临时键合方法

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN112530813A(43)申请公布日2021.03.19(21)申请号202011383320.1(22)申请日2020.11.30(71)申请人复旦大学地址200433上海市杨浦区邯郸路220号(72)发明人张卫　刘子玉　陈琳　孙清清　(74)专利代理机构北京英创嘉友知识产权代理事务所(普通合伙)11447代理人曹寒梅(51)Int.Cl.H01L21/50(2006.01)权利要求书1页说明书4页附图4页(54)发明名称临时键合方法(57)摘要本公开涉及一种临时键合方法，属于半导体技术领域，能够节省材料成本，降低解键合时间，而且不存在热应力。一种临时键合方法，包括：在衬底上形成嵌套结构的第一类型子嵌套结构，其中所述嵌套结构包括能够相互嵌套的所述第一类型子嵌套结构和第二类型子嵌套结构；在所述衬底的未形成所述第一类型子嵌套结构的区域中制备各种图形和器件；在所述第一类型子嵌套结构和所述图形和器件上形成保护层；在用于临时键合的载板上形成所述第二类型子嵌套结构；以及将所述第一类型子嵌套结构与所述第二类型子嵌套结构进行嵌套互锁。CN112530813ACN112530813A权　利　要　求　书1/1页1.一种临时键合方法，其特征在于，包括：在衬底上形成嵌套结构的第一类型子嵌套结构，其中所述嵌套结构包括能够相互嵌套的所述第一类型子嵌套结构和第二类型子嵌套结构；在所述衬底的未形成所述第一类型子嵌套结构的区域中制备各种图形和器件；在所述第一类型子嵌套结构和所述图形和器件上形成保护层；在用于临时键合的载板上形成所述第二类型子嵌套结构；以及将所述第一类型子嵌套结构与所述第二类型子嵌套结构进行嵌套互锁。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述在衬底上形成嵌套结构的第一类型子嵌套结构，包括：在所述衬底上形成硬掩模；对形成了所述硬掩模的所述衬底进行光刻和湿法刻蚀，得到所述第一类型子嵌套结构。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述第一类型子嵌套结构或者所述第二类型子嵌套结构为凹槽结构的情况下，所述凹槽结构的截面为倒梯形、三角形或直角形，所述凹槽结构的开口形状为六边形、五边形、正方形、三角形或圆形。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述第一类型子嵌套结构或者所述第二类型子嵌套结构为凹槽结构的情况下，所述凹槽结构的深度大于20微米。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述保护层的材料为二氧化硅、氮化硅、聚酰亚胺或苯丙环丁烯。6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述保护层的厚度大于100纳米。7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述在用于临时键合的载板上形成所述第二类型子嵌套结构，包括：在所述载板上形成硬掩模；对形成了所述硬掩模的所述载板进行光刻和湿法刻蚀，得到所述第二类型子嵌套结构。8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：在在嵌套互锁后的所述衬底的背面上制备完成背部结构或背部器件之后，将所述衬底与所述载板解键合。9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述将所述衬底与所述载板解键合，包括：利用吸附方式分别吸附所述衬底与所述载板，在吸附外力作用下将所述衬底与所述载板解键合。10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述吸附方式为真空吸附、磁力吸附、毛细力吸附中的至少一者。2CN112530813A说　明　书1/4页临时键合方法技术领域[0001]本公开涉及半导体技术领域，具体地，涉及一种临时键合方法。背景技术[0002]为了提高集成电路的性能和集成度，已经开始在三维方向上对芯片进行集成。目前，多采用临时键合胶等聚合物材料进行临时键合，方法多为加热、激光、化学反应等。这种临时键合方法的缺点在于，材料成本高，应力大、以及解键合时间长等。发明内容[0003]本公开的目的是提供一种临时键合方法，能够节省材料成本，降低解键合时间，而且不存在热应力。[0004]根据本公开的第一实施例，提供一种临时键合方法，包括：在衬底上形成嵌套结构的第一类型子嵌套结构，其中所述嵌套结构包括能够相互嵌套的所述第一类型子嵌套结构和第二类型子嵌套结构；在所述衬底的未形成所述第一类型子嵌套结构的区域中制备各种图形和器件；在所述第一类型子嵌套结构和所述图形和器件上形成保护层；在用于临时键合的载板上形成所述第二类型子嵌套结构；以及将所述第一类型子嵌套结构与所述第二类型子嵌套结构进行嵌套互锁。