[發(fā)明專(zhuān)利]一種短波長(zhǎng)光輔助硅片直接鍵合方法

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200810047324.5
• 申請(qǐng)日: 2008-04-11
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN101261931A
• 公開(kāi)（公告）日: 2008-09-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 史鐵林;廖廣蘭;馬滄海;湯自榮;聶磊;林曉輝
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 華中科技大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): H01L21/00
• 分類(lèi)號(hào): H01L21/00;H01L21/02;H01L21/18;H01L21/20;H01L21/762;H01L21/84
• 代理公司: 華中科技大學(xué)專(zhuān)利中心
• 代理人: 曹葆青

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于晶圓鍵合技術(shù)，具體涉及一種短波長(zhǎng)光輔助硅片直接鍵合方法。

背景技術(shù)

圓片直接鍵合(Wafer?Direct?Bonding，WDB)是兩圓片經(jīng)表面清洗和活化處理，在室溫下直接貼合，再經(jīng)過(guò)熱處理使之結(jié)合的技術(shù)。使用WDB技術(shù)，不僅可以制備SOI(Silicon?on?Insulator)，硅薄膜材料，還可以用于高集成度的圓片級(jí)封裝和制造光波導(dǎo)等。

目前圓片直接鍵合主要的研究包括了疏水鍵合和親水鍵合。疏水鍵合的原理是在鍵合界面懸掛H和F，生成的Si-H和Si-F通過(guò)氫鍵作用形成Si-F...H-Si，高溫退火后形成Si-Si共價(jià)鍵實(shí)現(xiàn)鍵合。親水鍵合則是在硅片表面形成大量懸掛的-OH，貼合后界面的Si-OH通過(guò)氫鍵的橋連和-OH之間的脫水反應(yīng)形成Si-O-Si共價(jià)鍵，實(shí)現(xiàn)硅片之間的鍵合。為了提高親水鍵合表面活性，需在表面形成大量懸掛的-OH。日前，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)于表面活化提出了許多方法，主要包括濕化學(xué)法和干法表面處理。濕化學(xué)法的優(yōu)點(diǎn)在于可以批量對(duì)硅片進(jìn)行表面處理，其過(guò)程可與IC工藝兼容，成本低，缺點(diǎn)是活化過(guò)程比較繁雜。對(duì)于干法表面處理，使用等離子法可以獲得較高的表面能，活化效果好，但等離子法設(shè)備要求高，成本昂貴，對(duì)器件表面也可能造成傷害。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種短波長(zhǎng)光輔助硅片直接鍵合方法，該方法可以提高鍵合強(qiáng)度高，所需設(shè)備簡(jiǎn)單。

本發(fā)明提供的短波長(zhǎng)光輔助硅片直接鍵合方法，其步驟包括：

(1)將待鍵合的硅片進(jìn)行清洗；

(2)將清洗后的硅片進(jìn)行氧化性氨溶液活化，活化后取出；

(3)將氧化性氨溶液活化后的硅片用短波長(zhǎng)光繼續(xù)輔助活化，活化后取出；

(4)將短波長(zhǎng)光輔助活化后的硅片甩干，快速貼合，使之預(yù)鍵合；

(5)進(jìn)行加熱退火，使貼合后的硅片鍵合。

本發(fā)明經(jīng)過(guò)短波長(zhǎng)光輻射活化處理后的硅片結(jié)合緊密，無(wú)需外壓力作用就能實(shí)現(xiàn)硅硅直接鍵合。該方法將濕化學(xué)法活化與干法活化結(jié)合，具有以下優(yōu)點(diǎn)：(1)該方法在常溫常壓的環(huán)境中進(jìn)行，是一種非接觸式的干法清洗技術(shù)；(2)短波長(zhǎng)光能夠深入材料表面細(xì)微的部位，發(fā)生光敏氧化反應(yīng)，生成可揮發(fā)性氣體，可徹底去除表面微小顆粒，不會(huì)造成二次污染；(3)短波長(zhǎng)光光輻射改質(zhì)不會(huì)造成晶體缺陷；(4)設(shè)備簡(jiǎn)單，成本低廉，活化時(shí)間短；(5)對(duì)于硅以外其它材料，如III-V族元素、玻璃等也具有很好的輔助鍵合效果。通過(guò)控制合適的光照時(shí)間可以獲得較高的強(qiáng)度，同時(shí)，對(duì)鍵合好的硅片進(jìn)行了恒溫恒濕和高低溫交變循環(huán)處理，試驗(yàn)后硅片仍能保持較高的鍵合強(qiáng)度。因此，該工藝對(duì)于改進(jìn)圓片直接鍵合是行之有效的。總之，本發(fā)明方法可以實(shí)現(xiàn)較高質(zhì)量的鍵合，鍵合強(qiáng)度高，可靠性好，所需設(shè)備簡(jiǎn)單，鍵合速度快，鍵合周期短，鍵合面積大，鍵合溫度低，且在鍵合強(qiáng)度及鍵合可靠性上具有明顯優(yōu)勢(shì)。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明的工藝流程圖；

圖2為短波長(zhǎng)光光照3分鐘預(yù)鍵合紅外圖像；

圖3為短波長(zhǎng)光光照3分鐘后斷裂界面；

圖4為短波長(zhǎng)光光照3分鐘后鍵合中間過(guò)渡層形貌；

具體實(shí)施方式

下面結(jié)構(gòu)附圖和實(shí)例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。

如圖1所示，本發(fā)明提供的短波長(zhǎng)光輔助硅片直接鍵合方法，其步驟包括：

(1)將待鍵合的硅片進(jìn)行清洗

硅片清洗可以采用常規(guī)的流程進(jìn)行，也可以采用下述優(yōu)選過(guò)程：

(1.1)使用丙酮將待鍵合的硅片超聲清洗3～20分鐘；

(1.2)再使用氫氟酸溶液超聲清洗3～10分鐘，氫氟酸溶液質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為1％～20％；

(1.3)然后在硫酸與雙氧水混合溶液中清冼，H₂SO₄、水與H₂O₂的質(zhì)量比為H₂SO₄∶H₂O∶H₂O₂＝5.5～22∶2.4～2.8∶1。

(2)將清洗后的硅片進(jìn)行氧化性氨溶液活化，活化后取出；

氧化性氨溶液活化可以采用常規(guī)流程進(jìn)行，其優(yōu)選方式為：

所述氧化性氨溶液活化步驟中，氧化性氨溶液為氨水、H₂O₂和水的混合溶液，各組分質(zhì)量比NH₄OH∶H₂O∶H₂O₂＝0.7～2.1∶13～37∶1。