半導體器件的形成方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及半導體形成領域，尤其是涉及一種半導體器件的形成方法。
【背景技術】
[0002]伴隨著信息產業的飛速發展，集成電路的特征尺寸(CD)不斷減小，集成電路芯片的制作工藝也不斷細微化。集成電路芯片制備工藝的發展促使集成電路封裝技術不斷追求對更高性能、更多功能、更小尺寸、更低功耗和成本的需求。
[0003]在3D (3-dimens1nal)集成電路封裝技術發展中，鍵合技術時常用的封裝技術。參考圖1?4所示，所謂鍵合技術包括:當在晶圓10上形成凹槽11，并在所述凹槽11內填充滿金屬材料12后，采用CMP等工藝去除所述晶圓10表面多余的金屬材料，使得凹槽11內的金屬材料層13表面與所述晶圓10表面齊平；之后，將兩片晶圓10疊合，其中兩片晶圓10的金屬材料層13的表面貼合，在兩片晶圓10間施以高溫高壓，兩片晶圓10的金屬材料層間發生原子擴散，以實現兩片晶圓10的金屬材料層10鍵合連接，完成兩片晶圓10封裝。
[0004]然而，在實際操作過程中，鍵合技術所采用的溫度較高。如常用的金屬材料為銅的鍵合技術中，鍵合工藝采用的溫度高達400°C以上。在鍵合過程中，基于高溫高壓作用，晶圓局部容易出現膨脹和翹曲現象，這不僅會影響鍵合的效果(如兩片晶圓的金屬材料層出現對準精度偏移)，而且還會損傷晶圓以及晶圓內的器件性能，從而造成最終成型的半導體器件的性能缺陷。
[0005]為此，封裝鍵合過程中，在確保鍵合技術效果的同時，如何降低鍵合工藝條件，從而避免如高溫等條件造成晶圓出現形變等缺陷是本領域技術人員亟需解決的問題。
【發明內容】
[0006]本發明解決的問題是提供一種半導體器件的形成方法，在封裝的鍵合工藝中，降低鍵合工藝的條件要求，避免半導體襯底出現形變等缺陷的概率，以提高鍵合工藝后的半導體器件的性能。
[0007]為解決上述問題，本發明提供一種半導體器件的形成方法，包括:
[0008]提供半導體襯底；
[0009]在所述半導體襯底中形成凹槽；
[0010]在所述凹槽中填充金屬材料層；
[0011]采用車刀切割去除部分所述金屬材料層，使得所述凹槽內的剩余金屬材料層表面與所述半導體襯底表面齊平；
[0012]使兩塊所述半導體襯底鍵合連接，鍵合時將兩塊所述半導體襯底相對堆疊且兩塊半導體襯底內的金屬材料層表面相互貼合。
[0013]可選地，所述鍵合連接的工藝參數包括:溫度為150?250°C，壓強為3?7MPa，持續時間為20?60min。
[0014]可選地，所述車刀切割的工藝參數包括:控制刀具的主軸轉速為1000?3500rpm，進刀量為10?30m/min,背刀量為0.5?3 μ m。
[0015]可選地，所述車刀切割采用的刀具的材料為金剛石。
[0016]可選地,所述車刀切割采用的刀具為圓形,且直徑為2?5mm。
[0017]可選地，在所述鍵合工藝后，還包括:進行退火工藝。
[0018]可選地，所述退火工藝的溫度大于鍵合工藝的溫度。
[0019]可選地，所述退火工藝的溫度小于或等于300°C，退火時間為40?80min。
[0020]可選地，在所述車刀切割后，還包括:清洗所述金屬材料層。
[0021]可選地，清洗所述金屬材料層的清洗液包括檸檬酸溶液。
[0022]可選地，所述金屬材料層為銅層，在所述凹槽中填充金屬材料層的步驟包括:
[0023]在所述凹槽底部以及側壁形成銅籽晶層；
[0024]采用電鍍工藝在所述凹槽內填充滿銅。
[0025]可選地，采用車刀切割去除部分所述金屬材料層的步驟包括:使車刀切割后金屬材料層表面的粗糙度Ra ^ 0.02 μ m。
[0026]與現有技術相比，本發明的技術方案具有以下優點:
[0027]在向半導體襯底內的凹槽，以及半導體襯底上形成金屬材料層后，采用車刀切割工藝去除部分金屬材料層，使得所述凹槽內的金屬材料層表面與所述半導體襯底表面齊平，之后，再采用鍵合技術使兩塊半導體襯底的金屬材料層鍵合連接。上述技術方案中，采用車刀切割工藝去除所述部分金屬材料層后，在剩余的金屬材料層表面的晶粒排列雜亂，在晶粒中出現大量的斷層，晶粒的晶胞畸形，并在晶胞中出現大量原子空缺，上述結構使得在后續的鍵合過程中，可大大提高兩塊半導體襯底上的金屬材料層之間的原子擴散效率，從而在確保金屬材料層之間鍵合強度的同時，相比于現有技術，可降低鍵合工藝的條件(如降低鍵合工藝的溫度)，從而避免過于苛刻的鍵合工藝條件，造成半導體襯底以及半導體襯底上的半導體器件的損傷。
