉及具有不同高度的管芯(die)的管芯到晶圆键合过程的产量(yield)。
技术介绍
IC制造的趋势已经是IC不同尺寸的互连、在不同尺寸的晶圆上制造、并提供不同的功能(即模拟的、数字的、光学的)和材料。可以在堆叠之前测试IC以允许已知良好管芯(KnownGoodDie，KGD)被组合以提高产量。这种垂直堆叠和垂直互连方法的经济上的成功取决于堆叠和互连的产量和成本相比于与芯片区域上增加的IC或系统相关联的产量和成本是有利的。用于实现该方法的制造方法是使用直接键合杂化(DBH)来垂直堆叠IC，以在晶圆之间形成共价键。垂直堆叠和垂直互连的一种版本是(基板上的)IC以管芯到晶圆(D2W)的格式被键合，其中管芯IC面朝下键合到IC面朝上的公共晶圆，以允许堆叠已知良好管芯来提高产量。为了使制造IC的成本尽可能小，可以在小的半导体晶圆(通常直径为100mm)上一次制造多个化合物半导体器件(GaAs、InP、GaN等)的实例。典型的铸造IC是在200mm直径的硅晶圆上制造的。为了利用与来自小晶圆的器件键合的DBH晶圆，器件需要被单体化(singulated)到管芯，并然后键合到200mm晶圆。芯片划片(dicing)是将晶圆分成多个单独的管芯的过程，并且通常涉及使用锯片、化学品、激光或它们的组合以通过并沿着被布置在晶圆上的多个器件之间延伸的切口区域进行切割。芯片划片可能留下像差(aberration)，其可能在随后的键合过程转化为降低产量的空隙。D2W键合通常非常低产，这是由于在单体化期间产生的这种粒子并且因处理限制而无法再抛光(例如，CMP)管芯的键合表面(即，为了在不破坏晶圆的情况下处理晶圆，晶圆应该具有至少700um的厚度)而引起的。此外，由于包含一个以上管芯的多芯片模块的紧凑性和处理能力，其制造商正变得非常流行。这种封装的制造商一直在寻找减小这种封装的尺寸或厚度的途径。减小这种封装厚度的一种途径是使用尽可能薄的管芯。虽然存在许多用于减薄整个晶圆(然后以其整体进行使用)的方法，但是很少存在用于减薄单个管芯的方法。因此，所需要的是适应于使用不同尺寸的单体化管芯的D2W制造过程，其克服了当前的限制。
技术实现思路
根据某些实施例，提供了一种用于将可以具有不同厚度的多个管芯键合到(例如具有约200mm的直径的)公共晶圆的技术。管芯可以包括由不同的(例如具有约100mm的直径的)器件晶圆制造和单体化的直接键合杂化(DBH)器件结构和平面化(planarized)氧化物层。每个单体化管芯具有正面、基板材料背面和厚度。每个管芯正面包括平面化氧化物层，其保护连接到在管芯中形成的器件结构的一个或多个金属化柱结构(poststructure)。多个管芯中的每一个可以正面(电路面)朝下键合到第一处理晶圆的正面，使得与每个管芯相关联的金属化柱结构位于共同平面中。多个管芯可以利用拾取和放置仪器在x-y方向上被精确对准。可以(例如，通过背面研磨(backgrind)和/或CMP等)将键合的多个管芯的材料基板背面减薄至均匀的厚度，并且可以在经减薄的管芯背面上和第一处理晶圆的暴露表面上沉积二氧化硅层。然后，经均匀减薄的多个管芯的背面可以被键合到第二处理晶圆的正面。第一处理件(handle)然后可以被移除，并且平面化氧化物层可以从多个经均匀减薄的管芯的每个正面移除，以显示一个或多个金属化柱结构。在某些实施例中，管芯中的一个或多个可以呈现出潜在像差的区域，其可以导致在键合步骤中降低产量的空隙，其中该区域由从其相应的一个或多个器件晶圆对管芯进行划片造成。该区域通常设置在与每个管芯中的一个或多个金属化柱结构相邻的平面中(并且在柱结构和中间晶圆组件结构中的键合管芯的第一处理件正面之间)。该区域不会对将管芯的正面键合到第一处理件产生负面影响，并且有利地，将利用与每个管芯相关联的保护性平面化氧化物层来移除该区域。这显著提高了过程的产量，其中已知良好管芯可以被键合在最终的复合晶圆结构中。在一个实施例中，该过程还包括在不同的器件晶圆上制造管芯器件结构、用相关联的氧化物层保护每个管芯器件结构、以及使管芯单体化。器件管芯中的至少一个可以是化合物半导体器件(例如，GaAs、InP、GaN等)。第一处理件和/或第二处理件可以通过以下被键合到管芯：应用低温氧化物键合过程(诸如美国专利8,053,329中描述的键合，其内容通过引用并入)、DBH键合、或在经均匀减薄的管芯背面与第一处理件和第二处理件正面之间施加粘合剂。可以通过减薄来移除第一处理件和/或第二处理件，对于第二处理件导致了器件管芯暴露。在另一个实施例中，管芯背面的均匀减薄可以可选地在以下之后：在减薄之前用增强强度的聚合物材料填充被键合到第一处理件的每个管芯之间的间隙，以帮助在例如CMP处理期间保持管芯的相对定位。然后，可以在沉积键合SiO2层之前或在移除第一处理晶圆之后，在减薄之后移除聚合物填充材料。