晶圓級鍵合封裝方法以及共晶鍵合的晶圓結構技術

一種晶圓級鍵合封裝方法以及共晶鍵合的晶圓結構，所述方法包括：提供第一晶圓和第二晶圓，第一晶圓包括切割道和有效器件單元；在第一晶圓待鍵合面的有效器件單元內形成至少一個第一鍵合結構，在第二晶圓待鍵合面上形成與第一鍵合結構相對應的第二鍵合結構；在第一晶圓待鍵合面的切割道內形成支撐層；使所述第一鍵合結構和第二鍵合結構相對設置，實現第一晶圓和第二晶圓的共晶鍵合；最后通過晶圓背面減薄、Al/Cu再布線和Ball?Drop技術以形成晶圓級鍵合封裝結構。在共晶鍵合過程中，共晶鍵合產生的壓力抵消作用于所述支撐層，所述支撐層在保護第一鍵合結構和第二鍵合結構的鍵合材料的同時阻止所述鍵合材料向外流動溢出，進而避免了晶圓的短路問題。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及半導體領域，尤其涉及一種晶圓級鍵合封裝方法以及共晶鍵合的晶圓結構。
技術介紹
在半導體制造中，傳統的晶圓封裝方法通常采用引線鍵合進行封裝，但隨著超大規模集成電路的發展趨勢，集成電路逐漸向微型化發展，引線鍵合工藝已經無法滿足工藝需求，因此晶圓級鍵合封裝逐漸取代引線鍵合封裝成為較為重要的封裝方法。例如，MEMS(MicroElectroMechanicalSystem，微機電系統)工藝中，通過采用共晶鍵合材料來實現晶圓與晶圓的共晶鍵合，最后做晶圓背面減薄、Al/Cu再布線和BallDrop技術以形成晶圓級鍵合封裝結構。圖1為現有技術的一種ASIC(ApplicationSpecificIntegratedCircuit，特定用途集成電路)晶圓跟MEMS(MicroElectroMechanicalSystem，微機電系統)晶圓共晶鍵合的方法。參考圖1，在現有的ASIC晶圓跟MEMS晶圓共晶鍵合的方法中，在ASIC晶圓100待鍵合面沉積鋁膜層110，在MEMS晶圓120待鍵合面沉積鍺膜層130；然后將ASIC晶圓100放置在第一加熱板140上，將MEMS晶圓120放置在第二加熱板150上，并使所述ASIC晶圓100待鍵合面及所述MEMS晶圓120待鍵合面相對齊，通過所述第一加熱板140和第二加熱板150加熱所述ASIC晶圓100和所述MEMS晶圓120，并使所述鋁膜層110和所述鍺膜層130相互擠壓，從而使所述鋁膜層110和所述鍺膜層130由于加熱加壓而相互熔合形成共晶鍵合層，進而使所述ASIC晶圓100和所述MEMS晶圓120鍵合在一起。但是，現有技術的晶圓共晶鍵合方法，晶圓內或者晶圓與晶圓之間容易出現短路問題，從而降低了晶圓鍵合的良率。
技術實現思路
本專利技術解決的問題是提供一種晶圓級鍵合封裝方法，提高晶圓鍵合的良率。為解決上述問題，本專利技術提供一種晶圓級鍵合封裝方法。包括如下步驟：提供第一晶圓和第二晶圓，所述第一晶圓的待鍵合面為第一待鍵合面，所述第二晶圓的待鍵合面為第二待鍵合面，所述第一晶圓包括切割道和有效器件單元，所述第一待鍵合面分為與所述切割道對應的第一區域和與所述有效器件單元相對應第二區域；在所述第一待鍵合面的第二區域形成至少一個第一鍵合結構；在所述第二晶圓的第二鍵合面上形成與所述第一鍵合結構相對應的第二鍵合結構；在所述第一待鍵合面的第一區域形成支撐層，所述支撐層的高度大于所述第一鍵合結構的高度，且小于第一鍵合結構和第二鍵合結構的高度之和；使所述第一鍵合結構和所述第二鍵合結構相對設置，實現第一晶圓和第二晶圓的共晶鍵合。