一种晶圆键合方法和键合结构技术

本申请提供一种晶圆键合方法和键合结构，涉及半导体技术领域，包括：提供第一晶圆和第二晶圆；在第一晶圆的第一表面上依次沉积阻挡层、种子层；在种子层上制备第一支撑层，在第一支撑层上，通过刻蚀制备得到多个待填充盲孔，待填充盲孔的底部为种子层；在待填充盲孔中填充与种子层匹配的金属材料，在金属材料上填充焊料，得到凸点；去除第一表面上除凸点以外的所有材料；在种子层上制备第二支撑层；在第二表面上制备嵌入多个金属衬垫的绝缘层；使第一晶圆与第二晶圆进行对准，使第一晶圆上的凸点与第二晶圆上的金属衬垫一一接触；键合第一晶圆与第二晶圆。圆与第二晶圆。圆与第二晶圆。

【技术实现步骤摘要】
一种晶圆键合方法和键合结构


[0001]本申请实施例涉及半导体
，具体而言，涉及一种晶圆键合方法和键合结构。

技术介绍

[0002]在半导体制造
中，常常需要通过物理和化学作用将待键合晶圆进行紧密结合，实现晶圆级键合封装，以增加单位面积内的器件数量。目前，在晶圆封装技术中，多采用焊料键合技术，在晶圆待键合的表面制备焊接凸点，从而利用该焊接凸点进行焊接，实现两个晶圆之间的键合。
[0003]随着目前芯片间数据传输带宽的不断增加，对更小间距的三维互联的需求不断提高。然而，传统的焊料键合技术中，随着凸点间距的不断缩小，焊料的量不断降低，影响晶圆键合效果。在实际应用过程中，传统的焊料键合通常不适合小于20um间距。
[0004]因此，如何实现高密度、小间距的凸点键合技术，实现高密度的三维互联。成为本领域技术人员当前亟待解决的问题。

