CN110148569B - 一种键合结构的缺陷扫描方法及设备 - Google Patents

Abstract

本申请实施例提供的一种键合结构的缺陷扫描方法及设备，键合结构可以包括至少三个晶圆，这至少三个晶圆被垂直键合形成多个键合界面，通过对键合结构进行平面超声波扫描，可以得到所有键合界面的气泡缺陷的平面分布信息，通过对气泡缺陷进行剖面扫描，可以得到气泡缺陷的剖面分布信息，通过剖面分布信息，可以确定气泡缺陷所在的键合界面。这样，通过平面扫描和剖面扫描，可以准确获取气泡缺陷所在的平面位置以及垂直位置，从而实现各个键合界面的分层监控，及时发现各键合界面处的气泡缺陷。

Description

一种键合结构的缺陷扫描方法及设备

技术领域

本发明涉及半导体器件及其制造领域，特别涉及一种键合结构的缺陷扫描方法及设备。

背景技术

随着半导体技术的不断发展，晶圆键合技术得到了广泛的应用，其是通过键合技术两片晶圆粘合在一起，实现两片晶圆的垂直互联。

在晶圆键合的过程中，不希望在键合界面处出现气泡缺陷(Bubble defect)，若出现该气泡缺陷，会导致晶圆在后续制程中出现破片的风险，此外，还是造成其他缺陷的源头，影响晶圆的制造良率。目前，主要通过超声波扫描设备(Scanning AcousticMicroscopy，SAM)检测该种气泡缺陷，然而，目前的扫描设备仅具备对一层键合界面扫描的能力，对于两片以上的晶圆键合后，会存在多个键合界面，目前的扫描设备无法分别扫描出每个键合界面处的气泡缺陷，无法实现键合工艺的分层监控。

