【嘉德点评】武汉新芯发明的晶圆键合方法，通过在待补偿晶圆施加应力，在待键合的上晶圆和下晶圆上消除相对形变量差值，从而获得键合结构。这样就可以避免键合后上、下晶圆需要对准的图形产生错位，也进一步避免了对器件的性能产生影响。
集微网消息，晶圆是指制作硅半导体积体电路所用的硅晶片，其原始材料是硅。高纯度的多晶硅溶解后掺入硅晶体晶种，然后慢慢拉出，形成圆柱形的单晶硅。硅晶棒在经过研磨、抛光、切片后，形成硅晶圆片，也就是晶圆。
随着半导体技术的不断发展，3D-IC(三维集成电路)技术得到了广泛的应用，其是利用晶圆级封装技术将不同的晶圆堆叠键合在一起，该技术具有高性能、低成本且高集成度的优点。
在键合过程中，上晶圆和下晶圆相对设置并在外力作用下，由晶圆的中部向边缘接合而完成键合，在键合后若上、下晶圆需要对准的图形产生错位，会对器件的性能产生影响，甚至导致器件失效。
为此，新芯在19年12月23日申请了一项名为“一种晶圆键合方法”的发明专利（申请号：201911345905.1），申请人为武汉新芯集成电路制造有限公司。
根据该专利目前公开的资料，让我们一起来看看这项晶圆键合方法吧。
如上图，为现有技术中的晶圆键合结构示意图，在键合过程中，上晶圆和下晶圆相对设置，由晶圆的中部向边缘接合而完成键合。在这个过程中，上晶圆受向下的重力以及向下的挤压力，下晶圆受向上的挤压力。由于上晶圆与下晶圆受力不同，产生的形变不同，在键合后会导致上下晶圆需要对准的图形产生错位，这样就会导致器件的性能受到影响，甚至导致器件失效。
为此，该专利针对这样的键合方法进行了改进，根据已键合的上下晶圆的相对形变量差值，通过在待补偿晶圆施加应力，以在待键合的上下晶圆上消除相对形变量差值，待补偿晶圆可以为待键合的上下晶圆，而后对待键合的晶圆进行键合，以获得键合结构。
如上图，为待键合的上晶圆示意图，其中上晶圆10可以为单个晶圆，也可以由多个晶圆堆叠而成，各晶圆包括衬底100，其材料例如为Si衬底、Ge衬底、SiGe衬底等，在衬底上有覆盖层101，覆盖层为单层结构或叠层结构，包括层间介质层、金属间介质层，其材料例如为氮化硅、氧化硅等。
如上图，为待键合的下晶圆示意图，下晶圆20上有覆盖层201，覆盖层同样为单层结构或叠层结构，其中包括层间的介质层以及金属介质层，其材料由氮化硅、氧化硅等构成，在覆盖层中形成有待对准的图形202，在上晶圆10和下晶圆20进行键合时，上晶圆中的待对准图形102与下晶圆中的待对准图形202键合对准。
如上图，是上晶圆和下晶圆相结合的示意图，待键合的上晶圆和下晶圆之间在键合后，会得到上图中的这种键合结构。在键合过程中，待键合的上晶圆在重力和挤压力的作用下产生向下的形变，待键合的下晶圆在向上的挤压力的作用下产生向下的形变。
由于待键合的上晶圆在键合前有向下的翘曲，键合过程中的晶面背部的中间区域受重力和挤压力产生的向下的形变，二者相互作用，相互补偿，使得上晶圆较为平整。
待键合的下晶圆在键合前有向上的翘曲，键合过程中的晶面背部的中间区域受挤压力产生的向上的形变，二者相互作用，相互补偿，使得下晶圆较为平整。最后，将上晶圆和下晶圆进行键合，避免需要对准的图形产生位错，从而获得的键合结构。
如上图，为该专利中发明的键合方法形成键合结构过程中的流程示意图，可以看到，收集键合之后的上晶圆和下晶圆的相对形变量，将晶圆和上晶圆的形变的差值作为相对形变量差值，记为M。
其次再收集下一批次待键合的上晶圆和下晶圆的形变，根据键合之后的上晶圆和下晶圆的相对形变量，对下一次待键合的上晶圆和下晶圆的形变量进行调整。
在M大于0，即下晶圆的翘曲度大于上晶圆的翘曲度时，可以在上晶圆的背面沉积氮化硅，也可以在下晶圆的背面沉积氧化硅；在M小于0，即下晶圆的翘曲度小于上晶圆的翘曲度时，可以在下晶圆的背面沉积氮化硅，也可以在上晶圆的背面沉积氧化硅。
以上就是新芯发明的晶圆键合方法，通过在待补偿晶圆施加应力，在待键合的上晶圆和下晶圆上消除相对形变量差值，从而获得键合结构。这样就可以避免键合后上、下晶圆需要对准的图形产生错位，也进一步避免了对器件的性能产生影响。
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（校对/holly）