技术实现思路

[0005]本申请实施例在于提供一种晶圆键合方法和键合结构，旨在解决如何实现实现高密度、小间距的凸点键合，实现高密度的三维互联。
[0006]本申请实施例第一方面提供一种晶圆键合方法，所述方法包括：
[0007]提供第一晶圆和第二晶圆；所述第一晶圆的待键合面为第一表面，所述第二晶圆的待键合面为第二表面；
[0008]通过蒸发或溅射的方式，在所述第一表面上依次沉积阻挡层、种子层；
[0009]在所述种子层上积淀第一聚合物薄膜，制备第一支撑层；
[0010]在所述第一支撑层上，通过刻蚀制备得到多个待填充盲孔，所述待填充盲孔的高度等于所述第一支撑层的高度，所述待填充盲孔的底部为所述种子层；
[0011]在所述待填充盲孔中填充与所述种子层匹配的金属材料，在所述金属材料上填充焊料，至所述焊料完全填充所述待填充盲孔，得到具有第一尺寸的凸点；
[0012]去除所述第一表面上除所述凸点以外的所有材料；
[0013]在所述种子层上积淀第二聚合物薄膜，制备第二支撑层，在所述第一晶圆的所述第一表面上得到第一层级结构，所述第一层级结构由所述第二支撑层，和，嵌入所述第二支撑层的多个所述凸点组成；
[0014]在所述第二表面上制备嵌入多个金属衬垫的绝缘层；
[0015]使所述第一晶圆与所述第二晶圆进行对准，使所述第一晶圆上的所述凸点与所述第二晶圆上的所述金属衬垫一一接触；
[0016]键合所述第一晶圆与所述第二晶圆。
[0017]本申请实施例第二方面提供了另一种晶圆键合方法，所述方法包括：
[0018]提供第一晶圆和第二晶圆；所述第一晶圆的待键合面为第一表面，所述第二晶圆的待键合面为第二表面；
[0019]通过蒸发或溅射的方式，在所述第一表面上沉积种子层；
[0020]通过光刻胶在所述种子层上定义第一图形，每两个相邻所述第一图形之间的间距大于或等于第一间距；
[0021]根据所述第一图形刻蚀所述种子层，得到多个第一金属衬垫；
[0022]在所述第一表面上积淀聚合物薄膜，得到第一支撑层，所述第一支撑层的厚度大于预设凸点高度；
[0023]在所述第一支撑层背离所述第一表面的表面沉积第二金属掩膜，通过光刻胶在所述第二金属掩膜上定义第二图形，所述第二图形与所述第一图形互补；
[0024]根据所述第二图形对所述第二金属掩膜进行刻蚀，使得刻蚀后的所述第二金属掩膜设置有多个孔洞；
[0025]通过所述孔洞对所述第一支撑层进行刻蚀，直到暴露所述第一支撑层底部的所述第一金属衬垫，得到待填充盲孔；
[0026]在所述待填充盲孔中填充与所述第一金属衬垫匹配的金属材料，在所述金属材料上填充焊料，至所述焊料完全填充所述待填充盲孔，得到具有第一尺寸的凸点；
[0027]在所述第二表面上制备嵌入多个第二金属衬垫的绝缘层；
[0028]使所述第一晶圆与所述第二晶圆进行对准，使所述第一晶圆上的所述凸点与所述第二晶圆上的所述第二金属衬垫一一接触；
[0029]键合所述第一晶圆与所述第二晶圆。
[0030]本申请实施例第三方面提供了另一种晶圆键合方法，所述方法包括：
[0031]提供第一晶圆和第三晶圆，所述第一晶圆的待键合面为第一表面，所述第三晶圆的待键合面为第三表面；
[0032]通过蒸发或溅射的方式，在所述第一表面上依次沉积阻挡层、种子层；
[0033]在所述种子层上积淀第一聚合物薄膜，制备第一支撑层；在所述第一支撑层上，通过刻蚀制备得到多个待填充盲孔，所述待填充盲孔的高度等于所述第一支撑层的高度，所述待填充盲孔的底部为所述种子层；
[0034]在所述待填充盲孔中填充与所述种子层匹配的金属材料，在所述金属材料上填充焊料，至所述焊料完全填充所述待填充盲孔，得到具有第一尺寸的凸点；
[0035]去除所述第一表面上除所述凸点以外的所有材料；
[0036]在所述种子层上积淀第二聚合物薄膜，制备第二支撑层，在所述第一晶圆的所述第一表面上得到第一层级结构，所述第一层级结构由所述第二支撑层，和，嵌入所述第二支撑层的多个所述凸点组成；
[0037]在所述第三表面上重复上述步骤，得到与所述第一晶圆结构相同的第三晶圆；
[0038]使所述第一晶圆与所述第三晶圆对准，使所述第一晶圆上的所述第一层级结构中的凸点，与所述第三晶圆上的凸点一一接触，键合所述第一晶圆和所述第三晶圆。
[0039]本申请实施例第四方面提供了一种晶圆的键合结构，所述键合结构包括：
[0040]第一晶圆和第二晶圆，所述第一晶圆的第一表面与所述第二晶圆的第二表面键合；
[0041]第一层级结构，所述第一层级结构为，在所述第一表面上形成的层级结构；所述第一层级结构为嵌入多个凸点的聚合物支撑层；
[0042]其中，所述凸点的结构为层级结构，沿所述第一表面的法线方向，依次分为：阻挡层、第一金属层和焊料层，所述阻挡层与所述第一表面相接触，在所述阻挡层背离所述第一表面的一侧为所述第一金属层，在所述第一金属层背离所述第一表面的一侧为所述焊料层；