[0005]可选地，所述在衬底上形成嵌套结构的第一类型子嵌套结构，包括：在所述衬底上形成硬掩模；对形成了所述硬掩模的所述衬底进行光刻和湿法刻蚀，得到所述第一类型子嵌套结构。[0006]可选地，在所述第一类型子嵌套结构或者所述第二类型子嵌套结构为凹槽结构的情况下，所述凹槽结构的截面为倒梯形、三角形或直角形，所述凹槽结构的开口形状为六边形、五边形、正方形、三角形或圆形。[0007]可选地，在所述第一类型子嵌套结构或者所述第二类型子嵌套结构为凹槽结构的情况下，所述凹槽结构的深度大于20微米。[0008]可选地，所述保护层的材料为二氧化硅、氮化硅、聚酰亚胺或苯丙环丁烯。[0009]可选地，所述保护层的厚度大于100纳米。[0010]可选地，所述在用于临时键合的载板上形成所述第二类型子嵌套结构，包括：在所述载板上形成硬掩模；对形成了所述硬掩模的所述载板进行光刻和湿法刻蚀，得到所述第二类型子嵌套结构。[0011]可选地，所述方法还包括：在在嵌套互锁后的所述衬底的背面上制备完成背部结构或背部器件之后，将所述衬底与所述载板解键合。[0012]可选地，所述将所述衬底与所述载板解键合，包括：利用吸附方式分别吸附所述衬底与所述载板，在吸附外力作用下将所述衬底与所述载板解键合。[0013]可选地，所述吸附方式为真空吸附、磁力吸附、毛细力吸附中的至少一者。[0014]本公开的技术方案具备如下优点：(1)由于是在衬底和载板上形成能够相互嵌套3CN112530813A说　明　书2/4页的结构来实现衬底与载板的临时键合，因此其不需要额外使用聚合物或者金属作为临时键合胶材料，从而节省了材料成本；(2)由于进行相互嵌套的结构的材料(也即衬底和载板的材料)相同，因此其不存在材料的热膨胀系数不匹配导致的热应力问题，提高了集成的可靠性；(3)由于临时键合时没有使用临时键合胶材料，所以在解键合时不需要进行加热、曝光、化学反应等等操作，大大降低了解键合时间。总体而言，根据本公开实施例的临时键合方法适合于晶圆级/芯片对晶圆/芯片对芯片的临时键合，而且键合芯片的类型不受限制，另外还能够大大促进三维集成的发展，特别是存在多种材料和界面的异构集成的发展。[0015]本公开的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。附图说明[0016]附图是用来提供对本公开的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本公开，但并不构成对本公开的限制。在附图中：[0017]图1是根据本公开一种实施例的临时键合方法的流程图。[0018]图2a‑2i示出了根据本公开实施例的临时键合方法的剖面示意图。具体实施方式[0019]以下结合附图对本公开的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本公开，并不用于限制本公开。[0020]图1是根据本公开一种实施例的临时键合方法的流程图。如图1所示，该方法包括以下步骤S11至S15。[0021]在步骤S11中，在衬底上形成嵌套结构的第一类型子嵌套结构，其中嵌套结构包括能够相互嵌套的第一类型子嵌套结构和第二类型子嵌套结构。[0022]嵌套结构指的是构成嵌套结构的两个部分中的一个部分为凹槽结构、另一个部分为凸起结构，这样，当凸起结构嵌入凹槽结构中时两者能够相互嵌套并互锁。[0023]在本公开中，当第一类型子嵌套结构为凹槽结构时，第二类型子嵌套结构就为凸起结构，当第一类型子嵌套结构为凸起结构时，第二类型子嵌套结构就为凹槽结构。[0024]在第一类型子嵌套结构或者第二类型子嵌套结构为凹槽结构的情况下，凹槽结构的截面为倒梯形、三角形或直角形，凹槽结构的开口形状为六边形、五边形、正方形、三角形或圆形。但是本领域技术人员应当理解的是，凹槽结构的截面形状和开口形状实际上可以为任意形状，只要能够实现嵌套即可。另外，凹槽结构的深度大于20微米，例如可以为30微米，以便于能够形成稳固的嵌套互锁。[0025]在步骤S12中，在衬底的未形成第一类型子嵌套结构的区域中制备各种图形和器件。[0026]本公开对于各种图形和器件的制备方法不做限制。[0027]通常，第一类型子嵌套结构位于衬底的四周，而且其尺寸较大，这样便于利用对准的方式进行嵌套互锁。[0028]在步骤S13中，在第一类型子嵌套结构和图形和器件上形成保护层。[0029]形成保护层的目的在于，在后续的临时键合过程中用于保护在步骤S12中形成的各种图形和器件不受到损坏。4CN112530813A说　明　书3/4页[0030]保护层的材料可以是二氧化硅、氮化硅、聚酰亚胺、苯丙环丁烯等等。保护层的厚度大于100纳米，例如可以为200纳米，以便于能够更好地起到保护作用。[0031]在步骤S14中，在用于临时键合的载板上形成第二类型子嵌套结构。[0032]在步骤S15中，将第一类型子嵌套结构与第二类型子嵌套结构进行嵌套互锁。