一種低溫晶圓鍵合方法

一種低溫晶圓鍵合方法來,隨著材料制備技術(shù)的不斷成熟,制約技術(shù)進(jìn)展的材料問題正逐步被解決。

材料的制備技術(shù)歸根結(jié)底包括兩種,即以離子注入為代表的注氧隔離技術(shù)--,即0和晶圓鍵合技術(shù)。

[0004]技術(shù)需要高溫離子注入和后續(xù)超高溫退火,這種技術(shù)會對材料有損壞。

由于材料質(zhì)量的穩(wěn)定性沒有保證從而使得成本在增加。

晶圓鍵合技術(shù)是同同步進(jìn)展起來的技術(shù),兩者各自側(cè)重于不同應(yīng)用需求。

晶圓鍵合技術(shù)是利用兩片鏡面拋光的、潔凈的晶圓表面結(jié)合在一起。

采納晶圓鍵合與減薄技術(shù)形成結(jié)構(gòu)時,不僅具有工藝簡潔、成本低廉、對器件無損傷等優(yōu)點(diǎn),且制備出的材料仍舊具有優(yōu)良特性。

目前晶圓鍵合技術(shù)主要包括陽極鍵合、硅片直接鍵合、共晶鍵合、熱壓鍵合、金屬鍵合、玻璃焊料鍵合等,上述的晶圓鍵合技術(shù)都涉及到高溫退火處理,工藝時間長,鍵合過程中產(chǎn)生的高溫對器件性能造成不利影響,比如高溫對晶圓上的溫度敏感電路和微結(jié)構(gòu)造成熱損壞如超過400的高溫就會對鋁電路造成破壞;高溫易引入雜質(zhì),造成襯底摻雜的重新分布;對于熱膨脹系數(shù)差異較大的兩個晶圓,經(jīng)過高溫處理后會導(dǎo)致很大的變形和殘余熱應(yīng)力,直接影響到器件性能和封裝成品率。

[0005]近年來提出了低溫晶圓鍵合的思想,低溫晶圓鍵合主要有低溫焊料鍵合、黏膠鍵合、表面活化鍵合等。

但是由于黏膠鍵合和低溫焊料鍵合的鍵合強(qiáng)度較低,器件使用溫度有限,應(yīng)用受到很大限制。

而低溫表面活化鍵合雖然鍵合工藝時間比較長,但是由于表面活化處理和低溫退火,從而使得鍵合強(qiáng)度能夠滿意后續(xù)的器件制作。

[0006]和光電技術(shù)的進(jìn)展,對三維集成和系統(tǒng)封裝提出了新的要求,討論能夠滿意熱膨脹系數(shù)差較大同質(zhì)或者異質(zhì)的兩個襯底材料鍵合要求且鍵合后對器件無損壞的新的低溫晶圓鍵合技術(shù)成為技術(shù)進(jìn)展的必定。

【創(chuàng)造內(nèi)容】[0007]一要解決的技術(shù)問題[0008]有鑒于此,本創(chuàng)造的主要目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷,供應(yīng)了一種低溫晶圓鍵合的方法,以滿意任意兩個平滑的襯底材料之間的鍵合,使得鍵合技術(shù)不受襯底材料性質(zhì)的影響。

[0009]二技術(shù)方案[0010]為達(dá)到上述目的,本創(chuàng)造供應(yīng)了一種低溫晶圓鍵合方法,包括:對兩個晶圓進(jìn)行清洗;在清洗后的兩個晶圓表面沉積一層氧化物;對兩個晶圓中的至少一個進(jìn)行表面活化處理;將表面活化處理后的兩個晶圓在非真空環(huán)境下表面相對彼此接觸并施加外力使其鍵合;以及對鍵合后的晶圓進(jìn)行低溫退火處理。

[0011]上述方案中,所述對兩個晶圓進(jìn)行清洗的步驟中,采納化學(xué)清洗方法。

[0012]上述方案中,所述對兩個晶圓進(jìn)行清洗之后還包括:對兩個晶圓進(jìn)行擦洗和或拋光。

[0013]上述方案中,所述在清洗后的兩個晶圓表面沉積一層氧化物的步驟中,所述沉積采納、、、濺射、電子束沉積法或激光脈沖沉積法,所述氧化物為氧化硅、氧化鋁、氧化鉿或氧化鑭中的一種。