[0043]第二层级结构，所述第二层级结构为，在所述第二表面上形成的层级结构；所述第二层级结构为嵌入多个金属衬垫的绝缘层结构；其中，所述第一层级结构和所述第二层级结构是通过本申请实施例第一方面任一项所述的晶圆键合方法，或，本申请实施例第二方面所述的晶圆键合方法制备得到的；
[0044]所述第一层级结构背离所述第一表面的表面，与所述第二层级结构背离所述第二表面的表面接触；其中，所述第一层级结构中的所述凸点，与所述第二层级结构中的所述金属衬垫的位置一一对应，所述键合结构为所述凸点的所述焊料层与所述第二层级结构中的所述金属衬垫的键合结构。
[0045]本申请实施例第五方面提供了一种晶圆的键合结构，所述键合结构包括：
[0046]第一晶圆和第三晶圆，所述第一晶圆的第一表面与所述第三晶圆的第三表面键合；
[0047]第一层级结构，所述第一本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种晶圆键合方法，其特征在于，所述方法包括：提供第一晶圆和第二晶圆；所述第一晶圆的待键合面为第一表面，所述第二晶圆的待键合面为第二表面；通过蒸发或溅射的方式，在所述第一表面上依次沉积阻挡层、种子层；在所述种子层上积淀第一聚合物薄膜，制备第一支撑层，在所述第一支撑层上，通过刻蚀制备得到多个待填充盲孔，所述待填充盲孔的高度等于所述第一支撑层的高度，所述待填充盲孔的底部为所述种子层；在所述待填充盲孔中填充与所述种子层匹配的金属材料，在所述金属材料上填充焊料，至所述焊料完全填充所述待填充盲孔，得到具有第一尺寸的凸点；去除所述第一表面上除所述凸点以外的所有材料；在所述种子层上积淀第二聚合物薄膜，制备第二支撑层，在所述第一晶圆的所述第一表面上得到第一层级结构，所述第一层级结构由所述第二支撑层，和，嵌入所述第二支撑层的多个所述凸点组成；在所述第二表面上制备嵌入多个金属衬垫的绝缘层；使所述第一晶圆与所述第二晶圆进行对准，使所述第一晶圆上的所述凸点与所述第二晶圆上的所述金属衬垫一一接触；键合所述第一晶圆与所述第二晶圆。2.根据权利要求1所述的晶圆键合方法，其特征在于，所述在所述种子层上积淀第一聚合物薄膜，制备第一支撑层，在所述第一支撑层上，通过刻蚀制备得到多个待填充盲孔，包括：在所述种子层背离所述第一表面的一侧的表面上积淀第一聚合物薄膜，使得所述第一聚合物薄膜的厚度大于预设凸点高度；在所述第一聚合物薄膜背离所述种子层的表面，沉积第一金属掩膜；通过光刻胶在所述第一金属掩膜上定义图形；根据所述图形刻蚀金属，使得刻蚀后的所述第一金属掩膜中有多个孔洞；通过所述孔洞对所述第一聚合物薄膜进行刻蚀，直到暴露所述第一聚合物薄膜底部的所述种子层，得到所述待填充盲孔。3.根据权利要求1所述的晶圆键合方法，其特征在于，所述去除所述第一表面上除所述凸点以外的所有材料，包括：通过等离子体刻蚀或反应离子刻蚀的方式，移除所述第一表面上所有的所述第一聚合物薄膜；通过等离子体刻蚀、反应离子刻蚀、离子束刻蚀或腐蚀的方式，移除所述第一表面上，除所述凸点以外的所有金属材料，所述金属材料包括所述种子层的金属材料和所述阻挡层的金属材料。4.根据权利要求1所述的晶圆键合方法，其特征在于，所述在所述种子层上积淀第二聚合物薄膜，制备第二支撑层，在所述第一晶圆的所述第一表面上得到第一层级结构，包括：在所述第一表面上积淀所述第二聚合物薄膜，直至所述第二聚合物薄膜没过所述凸点；对所述第二聚合物薄膜背离所述第一表面的表面进行研磨并抛光，去除该表面多余的
聚合物，使所述第二聚合物薄膜的表面平整，得到所述第二支撑层，在所述第一晶圆的所述第一表面上得到第一层级结构。5.根据权利要求1所述的晶圆键合方法，其特征在于，所述种子层的金属材料为：钨、镍、钛、钴、铬、金、银中的任意一种。6.根据权利要求1所述的晶圆键合方法，其特征在于，所述种子层的金属材料为铜，所述阻挡层的金属材料为：钨、镍、钛、钽、氮化钛、钯、铬中的任意一种。7.一种晶圆键合方法，其特征在于，所述方法包括：提供第一晶圆和第二晶圆；所述第一晶圆的待键合面为第一表面，所述第二晶圆的待键合面为第二表面；通过蒸发或溅射的方式，在所述第一表面上沉积种子层；通过光刻胶在所述种子层上定义第一图形，每两个相邻所述第一图形之间的间距大于或等于第一间距；根据所述第一图形刻蚀所述种子层，得到多个第一金属衬垫；在所述第一表面上积淀聚合物薄膜，得到第一支撑层，所述第一支撑层的厚度大于预设凸点高度；在所述第一支撑层背离所述第一表面的表面沉积第二金属掩膜，通过光刻胶在所述第二金属掩膜上定义第二图形，所述第二图形与所述第一图形互补；根据所述第二图形对所述第二金属掩膜进行刻蚀，使得刻蚀后的所述第二金属掩膜设置有多个孔洞；通过所述孔洞对所述第一支撑层进行刻蚀，直到暴露所述第一支撑层底部的所述第一金属衬垫，得到待填充盲孔；在...

【专利技术属性】
技术研发人员：王玮，林晨希，陈浪，
申请(专利权)人：北京大学，
类型：发明
国别省市：