晶片到晶片的熔接结合卡盘制造技术

本申请涉及晶片到晶片的熔接结合卡盘。晶片结合卡盘的卡盘面，包括扁平的中央区和与中央区邻接的外部环形区，所述外部环形区比扁平的中央区低，使得安装到所述卡盘面的晶片的环形边缘部分相对于所述结合卡盘的卡盘面具有凸起的轮廓。所述外部环形区可以沿着与所述中央区垂直的轴移动。卡盘面可以包括多个邻接的区，这些区中至少一个相对于这些区中另一个可移动。

【技术实现步骤摘要】
晶片到晶片的熔接结合卡盘
本专利技术总体上涉及工件卡盘领域，并且更具体地说，涉及具有可移动卡盘面区的晶片结合卡盘。 相关申请的交叉引用 本申请涉及于2013年3月14日提交的、标题为“Wafer-to-Wafer Oxide Fus1nBonding (晶片到晶片的氧化物熔接结合)”的美国专利申请序列号13/826,229。
技术介绍
半导体器件一般是在直径从I至18英寸变化的晶片衬底上按阵列生产的。然后，器件被分离成个别的器件或管芯，这些器件或管芯被打包，以便在更大电路的背景下允许器件的实际宏观层面的连接。随着对芯片密度和更小打包形式因子的需求增加，在电路的三维集成中已经取得了进展。在这种技术中，器件被堆叠，并且在垂直或z方向结合。一般来说，堆叠的器件通过器件上的电触点焊盘电耦合。 用于垂直地集成器件的一种流行工艺是晶片到晶片的集成方案，其中一个晶片上的器件与另一个晶片上的器件对准，并且晶片利用氧化物-氧化物熔接结合而被结合到一起。然后，其中一个晶片被薄化，以暴露连接到另一个晶片的硅通孔，或者在薄化之后构造连接到另一个晶片的硅通孔。对于氧化物-氧化物熔接结合来说，其中一个挑战是在晶片堆薄化工艺中在晶片边缘区由于结合空穴和缺陷所造成的剥落、开裂和脱层。这一般是通过在结合之后或者在初步薄化之后执行切边步骤以除去有缺陷的边缘区来处理的，这导致减小晶片上的可用空间并减小产出。如果最终器件包括多层，则每次晶片到晶片结合和/或薄化之后的额外切边会进一步减小产出。 期望有一种减少或消除边缘区中由于结合空穴和缺陷所造成的缺陷的结合工艺，由此增加制造产出。
技术实现思路
本专利技术的实施例公开了一种晶片结合卡盘的卡盘面，包括扁平的中央区和与该中央区邻接的外部环形区，外部环形区比扁平的中央区低，使得安装到该卡盘面的晶片的环形边缘部分相对于结合卡盘的卡盘面具有凸起的轮廓。在另一种实施例中，外部环形区沿着与中央区垂直的轴移动。在另一种实施例中，卡盘面包括多个邻接的区，这些区中的至少一个相对于这些区中的另一个可移动。 【附图说明】 图1是根据本专利技术一种实施例、说明氧化物-氧化物熔接结合工艺的步骤的流程图。 图2是根据本专利技术一种实施例、说明图1氧化物-氧化物熔接结合工艺的热压结合步骤的工艺配方图。 图3是根据本专利技术一种实施例、示出装载到初始结合卡盘的一对晶片的横截面视图。 图4是根据本专利技术一种实施例、示出处于初始范德华力结合状态的图3晶片对的横截面视图。 图5是根据本专利技术一种实施例、示出从初始结合卡盘释放并且处于初始范德华力结合状态的图4晶片对的横截面视图。 图6是根据本专利技术一种实施例、示出装载到扁平结合卡盘准备进行热压结合工艺的图5晶片对的横截面视图。 图7是根据本专利技术一种实施例、示出在热压结合工艺之后图6晶片对的横截面视图。 图8、9和10是根据本专利技术一种实施例、示出可以代替图3边缘倾斜的结合卡盘的可调节双区结合卡盘的横截面视图。 图11是根据本专利技术一种实施例的图8可调节双区结合卡盘的平面图。 图12是根据本专利技术一种实施例的图8可调节双区结合卡盘的透视图。 图13和14是根据本专利技术一种实施例、示出可以代替图3边缘倾斜的结合卡盘以及图8可调节双区结合卡盘的可调节多区结合卡盘的横截面视图。 【具体实施方式】 这里详细描述的本专利技术的实施例针对通过增强晶片边缘的边缘区结合而改进氧化物-氧化物熔接结合，以减少或消除边缘剥落和开裂的工艺。在所公开的实施例中，低温热压步骤在对准与初始结合步骤之后并且在永久性结合退火步骤之前执行。如进一步公开的，热压步骤可以借助结合卡盘来执行，除了其它可能的优点，结合卡盘操作成通过增强边缘区结合而改进氧化物-氧化物熔接结合，以减少或消除边缘剥落和开裂。 应当认识到，虽然这里描述了具体的晶片衬底结合工艺流程，但是这种描述仅仅是示例性的，并且所公开的原理也适用于各种类型的导电材料、介电和粘合性界面材料，以及多种类型的半导体晶片与衬底。这种结合可以包括诸如面对面和面对背结合的布置，并且这样结合的结构也还可以包括微机电系统(MEMS)结构。 为了以下描述，诸如“上”、“下”、“右”、“左”、“垂直”、“水平”、“顶部”、“底部”等位置术语涉及所公开的结构与方法，如在附图中所定向的，并且不应当认为是对实施例的限制。 典型氧化物-氧化物熔接结合工艺的一个已知缺点是，在已结合的晶片对的现有径向尺寸上，在边缘区中的缺陷。扫描声学显微技术，例如超声波C-模扫描声学显微技术，已经显示边缘缺陷可以至少部分地以晶片-晶片结合界面的微空穴的聚集为特征。这些微空穴是晶片之间还没有发生结合的区域，这些微空穴可以具有大约0.5微米至大约100微米或更大的直径。在机械薄化的过程中，未结合的区域很容易断裂和撕裂。处理这些边缘缺陷的典型方法是把它们作为结合工艺的一个副产品来接受，并且通过执行例如大约0.5mm至大约1mm的切边来减小它们超过其附近的影响。在制造涉及多次结合的垂直集成器件期间，所需切边的累积效应会导致否则本来可用的晶片区域的显著损失。 微空穴边缘缺陷会由于在初始范德华结合工艺过程中、在初始结合与永久性结合退火工艺之间的期间、以及在永久性结合退火工艺过程中在结合界面出现的人工产物而产生，然后会在永久性结合退火工艺过程中被密封在原位。微空穴缺陷的一种可能成因可能涉及在初始室温晶片-晶片结合中所涉及的相对弱的范德华力，尤其是在晶片边缘。不同于由于分子与原子之间化学或原子结合造成的那些力，范德华力通常定义为分子与原子之间的吸引力与排斥力之和。范德华力是相对弱的力，并且在呈现偶极矩的分子之间，范德华力一般导致弱吸引力。在芯片制造领域，一对适当制备好的晶片面将在室温下晶片面放得彼此足够靠近时呈现范德华力吸引。在本专利技术的实施例中，初始结合工艺的结合是晶片面之间的范德华力结合。 初始范德华力结合一般足以允许晶片对准测试并且传送到下游工序。但是，范德华力仍然相当弱，并且必须观察特殊的处理需求。例如，小的开启力，诸如由锋利的刀片强加到结合界面的力，通常可能足以造成晶片的局部脱层。由于弱的范德华暂时结合力，有可能在晶片运输、晶片存储和退火工艺过程中造成最初已结合的晶片边缘之间的空隙，这种空隙足以让空气分子和湿气扩散到该空隙中。位于晶片边缘的空隙还会被固有的晶片弯曲和翘曲，以及被由于例如在典型初始结合工艺过程中因中央固定和边缘释放所导致的残留弯曲力恶化。 此外，在永久性结合热退火步骤过程中，硅烷醇基团的缩合生成水。在这个步骤过程中，氧化物结合材料的脱气也会发生。照此，气压会在晶片空隙中堆积，压力梯度从晶片的中央指向晶片的边缘。因为边缘区可能是弱结合区，所以这种脱气会导致边缘区中气泡聚集。随着永久性结合热退火步骤的进行，这些气泡以及扩散的空气和湿气分子会变得存留在边缘区中。 为什么微空穴边缘缺陷在典型氧化物-氧化物熔接结合工艺过程中发生的其它可能原因包括:晶片表面清洗工艺中在边缘除去残留物时的潜在不足，或/和会导致晶片边缘比晶片中央效率更低效等离子体处理的等离子体活化室设计的不足。而且，结合卡盘设计会有助于在气泡与扩散的空气和湿气分子完全从晶片之间脱气之前俘获它们。 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种晶片结合卡盘的卡盘面，包括：扁平的中央区；以及与中央区邻接的外部环形区，所述外部环形区比扁平的中央区低，使得安装到所述卡盘面的晶片的环形边缘部分相对于所述结合卡盘的卡盘面具有凸起的轮廓。

