直接鍵合工藝的制作方法
【專利說明】直接鍵合工藝
【背景技術】
[0001] 本發明設及利用直接鍵合（也被稱為分子鍵合）將第一晶圓（載體襯底或晶圓） 與至少一個第二晶圓（或襯底）接合而形成的多層結構的制造。該種異質結構尤其用于微 電子或光電子。
[0002] 本發明更特別地設及在制造多層結構（例如，SOS(藍寶石（Al2〇3)上娃）或 GaNOS(藍寶石上GaN)結構）的背景下直接鍵合半導體晶圓。
[0003] 通常，使用=維集成（3D集成）技術制作該種多層結構（也被稱為多層半導體晶 圓），該3D集成技術設及將由第二晶圓形成的至少一層轉印到被稱為最終襯底的第一晶 圓，該個層對應于第二晶圓的其中已經形成元件（例如，多個微組件）的一部分，第一晶圓 是空白晶圓或包括其它對應元件。
[0004] 如已知的，第一晶圓（載體晶圓）與第二晶圓的直接鍵合可在所得到的多層結構 中產生各種類型的應變。該種鍵合可例如在第一晶圓和第二晶圓中產生不均勻的應變，從 而更難W將第二晶圓中形成的組件或其它圖案與在下面的載體晶圓對準。例如，在專利申 請FR 2 965 398中描述了由于不均勻應變導致的該個未對準（或覆蓋）的形成機制。
[0005] 此外，直接鍵合可在形成多層結構的接合晶圓中產生弓形度化OW)。尤其在熱處理 期間出現該個弓形度，因為接合在多層結構中的各種晶圓的熱性質存在差異（不同的熱膨 脹系數（TEC)等）。
[0006] 可提及例如專利申請FR 2 954 585,該專利申請尤其描述了在大約160°C的溫度 下執行鍵合加強退火期間的異質結構的行為，該異質結構是通過將第一 SOI (絕緣體上娃） 晶圓鍵合至藍寶石襯底形成的。娃的TEC、S0I結構的主要組分和藍寶石的TEC之間的差異 導致在熱處理期間的組件弓形度，使得在該異質結構的邊緣處的高脫結應力。
[0007] 該些應力導致晶圓邊緣處不令人滿意的轉印，從而有可能導致形成過大不規則的 "晶冠"（即，第一晶圓沒有被轉印到載體襯底的區域），該會尤其導致晶圓邊緣處脫落。
[0008] 此外，專利申請FR 1 153 349描述了 W下情況；來自第一襯底（被稱為"襯底供 體"）的層被轉印到第二襯底（被稱為"襯底受體"），第二襯底之前已經經歷了各種技術工 藝（形成腔體等）。為了轉印該個層，將第一襯底和第二襯底直接鍵合，對由此得到的多層 結構進行退火，然后該結構經歷化學-機械薄化步驟。最終多層結構中的弓形度主要是由 于第二襯底（即，"襯底受體"）中的初始應變導致的，該個初始應變是由于在鍵合之前第二 襯底經歷的技術加工步驟（蝕刻、沉積等）導致的。
[0009] 然而，在多層結構中觀察到的該個弓形度效應具有實質缺陷。所產生的應力可尤 其導致在直接鍵合第一晶圓和第二晶圓之后執行的技術加工步驟（熱處理等）期間多層結 構（部分或完全）脫結或破裂。因此，必須謹慎選擇對多層結構執行的后鍵合技術工藝（熱 處理，薄化等）的參數，W避免過大應力，從而大幅度增大該些工藝的復雜度和控制它們的 難度進而它們的花費。
[0010] 當例如載體晶圓包括腔體時，為了允許在可接受狀況下執行后續技術工藝，制造 通常要求多層結構后鍵合（第一晶圓鍵合到沒有任何組件的載體晶圓）遵守薄化之后的特 定弓形度標準。
[0011] 當前，并沒有令人滿意的方式用于至少在某個程度上控制通過直接鍵合而結合的 多層結構的晶圓中的弓形度的方向和程度。
【發明內容】
[0012] 出于該個目的，本發明設及一種直接鍵合工藝，該工藝包括：
[0013] -將第一晶圓放置在卡盤的表面上，所述表面包括凹槽；
[0014] -在所述凹槽中施加第一壓力，所述第一壓力小于從所述第一晶圓的被暴露面觀 察到的第二壓力；
