晶圆的键合方法和化学机械平坦化方法技术

一种晶圆的键合方法和化学机械研磨方法。其中，所述晶圆的键合方法包括：提供器件晶圆和承载晶圆；在所述器件晶圆正面形成第一材料层；采用第一化学机械研磨方法平坦化所述第一材料层，所述第一化学机械研磨方法包括第一摇摆研磨步骤和第一固定研磨步骤，所述第一固定研磨步骤将研磨头中定位环的至少一部分悬空在研磨垫正上方以外，所述定位环悬空部分到所述研磨垫边缘的最大距离大于等于所述定位环的圆环宽度；在所述第一化学机械研磨方法后，将所述器件晶圆和承载晶圆键合在一起。所述晶圆的键合方法提高晶圆的键合性能和键合良率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体制造领域，尤其涉及一种晶圆的键合方法和化学机械平坦化方法。
技术介绍
请参考图1，在芯片的晶圆级封装(wafer level package，WLP)过程中，制作有芯片的器件晶圆(device wafer)100通常需要与承载晶圆(carrier wafer)200键合(bonding)在一起，然后进行后续的晶圆减薄和晶圆级封装等工艺。特别是在三维芯片(3DIC)结构，承载晶圆200被更加普遍的运用在三维芯片的晶圆级封装工艺中。然而，请参考图2，在器件晶圆200的后段制程(BEOL)中，通常需要在层间介质层210上形成铜互连线。形成铜互连线时，需要沉积例如约为的铜材料层220，然后进行去边(Edge bead remove，EBR)。去边之后，铜材料层220会导致器件晶圆正面边缘约3毫米宽的区域低于器件晶圆正面其它区域，即图2中所示，宽度W所在的边缘区域的正面由于去边工艺而没有铜材料层220，从而使器件晶圆200正面边缘出现台阶。为了消除上述器件晶圆正面边缘的台阶，现有方法通常在器件晶圆与承载晶圆键合前进行以下工艺：沉积第一材料层，对第一材料层进行第一化学机械研磨；沉积第二材料层，对第二材料层进行第二化学机械研磨；沉积第三材料层，对第三材料层进行第三化学机械研磨。通过三次的材料层形成和对应三次的化学机械研磨工艺，降低台阶的高度，即减小器件晶圆正面边缘区域与其它区域的高度差。然而，请参考图3，现有晶圆的键合方法无法很好地消除器件晶圆200正面边缘区域与其它区域的高度差，导致器件晶圆200与承载晶圆100键合后(通常器件晶圆200通过制作在正面的氧化层230与承载晶圆100键合)，它们的键合面边缘出现缝隙(void)12。缝隙12的存在降低器件晶圆200与承载晶圆100的键合良率。
技术实现思路
本专利技术解决的问题是提供一种晶圆的键合方法和化学机械研磨方法，所述晶圆的键合方法防止器件晶圆和承载晶圆的键合面边缘出现缝隙，提高晶圆键合可靠性，从而提高晶圆的晶圆级封装良率，所述化学机械研磨方法提高平坦化后研磨材料层的平坦度。为解决上述问题，本专利技术提供一种晶圆的键合方法，包括：提供器件晶圆和承载晶圆；在所述器件晶圆正面形成第一材料层；采用第一化学机械研磨方法平坦化所述第一材料层，所述第一化学机械研磨方法包括第一摇摆研磨步骤和第一固定研磨步骤，所述第一固定研磨步骤将研磨头中定位环的至少一部分悬空在研磨垫正上方以外，所述定位环悬空部分到所述研磨垫边缘的最大距离大于等于所述定位环的圆环宽度；在所述第一化学机械研磨方法后，将所述器件晶圆和承载晶圆键合在一起。可选的，所述第一固定研磨步骤同时将所述器件晶圆的至少一部分悬空在所述研磨垫正上方以外，所述器件晶圆悬空部分的最大径向宽度为10毫米。