附图说明下面参考附图讨论本公开的至少一个实施例的各方面。将理解的是，为了说明的简单和清楚，图中所示的元件不一定精确地或按比例绘制。例如，为了清楚起见，一些元件的尺寸可能相对于其他元件被夸大，或者一个示出的元件中可以包括若干物理部件。此外，在认为适当的情况下，附图标记可以在图中重复以指示相应或类似的步骤或部件。出于清楚的目的，并非每个部件都可以在每个图中被标记。图出于说明和解释的目的被提供，且不旨在作为本专利技术的限制的定义。在图中：图1是根据说明性实施例的用于不同厚度管芯的管芯到晶圆键合的方法的流程图；图2示意性地示出了将不同高度的管芯键合(或粘合)到第一处理晶圆的步骤；图3示意性地示出了用聚合物材料填充管芯之间的间隙的步骤；图4示意性地示出了背面研磨和/或CMP以将所有管芯厚度设定为均匀水平的步骤；图5示意性地示出了将第二处理晶圆键合(或粘合)到管芯背面的步骤；图6示意性地示出了将晶圆结构翻转到优选取向并移除第一处理晶圆的步骤；并且图7示意性地示出了从管芯移除保护性平面化氧化物层和潜在碎片区域并显示器件管芯柱结构的步骤。具体实施方式在以下详细描述中，阐述了许多具体细节以便提供对本公开的方面的透彻理解。本领域普通技术人员将理解的是，可以在不独立地实现这些具体细节中的一些的情况下实践这些。在其他情况下，可能没有详细描述众所周知的方法、过程、部件和结构，以免使实施例模糊。优选实施例的以下描述本质上仅是示例性的，并且决不旨在限制本公开、其应用或用途。此外，要理解的是，本文采用的措辞和术语仅用于描述的目的，并且不应视为限制。应当理解的是，为了清楚起见，某些特征在单独的实施例的上下文中描述，但是也可以在单个实施例中组合提供。相反，为简洁起见，各种特征在单个实施例的上下文中描述，但也可单独提供或以任何合适的子组合提供。除非明确地如此描述，否则本文使用的元件、动作或指令不应被解释为关键或必要的。此外，如本文所使用的，冠词“一”和“一个”旨在包括一个或多个项目，并且可以与“一个或多个”互换使用。此外，除非另有明确说明，否则短语“基于”旨在意为“至少部分地基于”。将进一步理解的是，术语“包括”(和任何形式本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种将一个或多个管芯键合到晶圆的方法，包括：接收多个管芯，每个管芯具有正面、基板材料背面和厚度，每个正面包括平面化氧化物层，其保护连接到在所述管芯中形成的器件结构的一个或多个金属化柱结构；将所述多个管芯的每个正面键合到第一处理晶圆的正面，使得与所述管芯中的每个相关联的金属化柱结构位于共同的平面中；将键合的所述多个管芯的每个基板材料背面减薄至均匀的厚度；将SiO2层沉积键合在所述多个管芯的各个背面和所述第一处理晶圆的暴露的正面上；将经均匀减薄的所述多个管芯的背面键合到第二处理晶圆的正面；通过减薄来移除所述第一处理晶圆；并且将所述平面化氧化物层从经均匀减薄的所述多个管芯的每个正面中移除，以显示所述一个或多个金属化柱结构。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2017.04.13 US 62/485,173;2018.04.04 US 15/945,3411.一种将一个或多个管芯键合到晶圆的方法，包括：接收多个管芯，每个管芯具有正面、基板材料背面和厚度，每个正面包括平面化氧化物层，其保护连接到在所述管芯中形成的器件结构的一个或多个金属化柱结构；将所述多个管芯的每个正面键合到第一处理晶圆的正面，使得与所述管芯中的每个相关联的金属化柱结构位于共同的平面中；将键合的所述多个管芯的每个基板材料背面减薄至均匀的厚度；将SiO2层沉积键合在所述多个管芯的各个背面和所述第一处理晶圆的暴露的正面上；将经均匀减薄的所述多个管芯的背面键合到第二处理晶圆的正面；通过减薄来移除所述第一处理晶圆；并且将所述平面化氧化物层从经均匀减薄的所述多个管芯的每个正面中移除，以显示所述一个或多个金属化柱结构。2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述管芯中的至少一个的厚度与其它管芯不同。3.根据权利要求1所述的方法，其中，与每个管芯相关联的保护性平面化氧化物层包括潜在管芯单体化和处理碎片的区域，使得所述保护性平面化氧化物层的移除还移除了所述潜在管芯单体化和处理碎片的区域。4.根据权利要求1所述的方法，还包括：在不同的器件晶圆上制造管芯器件结构中的每个；用相关联的氧化物层保护所述管芯器件结构中的每个；并且使所述管芯单体化。5.根据权利要求1所...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖恩·P·基尔科因，埃里克·R·米勒，
申请(专利权)人：雷索恩公司，
类型：发明
国别省市：美国,US