发明内容

有鉴于此，本申请的目的在于提供一种键合结构的缺陷扫描方法及设备，用于对多层键合界面进行分层监控，从而及时发现各键合界面处的气泡缺陷。

为实现上述目的，本申请有如下技术方案：

本申请实施例提供的一种键合结构的缺陷扫描方法，所述键合结构包括至少三个晶圆，所述至少三个晶圆被垂直键合，所述扫描方法包括：

进行键合结构的平面超声波扫描，以获得所有键合界面的气泡缺陷的平面分布信息；

对所述气泡缺陷进行剖面扫描，以获得气泡缺陷的剖面分布信息；

通过所述剖面分布信息，确定所述气泡缺陷所在的键合界面。

可选的，所述通过所述剖面分布信息，确定所述气泡缺陷所在的键合界面，包括：

通过所述剖面分布信息中气泡缺陷与任一晶圆的相对位置，确定所述气泡缺陷所在的键合界面。

可选的，还包括：

根据所述平面分布信息、以及所述气泡缺陷所在的键合界面，提供各键合界面的气泡缺陷的平面分布信息。

可选的，所述平面分布信息为缺陷地图。

可选的，所述剖面分布信息为剖面图像。

本申请实施例提供的一种缺陷扫描设备，包括：

平面扫描单元，用于进行键合结构的平面超声波扫描，以获得所有键合界面的气泡缺陷的平面分布信息；

剖面扫描单元，用于对所述气泡缺陷进行剖面扫描，以获得气泡缺陷的剖面分布信息；

键合界面确定单元，用于通过所述剖面分布信息，确定所述气泡缺陷所在的键合界面。

可选的，所述键合界面确定单元中，所述通过所述剖面分布信息，确定所述气泡缺陷所在的键合界面，包括：

通过所述剖面分布信息中气泡缺陷与任一晶圆的相对位置，确定所述气泡缺陷所在的键合界面。

可选的，还包括：

各界面缺陷提供单元，用于根据所述平面分布信息、以及所述气泡缺陷所在的键合界面，提供各键合界面的气泡缺陷的平面分布信息。

可选的，利用超声波扫描显微镜进行所述平面超声波扫描。

可选的，利用超声波扫描显微镜进行所述剖面扫描。

本申请实施例提供的一种键合结构的缺陷扫描方法及设备，键合结构可以包括至少三个晶圆，这至少三个晶圆被垂直键合形成多个键合界面，通过对键合结构进行平面超声波扫描，可以得到所有键合界面的气泡缺陷的平面分布信息，通过对气泡缺陷进行剖面扫描，可以得到气泡缺陷的剖面分布信息，通过剖面分布信息，可以确定气泡缺陷所在的键合界面。这样，通过平面扫描和剖面扫描，可以准确获取气泡缺陷所在的平面位置以及垂直位置，从而实现各个键合界面的分层监控，及时发现各键合界面处的气泡缺陷。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1示出了本申请实施例提供的一种键合结构的缺陷扫描方法的流程图；

图2示出了本申请实施例提供的一种超声扫描设备对键合结构进行扫描的示意图；

图3示出了本申请实施例中的一种缺陷附图的示意图；

图4示出了本申请实施例中的气泡缺陷所在剖面的剖面图像示意图；

图5示出了本申请实施例中的气泡缺陷所处的各个键合界面的缺陷地图示意图

图6示出了本申请实施例提供的一种缺陷扫描设备的结构框图。

具体实施方式

为使本申请的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本申请的具体实施方式做详细的说明。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其它不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

其次，本发明结合示意图进行详细描述，在详述本发明实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本发明保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。

正如背景技术中的描述，通过键合技术可以将多个晶圆粘合在一起，实现晶圆的垂直互联，晶圆粘合的界面作为键合界面，然而在晶圆键合的过程中，键合界面可能会出现气泡缺陷，导致晶圆在后续制程中出现破片的风险，或者导致晶圆的其他缺陷，影响晶圆的制造良率。因此，需要对晶圆的键合界面进行检测，根据检测结果调整键合工艺，从而减少有气泡缺陷的晶圆，提高晶圆的制造良率。

目前，可以通过超声扫描设备检测键合界面处的气泡缺陷。具体的，超声扫描设备中的超声发射器可以向键合的晶圆发出超声波，在键合界面处没有气泡缺陷时，由于界面两侧的晶圆的阻抗相同，因此超声波在键合界面处的反射波较小；而在键合界面处出现气泡缺陷时，气泡的阻抗与晶圆的阻抗不同，超声波在键合界面处发生反射，因此较强的反射波被超声扫描设备中的超声接收器接收，根据超声接收器接收到的反射波的强度，可以实现对气泡缺陷的检测。

然而，目前的扫描设备固然具备对一层键合界面扫描的能力，但对于两片以上的晶圆键合后，会存在多个键合界面，根据接收器接收到的反射波时，不能确定每个键合界面处的气泡缺陷，因此无法实现键合工艺的分层监控。

为了解决上述技术问题，本申请实施例提供的一种键合结构的缺陷扫描方法及设备，键合结构可以包括至少三个晶圆，这至少三个晶圆被垂直键合形成多个键合界面，通过对键合结构进行平面超声波扫描，可以得到所有键合界面的气泡缺陷的平面分布信息，通过对气泡缺陷进行剖面扫描，可以得到气泡缺陷的剖面分布信息，通过剖面分布信息，可以确定气泡缺陷所在的键合界面。也就是说，本申请通过平面扫描和剖面扫描，可以准确获取气泡缺陷所在的平面位置以及垂直位置，实现对各个键合界面的分层监控，及时发现各键合界面处的气泡缺陷，降低晶圆在后续制程中因气泡缺陷而出现的破片的风险，提高良品率。

为了更好的理解本申请的技术方案和技术效果，以下将结合附图对具体的实施例进行详细的描述。

参考图1，为本申请实施例提供的一种键合结构的缺陷扫描方法的流程图，其中，键合结构包括至少三个晶圆，这至少三个晶圆被垂直键合，形成至少两个键合界面，该方法可以包括以下步骤：