可選的，形成所述支撐層的步驟包括：在所述第一鍵合結構和第一待鍵合面上覆蓋支撐材料層；對所述支撐材料層進行化學機械研磨使之平坦化；在所述支撐材料層表面形成圖形化的掩模層，所述圖形化的掩模層位于所述第一待鍵合面的第一區域，暴露出所述第一待鍵合面的第二區域；以所述圖形化的掩模層為掩模，沿暴露的所述第一待鍵合面的第二區域刻蝕所述支撐材料層，直至暴露出所述第一待鍵合面，保留在所述第一待鍵合面的第一區域的支撐材料層形成支撐層。可選的，形成所述支撐材料層的工藝為化學氣相沉積法。可選的，刻蝕所述支撐材料層采用的工藝為等離子體干法刻蝕工藝。可選的，刻蝕所述支撐材料層的過程中，所述第一鍵合結構兩側的支撐材料層被保留下來形成側肩支撐層。可選的，所述支撐層高度與所述第一鍵合結構和第二鍵合結構的高度之和的比值為0.78至0.9。可選的，所述共晶鍵合的步驟包括：將所述第一晶圓放置在第一加熱板上并將第二晶圓放置在第二加熱板上；使所述第一鍵合結構和所述第二鍵合結構相對設置；加熱所述第一加熱板和第二加熱板至共晶溫度；在所述共晶溫度下，同時向所述第一加熱板和第二加熱板施加壓力，使所述第一晶圓和第二晶圓實現共晶鍵合。可選的，所述第一鍵合結構為單層結構或疊層結構，所述第二鍵合結構為單層結構。可選的，所述第一鍵合結構為鋁層構成的單層結構，所述第二鍵合結構為鍺層。可選的，所述第一鍵合結構為鋁層和鍺層構成的雙層結構,所述第二鍵合結構為鋁層。本專利技術還提供一種共晶鍵合的晶圓結構，包括：第一晶圓，所述第一晶圓的待鍵合面為第一待鍵合面，所述第一晶圓包括切割道和有效器件單元，所述第一待鍵合面分為與所述切割道對應的第一區域和與所述有效器件單元相對應的第二區域；所述第一晶圓上設置有第一鍵合結構，位于所述第一待鍵合面的第二區域；第二晶圓，與所述第一晶圓相對設置且鍵合在一起，所述第二晶圓的待鍵合面為第二待鍵合面；所述第二晶圓上設置有第二鍵合結構，位于所述第二鍵合面上，所述第二鍵合結構與所述第一鍵合結構相對應且與所述第一鍵合結構通過共晶鍵合方式連接；支撐層，位于所述第一待鍵合面的第一區域且位于所述第一晶圓與第二晶圓之間，所述支撐層一表面與所述第一待鍵合面相接觸，所述支撐層另一表面與所述第二待鍵合面相接觸。可選的，所述晶圓結構還包括：側肩支撐層，位于所述第一鍵合結構兩側。可選的，所述第一鍵合結構為單層結構或疊層結構，所述第二鍵合結構為單層結構。可選的，所述第一鍵合結構為鋁層構成的單層結構,所述第二鍵合結構為鍺層。可選的，所述第一鍵合結構為鋁層和鍺層構成的雙層結構,所述第二鍵合結構為鋁層。與現有技術相比，本專利技術的技術方案具有以下優點：本專利技術的技術方案中，在第一待鍵合面的第一區域形成支撐層，在第一晶圓與第二晶圓的共晶鍵合過程中，所述共晶鍵合產生的壓力抵消作用在所述支撐層上，使第一晶圓與第二晶圓間的共晶鍵合材料不會受到過量的壓力而產生向外流動溢出的問題，進而避免了晶圓的短路問題。附圖說明圖1是現有技術晶圓共晶鍵合方法的結構示意圖；圖2至圖7是本專利技術實施例的晶圓共晶鍵合方法各步驟對應結構示意圖；圖8是本專利技術實施例的共晶鍵合的晶圓結構的結構示意圖。具體實施方式在共晶鍵合工藝中，兩種金屬熔合為合金并固化。可用于共晶鍵合的金屬材料一般有AuSi、AuSn、AuGe、CuSn、AlGe等合金材料，共晶鍵合過程中，位于晶圓待鍵合面上的金屬層在共晶溫度下相互熔合，而現有技術中的晶圓共晶鍵合方法容易使晶圓內或者晶圓與晶圓之間產生短路的問題，從而導致晶圓鍵合的良率較低，分析原因在于：共晶鍵合層所采用的金屬材料，在共晶鍵合過程中所述金屬材料熔化后成液態狀，一旦施加壓力，形成的金屬合金會向外流動溢出，從而影響晶圓內、晶圓與晶圓之間的接觸，甚至導致短路。為了解決所述技術問題，本專利技術提供一種優化的共晶鍵合方法，具體為：在第一待鍵合面和第一鍵合結構上覆蓋支撐材料層，刻蝕所述支撐材料層，保留在所述第一待鍵合面的第一區域的支撐材料層形成支撐層。