键合晶圆中的应力补偿和释放制造技术

本发明专利技术公开了一种从键合晶圆工艺制造具有期望或预期平坦度的单个裸片器件的方法。在晶圆制造工艺中的某一时间点测量键合晶圆的平坦度。将该测量值与通过同一工艺制成的在先器件的经验分析所预先确定的值相比较。如果该键合晶圆的平坦度未达到预定值，则将一个或多个补偿层提供给键合晶圆以获得预定平坦度值。一旦获得，则执行后续处理且获得具有期望平坦特性的单个裸片。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】键合晶圆中的应力补偿和释放
技术介绍
随着晶体管工艺的改进，更高的操作频率变得可用。这些集成电路(IC)的功能已经提高，以及各种基于硅的片上系统(System-on-Chip，SOC)或传感器芯片组件/阵列(SensorChipAssembly/Array，SCA)已经得到证明。可以通过将两个晶圆键合在一起以获得这些功能来制造这些器件。然而，键合晶圆器件可导致该结构中明显具有高应力的键合晶圆对。众所周知，将键合晶圆器件切割成小块以获得各个裸片。然而不利的是，键合晶圆器件中的应力导致单个裸片具有不可接受的弯曲参数，即，裸片的平坦度不足以满足预期的性能要求。因此，需要一种从键合晶圆器件获得具有可接受的(即预定的)平坦度特性的各个裸片的方法。
技术实现思路
根据本专利技术的一个方面，一种使用晶圆键合工艺从键合晶圆制造具有预定裸片弯曲值的单个裸片的方法，包括：(a)将第一晶圆键合到第二晶圆以形成中间键合结构；(b)测量所述中间键合结构的第一表面的弯曲量；(c)如果测得的所述弯曲量与目标弯曲值之间的差不小于或等于预定阈值，则将弯曲补偿材料层施加到所述中间键合结构的第二表面；(d)重复(b)和(c)，直到所述差小于或等于所述预定阈值；(e)对所述中间键合结构执行所述晶圆键合工艺的附加步骤以获得所述键合晶圆；以及(f)切分所述键合晶圆以获得具有所述预定裸片弯曲值的所述单个裸片。根据本专利技术的一个方面，一种使用晶圆键合工艺从键合晶圆制造具有预定裸片弯曲值的单个裸片的方法，包括：(a)将第一晶圆键合到第二晶圆以形成中间键合结构；(b)从数据库中检索与所述预定裸片弯曲值对应的目标晶圆弯曲值；(c)测量所述中间键合结构的第一表面的弯曲量；(d)将测得的所述弯曲量与检索到的所述目标晶圆弯曲值进行比较；(e)如果测得的所述弯曲量不等于检索到的所述目标弯曲值，则将弯曲补偿材料层施加到所述中间键合结构的第二表面；(f)重复(c)至(e)，直到测得的所述弯曲量在检索到的所述目标弯曲值的预定阈值内；(g)对所述中间键合结构执行附加处理以获得所述键合晶圆；以及(h)切分所述键合晶圆以获得具有所述预定裸片弯曲值的所述单个裸片。根据本专利技术的一个方面，一种制造多个均具有预定裸片弯曲值的裸片的方法，包括：(a)将第一晶圆键合到第二晶圆以形成中间键合晶圆结构；(b)测量所述中间键合晶圆结构的第一表面的弯曲量；(c)如果测得的所述弯曲量与目标弯曲值之间的差不小于或等于预定阈值，则将弯曲补偿结构施加到所述中间键合结构的第二表面；(d)重复(b)和(c)，直到所述差小于或等于所述预定阈值；(e)对所述中间键合结构执行附加处理步骤以获得键合晶圆结构；以及(f)切分所述键合晶圆结构以获得多个单独的裸片。附图说明下面参照附图讨论本专利技术的各个方面。将理解，为了图示的简单和清楚起见，附图中所示的元件不一定准确地或按比例绘制。例如，为了清楚起见，一些元件的尺寸可以相对于其它元件被放大，或者若干物理部件可以被包括在一个功能块或元件中。此外，在认为适当的情况下，可以在附图之间重复附图标记以指示相应或相似的元件。为了清楚起见，可能在每个图中不标记每个部件。附图是出于说明和解释的目的而提供的，且不意图作为对本专利技术的界限的限定。附图中：图1表示已知晶圆键合工艺中的步骤；图2表示已知晶圆键合工艺中的步骤；图3表示已知晶圆键合工艺中的步骤；图4表示已知晶圆键合工艺中的步骤；图5是根据本专利技术的一方面的从晶圆键合工艺提供具有期望平坦度的各个裸片的方法；图6表示根据图5的方法处理键合晶圆的步骤；图7表示根据图5的方法处理键合晶圆的步骤；图8表示根据图5的方法处理键合晶圆的步骤；以及图9表示根据图5的方法处理键合晶圆的步骤。具体实施方式在以下描述中，阐述了细节以便提供对本专利技术的各方面的透彻理解。本领域普通技术人员将理解，在不具有这些具体细节中一些细节的情况下，可以实践这些方面。