S101，进行键合结构的平面超声波扫描，以获得所有键合界面的气泡缺陷的平面分布信息。

在本申请实施例中，键合结构指的是至少三个晶圆被垂直键合，这样，可以形成至少两个键合界面，现有技术中，对于多个键合界面上的气泡缺陷无法进行高效且准确的检测，本申请主要针对此类键合结构。

其中，各晶圆都已经完成器件的制造工艺，如已经形成有器件结构以及电连接器件结构的互连层，并通过键合工艺键合在一起，可以是通过晶圆间键合层的分子间化学力或混合键合(hybrid bonding)等键合技术实现粘合，粘合的界面即为键合界面。各晶圆上的器件结构可以包括MOS场效应晶体管器件、存储器件和/其他无源器件，存储器件可以包括非易失性存储器或随机存储器等，非易失性存储器例如可以包括NOR型闪存、NAND型闪存等浮栅场效应晶体管或者铁电存储器、相变存储器等，器件结构可以为平面型器件或立体型器件，立体器件例如可以为FIN-FET(鳍式场效应晶体管)、三维存储器等。各晶圆上可以包括不同的器件结构，可以是不同类型的器件或同一类型的器件但具有不同操作的电压。

对键合结构进行平面超声波扫描，具体的，可以通过超声扫描设备对键合结构进行扫描，该扫描沿键合结构的顶层表面进行遍历，超声扫描设备中的超声发射器可以向键合结构发射超声波，发出的超声波依次穿过各个键合界面，在键合界面发生或多或少的反射，发射的超声波被超声扫描设备中的超声接收器接收。其中，超声扫描设备可以是超声波扫描显微镜。

可以理解的是，超声发射器发送的超声波的方向可以垂直于各个键合界面，参考图2所示，为本申请实施例提供的一种超声扫描设备对键合结构进行扫描的示意图，键合结构中包括三个晶圆，其中，第一晶圆101和第二晶圆102之间形成第一键合界面1001，第二晶圆102和第三晶圆103之间形成第二键合界面1002。

具体的，在扫描过程中，若键合界面处没有气泡缺陷，则由于键合界面两侧的晶圆的阻抗几乎相等，只有少数超声波被反射，而在键合界面处有气泡缺陷时，也即两个晶圆存在空气，而空气和晶圆的阻抗不同，超声波在气泡缺陷的界面处会发生大量的发射，从而大量的反射波被超声接收器接收。通过平面超声波对键合结构的各个位置进行扫描，可以得到键合界面的各个位置对应的反射波的强度。

在本申请实施例中，根据平面超声波扫描结果，可以获得所有键合界面的气泡缺陷的平面分布信息。平面分布信息是可以体现气泡缺陷在键合结构水平面所在平面内的位置的信息，例如可以是气泡缺陷在键合界面所在的平面内的坐标值，也可以是气泡缺陷在键合结构水平面所在的平面内的缺陷地图(defect map)。

具体的，平面超声波扫描结果可以是超声接收器接收到的键合界面的各个位置对应的反射波的强度，根据平面超声扫描结果，可以得到所有键合界面的气泡缺陷的平面分布信息，参考图3所示为本申请实施例提供的一种缺陷附图的示意图，其中键合界面上存在气泡缺陷1和气泡缺陷2。

根据超声接收器接收到的反射波的强度，可以确定在键合界面处是否存在气泡缺陷，以及气泡缺陷在键合界面所在平面的位置，此时还不能判断该气泡缺陷位于哪一层键合界面，需要后续操作来进一步识别。

S102，对气泡缺陷进行剖面扫描，以获得气泡缺陷的剖面分布信息。

在得到气泡缺陷在键合界面所在平面的位置后，可以针对性的对气泡缺陷进行剖面扫描，具体的，可以利用超声波扫描显微镜对气泡缺陷进行剖面扫描。参考图3所示，沿AA方向对气泡缺陷1进行剖面扫描，可以得到气泡缺陷1的剖面分布信息，沿BB方向对气泡缺陷2进行剖面扫描，可以得到气泡缺陷2的剖面分布信息。