在第一晶圓與第二晶圓的共晶鍵合過程中，所述共晶鍵合產生的壓力抵消作用在所述支撐層上，使第一晶圓與第二晶圓間的共晶鍵合材料不會受到過量的壓力而產生向外流動溢出的問題，進而避免了晶圓內、晶圓與晶圓之間的短路問題；此外，刻蝕所述支撐材料層的過程中，所述第一鍵合結構兩側的支撐材料層也被保留下來形成側肩支撐層，所述側肩支撐層同樣起到了抵消壓力的作用，保護共晶鍵合材料并阻止共晶鍵合材料向外流動溢出。為使本專利技術的上述目的、特征和優點能夠更為明顯易懂，下面結合附圖對本專利技術的具體實施例做詳細的說明本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種晶圓級鍵合封裝方法，其特征在于，包括：提供第一晶圓和第二晶圓，所述第一晶圓的待鍵合面為第一待鍵合面，所述第二晶圓的待鍵合面為第二待鍵合面，所述第一晶圓包括切割道和有效器件單元，所述第一待鍵合面分為與所述切割道對應的第一區域和與所述有效器件單元相對應的第二區域；在所述第一待鍵合面的第二區域形成至少一個第一鍵合結構；在所述第二晶圓的第二鍵合面上形成與所述第一鍵合結構相對應的第二鍵合結構；在所述第一待鍵合面的第一區域形成支撐層，所述支撐層的高度大于所述第一鍵合結構的高度，且小于第一鍵合結構和第二鍵合結構的高度之和；使所述第一鍵合結構和所述第二鍵合結構相對設置，實現第一晶圓和第二晶圓的共晶鍵合。

【技術特征摘要】
1.一種晶圓級鍵合封裝方法，其特征在于，包括：提供第一晶圓和第二晶圓，所述第一晶圓的待鍵合面為第一待鍵合面，所述第二晶圓的待鍵合面為第二待鍵合面，所述第一晶圓包括切割道和有效器件單元，所述第一待鍵合面分為與所述切割道對應的第一區域和與所述有效器件單元相對應的第二區域；在所述第一待鍵合面的第二區域形成至少一個第一鍵合結構；在所述第二晶圓的第二鍵合面上形成與所述第一鍵合結構相對應的第二鍵合結構；在所述第一待鍵合面的第一區域形成支撐層，所述支撐層的高度大于所述第一鍵合結構的高度，且小于第一鍵合結構和第二鍵合結構的高度之和；使所述第一鍵合結構和所述第二鍵合結構相對設置，實現第一晶圓和第二晶圓的共晶鍵合。2.如權利要求1所述的晶圓級鍵合封裝方法，其特征在于，形成所述支撐層的步驟包括：在所述第一鍵合結構和第一待鍵合面上覆蓋支撐材料層；對所述支撐材料層進行化學機械研磨使之平坦化；在所述支撐材料層表面形成圖形化的掩模層，所述圖形化的掩模層位于所述第一待鍵合面的第一區域，暴露出所述第一待鍵合面的第二區域；以所述圖形化的掩模層為掩模，沿暴露的所述第一待鍵合面的第二區域刻蝕所述支撐材料層，直至暴露出所述第一待鍵合面，保留在所述第一待鍵合面的第一區域的支撐材料層形成支撐層。3.如權利要求2所述的晶圓級鍵合封裝方法，其特征在于，形成所述支撐材料層的工藝為化學氣相沉積法。4.如權利要求2所述的晶圓級鍵合封裝方法，其特征在于，刻蝕所述支撐材料層采用的工藝為等離子體干法刻蝕工藝。5.如權利要求2所述的晶圓級鍵合封裝方法，其特征在于，刻蝕所述支撐材料層的過程中，所述第一鍵合結構兩側的支撐材料層被保留下來形成側肩支撐層。6.如權利要求2所述的晶圓級鍵合封裝方法，其特征在于，所述支撐層高度與所述第一鍵合結構和第二鍵合結構的高度之和的比值為0.78至0.9。7.如權利要求1所述的晶圓級鍵合封裝方法，其特征在于，所述共晶鍵合的步驟包括：將所述第一晶圓放置在第一加熱板上并將第二晶圓放置...

【專利技術屬性】
技術研發人員：徐偉，
申請(專利權)人：中芯國際集成電路制造北京有限公司，中芯國際集成電路制造上海有限公司，
類型：發明
國別省市：北京;11