在其它情况下，可能没有详细描述公知的方法、过程、部件和结构，以免使本专利技术的各方面不清楚。应当理解，本专利技术的应用不限于在下文描述中提出的或在附图中示出的构造以及部件的布置的细节，因为本专利技术能够以各种方式实现或实践或执行。而且，应当理解，本文中所使用的短语和术语仅出于描述目的且不应当被视为限制性的。为了清楚起见，在多个单独实施方式的上下文中描述的某些特征也可以在单个实施方式中以组合方式来提供。相反，为了简洁起见，在单个实施方式的上下文中描述的各个特征也可以单独地或以任何合适的子组合形式来提供。通常，如将在下面更详细地描述的，本专利技术的各方面提供了在工艺中的预定时间点处将一个或多个应力补偿层施加到键合晶圆层面，以便提供具有可预测的平坦度值的各个裸片。此外，本专利技术的各方面允许在切割步骤之前对应力补偿层进行返工/校正。换句话说，调整键合晶圆中的应力以产生在切割步骤之后获得的单个裸片的期望弯曲度、曲率或平坦度特性。有利地，不需要对各个裸片进行附加处理来获得期望平坦度。在一种方法中，在已完成晶圆键合步骤之后，添加一个或多个应力补偿层。可以使用各种类型的薄膜，诸如氮化物(拉伸)或氧化物(压缩)。应该注意，弯曲度、弯曲、曲形、曲率、平坦度、凸的、凹的及其度量可互换使用，以指示表面的平坦程度。在已知的晶圆键合工艺中，如图1所示，按照已知技术将第一晶圆102和第二晶圆104彼此键合。出于说明目的，在图1的上部放大了第一晶圆102和第二晶圆104之间的相对弯曲量。在图1的下部呈现出第一晶圆102和第二晶圆104(矩形区域)之间的界面的特写视图。尽管附图可以将第一晶圆102和第二晶圆104均显示为单个晶圆，但是本专利技术的各方面不限于此。本专利技术的一个方面还包括第一晶圆102和第二晶圆104之一或二者为多晶圆层叠体的结构。在晶圆键合工艺之前，分别在第一晶圆102和第二晶圆104的外表面上提供第一补偿层106和第二补偿层108。提供这些补偿层106和108以向第一晶圆102和第二晶圆104中的每一者施加一些预定量的弯曲或拉伸力。已知各种类型的薄膜，诸如氮化物(拉伸)或氧化物(压缩)，提供该薄膜作为第一补偿层106或第二补偿层108中的任一者。提供第一补偿层106和第二补偿层108以向第一晶圆102和第二晶圆104施加各自的应力(即拉伸力或压缩力)量，以补偿将这两个晶圆键合在一起的效应。换言之，在彼此键合之前，预先对晶圆施加一定程度的应力。随后，即在将这两个晶圆键合在一起之后，产生加工后的晶圆对结构202，如图2所示。图2的布局类似于上文关于图1所述的布局。结构202可以已经进行了附加处理，例如，添加器件或其它结构变化，诸如向第一晶圆102和第二晶圆104添加层或材料或者从第一晶圆102和第二晶圆104去除层或材料。作为图2中示出的非限制性示例，已经通过对结构202的附加处理去除了第一补偿层106。一旦键合晶圆的处理完成，则对键合晶圆对结构202上的裸片画轮廓。一旦画轮廓，则切本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种使用晶圆键合工艺从键合晶圆制造具有预定裸片弯曲值的单个裸片的方法，所述方法包括：/n(a)将第一晶圆键合到第二晶圆以形成中间键合结构；/n(b)测量所述中间键合结构的第一表面的弯曲量；/n(c)如果测得的所述弯曲量与目标晶圆弯曲值之间的差并非小于或等于预定阈值，则将弯曲补偿材料层施加到所述中间键合结构的第二表面；/n(d)重复(b)和(c)，直到所述差小于或等于所述预定阈值；/n(e)对所述中间键合结构执行所述晶圆键合工艺的附加步骤以获得所述键合晶圆；以及/n(f)切分所述键合晶圆以获得具有所述预定裸片弯曲值的所述单个裸片。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20180314 US 15/920,9831.一种使用晶圆键合工艺从键合晶圆制造具有预定裸片弯曲值的单个裸片的方法，所述方法包括：
(a)将第一晶圆键合到第二晶圆以形成中间键合结构；
(b)测量所述中间键合结构的第一表面的弯曲量；
(c)如果测得的所述弯曲量与目标晶圆弯曲值之间的差并非小于或等于预定阈值，则将弯曲补偿材料层施加到所述中间键合结构的第二表面；
(d)重复(b)和(c)，直到所述差小于或等于所述预定阈值；
(e)对所述中间键合结构执行所述晶圆键合工艺的附加步骤以获得所述键合晶圆；以及
(f)切分所述键合晶圆以获得具有所述预定裸片弯曲值的所述单个裸片。