[0014]上述方案中,所述對兩個晶圓中的至少一個進(jìn)行表面活化處理的步驟中,所述表面活化處理是采納02、2,6等離子體活化處理的中一種對兩個晶圓中的至少一個進(jìn)行表面活化處理,或者是采納02、2、6等離子體活化處理的中多種依次對兩個晶圓中的至少一個進(jìn)行表面活化處理。

[0015]上述方案中,所述對兩個晶圓中的至少一個進(jìn)行表面活化處理的步驟中,所述表面活化處理是在16-26的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行。

[0016]上述方案中,所述將表面活化處理后的兩個晶圓在非真空環(huán)境下表面相對彼此接觸并施加外力使其鍵合的步驟中,非真空環(huán)境是指空氣環(huán)境或者千級超凈間的環(huán)境。

[0017]上述方案中,所述將表面活化處理后的兩個晶圓在非真空環(huán)境下表面相對彼此接觸并施加外力使其鍵合的步驟中,采納的鍵合壓力為100-1000,優(yōu)選地,所述鍵合壓力為200-500。

[0018]上述方案中,所述對鍵合后的晶圓進(jìn)行低溫退火處理的步驟中,采納的退火溫度為100。

。

-400。

。

。

[0019]三有益效果[0020]與現(xiàn)有晶圓鍵合技術(shù)相比,本創(chuàng)造具有如下優(yōu)點(diǎn):[0021]1、由于鍵合區(qū)是氧化物,所以本創(chuàng)造供應(yīng)的低溫晶圓鍵合方法可以鍵合任何兩個襯底或者器件。

[0022]2、本創(chuàng)造供應(yīng)的低溫晶圓鍵合方法,采納低溫晶圓鍵合技術(shù),避開了對溫度敏感電路和微結(jié)構(gòu)的破壞,且效率高。

[0023]3、本創(chuàng)造供應(yīng)的低溫晶圓鍵合方法,不需要在真空或低真空環(huán)境下完成,且在鍵合時需要的擠壓力比較小。

【專利附圖】【附圖說明】[0024]圖1為依照本創(chuàng)造實(shí)施例的低溫晶圓鍵合的方法流程圖;[0025]圖2為依照本創(chuàng)造實(shí)施例的在鍵合前的晶圓的示意圖;[0026]圖3為依照本創(chuàng)造實(shí)施例的在鍵合前的工藝流程圖,其中圖3為步驟流程圖,圖3為與圖3所示步驟對應(yīng)的效果示意圖。

[0027]圖4為依照本創(chuàng)造實(shí)施例的晶圓鍵合后的結(jié)構(gòu)示意圖。

[0028]圖5為依照本創(chuàng)造實(shí)施例的晶圓鍵合后的超聲掃描圖。

【詳細(xì)實(shí)施方式】[0029]為使本創(chuàng)造的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清晰明白,以下結(jié)合詳細(xì)實(shí)施例,并參照附圖,對本創(chuàng)造進(jìn)一步具體說明。

[0030]本創(chuàng)造供應(yīng)的這種低溫晶圓鍵合方法,首先對兩晶圓進(jìn)行清洗,然后分別在兩晶片的鍵合區(qū)沉積一層薄的氧化層,并對其中至少一晶圓上沉積的氧化層進(jìn)行表面活化處理,將處理好的兩個晶圓的氧化層相對貼在一起,最終送入鍵合機(jī)施加擠壓力,從而實(shí)現(xiàn)兩個晶圓的鍵合。

[0031]如圖1所示,圖1示出了依照本創(chuàng)造實(shí)施例的低溫晶圓鍵合的方法流程圖,該方法包括以下步驟:[0032]步驟1:對兩個晶圓進(jìn)行清洗;在本步驟中,采納化學(xué)清洗方法對兩個晶圓進(jìn)行清洗,詳細(xì)包括:利用有機(jī)溶劑異丙醇、無水乙醇、甲醇或***清洗掉表面油污,利用超聲清洗的方法去掉表面的吸附顆粒,然后利用酸洗的方法去除掉金屬離子玷污。

[0033]另外,在對兩個晶圓進(jìn)行清洗之后還包括:對兩個晶圓進(jìn)行擦洗和或拋光,詳細(xì)包括:當(dāng)晶圓表面的粗糙度較大時通常大于2,一般需要進(jìn)行表面化學(xué)機(jī)械研磨拋光處理,使其表面粗糙度達(dá)到適合晶片鍵合的需求通常小于。