[0033]本领域技术人员应当理解的是，步骤S14可以在步骤S11之前、或者S12之前、或者S13之前执行。也即，只要在步骤S15之前能够形成第二类型子嵌套结构就行。[0034]本公开的技术方案具备如下优点：(1)由于是在衬底和载板上形成能够相互嵌套的结构来实现衬底与载板的临时键合，因此其不需要额外使用聚合物或者金属作为临时键合胶材料，从而节省了材料成本；(2)由于进行相互嵌套的结构的材料(也即衬底和载板的材料)相同，因此其不存在材料的热膨胀系数不匹配导致的热应力问题，提高了集成的可靠性；(3)由于临时键合时没有使用临时键合胶材料，所以在解键合时不需要进行加热、曝光、化学反应等等操作，大大降低了解键合时间。总体而言，根据本公开实施例的临时键合方法适合于晶圆级/芯片对晶圆/芯片对芯片的临时键合，而且键合芯片的类型不受限制，另外还能够大大促进三维集成的发展，特别是存在多种材料和界面的异构集成的发展。[0035]图2a‑2i示出了根据本公开实施例的临时键合方法的剖面示意图。其中，该剖面示意图是以第一类型子嵌套结构是凹槽结构，第二类型子嵌套结构是凸起结构为例进行描述的。[0036]首先，在图2a中，在衬底1上形成硬掩模2，例如，可以采用沉积(例如，化学气相沉积、物理气相沉积等)的方法形成硬掩模2。衬底1的材料可以是硅、玻璃等。硬掩模2的材料可以是绝缘材料，例如二氧化硅、氮化硅等，也可以是金属材料，例如Al等。然后对形成了硬掩模2的衬底1进行光刻和湿法刻蚀，得到第一类型子嵌套结构3。[0037]然后，如图2b所示，刻蚀去除衬底1上剩余的硬掩模2。[0038]然后，如图2c所示，在衬底1的未形成第一类型子嵌套结构3的区域中制备各种图形和器件4，以实现衬底1的正面图形和器件的制备。然后，在第一类型子嵌套结构3和图形和器件4上形成保护层5。[0039]然后，如图2d所示，在用于临时键合的载板6上形成硬掩模7，例如，可以采用沉积(例如，化学气相沉积、物理气相沉积等)的方法形成硬掩模7。载板6的材料可以是硅、玻璃等。硬掩模7的材料可以是绝缘材料，例如二氧化硅、氮化硅等，也可以是金属材料，例如Al等。然后，对硬掩模7进行光刻形成图形。[0040]然后，如图2e所示，通过湿法刻蚀形成第二类型子嵌套结构8。[0041]然后，如图2f所示，去除载板6上剩余的硬掩模7。[0042]然后，如图2g所示，将第一类型子嵌套结构3与第二类型子嵌套结构8进行嵌套互锁。[0043]在进行嵌套互锁的过程中，可以在键合机上将第一类型子嵌套结构3与第二类型子嵌套结构8进行对准，然后施加较小的力使得凹槽结构的第一类型子嵌套结构3与凸起结构的第二类型子嵌套结构8进行匹配嵌套，从而形成机械互锁结构，这样就完成了临时键合。[0044]之所以能够在键合机上根据嵌套结构的图形进行对准，是因为临时键合的图形在晶圆周围，尺寸较大，可以用作对准图形。5CN112530813A说　明　书4/4页[0045]然后，如图2h所示，在嵌套互锁后的衬底1的背面上制备背部结构或背部器件9。[0046]然后，如图2i所示，在在嵌套互锁后的衬底1的背面上制备完成背部结构或背部器件9之后，将衬底1与载板6解键合。[0047]其中，可以利用吸附方式分别吸附衬底1与载板6，在吸附外力作用下将衬底1与载板6解键合。吸附方式可以为真空吸附、磁力吸附、毛细力吸附中的至少一者。在一种实施例中，可以采用真空吸附、磁力吸附、毛细力吸附等吸附方式吸附衬底1和载板6，然后慢慢向上向下分开衬底1和载板6，实现两者的解键合。而且，在解键合的过程中，要保证衬底1和载板6的位置不要左右移动。[0048]通过采用上述技术方案，就能够利用机械嵌套结构实现晶圆与载板的临时键合，利用机械脱模实现晶圆与载板的解键合，节省了材料成本，而且不存在材料的热膨胀系数不匹配导致的热应力问题，提高了集成的可靠性，另外，由于在解键合时不需要进行加热、曝光、化学反应等等操作，大大降低了解键合时间。[0049]以上结合附图详细描述了本公开的优选实施方式，但是，本公开并不限于上述实施方式中的具体细节，在本公开的技术构思范围内，可以对本公开的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本公开的保护范围。[0050]另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本公开对各种可能的组合方式不再另行说明。[0051]此外，本公开的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本公开的思想，其同样应当视为本公开所公开的内容。6CN112530813A说　明　书　附　图1/4页图1图2a7CN112530813A说　明　书　附　图2/4页图2b图2c图2d图2e8CN112530813A说　明　书　附　图3/4页图2f图2g图2h9CN112530813A说　明　书　附　图4/4页图2i10