[发明专利]一种基于嵌套结构和退火的快速常温微凸点键合方法

说明书

本发明属于半导体技术领域，具体为一种基于嵌套结构和退火的快速常温微凸点键合方法。本发明方法包括：形成嵌套结构：在晶圆的正面和背面均形成嵌套结构，嵌套结构包括第一凸起和凹陷部，凹陷部包括凹陷结构和环绕所述凹陷结构的第二凸起；键合：在键合机上将两片晶圆的嵌套结构对准，使其中一片晶圆的第一凸起与另一片晶圆的凹陷结构相互对准并键合，重复多次完成多层晶圆的键合；第一凸起和凹陷结构构成固液扩散金属对；退火：对完成键合的多层晶圆进行退火，使固液扩散金属对中的高熔点金属和低熔点金属融化扩散形成金属间化合物实现电连接。本方法简单有效，能够节约生产时间，提高生产效率；并能有效避免对器件的损害。

技术领域

本发明属于半导体技术领域，具体涉及一种芯片与芯片之间的微凸点键合方法。

背景技术

随着集成电路集成度提高，半导体器件特征尺寸将达到物理极限。为进一步提高性能和集成度，研究人员开始将芯片在三维方向上进行集成。其中芯片与芯片之间的微凸点键合技术是实现三维集成的关键。目前多采用基于焊料回流、CuSn/AuSn等固液扩散原理的微凸点键合，其键合曲线包含降温/升温时间，需要较高的峰值温度及一定的压力，且键合期间焊料/Sn外溢不可控制，因此微凸点键合技术温度较高、键合时间较长，凸点节距和可靠性都受到限制。并且，多层芯片的键合所需的时间与芯片的个数成正比，这使得多次键合中峰值温度对芯片上器件影响较大，多层芯片键合时间很长、效率很低。

发明内容

本发明的目的在于提供一种快速、常温微凸点键合方法。

本发明提供的快速常温微凸点键合方法，是基于基于嵌套结构和退火技术的，具体步骤为：

（1）形成嵌套结构：在晶圆的正面和背面均形成嵌套结构，所述嵌套结构，其两端分别形成有第一凸起和凹陷部，所述凹陷部包括凹陷结构和环绕所述凹陷结构的第二凸起，所述第二凸起的高度大于所述凹陷结构的高度，所述嵌套结构中第一凸起和第二凸起采用高熔点金属材料，所述凹陷部的凹陷结构采用低熔点金属；

（2）键合：在键合机上将两片晶圆的所述嵌套结构对准，使其中一片晶圆的嵌套结构的所述第一凸起与另一片晶圆的嵌套结构的所述凹陷结构相互对准并键合，重复多次完成多层晶圆的键合；其中，所述第一凸起和所述凹陷结构构成固液扩散金属对；

（3）退火：对完成键合的所述多层晶圆进行退火处理，使所述固液扩散金属对中的高熔点金属和低熔点金属融化扩散形成金属间化合物实现电连接。

本发明中，优选退火温度根据所述低熔点金属材料的熔点在150℃-250℃间设定。

本发明中，优选所述退火时间为5min~25min。

本发明中，优选所述高熔点金属为Cu、Au、Ni中的一种或其任意组合。

本发明中，优选所述低熔点金属为Sn、In、Ga中的一种或其任意组合。

本发明中，优选所述嵌套结构形成步骤具体包括以下子步骤：在晶圆上形成对准标记图形；形成粘附层和种子层；采用标准光刻工艺，曝光出布线图形和嵌套结构的基础层图形，用电镀或化学镀镀出高熔点金属材料，形成基础层；采用标准光刻工艺，在所述基础层曝光出嵌套结构的第一凸起位置和凹陷部的第二凸起位置，电镀高熔点金属，形成第一凸起和凹陷部的第二凸起；在所述第二凸起中电镀低熔点金属形成所述凹陷结构，然后干法刻蚀粘附层和种子层；对晶圆的正面进行临时键合保护已有图形，反转晶圆在其背面重复上述步骤，完成背面的嵌套结构的制作，然后去除临时键合。