其中，剖面分布信息是可以体现气泡缺陷在剖面所在的平面内的位置的信息，例如可以是气泡缺陷在剖面所在的平面内的坐标值，也可以是气泡缺陷所在剖面的剖面图像，其中剖面图像中包括气泡缺陷。参考图4所示，为本申请实施例中的气泡缺陷所在剖面的剖面图像的示意图，其中图4(a)所示为气泡缺陷1所在剖面的剖面图像，图4(b)所示为气泡缺陷2所在剖面的剖面图像。

S103，通过剖面分布信息，确定气泡缺陷所在的键合界面。

由于剖面分布信息可以确定气泡缺陷在剖面所在的平面内的位置，而晶圆在剖面中的位置是确定的，则根据剖面分布信息可以确定气泡缺陷所在的键合界面。具体的，可以根据剖面分布信息中气泡缺陷与各个晶圆的相对位置来确定气泡缺陷所在的键合界面，在各个晶圆的厚度确定时，可以根据气泡缺陷与任一晶圆的相对位置确定气泡缺陷所在的键合界面，相对位置可以包括距离数据，或者进一步包括方向数据。

参考图4所示，可知气泡缺陷1位于第一晶圆101和第二晶圆102之间，则气泡缺陷1位于第一键合界面1001处，而气泡缺陷2位于第二晶圆102和第三晶圆103之间，则气泡缺陷2位于第二键合界面1002处。

也就是说，本申请实施例可以根据在键合界面所在平面内的气泡缺陷的位置得到气泡缺陷的水平位置，根据气泡缺陷所在剖面所在平面中气泡缺陷的位置得到气泡缺陷的垂直位置，从而根据气泡缺陷的水平位置和垂直位置，准确确定在各个键合界面是否存在气泡缺陷，从而实现对各个键合界面的分层检测。

在本申请实施例中，还可以根据所有键合界面的气泡缺陷的平面分布信息以及气泡缺陷所在的键合界面，提供气泡缺陷所处的各个键合界面的平面分布信息，这里的平面分布信息可以反映气泡缺陷在所处的键合界面中的位置，例如可以是气泡缺陷在所处的键合界面中的坐标，也可以是气泡缺陷所处的键合界面的缺陷地图。

参考图5所示，为本申请实施例中的气泡缺陷所处的各个键合界面的缺陷地图的示意图，其中，图5(a)所示为气泡缺陷1所在的第一键合界面1001 的缺陷地图，图5(b)所示为气泡缺陷2所在的第二键合界面1002的缺陷地图，从图5(a)和图5(b)可以得知各个气泡缺陷的三维位置。

在对各个键合界面进行扫描后，可以根据各个键合界面的气泡缺陷的情况，对键合设备和/或工艺进行调整，从而减少气泡缺陷的产生，同时，可以降低后续制程中由于气泡缺陷导致的破片的风险。

本申请实施例提供的一种键合结构的缺陷扫描方法，键合结构可以包括至少三个晶圆，这至少三个晶圆被垂直键合形成多个键合界面，通过对键合结构进行平面超声波扫描，可以得到所有键合界面的气泡缺陷的平面分布信息，通过对气泡缺陷进行剖面扫描，可以得到气泡缺陷的剖面分布信息，通过剖面分布信息，可以确定气泡缺陷所在的键合界面这样，通过平面扫描和剖面扫描，可以准确获取气泡缺陷的平面位置以及垂直位置，实现对各个键合界面的分层监控，及时发现各键合界面处的气泡缺陷。

