应用于一体化芯片晶圆级集成的铜孔表面平坦化工艺设计与实现

混合键合技术是感存算一体化芯片晶圆级集成的核心工艺,铜制程化学机械研磨平坦化技术工艺能否在较短的研磨时间取得较高的平整度控制、较小的蝶形和侵蚀缺陷决定了混合键合工艺水平及生产效率;传统铜制程化学机械研磨采用两步研磨法,第一步用铜研磨来磨掉晶圆表面的大部分铜;第二步用较低的研磨速率精磨与阻挡层接触的铜,并通过终点侦测技术使研磨停在介质层上,极易形成碟形和侵蚀缺陷,这将导致表面的不平整,影响晶圆集成的互联有效性及键合效果。本文提出三步研磨工艺,通过优化工艺方法、设定研磨液流量研磨压力等关键工艺参数等措施,将金属铜的蝶形缺陷深度减小至10 nm以下,均匀度小于2%,最终实现被抛光的晶圆表面达到高度平坦化、极小的铜通孔度凹陷度(纳米级),低表面粗糙度和低缺陷的要求,同时也保证一定的工艺成本控制,为定制化混合键合技术提供保障。

基于低温熔融技术的硅–玻璃异质材料键合工艺设计

传统硅–玻璃为衬底晶圆的异质材料键合有阳极键合工艺,但是阳极键合需要高碱金属氧化物含量的玻璃晶圆,且工艺需要施加电场和高温加热,高温高压会引起较大键合残余应力,导致器件结构变化或性能衰减,对半导体器件应用有较大局限性。本文详细设计了一种针对硅–玻璃为衬底的异质材料的低温键合工艺,通过在玻璃衬底沉积氧化膜,预键合时界面间形成氢键连接,经过后续退火氢键转化为共价键,最终成品键合界面均匀、透明,键合界面空洞缺陷率小于5%,键合力大于1.8 J/m2,实现硅–玻璃晶圆的永久键合,大大增加了硅–玻璃键合工艺的应用范围。