[發明專利]提高硅表面納米森林中金-金熱壓鍵合強度的方法

有效

• 申請號: 201811213308.9
• 申請日: 2018-10-18
• 公開（公告）號: CN109346401B
• 公開（公告）日: 2021-03-26
• 發明（設計）人: 王云翔;冒薇;段仲偉;馬冬月;姚園;許愛玲
• 申請（專利權）人: 蘇州美圖半導體技術有限公司
• 主分類號: H01L21/18
• 分類號: H01L21/18;H01L21/02;H01L21/3205;B82Y40/00
• 代理公司: 蘇州國誠專利代理有限公司 32293
• 代理人: 韓鳳

本發明涉及一種提高硅表面納米森林中金?金熱壓鍵合強度的方法，其包括如下步驟：步驟1、提供第一晶圓并在所述第一晶圓上制備所需的納米森林結構，所述納米森林結構包括若干錐形納米體；步驟2、在上述第一晶圓的納米森林結構上制備所需的針形金屬層，所述針形金屬層覆蓋納米森林結構上；步驟3、提供第二晶圓并在所述第二晶圓上制備所需的板形金屬層；步驟4、將第二晶圓的板形金屬層對準置于第一晶圓的針形金屬層上，使得板形金屬層與針形金屬層接觸；對板形金屬層與針形金屬層進行單步熱壓鍵合，以得到第一晶圓與第二晶圓的晶圓級鍵合。本發明能有效提高金?金鍵合強度，保證了真空封裝器件的穩定性和氣密性。

技術領域

本發明涉及一種方法，尤其是一種提高硅表面納米森林中金-金熱壓鍵合強度的方法，屬于晶圓鍵合的技術領域。

背景技術

晶圓級鍵合技術已經成為MEMS器件封裝與制造工藝中的核心技術，除了封裝領域外，晶圓級鍵合技術在其他領域也得到了廣泛的應用，如：三維芯片堆疊(3-D chipstacking)，絕緣體上硅晶圓(Silicon-on-insulator)和CIS(CMOS圖像傳感器)領域等。

目前，用于硅-硅晶圓級鍵合的工藝有多種。其中，金-金熱壓鍵合是一種有中間層的固態連接方式，屬于金屬擴散鍵合，早已成為標準的芯片級封裝技術。金屬擴散鍵合技術需要同時向待鍵合襯底施加溫度場和壓力場，這樣才能夠使鍵合界面的金屬原子從晶格的一個位點轉移到另一個位點，同時將鍵合界面的間隙彌合到一起。金-金熱壓鍵合需要鍵合表面緊密接觸，確保金屬原子能通過晶格震動來實現原子的遷移。金屬原子的擴散有表面擴散，晶界擴散和體擴散三種不同的路徑。金-金熱壓鍵合過程考慮的主要是溫度和壓力兩個條件。溫度越高，金越軟，在一定的壓力下，變形及擴散越強，鍵合效果越好；同樣，在一定的溫度下，施加的壓力越大，表面在壓力的作用下接觸越好，鍵合效果越好。金-金熱壓鍵合所需溫度不高，溫度大于300℃即可，但施加壓力范圍需40KN。以4inch晶圓為例，實現整個鍵合面區域鍵合需鍵合機提供～6MPa的壓強，這極大地考驗了鍵合設備的壓力系統。

發明內容

本發明的目的是克服現有技術中存在的不足，提供一種提高硅表面納米森林中金-金熱壓鍵合強度的方法，其能有效提高金-金鍵合強度，保證了真空封裝器件的穩定性和氣密性。

按照本發明提供的技術方案，所述提高硅表面納米森林中金-金熱壓鍵合強度的方法，所述方法包括如下步驟：

步驟1、提供第一晶圓并在所述第一晶圓上制備所需的納米森林結構，所述納米森林結構包括若干錐形納米體；

步驟2、在上述第一晶圓的納米森林結構上制備所需的針形金屬層，所述針形金屬層覆蓋納米森林結構上；

步驟3、提供第二晶圓并在所述第二晶圓上制備所需的板形金屬層；

步驟4、將第二晶圓的板形金屬層對準置于第一晶圓的針形金屬層上，使得板形金屬層與針形金屬層接觸；對板形金屬層與針形金屬層進行單步熱壓鍵合，以得到第一晶圓與第二晶圓的晶圓級鍵合。

步驟4中，對板形金屬層(7)、針形金屬層(4)進行單步熱壓鍵合時，每步徑壓力為0.01MPa～0.02MPa，單步徑保持時間為5min～10min。

所述步驟1中，制備得到納米森林結構的過程具體包括：

步驟1.1、在第一晶圓的正面涂覆得到聚合物層，并對所述聚合物層進行等離子體轟擊，以得到支撐于第一晶圓正面上的若干柱狀納米體；

步驟1.2、利用上述柱狀納米體對第一晶圓進行各向異性刻蝕，以得到位于所述柱狀納米體正下方的錐形納米體；

步驟1.3、去除上述錐形納米體上的柱狀納米體，以利用若干錐形納米體在第一晶圓的正面形成納米森林結構。

在第一晶圓的正面涂覆得到聚合物層后，對所述聚合物層進行圖形化，以得到所需的聚合物圖形；