半导体结构及其形成方法技术

本申请提供半导体结构及其形成方法，所述半导体结构包括：底部晶圆，所述底部晶圆包括底部基底以及依次位于所述底部基底上的第一底部辅助层和第二底部辅助层，所述第一底部辅助层中形成有底部键合标记；堆叠晶圆，所述堆叠晶圆包括堆叠基底以及位于所述堆叠基底上的第三堆叠辅助层，所述第三堆叠辅助层表面形成有第二凹槽键合标记；所述底部晶圆和所述堆叠晶圆通过所述底部键合标记和所述第二凹槽键合标记对准键合。在晶圆表面形成能够改变晶圆弯曲度的辅助层，可以减少晶圆键合后的气泡缺陷；使用金属键合标记和凹槽键合标记来对准键合，可以节省工艺成本；在键合前，对晶圆进行修边，可以减少碎边缺陷，提高器件可靠性。提高器件可靠性。提高器件可靠性。

【技术实现步骤摘要】
半导体结构及其形成方法


[0001]本申请涉及半导体
，尤其涉及一种半导体结构及其形成方法。

技术介绍

[0002]随着微纳米技术的不断发展，半导体结构的特征尺寸不断减小，从而大幅提高芯片中晶体管的集成度。但随着特征尺寸越来越接近极限，摩尔定律的延续遇到了很大挑战。一些超越摩尔定律的技术，例如三维电子封装技术(3DIC)走进了人们的视野。通过3DIC可以把不同技术种类的芯片键合在一起。和传统平面二维电连接相比，3DIC具有体积小，重量轻，集成度高，信号延迟小，功耗低等优势。同时晶圆与晶圆级别的键合相对于晶圆与芯片和芯片与芯片级别的键合在晶圆级别上进行封测，然后进行划片这样可以减小封装的体积；同时晶圆级别键合最终切割出来的芯片的面积接近裸芯的面积，显著降低了生产成本。三维电子封装技术可以将微机电系统，射频模块，内存以及处理器等模块集成在一个系统内。大大提高了系统的集成度，减小了功耗，提高了性能。
[0003]现有的晶圆键合的方式有很多种，包括：粘合剂键和，阳极键合，金属键合，直接晶圆键合等。相比其他的晶圆键合方式，直接晶圆键合具有工艺流程简单，生产成本低等优势。但对晶圆的弯曲程度，晶圆的膜层结构以及晶圆对准的准确程度要求较高，目前的直接晶圆键合的工艺结果都不是很理想，经常会导致键合之后出现对准精度不够，气泡缺陷(Bubble defect)和碎边缺陷(Chipping defect)等情况。同时目前多是两片晶圆键合，多晶圆键合(晶圆与晶圆级别)因为技术原因还没有实现，因此，有必要提供更有效、更可靠的技术方案。