[0028]進一步，本發明實施例中，鍵合連接的工藝的溫度為150?250°C，遠低于現有鍵合工藝控制溫度，從而避免鍵合連接工藝溫度過高而造成半導體襯底出現形變，進而減少半導體襯底上的半導體器件出現損壞的缺陷。
【附圖說明】
[0029]圖1?圖4現有半導體器件的結構示意圖；
[0030]圖5至圖10是本發明半導體器件的形成方法的一個實施例的示意圖；
[0031]圖11是現有采用CMP工藝后的銅表面結構的電鏡圖；
[0032]圖12是本發明半導體器件的形成方法中采用的車刀切割工藝后的銅表面結構的電鏡圖。
【具體實施方式】
[0033]正如【背景技術】中所述，在IC封裝的鍵合技術的條件要求苛刻，如較高的溫度(銅鍵合工藝的溫度高達400°C )會造成諸如半導體襯底出現形變，半導體襯底上的半導體器件損壞等缺陷，從而影響最終形成的半導體器件的性能。
[0034]為此，本發明提供了一種半導體器件的形成方法。為使本發明的上述目的、特征和優點能夠更為明顯易懂，下面結合附圖對本發明的具體實施例作詳細的說明。
[0035]附圖5?附圖9為本實施例提供的半導體器件的形成方法的結構示意圖。
[0036]先參考圖5所示，本實施例提供的半導體器件的形成方法，包括:
[0037]提供半導體襯底。
[0038]本實施例中，所述半導體襯底包括半導體基底20以及半導體基底20上方的介質層21。所述半導體基底20的材料為硅，所述介質層21的材料為氧化硅。所述介質層21的形成工藝可選為CVD (Chemical Vapor Deposit1n,化學氣相沉積)。
[0039]除本實施例外的其他實施例中，所述半導體基底20也可以是鍺、鍺硅、砷化鎵襯底或絕緣體上硅襯底；所述介質層21的材料也可為碳化硅、碳氮化硅等。而所述介質層21的形成工藝可以為ALD(Atomic layer deposit1n,原子層沉積工藝),常見的半導體基底、介質層材料，以及介質層的形成工藝可在本發明中使用，其并不限定本發明的保護范圍。
[0040]繼續參考圖5所示，在所述介質層21內開設凹槽22，用于在后續步驟中填充金屬材料。
[0041]所述凹槽22的形成工藝包括先在所述介質層21上形成光刻膠層，之后采用曝光、顯影技術，在所述光刻膠層內形成光刻膠圖案，并以所述光刻膠圖案為掩模刻蝕所述介質層，以形成所述凹槽22。所述曝光、顯影以及刻蝕工藝均為本領域的成熟技術在此不再贅述。
[0042]接著，結合參考圖6和圖7所示，在所述凹槽22以及介質層21表面形成金屬材料層，所述金屬材料層填充滿所述凹槽22。
[0043]本實施例中，所述金屬材料層為銅層，但是本發明對金屬材料層的材料不作限制，還可以是鋁。
[0044]具體地，所述銅層的具體形成工藝包括:
[0045]先參考圖6所示，采用PVD (物理氣相沉積)在所述凹槽22底部和側壁，以及介質層21的表面形成一層銅籽晶層23 ;參考圖7所示，之后，將形成有所述銅籽晶層23的半導體襯底置入電鍍設備中，采用銅電鍍工藝在所述銅籽晶層23的上直接生長銅層24，所述銅層24填充滿所述凹槽22。在上述銅層形成過程中，所述銅籽晶層23可有效提高后續填充滿所述凹槽22內的銅層的形成速率。
[0046]本實施例中，在所述介質層21表面留有余量厚度的銅層24，以確保銅層24完全填充滿所述凹槽22。本實施例中，可選地，所述介質層21表面的銅層厚度小于或等于0.5 μ m。
[0047]結合參考圖8和圖9所示，在形成所述銅層24后，采用車刀切割工藝，去除部分所述銅層24，使得所述凹槽22內的剩余銅層25的表面與所述介質層21的表面齊平。
[0048]本實施例中，所述車刀切割工藝采用的刀具50的為金剛石刀具。所述金剛石刀具有較大的硬度，從而提高車刀切割工藝后形成的剩余銅層25表面的平整度。
[0049]在上述車刀切割的機械加工工藝中，刀具50進刀量大小、主軸轉速和背刀量，以及刀具50尺寸直接影響形成的銅層的質量