[發明專利]一種鍵合方法

在審

• 申請號: 201610096576.1
• 申請日: 2016-02-22
• 公開（公告）號: CN107104059A
• 公開（公告）日: 2017-08-29
• 發明（設計）人: 方安樂;徐慧文;李起鳴
• 申請（專利權）人: 映瑞光電科技（上海）有限公司
• 主分類號: H01L21/603
• 分類號: H01L21/603
• 代理公司: 上海光華專利事務所31219
• 代理人: 余明偉

技術領域

本發明屬于晶片鍵合領域，涉及一種鍵合方法。

背景技術

金屬鍵合技術是指通過純金屬或合金，依靠金屬鍵、金屬與晶片表面間的擴散、金屬熔融等作用使兩個晶片面對面地鍵合在一起。金屬鍵合可以代替厚外延薄膜材料的外延生長而直接把所需的外延層材料或器件鍵合到目標襯底上，從而可簡化器件工藝，降低成本，改善器件的導電導熱性能等。

金屬鍵合的關鍵是選擇合適的金屬膜，即選擇的金屬膜要與晶片材料保持良好的歐姆接觸，小的擴散系數，以及低的金屬熔點等。在光電器件的金屬鍵合中，有時還需考慮到選擇的金屬膜能改善光電器件的熱學、電學、光學等性能。目前國內外金屬鍵合通常采用的金屬有Au、Cu、Sn、Ti、Pt、Cr、Ge、Ni等。

晶片在進行金屬鍵合過程中，需要保持一定的溫度和壓力，在保證器件轉移至目標襯底時，需要綜合考慮鍵合溫度、壓力、時間等因素對鍵合質量的影響，此外還需要考慮施主襯底和受主襯底間的熱失配問題，由于兩個不同襯底材料的熱膨脹系數不同，受熱后兩種襯底邊緣的橫向剪切應力有差異，會導致鍵合后晶片具有一定的翹曲度，同時對后續加工過程中的其他工藝如研磨、切割、劈裂等產生重要影響。晶片的翹曲會使得邊緣的鍵合質量較差，翹曲度大小與兩種不同襯底的熱失配程度相關。

目前，工業上的金屬鍵合工藝主要采用金屬擴散鍵合和金屬共晶鍵合，晶片擺法一般為單層結構。如圖1所示，顯示為現有技術中單層鍵合工藝示意圖，其中，一次只將一片晶片101和一片目標襯底102鍵合在一起，其中，晶片101上方為上加熱基板103，目標襯底102下方為下加熱基板104。在鍵合過程中，兩種金屬通過原子擴散結合或熔合為合金并固化?？捎糜诮饘贁U散鍵合包括Au-Au、Cu-Cu、Al-Al、Ti-Ti等常用及其它工藝；可用于共熔晶鍵合的金屬材料有AuSi,、AuSn、AuGe、CuSn、AlGe，以及其它一些不常用的合金材料。鍵合過程中其中最顯著的變化為晶片的翹曲度將極大地升高，邊緣的鍵合質量也變得較差，而翹曲的升高會提高后續工藝的難度。目前常規金屬鍵合工藝的缺點就在于：晶片的翹曲度不可控，并且邊緣鍵合質量差。

因此，如何提供一種鍵合方法，以改善金屬鍵合工藝中晶片邊緣鍵合質量較差的問題，成為本領域技術人員亟待解決的一個重要技術問題。

發明內容

鑒于以上所述現有技術的缺點，本發明的目的在于提供一種鍵合方法，用于解決現有技術中晶片的翹曲度不可控，并且邊緣鍵合質量差的問題。

為實現上述目的及其他相關目的，本發明提供一種鍵合方法，所述鍵合方法包括如下步驟：

S1：在鍵合機的下加熱基板與上加熱基板之間疊放一組待鍵合結構；所述待鍵合結構包括疊加放置的目標襯底及晶片，其中，所述目標襯底與所述晶片中熱膨脹系數較大的一個位于上方；

S2：在所述待鍵合結構上方疊放一組輔助鍵合結構；所述輔助鍵合結構包括相互結合的第一介質層及第二介質層，其中所述第一介質層與第二介質層中熱膨脹系數較大的一個位于下方；

S3：通過所述上加熱基板及所述下加熱基板對所述輔助鍵合結構及所述待鍵合結構施加壓力，并將所述待鍵合結構加熱到預設溫度，使所述晶片與所述目標襯底鍵合。

可選地，于所述步驟S3中，在加熱過程中，所述輔助鍵合結構邊緣向下翹曲，壓迫所述待鍵合結構的邊緣部分。

可選地，所述輔助鍵合結構的熱膨脹系數差異大于或等于所述待鍵合結構的熱膨脹系數差異。

可選地，所述第一介質層是通過化學氣相沉積法、物理氣相沉積法及外延法中的至少一種生長于所述第二介質層表面；或者所述第二介質層是通過化學氣相沉積法、物理氣相沉積法及外延法中的至少一種生長于所述第一介質層表面。

可選地，所述第一介質層及第二介質層選自以下任意一種組合：AlN-Al₂O₃、GaN-Al₂O₃、GaN-SiC、AlGaN-Al₂O₃、InGaN-Al₂O₃?？蛇x地，所述目標襯底選自Si、Mo及CuMoCu襯底中的任意一種。

可選地，所述晶片包括基片及生長于所述基片上的三五族半導體化合物外延層。

可選地，所述基片選自藍寶石、Si、SiC及氮化鎵襯底中的任意一種。

可選地，于所述步驟S1中，所述目標襯底與所述晶片相對的一對表面中至少有一個表面形成有用于鍵合的鍵合材料層。