可选的，所述第一化学机械研磨方法还包括第二摇摆研磨步骤和第二固定研磨步骤的至少其中一个步骤。可选的，所述键合方法还包括：在所述第一化学机械研磨方法后，在所述器件晶圆正面形成第二材料层；采用第二化学机械研磨方法平坦化所述第二材料层，所述第二化学机械研磨方法包括所述第一摇摆研磨步骤和第一固定研磨步骤。可选的，所述第一摇摆研磨步骤的摇摆频率为5来回/分钟～10来回/分钟，每个来回的单程距离为1.5英寸～2.3英寸，所述第一摇摆研磨步骤的研磨压强为100克/平方厘米～400克/平方厘米。可选的，所述第一固定研磨步骤时定位环的转速为75转/分钟～130转/分
钟。可选的，所述第一固定研磨步骤的研磨压强为100克/平方厘米～400克/平方厘米，所述第一固定研磨步骤的研磨速率为2000埃/分钟～4000埃/分钟。可选的，所述第一材料层的材料为氧化硅。为解决上述问题，本专利技术还提供了一种化学机械研磨方法，包括：在晶圆表面形成研磨材料层；采用第一摇摆研磨步骤对所述研磨材料层进行平坦化；采用第一固定研磨步骤对所述研磨材料层进行平坦化，所述第一固定研磨步骤将研磨头中定位环的至少一部分悬空在研磨垫正上方以外，所述悬空部分到所述研磨垫边缘的最大距离大于等于所述定位环的宽度。可选的，在所述第一摇摆研磨步骤和第一固定研磨步骤之后，还包括摇摆研磨步骤和第二固定研磨步骤的至少其中一个步骤。可选的，所述第一摇摆研磨步骤的摇摆频率为5来回/分钟～10来回/分钟，每个来回的单程距离为1.5英寸～2.3英寸，所述第一摇摆研磨步骤的研磨压强为100克/平方厘米～400克/平方厘米。可选的，所述第一固定研磨步骤时定位环的转速为75转/分钟～130转/分钟，所述第一固定研磨步骤的研磨压强为100克/平方厘米～400克/平方厘米，所述第一固定研磨步骤的研磨速率为2000埃/分钟～4000埃/分钟。可选的，所述研磨材料层的材料为铜、铝、钨、硅、氮化硅或氧化硅。与现有技术相比，本专利技术的技术方案具有以下优点：本专利技术的技术方案中，采用包括第一摇摆研磨步骤和第一固定研磨步骤的第一化学机械研磨方法对第一材料层进行平坦化，从而获得表面齐平均一的剩余第一材料层。然后，利用平坦化后剩余的第一材料层将器件晶圆和承载晶圆键合在一起。由于第一材料层经过上述第一化学机械研磨方法之后，在各个位置的表面均齐平均一，因此，器件晶圆和承载晶圆键合在一起后，两个晶圆之间不会存在空隙，从而提高了晶圆的键合性能，提高了晶圆的键合良率。进一步，所述第一固定研磨步骤的研磨压强可以为100克/平方厘米～400克/平方厘米。所述第一固定研磨步骤的研磨压强控制目的同样是防止压破器件晶圆，同时又保持较为理想的研磨速率。因此，研磨压强通常控制在400克/平方厘米以下，以防止研磨过程压破器件晶圆，同时，研磨压强控制在100克/平方厘米以上，以保持较为理想的研磨速率。附图说明图1器件晶圆和承载晶圆键合的示意图；图2是器件晶圆表面形成铜互连层的示意图；图3是器件晶圆形成铜互连层后与承载晶圆键合的示意图；图4是研磨头吸附器件晶圆的示意图；图5是研磨过程中研磨垫与器件晶圆的示意图；图6是本专利技术实施例所提供的器件晶圆和承载晶圆的示意图；图7是在图6所示器件晶圆正面形成金属互连层和金属间介质层示意图；图8是在图7所示结构上形成第一材料层的示意图；图9是对图8中形成有第一材料层的器件晶圆进行第一摇摆研磨步