[0015] -使第二晶圓接觸所述第一晶圓的所述被暴露面，然后在保持所述第一壓力和所 述第二壓力的同時，開始鍵合波在兩個晶圓之間的傳播。
[0016] 因此施加的壓力差AP在第一晶圓中引起局部應力，特別在第一晶圓的鍵合表面 (即，將與第二晶圓鍵合的表面）處局部變形。在傳播鍵合波期間，第二晶圓適形于由第一 晶圓強加的曲率并且進而經受因壓力差AP引起的局部應力。
[0017] 向鍵合界面施加該些局部應力有利地允許在鍵合之后控制多層結構中的弓形度 達到特定程度。如W下更詳細說明的，相對于由卡盤表面形成的參考平面，所得到的多層結 構中的弓形度系統地是凹形的。
[001引因此，最終結構中的最終弓形度不太取決于第一晶圓和第二晶圓的特定曲率 (即，在鍵合之前）。因此，例如，在同一批中的多個多層結構上，可得到較大的弓形度一致 性。
[0019] 控制多層結構的曲率的方向（在特定程度上，曲率大小）的能力使得可W遵守制 造的持續增加的要求并且可W防止有缺陷的鍵合或脫結，尤其是在后續對多層結構執行技 術步驟（熱處理等）的情況下。
[0020] 作為第一變形，所述凹槽W正交柵格的形式布置在所述卡盤的整個表面上。
[0021] 作為第二變形，所述凹槽布置成W所述卡盤的中屯、為中屯、的同屯、環的形式。
[0022] 在一個特定實施方式中，所述凹槽均勻地分布于所述卡盤的整個表面上。該種分 布允許向第一晶圓和第二晶圓之間的鍵合界面施加均勻應力。
[0023] 在另一個實施方式中，所述凹槽在所述卡盤的表面的一個區中比所述卡盤的表面 的剩余部分中的凹槽更緊密地間隔。W此方式，在其中凹槽更緊密間隔的卡盤的區中，多層 結構的曲率局部增大。
[0024] 其中凹槽更緊密間隔的該個區可例如對應于卡盤周邊的環，W增大晶圓邊緣處的 多層結構的曲率。
[0025] 優選地，所述第一壓力和所述第二壓力之間的壓力差大于或等于3毫己。在一個 特定實施方式中，該個壓力差在3毫己到10毫己之間。
[0026] 在另一個特定實施方式中，所述卡盤至少在接觸步驟和開始所述鍵合波的傳播的 步驟期間加熱所述第一晶圓。該個加熱還可在其中施加壓力差的步驟期間執行。
[0027] 根據本發明的鍵合工還藝可包括：
[002引-對通過直接鍵合所述第一晶圓和所述第二晶圓而得到的多層結構進行退火； [0029]-將所述第一晶圓或所述第二晶圓薄化。
【附圖說明】
[0030] 根據下面參照示出非限制實施方式的附圖提供的描述，本發明的其它特征和優點 將變得清楚。在該些附圖中：
[0031] -圖1A至圖1F是示意性示出根據本發明的一個特定實施方式的鍵合工藝的各步 驟（S10-S30)的橫截面視圖；
[0032] -圖2 W流程圖形式示出圖1A-圖1F中示出的實施方式的主要步驟；
[0033] -圖3A和圖3B分別示出表現出凹形弓形度和凸形弓形度的兩個示例晶圓的橫截 面視圖；
[0034] -圖4是W曲線形式示出根據本發明的一個特定實施方式的隨施加的壓力差AP 而變化的多層結構中弓形度的變化的曲線圖。
【具體實施方式】
[0035] 本發明設及通過將第一晶圓（或載體晶圓）與第二晶圓直接鍵合來制造多層結 構。本發明尤其應用于例如形成SOS或GaNOS多層結構。
[0036] 形成多層結構的晶圓中的至少一個可包括在鍵合之前制作的至少一個微組件。為 了簡便起見，術語"微組件"在本文中的剩余部分中被理解為，意思是由于在各層上或各層 中執行的技術步驟而得到的并且必須精確控制其位置的器件或任何其它圖案。它們因此可 W是有源組件或無源組件、簡單圖案、接觸焊盤、互連件或甚至微通道或腔體。
[0037] 為了更好地控制通過直接鍵合形成的多層結構中的弓形度，本發明推薦向鍵合界 面施加局部應力。
[003引通過如上所述的多層結構