提高键合晶圆 TTV 质量的方法

关键词：键合晶圆；TTV 质量；晶圆预处理；键合工艺；检测机制

一、引言

在半导体制造领域，键合晶圆技术广泛应用于三维集成、传感器制造等领域。然而，键合过程中诸多因素会导致晶圆总厚度偏差（TTV）增大，影响器件性能与良品率。因此，探索提高键合晶圆 TTV 质量的方法，对推动半导体产业发展具有重要意义。

二、提高键合晶圆 TTV 质量的方法

2.1 键合前晶圆处理

键合前对晶圆的处理是提高 TTV 质量的基础。首先，严格把控晶圆表面平整度，采用化学机械抛光（CMP）技术，精确去除晶圆表面的微小凸起与凹陷，使晶圆表面粗糙度达到极低水平，减少因表面不平整导致的键合后 TTV 增加 。其次，对晶圆进行清洁处理，利用湿法清洗工艺去除晶圆表面的有机物、金属离子等杂质，避免杂质在键合过程中影响键合界面，造成局部应力集中，进而影响 TTV 质量。同时，可对晶圆进行预键合处理，通过低温等离子体活化等方式，改善晶圆表面活性，为高质量键合奠定基础 。

2.2 键合工艺优化

键合工艺参数对 TTV 质量影响显著。优化键合温度，根据晶圆材质和键合材料特性，确定合适的温度范围。温度过高可能导致晶圆变形，增大 TTV；温度过低则键合强度不足 。合理控制键合压力，均匀且适度的压力有助于保证键合界面的一致性，防止因压力不均造成晶圆局部变形。此外，优化键合时间，避免时间过长或过短，确保键合过程充分且稳定，减少因键合不充分或过度键合带来的 TTV 问题 。

2.3 键合后检测与调整

建立高效的键合后检测机制是保证 TTV 质量的关键。利用高精度光学测量设备，如激光干涉仪，对键合晶圆的 TTV 进行快速、准确检测 。一旦检测到 TTV 超出允许范围，可通过局部应力释放、二次键合调整等方式进行修正。例如，对于因局部应力导致 TTV 超标的区域，采用热处理等方法释放应力，改善 TTV 质量 。

高通量晶圆测厚系统

高通量晶圆测厚系统以光学相干层析成像原理，可解决晶圆/晶片厚度TTV（Total Thickness Variation，总厚度偏差）、BOW（弯曲度）、WARP（翘曲度），TIR（Total Indicated Reading 总指示读数，STIR（Site Total Indicated Reading 局部总指示读数），LTV（Local Thickness Variation 局部厚度偏差）等这类技术指标。

高通量晶圆测厚系统，全新采用的第三代可调谐扫频激光技术，相比传统上下双探头对射扫描方式；可一次性测量所有平面度及厚度参数。

1，灵活适用更复杂的材料，从轻掺到重掺 P 型硅 (P++)，碳化硅，蓝宝石，玻璃，铌酸锂等晶圆材料。

重掺型硅（强吸收晶圆的前后表面探测）

粗糙的晶圆表面，（点扫描的第三代扫频激光，相比靠光谱探测方案，不易受到光谱中相邻单位的串扰噪声影响，因而对测量粗糙表面晶圆）

低反射的碳化硅(SiC)和铌酸锂(LiNbO3)；（通过对偏振效应的补偿，加强对低反射晶圆表面测量的信噪比）

绝缘体上硅（SOI)和MEMS，可同时测量多 层 结 构，厚 度 可 从μm级到数百μm 级不等。

可用于测量各类薄膜厚度，厚度最薄可低至 4 μm ，精度可达1nm。

可调谐扫频激光的“温漂”处理能力，体现在极端工作环境中抗干扰能力强，充分提高重复性测量能力。

4，采用第三代高速扫频可调谐激光器，一改过去传统SLD宽频低相干光源的干涉模式，解决了由于相干长度短，而重度依赖“主动式减震平台”的情况。卓越的抗干扰，实现小型化设计，同时也可兼容匹配EFEM系统实现产线自动化集成测量。

5，灵活的运动控制方式，可兼容2英寸到12英寸方片和圆片测量。

审核编辑 黄宇