[0034]步驟2:在清洗后的兩個晶圓表面沉積一層氧化物;對兩個晶圓中的至少一個進(jìn)行表面活化處理;在本步驟中,所述沉積采納、,、濺射、電子束沉積法或激光脈沖沉積法,所述氧化物為氧化硅、氧化鋁、氧化鉿或氧化鑭中的一種;所述表面活化處理是采納02、2,6等離子體活化處理的中一種對兩個晶圓中的至少一個進(jìn)行表面活化處理,或者是采納02、隊(duì)、5^等離子體活化處理的中多種依次對兩個晶圓中的至少一個進(jìn)行表面活化處理;所述表面活化處理是在室溫下進(jìn)行,優(yōu)選地是在16-26的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行。

[0035]步驟3:將表面活化處理后的兩個晶圓在非真空環(huán)境下表面相對彼此接觸并施加外力使其鍵合;在本步驟中,非真空環(huán)境是指空氣環(huán)境或者千級超凈間的環(huán)境,采納的鍵合壓力為100-1000,優(yōu)選地,所述鍵合壓力為200-500。

[0036]步驟4:對鍵合后的晶圓進(jìn)行低溫退火處理;在本步驟中,采納的退火溫度為0-400。

。

。

[0037]圖2至圖4示出了依照本創(chuàng)造實(shí)施例的低溫晶圓鍵合的工藝流程圖。

[0038]如圖2所示,用來鍵合的原襯底是硅晶圓,原襯底2是***化鎵晶圓。

[0039]如圖3所示,襯底和襯底2在鍵合前經(jīng)過一系列的處理,包括:清洗、沉積氧化物、表面活化處理。

對于襯底用改進(jìn)的清洗方法,襯底2則用簡潔的清洗方法。

在清洗后的潔凈的襯底和襯底2上用的方法沉積一層氧化物3,氧化物3為氧化鋁。

接著用2等離子體,接著用2等離子體在氧化物3表面進(jìn)行活化處理。

[0040]如圖4所示在千級超凈間的環(huán)境下用手動的方式將圖3所處理好的兩個晶圓表面相對貼在一起,然后放入鍵合機(jī)施加肯定的擠壓力。

經(jīng)過擠壓后的晶圓對需要放在退火爐里用合適的溫度例如100-4000進(jìn)行退火。

[0041]如圖5所示,鍵合后的超聲掃描圖表明:當(dāng)氧氣等離子體活化的功率為100,氮?dú)獾入x子體活化的功率為時,有效鍵合面積占整個面積的98%。

[0042]以上所述的詳細(xì)實(shí)施例,對本創(chuàng)造的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步具體說明,所應(yīng)理解的是,以上所述僅為本創(chuàng)造的詳細(xì)實(shí)施例而已,并不用于限制本創(chuàng)造,凡在本創(chuàng)造的精神和原則之內(nèi),所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等,均應(yīng)包含在本創(chuàng)造的愛護(hù)范圍之內(nèi)。

【權(quán)利要求】,其特征在于,包括:對兩個晶圓進(jìn)行清洗;在清洗后的兩個晶圓表面沉積一層氧化物;對兩個晶圓中的至少一個進(jìn)行表面活化處理;將表面活化處理后的兩個晶圓在非真空環(huán)境下表面相對彼此接觸并施加外力使其鍵合;以及對鍵合后的晶圓進(jìn)行低溫退火處理。

,其特征在于,所述對兩個晶圓進(jìn)行清洗的步驟中,采納化學(xué)清洗方法。

,其特征在于,所述對兩個晶圓進(jìn)行清洗之后還包括:對兩個晶圓進(jìn)行擦洗和或拋光。

,其特征在于,所述在清洗后的兩個晶圓表面沉積一層氧化物的步驟中,所述沉積采納、,、濺射、電子束沉積法或激光脈沖沉積法,所述氧化物為氧化硅、氧化鋁、氧化鉿或氧化鑭中的一種。

,其特征在于,所述對兩個晶圓中的至少一個進(jìn)行表面活化處理的步驟中,所述表面活化處理是采納2、2、6等離子體活化處理的中一種對兩個晶圓中的至少一個進(jìn)行表面活化處理,或者是采納02、隊(duì)、5^等離子體活化處理的中多種依次對兩個晶圓中的至少一個進(jìn)行表面活化處理。

,其特征在于,所述對兩個晶圓中的至少一個進(jìn)行表面活化處理的步驟中,所述表面活化處理是在16_26的溫