基于以上键合结构的缺陷扫描方法，本申请实施例还提供了一种缺陷扫描设备，参考图6所示，为本申请实施例提供的一种缺陷扫描设备的结构框图，可以包括：

平面扫描单元100，用于进行键合结构的平面超声波扫描，以获得所有键合界面的气泡缺陷的平面分布信息；

剖面扫描单元200，用于对所述气泡缺陷进行剖面扫描，以获得气泡缺陷的剖面分布信息；

键合界面确定单元300，用于通过所述剖面分布信息，确定所述气泡缺陷所在的键合界面。

可选的，所述键合界面确定单元中，所述通过所述剖面分布信息，确定所述气泡缺陷所在的键合界面，包括：

通过所述剖面分布信息中气泡缺陷与任一晶圆的相对位置，确定所述气泡缺陷所在的键合界面。

可选的，还包括：

各界面缺陷提供单元，用于根据所述平面分布信息、以及所述气泡缺陷所在的键合界面，提供各键合界面的气泡缺陷的平面分布信息。

可选的，利用超声波扫描显微镜进行所述平面超声波扫描。

可选的，利用超声波扫描显微镜进行所述剖面扫描。

本申请实施例提供的一种缺陷扫描设备，通过对键合结构进行平面超声波扫描，可以得到所有键合界面的气泡缺陷的平面分布信息，通过对气泡缺陷进行剖面扫描，可以得到气泡缺陷的剖面分布信息，这样，可以通过剖面分布信息，确定气泡缺陷所在的键合界面。也就是说，本申请通过平面扫描和剖面扫描，可以准确获取气泡缺陷的平面位置以及垂直位置，实现对各个键合界面的分层监控，及时发现各键合界面处的气泡缺陷。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处。尤其，对于存储器件实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。

以上所述仅是本申请的优选实施方式，虽然本申请已以较佳实施例披露如上，然而并非用以限定本申请。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本申请技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本申请技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本申请技术方案的内容，依据本申请的技术实质对以上实施例所做的任何的简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本申请技术方案保护的范围内。

Claims (10)

1.一种键合结构的缺陷扫描方法，其特征在于，所述键合结构包括至少三个晶圆，所述至少三个晶圆被垂直键合，所述扫描方法包括：

进行键合结构的平面超声波扫描，以获得所有键合界面的气泡缺陷的平面分布信息；

对所述气泡缺陷进行剖面扫描，以获得气泡缺陷的剖面分布信息；

通过所述剖面分布信息，确定所述气泡缺陷所在的键合界面。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述通过所述剖面分布信息，确定所述气泡缺陷所在的键合界面，包括：

通过所述剖面分布信息中气泡缺陷与任一晶圆的相对位置，确定所述气泡缺陷所在的键合界面。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：

根据所述平面分布信息、以及所述气泡缺陷所在的键合界面，提供各键合界面的气泡缺陷的平面分布信息。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述平面分布信息为缺陷地图。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述剖面分布信息为剖面图像。

6.一种缺陷扫描设备，其特征在于，包括：

平面扫描单元，用于进行键合结构的平面超声波扫描，以获得所有键合界面的气泡缺陷的平面分布信息；

剖面扫描单元，用于对所述气泡缺陷进行剖面扫描，以获得气泡缺陷的剖面分布信息；

键合界面确定单元，用于通过所述剖面分布信息，确定所述气泡缺陷所在的键合界面。

7.根据权利要求6所述的设备，其特征在于，所述键合界面确定单元中，所述通过所述剖面分布信息，确定所述气泡缺陷所在的键合界面，包括：

通过所述剖面分布信息中气泡缺陷与任一晶圆的相对位置，确定所述气泡缺陷所在的键合界面。

8.根据权利要求6所述的设备，其特征在于，还包括：

各界面缺陷提供单元，用于根据所述平面分布信息、以及所述气泡缺陷所在的键合界面，提供各键合界面的气泡缺陷的平面分布信息。

9.根据权利要求6-8中任一项所述的设备，其特征在于，利用超声波扫描显微镜进行所述平面超声波扫描。

10.根据权利要求6-8中任一项所述的设备，其特征在于，利用超声波扫描显微镜进行所述剖面扫描。

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