2.如权利要求1所述的方法，还包括：
根据所述预定裸片弯曲值从数据库中检索所述目标晶圆弯曲值。


3.如权利要求1所述的方法，其中，将弯曲补偿材料层施加到所述中间键合结构的所述第二表面包括：
施加以下项之一：提供拉伸力的薄膜或提供压缩力的薄膜。


4.如权利要求1所述的方法，其中，对所述中间键合结构执行附加处理以获得所述键合晶圆不改变所述弯曲补偿材料层的结构。


5.如权利要求1所述的方法，其中，将所述弯曲补偿材料层施加到所述中间键合结构的第二表面包括：将后续弯曲补偿材料层施加到在所述第二表面上已提供的弯曲补偿材料层。


6.如权利要求1所述的方法，其中，所述中间键合结构的所述第二表面是所述中间键合结构的外表面。


7.如权利要求1所述的方法，其中，将所述弯曲补偿材料层施加到所述中间键合结构的所述第二表面包括：
从数据库中检索修改所述中间键合结构所需的弯曲补偿量，以将测得的所述弯曲量改变成在所述目标晶圆弯曲值的所述预定阈值之内；以及
施加与所述所需的弯曲补偿量对应的后续弯曲补偿材料层。


8.如权利要求1所述的方法，其中，测量所述中间键合结构的所述第一表面的所述弯曲量为以下情况之一：
在执行退火操作之后进行；
在执行研磨操作之后但在化学或机械抛光/平坦化(CMP)之前进行；或
在执行检测器打薄操作之后进行。


9.一种使用晶圆键合工艺从键合晶圆制造具有预定裸片弯曲值的单个裸片的方法，所述方法包括：
(a)将第一晶圆键合到第二晶圆以形成中间键合结构；
(b)从数据库中检索与所述预定裸片弯曲值对应的目标晶圆弯曲值范围；
(c)测量所述中间键合结构的第一表面的弯曲量；
(d)将测得的所述弯曲量与检索到的所述目标晶圆弯曲值范围进行比较；
(e)如果测得的所述弯曲量不在检索到的所述目标晶圆弯曲值范围内，则将弯曲补偿材料层施加到所述中间键合结构的第二表面；
(f)重复(c)至(e)，直到测得的所述弯曲量在检索到的所述目标晶圆弯曲值范围内；
(g)对所述中间键合结构执行附加处理以获得所述键合晶圆；以及

【专利技术属性】
技术研发人员：斯科特·S·米勒，克里斯汀·弗兰德森，安德鲁·卡希尔，肖恩·P·基尔科因，莎侬·威尔基，
申请(专利权)人：雷神公司，
类型：发明
国别省市：美国;US