技术实现思路

[0004]本申请提供一种半导体结构及其形成方法，可以减少晶圆键合后的气泡缺陷和碎边缺陷，提高器件可靠性。
[0005]本申请的一个方面提供一种半导体结构的形成方法，包括：提供底部晶圆，所述底部晶圆包括底部基底以及依次位于所述底部基底上的第一底部辅助层和第二底部辅助层，所述第一底部辅助层中形成有底部键合标记；提供堆叠晶圆，所述堆叠晶圆包括堆叠基底以及依次位于所述堆叠基底上的第一堆叠辅助层和第二堆叠辅助层，所述第一堆叠辅助层中形成有第一堆叠键合标记；提供承载晶圆，所述承载晶圆包括承载基底以及位于所述承载基底上的承载辅助层，所述承载辅助层表面形成有凹槽键合标记；对准所述凹槽键合标记和第一堆叠键合标记，键合所述承载晶圆和所述堆叠晶圆；减薄所述堆叠晶圆的另一面至设定厚度；在所述堆叠晶圆的所述另一面形成第三堆叠辅助层，并在所述第三堆叠辅助层表面形成第二凹槽键合标记；对准所述底部键合标记和第二凹槽键合标记，键合所述底部晶圆和所述堆叠晶圆；去除所述承载晶圆。
[0006]在本申请的一些实施例中，所述半导体结构的形成方法还包括：对所述堆叠晶圆进行第一修边处理。
[0007]在本申请的一些实施例中，所述半导体结构的形成方法还包括：减薄所述堆叠晶圆的另一面至设定厚度后，对所述承载晶圆和所述堆叠晶圆进行第二修边处理。
[0008]在本申请的一些实施例中，所述凹槽键合标记位于所述承载晶圆的键合区，所述第二凹槽键合标记位于所述堆叠晶圆的键合区，所述的键合区分别位于晶圆的直径方向。
[0009]在本申请的一些实施例中，所述的键合区靠近晶圆的边缘关于晶圆的中心对称。
[0010]在本申请的一些实施例中，所述底部键合标记以及第一堆叠键合标记都为金属键合标记。
[0011]在本申请的一些实施例中，形成所述底部晶圆的方法包括：提供底部基底；在所述底部基底上沉积第一底部辅助层材料；在所述第一底部辅助层材料上形成底部键合标记；在所述第一底部辅助层材料和所述底部键合标记上继续沉积第一底部辅助层材料形成完全覆盖所述底部键合标记的第一底部辅助层；在所述第一底部辅助层上形成第二底部辅助层。
[0012]在本申请的一些实施例中，形成所述第一底部辅助层的方法还包括对所述第一底部辅助材料层进行退火工艺以及化学机械研磨工艺。
[0013]在本申请的一些实施例中，所述第一底部辅助层的材料包括氧化硅，所述第二底部辅助层的材料包括氮化硅。
[0014]在本申请的一些实施例中，所述第一底部辅助层的厚度为500埃至4000埃，所述第二底部辅助层的厚度为100埃至1000埃。
[0015]在本申请的一些实施例中，所述承载辅助层包括依次堆叠的第一承载辅助层、第二承载辅助层、第三承载辅助层。
[0016]在本申请的一些实施例中，所述第三承载辅助层的材料包括氧化硅。
[0017]在本申请的一些实施例中，所述半导体结构的形成方法还包括：提供第二堆叠晶圆和第二承载晶圆，所述第二堆叠晶圆和第二承载晶圆与所述堆叠晶圆和承载晶圆的结构相同；以堆叠后的堆叠晶圆和底部晶圆作为新的底部晶圆，使用如上述所述的半导体结构的形成方法将所述第二堆叠晶圆与新的底部晶圆键合。
[0018]在本申请的一些实施例中，所述半导体结构的形成方法还包括重复上述所述步骤，依次在所述第二堆叠晶圆上堆叠第三堆叠晶圆、第四堆叠晶圆至第N堆叠晶圆，其中，N为大于等于2的自然数。
[0019]本申请的另一个方面提供一种半导体结构，包括：底部晶圆，所述底部晶圆包括底部基底以及依次位于所述底部基底上的第一底部辅助层和第二底部辅助层，所述第一底部辅助层中形成有底部键合标记；堆叠晶圆，所述堆叠晶圆包括堆叠基底以及位于所述堆叠基底上的第三堆叠辅助层，所述第三堆叠辅助层表面形成有第二凹槽键合标记；所述底部晶圆和所述堆叠晶圆通过所述底部键合标记和所述第二凹槽键合标记对准键合。
