[发明专利]一种提高晶圆间键合强度的方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体制造工艺，尤其涉及一种提高晶圆间键合强度的方法。

背景技术

氧化硅融合键合（Fusion Bonding）技术被普遍应用于互补式金属氧化硅影像感测器（CMOS image sensor，CIS）及微机电系统（Micro-Electro-Mechanical Systems，MEMS）的3D封装制程中，其基本原理是通过Si-O键实现两片晶圆的互连。如图1所示为键合界面的放大示意图。由于热氧氧化氧化硅的致密性比等离子体增强沉积氧化硅(PE-TEOS)层的致密性更高，Si-O键的数量更多，因此键合强度更大，更适合作为键合的介质。

对于晶圆背后感光技术(Backside Illumination,BSI)来说，支撑晶圆是裸硅系，介质使用的是热氧氧化氧化硅，其键合强度好；而器件晶圆由于是采用的CMOS-PST制程，故最多可承受的温度是400℃，因此器件晶圆经常使用PE-TEOS作为键合的介质。

而现有技术存在的问题主要集中在支撑晶圆上。图2示出了现有技术一种实现BSI氧化硅融合键合的工艺步骤，具体为：在步骤201中，提供器件晶圆和支撑晶圆，在支撑晶圆上形成对准标记。所述器件晶圆的键合面已经形成有PE-TEOS层。在支撑晶圆上形成对准标记，以为后续晶圆键合工艺中支撑晶圆（晶圆背面）和器件晶圆（晶圆正面）进行对准。在步骤202中，在支撑晶圆表面形成氧化硅层。所述氧化硅层可以选用热氧氧化氧化硅层或者等离子体沉积氧化硅(PE-TEOS)层，作为一个实例，热氧化生长氧化硅的温度为1100℃，时间为2h。在步骤203中，进行等离子体活化步骤，以提高键合强度。在步骤204中，对支撑晶圆进行去离子水浸润清洗，清洗后进行旋干。在步骤205中，进行氧化硅融合键合工艺，以将所述器件晶圆和所述支撑晶圆互连。如图3A所示为现有技术实施例一器件晶圆和支撑晶圆键合示意图，支撑晶圆302a和器件晶圆300a上均形成有对准标记，两个标记构成氧化硅融合键合工艺的定位标记（Align Mark）305a，器件晶圆300a表面沉积有PE-TEOS层301a，支撑晶圆302a键合面形成有热氧氧化氧化硅层303a，器件晶圆（正面）和支撑晶圆（背面）相结合，通过PE-TEOS层与热氧氧化氧化硅层实现互连。在支撑晶圆内形成对准标记后，由于采用高温热氧化方式在支撑晶圆表面形成氧化硅层，会导致对准标记的尺寸收缩和产生圆角，另外热氧氧化氧化硅层没有填孔能力，会导致对准标记处有空穴304a的存在。以上问题的存在均会导致晶圆间键合力变弱。

如图3B所示为现有技术实施例二器件晶圆和支撑晶圆键合示意图，由图可以看出器件晶圆300b表面沉积有PE-TEOS层301b，支撑晶圆302b键合面形成有PE-TEOS层303b，器件晶圆（正面）和支撑晶圆（背面）相结合，通过Si-O键实现互连。然而，通过等离子沉积获得的PE-TEOS氧化硅层较为松散，硅原子密度低，从而导致氧化硅融合键合后的Si-O键数量有限，影响晶圆间的结合力，使得执行后续制程背部研磨步骤时，TEOS氧化硅融合键合界面层发生严重剥离。

因此，急需一种新的制造方法，以克服现有技术中的不足。

发明内容

在发明内容部分中引入了一系列简化形式的概念，这将在具体实施方式部分中进一步详细说明。本发明的发明内容部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。

为了解决现有技术中存在的问题，本发明实施例一提出了一种提高晶圆间键合强度的方法，包括：提供器件晶圆和支撑晶圆；在所述支撑晶圆上形成对准标记；在所述支撑晶圆表面上形成等离子沉积氧化硅层；执行化学机械抛光平坦化步骤；执行热氧化步骤，以在所述支撑晶圆表面形成热氧氧化氧化硅层；执行氧化硅融合键合步骤。

可选地，所述等离子沉积氧化硅层厚度为1000～

可选地，所述热氧氧化氧化硅层厚度为50～

本发明实施例二提供另一种提高晶圆间键合强度的方法，包括：提供器件晶圆和支撑晶圆；在所述支撑晶圆上形成对准标记；在所述支撑晶圆表面依次形成热氧氧化氧化硅层和等离子沉积氧化硅层；执行化学机械抛光平坦化步骤去除等离子沉积氧化硅层；执行氧化硅融合键合步骤。

可选地，所述热氧氧化氧化硅层厚度为50～

可选地，所述等离子沉积氧化硅层厚度为3000～

可选地，在执行所述氧化硅融合键合步骤后还包括退火处理的步骤。

可选地，所述退火处理温度为200～500℃，退火时间为1～3h。