【技术特征摘要】
2013.03.14 US 13/828,3401.一种晶片结合卡盘的卡盘面，包括: 扁平的中央区；以及 与中央区邻接的外部环形区，所述外部环形区比扁平的中央区低，使得安装到所述卡盘面的晶片的环形边缘部分相对于所述结合卡盘的卡盘面具有凸起的轮廓。2.如权利要求1所述的结合卡盘，其中外部环形区的轮廓包括以下中的一个或多个:恒定半径的弧、可变半径的弧以及线性部分。3.如权利要求2所述的结合卡盘，其中外部环形区的轮廓成形为足以，在所述结合卡盘和另一个结合卡盘在范德华结合工艺中用于在第一晶片的结合表面和另一个晶片的结合表面之间形成范德华结合时，破坏安装在所述结合卡盘中的所述第一晶片的结合表面与安装在所述另一个卡盘中的所述另一个晶片的结合表面之间的范德华结合波。4.如权利要求1所述的结合卡盘，其中半径对应于所安装晶片的现有径向尺寸的外部环形区的轮廓比扁平的中央区低大约Inm和大约100微米之间。5.一种晶片结合卡盘的卡盘面，包括: 扁平的中央区；以及 与中央区邻接的外部环形区，沿着与所述中央区垂直的轴移动。6.如权利要求5所述的结合卡盘，其中外部环形区相对于中央区的运动可控制在大约0.1微米至大约I微米。7.如权利要求5所述的结合卡盘，其中外部环形区相...

【专利技术属性】
技术研发人员：林玮，S·斯科尔达斯，T·A·沃，
申请(专利权)人：国际商业机器公司，
类型：发明
国别省市：美国;US