骤的示意图；图10是图9对应第一摇摆研磨步骤的摇摆距离-时间曲线图；图11是对图8中形成有第一材料层的器件晶圆进行第一固定研磨步骤的示意图；图12是图11对应第一固定研磨步骤中，器件晶圆边缘到研磨垫边缘的距离-时间曲线图；图13是本实施例使第一材料层位于器件晶圆正面边缘台阶消除的原理示意图；图14是现有晶圆的键合方法进行化学机械研磨后，器件晶圆表面上材料层各位置上的剩余厚度；图15是现有晶圆的键合方法在进行化学机械研磨过程中，材料层的去除
速率；图16是本实施例所提供的晶圆的键合方法进行化学机械研磨后，器件晶圆表面上材料层各位置上的剩余厚度；图17是本实施例所提供的晶圆的键合方法在进行化学机械研磨过程中，材料层的去除速率；图18是本实施例在所述第一化学机械研磨方法后，将器件晶圆和承载晶圆键合在一起的示意图；图19是本专利技术另一实施例所提供的晶圆的键合方法中，对形成有第本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种晶圆的键合方法，其特征在于，包括：提供器件晶圆和承载晶圆；在所述器件晶圆正面形成第一材料层；采用第一化学机械研磨方法平坦化所述第一材料层，所述第一化学机械研磨方法包括第一摇摆研磨步骤和第一固定研磨步骤，所述第一固定研磨步骤将研磨头中定位环的至少一部分悬空在研磨垫正上方以外，所述定位环悬空部分到所述研磨垫边缘的最大距离大于等于所述定位环的圆环宽度；在所述第一化学机械研磨方法后，将所述器件晶圆和承载晶圆键合在一起。

【技术特征摘要】
1.一种晶圆的键合方法，其特征在于，包括：提供器件晶圆和承载晶圆；在所述器件晶圆正面形成第一材料层；采用第一化学机械研磨方法平坦化所述第一材料层，所述第一化学机械研磨方法包括第一摇摆研磨步骤和第一固定研磨步骤，所述第一固定研磨步骤将研磨头中定位环的至少一部分悬空在研磨垫正上方以外，所述定位环悬空部分到所述研磨垫边缘的最大距离大于等于所述定位环的圆环宽度；在所述第一化学机械研磨方法后，将所述器件晶圆和承载晶圆键合在一起。2.如权利要求1所述的晶圆的键合方法，其特征在于，所述第一固定研磨步骤同时将所述器件晶圆的至少一部分悬空在所述研磨垫正上方以外，所述器件晶圆悬空部分的最大径向宽度为10毫米。3.如权利要求1所述的晶圆的键合方法，其特征在于，所述第一化学机械研磨方法还包括第二摇摆研磨步骤和第二固定研磨步骤的至少其中一个步骤。4.如权利要求1、2或3所述的晶圆的键合方法，其特征在于，所述键合方法还包括：在所述第一化学机械研磨方法后，在所述器件晶圆正面形成第二材料层；采用第二化学机械研磨方法平坦化所述第二材料层，所述第二化学机械研磨方法包括所述第一摇摆研磨步骤和第一固定研磨步骤。5.如权利要求1、2或3所述的晶圆的键合方法，其特征在于，所述第一摇摆研磨步骤的摇摆频率为5来回/分钟～10来回/分钟，每个来回的单程距离为1.5英寸～2.3英寸，所述第一摇摆研磨步骤的研磨压强为100克/平方厘米～400克/平方厘米。6.如权利要求1、2或3所述的晶圆的键合方法，其特征在于，所述第一固定研磨步骤时定位环的转速为75转/分钟～130转/分钟。7.如权利要求1、2...

【专利技术属性】
技术研发人员：王贤超，张启迪，
申请(专利权)人：中芯国际集成电路制造上海有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31