[0020]在本申请的一些实施例中，所述半导体结构还包括第二堆叠晶圆，所述第二堆叠晶圆包括第二堆叠基底以及位于所述第二堆叠基底上的第六堆叠辅助层，所述第六堆叠辅助层表面形成有第四凹槽键合标记；所述堆叠晶圆远离所述底部晶圆的一面还包括第一堆叠辅助层和第二堆叠辅助层，所述第一堆叠辅助层中形成有第一堆叠键合标记；所述堆叠晶圆和所述第二堆叠晶圆通过所述第一堆叠键合标记和所述第四凹槽键合标记对准键合。
[0021]在本申请的一些实施例中，以上述所述的结构类推，所述半导体结构还包括依次
堆叠的第三堆叠晶圆、第四堆叠晶圆至第N堆叠晶圆，其中，N为大于等于2的自然数。
[0022]本申请所述的半导体结构及其形成方法，在晶圆表面形成能够改变晶圆弯曲度的辅助层，可以减少晶圆键合后的气泡缺陷；使用金属键合标记和凹槽键合标记来对准键合，可以节省工艺成本；晶圆始终有一个表面是硅表面，抓取晶圆的机械臂不用单独设计，还可以降低掉片风险；在键合前，对晶圆进行修边，可以减少碎边缺陷，提高器件可靠性。
附图说明
[0023]以下附图详细描述了本申请中披露的示例性实施例。其中相同的附图标记在附图的若干视图中表示类似的结构。本领域的一般技术人员将理解这些实施例是非限制性的、示例性的实施例，附图仅用于说明和描述的目的，并不旨在限制本申请的范围，其他方式的实施例也可能同样的完成本申请中的专利技术意图。应当理解，附图未按比例绘制。其中：
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种半导体结构的形成方法，其特征在于，包括：提供底部晶圆，所述底部晶圆包括底部基底以及依次位于所述底部基底上的第一底部辅助层和第二底部辅助层，所述第一底部辅助层中形成有底部键合标记；提供堆叠晶圆，所述堆叠晶圆包括堆叠基底以及依次位于所述堆叠基底上的第一堆叠辅助层和第二堆叠辅助层，所述第一堆叠辅助层中形成有第一堆叠键合标记；提供承载晶圆，所述承载晶圆包括承载基底以及位于所述承载基底上的承载辅助层，所述承载辅助层表面形成有凹槽键合标记；对准所述凹槽键合标记和第一堆叠键合标记，键合所述承载晶圆和所述堆叠晶圆；减薄所述堆叠晶圆的另一面至设定厚度；在所述堆叠晶圆的所述另一面形成第三堆叠辅助层，并在所述第三堆叠辅助层表面形成第二凹槽键合标记；对准所述底部键合标记和第二凹槽键合标记，键合所述底部晶圆和所述堆叠晶圆；去除所述承载晶圆。2.如权利要求1所述半导体结构的形成方法，其特征在于，还包括：对所述堆叠晶圆进行第一修边处理。3.如权利要求1所述半导体结构的形成方法，其特征在于，还包括：减薄所述堆叠晶圆的另一面至设定厚度后，对所述承载晶圆和所述堆叠晶圆进行第二修边处理。4.如权利要求1所述半导体结构的形成方法，其特征在于，所述凹槽键合标记位于所述承载晶圆的键合区，所述第二凹槽键合标记位于所述堆叠晶圆的键合区，所述的键合区分别位于晶圆的直径方向。5.如权利要求4所述半导体结构的形成方法，其特征在于，所述的键合区靠近晶圆的边缘关于晶圆的中心对称。6.如权利要求1所述半导体结构的形成方法，其特征在于，所述底部键合标记以及第一堆叠键合标记都为金属键合标记。7.如权利要求1所述半导体结构的形成方法，其特征在于，形成所述底部晶圆的方法包括：提供底部基底；在所述底部基底上沉积第一底部辅助层材料；在所述第一底部辅助层材料上形成底部键合标记；在所述第一底部辅助层材料和所述底部键合标记上继续沉积第一底部辅助层材料形成完全覆盖所述底部键合标记的第一底部辅助层；在所述第一底部辅助层上形成第二底部辅助层。8.如权利要求7所述半导体结构的形成方法，其特征在于，形成所述第一底部辅助层的方法还包括对所述第一底部辅助材料层进行退火工艺以及化学机械研磨工艺。9.如权利要求1所述半导体结构的形成方法，其特征在于，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘括，刘敏，赵娅俊，
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：