[發(fā)明專利]多功能半導(dǎo)體晶片鍵合裝置

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200610082853.X
• 申請(qǐng)日: 2006-06-15
• 公開（公告）號(hào): CN101090082A
• 公開（公告）日: 2007-12-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 楊國華;何國榮;石巖;宋國峰;鄭婉華;陳良惠
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院半導(dǎo)體研究所
• 主分類號(hào): H01L21/603
• 分類號(hào): H01L21/603;B23K20/00
• 代理公司: 中科專利商標(biāo)代理有限責(zé)任公司
• 代理人: 湯保平

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及本發(fā)明涉及半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及半導(dǎo)體晶片鍵合技術(shù)中的半導(dǎo)體晶片鍵合裝置。

背景技術(shù)

兩個(gè)表面平整潔凈的晶片在一定的條件下可以通過表面的化學(xué)鍵相互結(jié)合起來，而不受兩種晶片材料的晶格、晶向的限制，這就是晶片鍵合技術(shù)。利用鍵合技術(shù)組合新結(jié)構(gòu)材料有極大的自由度，所以被廣泛地應(yīng)用于微電子電路、傳感器、功率器件、微機(jī)械加工、光電子器件、絕緣性硅晶片(SOI)等領(lǐng)域。晶片鍵合技術(shù)已經(jīng)成為一種可以用來制作很多重要光電子器件的技術(shù)。晶片鍵合技術(shù)需要專用的晶片鍵合裝置來實(shí)現(xiàn)。

在半導(dǎo)體晶片鍵合過程中，晶片鍵合裝置需要完成以下幾個(gè)功能：真空、鍵合壓力、加熱及溫控以及腔室氣氛的調(diào)節(jié)。從晶片鍵合的原理來說，高真空是為了滿足真空晶片鍵合的需求，高真空環(huán)境中的氣體分子數(shù)量很少，對(duì)鍵合晶片表面帶來的沾污小，而且高真空狀態(tài)下有利于吸附于晶片表面的分子脫附，提高晶片表面的活性，有利于晶片鍵合能的提高。由于鍵合的晶片有一定的起伏，不可能是理想的平面，為了增加鍵合晶片表面之間的接觸面積以便鍵合的進(jìn)行和擴(kuò)展，需要對(duì)鍵合晶片對(duì)提供一定的壓力。而且在同樣的退火條件下，鍵合壓力越大越易于實(shí)現(xiàn)晶片鍵合。但是鍵合壓力太大又有可能使得鍵合的晶片對(duì)表面形成裂紋，因此需要精確的控制鍵合的施力范圍。加熱及溫控部分可以實(shí)現(xiàn)高低溫退火的功能，由于處于高真空環(huán)境中，氣體稀薄，對(duì)流的加熱方式加熱效果不明顯，通常采用的加熱方式都是在施加壓力的施力壓頭上分布著均勻加熱的鉬片或者電阻絲來提供均勻的加熱，溫控部分完成溫度控制及監(jiān)測功能，實(shí)現(xiàn)對(duì)真空腔室的升溫、恒溫和降溫的控制和監(jiān)測，從而為鍵合晶片對(duì)提供真空退火。腔室氣氛調(diào)節(jié)是通過充氣和排氣控制部分來對(duì)腔室提供氮?dú)饣蛘邭錃鈿怏w，以實(shí)現(xiàn)氮?dú)饣蛘邭錃夥諊碌木I合退火過程。

現(xiàn)有的晶片鍵合設(shè)備只針對(duì)一種半導(dǎo)體材料進(jìn)行真空晶片鍵合、氮?dú)夥諊I合或者氫氣氛圍鍵合，不同條件下的鍵合需要專用的設(shè)備，擴(kuò)展性差，不僅不利于對(duì)不同條件下的晶片鍵合進(jìn)行對(duì)比，而且不同條件下的鍵合實(shí)驗(yàn)需要不同的設(shè)備。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種多功能半導(dǎo)體晶片鍵合裝置，以解決現(xiàn)有技術(shù)中鍵合設(shè)備利用率低、擴(kuò)展性差的缺陷。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提出了一種多功能半導(dǎo)體晶片鍵合裝置，包括鍵合腔室、抽真空裝置、加熱裝置、氣體氛圍改變裝置和施力裝置，其特征在于，其中：

該鍵合腔室提供鍵合所需的潔凈空間，該鍵合腔室中間的下部安裝有一下壓頭；

抽真空裝置，該抽真空裝置與鍵合腔室連接，控制真空泵機(jī)組對(duì)鍵合腔室抽真空，并且實(shí)時(shí)監(jiān)測鍵合腔室的真空度；

加熱裝置，該加熱裝置位于鍵合腔室內(nèi)，對(duì)鍵合腔室加熱到設(shè)定的溫度，并且通過反饋裝置保持鍵合腔室的溫度在一定范圍內(nèi)，并且能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測鍵合腔室的溫度；

氣體氛圍改變裝置，該氣體氛圍改變裝置與鍵合腔室連接，改變鍵合腔室的氣體氛圍分別為真空、氮?dú)夥諊錃夥諊蛘叩獨(dú)鈿錃饣旌戏諊?/p>

施力裝置，該施力裝置位于鍵合腔室的任一側(cè)，為鍵合腔室內(nèi)的半導(dǎo)體晶片施加壓力，并且可以實(shí)時(shí)監(jiān)控鍵合晶片上施加的壓力。

其中施力裝置包括：

一施力氣缸；

一傳動(dòng)裝置，該傳動(dòng)裝置一端與施力氣缸連接，另一端連接一上壓頭，該上壓頭伸入到鍵合腔室內(nèi)，該上壓頭與鍵合腔室內(nèi)的下壓頭相對(duì)；

一壓差計(jì)，該壓差計(jì)與施力氣缸連接；

一施力調(diào)節(jié)裝置，該施力調(diào)節(jié)裝置與施力氣缸連接。

其中所述鍵合腔室的外壁被冷卻循環(huán)水套包圍，通過恒溫的冷卻循環(huán)水避免鍵合腔室高溫?fù)p壞。

其中加熱裝置是軸對(duì)稱分布在鍵合腔室內(nèi)。

本發(fā)明技術(shù)方案的有益效果是：在一套晶片鍵合裝置中，可以分別實(shí)現(xiàn)真空晶片鍵合、氮?dú)夥諊I合、氫氣氛圍晶片鍵合和氮?dú)鈿錃饣旌戏諊I合，減小了成本，擴(kuò)展了晶片鍵合設(shè)備的功能。

附圖說明

為進(jìn)一步說明本發(fā)明的具體技術(shù)內(nèi)容，以下結(jié)合實(shí)施例及附圖詳細(xì)說明如后，其中：

圖1是晶片鍵合系統(tǒng)示意圖；

圖2是真空晶片鍵合時(shí)多功能晶片鍵合系統(tǒng)真空度變化圖；

圖3是真空晶片鍵合時(shí)多功能晶片鍵合系統(tǒng)溫度變化圖；

圖4是真空晶片鍵合時(shí)多功能晶片鍵合系統(tǒng)壓力差變化圖；

圖5是多功能晶片鍵合系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的半導(dǎo)體晶片真空鍵合的紅外透射圖像；

圖6是氮?dú)夥諊I合時(shí)多功能晶片鍵合系統(tǒng)真空度變化圖；

圖7是氮?dú)夥諊I合時(shí)多功能晶片鍵合系統(tǒng)溫度變化圖；