[發明專利]一種鍵合方法及采用該鍵合方法形成的鍵合結構

有效

• 申請號: 201310263865.2
• 申請日: 2013-06-27
• 公開（公告）號: CN103354210A
• 公開（公告）日: 2013-10-16
• 發明（設計）人: 蔡堅;劉子玉;王謙;王水弟;胡楊;陳瑜
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: H01L21/60
• 分類號: H01L21/60;H01L23/488
• 代理公司: 北京潤平知識產權代理有限公司 11283
• 代理人: 陳瀟瀟;肖冰濱

技術領域

本發明涉及半導體制造領域，尤其涉及一種鍵合方法及采用該鍵合方法形成的鍵合結構。

背景技術

目前，銅銅鍵合的主要方法有熱超聲鍵合、熱壓鍵合以及表面改性等鍵合方法，但是這些鍵合方法都存在溫度高、壓力大且表面改性成本高等問題。過高的溫度和壓力使得半導體制造工藝無法實現帶有器件的晶圓的鍵合，也無法完成較薄芯片鍵合。

發明內容

本發明針對現有銅銅鍵合方法的上述缺陷，提供一種能夠克服這些缺陷的鍵合方法及采用該鍵合方法形成的鍵合結構。

本發明提供一種鍵合方法，該鍵合方法包括：

生成能夠相互嵌套的鍵合結構，其中所述能夠相互嵌套的鍵合結構之間的摩擦熱大于它們之間的鍵合能；以及

利用所述能夠相互嵌套的鍵合結構之間的摩擦熱來鍵合所述能夠相互嵌套的鍵合結構。

本發明還提供一種采用上述鍵合方法所形成的鍵合結構。

由于根據本發明的鍵合方法和鍵合結構利用能夠相互嵌套的鍵合結構之間的摩擦熱大于它們之間的鍵合能的特性來進行鍵合，所以能夠實現在常溫、低壓下進行鍵合。

附圖說明

附圖是用來提供對本發明的進一步理解，并且構成說明書的一部分，與下面的具體實施方式一起用于解釋本發明，但并不構成對本發明的限制。在附圖中：

圖1是根據本發明的鍵合方法的流程圖；

圖2a、3a、4a、5a和6a是能夠相互嵌套的示例性鍵合結構的俯視圖；

圖2b、3b、4b、5b和6b是分別從圖2a、3a、4a、5a和6a中的粗箭頭方向看過去的剖面圖；

圖7a-7g示出了生成能夠相互嵌套的鍵合結構的示例性流程圖；以及

圖8示出了鍵合剖面是斜面的能夠相互鍵合的示例性鍵合結構。

具體實施方式

以下結合附圖對本發明的具體實施方式進行詳細說明。應當理解的是，此處所描述的具體實施方式僅用于說明和解釋本發明，并不用于限制本發明。

如圖1所示，根據本發明的鍵合方法可以包括以下步驟：

S11、生成能夠相互嵌套的鍵合結構，其中所述能夠相互嵌套的鍵合結構之間的摩擦熱大于它們之間的鍵合能。

能夠相互嵌套的鍵合結構的類型可以如圖2-6所示，其中，圖2a、3a、4a、5a和6a是能夠相互嵌套的示例性鍵合結構的俯視圖，圖2b、3b、4b、5b和6b是分別從圖2a、3a、4a、5a和6a中的粗箭頭方向看過去的剖面圖。但是本領域技術人員應當理解的是，在實際應用中，其他能夠相互嵌套的鍵合結構也是可行的，圖2-6僅是示例，也即，本發明并不對鍵合結構的具體形狀、大小以及鍵合結構中的凸點形狀、大小等進行限制，只要鍵合結構能夠相互嵌套并且是利用鍵合結構的摩擦熱大于它們之間的鍵合能的原理來實現鍵合，則其就位于本發明的保護范圍之內。而且，如圖8所示的鍵合剖面是斜面的、能夠相互嵌套的鍵合結構也位于本發明的保護范圍之內，這種斜面型的鍵合剖面可以是因工藝等原因而形成的，當然也可以是人為制成的，而且這種斜面型的鍵合結構能夠使得鍵合更容易完成。

S12、利用所述能夠相互嵌套的鍵合結構之間的摩擦熱來鍵合所述能夠相互嵌套的鍵合結構。

優選地，步驟S11中，生成能夠相互嵌套的鍵合結構可以包括：在襯底上生成第一凸點下金屬層圖案；在所述第一凸點下金屬層圖案上形成第二凸點下金屬層圖案；以及在所述第二凸點下金屬層圖案上形成凸點，從而形成所述能夠相互嵌套的鍵合結構，其中，在將所述能夠相互嵌套的鍵合結構進行鍵合時，所述凸點能夠與所述第一凸點下金屬層圖案進行鍵合。

優選地，所述凸點與所述第一凸點下金屬層圖案通過加壓熱退火處理進行鍵合。

優選地，所述第一凸點下金屬層圖案由位于所述襯底上的粘附層和位于所述粘附層上的種子層構成。優選地，所述粘附層由能夠與所述襯底（例如硅襯底、二氧化硅襯底等）粘附的金屬構成，例如可以是由TiN、TiW、Ti、Cr、Ta、Mo、Co等中的至少一者形成。優選地，所述種子層也由金屬構成，例如可由銅、金、鎳等金屬形成。

另外，所述凸點也可由金屬構成。

圖7a-7g示出了生成能夠相互嵌套的鍵合結構的示例性流程圖，但是本領域技術人員應當理解的是，這僅是示例，半導體領域中任何能夠形成能夠相互嵌套的鍵合結構的方法和工藝都是可行的，包括半導體CMOS制備工藝、雙極制備工藝中的任何工藝處理方法。