[發明專利]共晶鍵合的方法

有效

• 申請號: 201811405166.6
• 申請日: 2018-11-23
• 公開（公告）號: CN111223766B
• 公開（公告）日: 2022-07-05
• 發明（設計）人: 丁劉勝
• 申請（專利權）人: 上海新微技術研發中心有限公司
• 主分類號: H01L21/18
• 分類號: H01L21/18
• 代理公司: 上海光華專利事務所(普通合伙) 31219
• 代理人: 羅泳文

本發明提供一種共晶鍵合的方法，包括：1)在所述第一、第二晶圓表面形成第一、第二鍵合材料；2)將第一、第二鍵合材料對準；3)升溫至第一溫度下保持第一時間，以去除水氣；4)升溫至第二溫度并施加第一壓力，保持第二時間進行預鍵合；以及5)升溫至第三溫度并施加第二壓力，保持三第時間，在保持所述第三時間的過程中，對所述第一晶圓和所述第二晶圓施加一快速升降溫的溫度脈沖，或施加一壓力脈沖，以使所述第一鍵合材料與所述第二鍵合材料實現共晶鍵合。本發明通過在共晶鍵合過程中，施加一快速升降溫的溫度脈沖或施加一壓力脈沖，使得鍵合材料盡快地產生足夠的熔融液體，加速共晶鍵合過程，避免鍵合空洞的產生，同時，該溫度脈沖或壓力脈沖時間足夠短，可以大大減小熔融液體的擴散時間，避免溢流現象的產生。

技術領域

本發明屬于半導體制造領域，特別是涉及一種共晶鍵合的方法。

背景技術

圓片級鍵合技術是將兩片晶圓互相結合，并使得表面原子相互反應，讓表面間的鍵合能達到一定的強度，從而使兩片晶圓結合在一體。圓片級鍵合有多種方法，如熔融鍵合、熱壓鍵合、低溫真空鍵合、陽極鍵合及共晶鍵合等。其中，共晶鍵合以其鍵合溫度低、鍵合強度高的特點在圓片級鍵合領域得到了廣泛的應用。

晶圓級共晶鍵合技術廣泛的應用于MEMS器件，其中金屬共晶不僅可以提供很好的密封性，而且可以進行引線互聯，越來越多的應用于MEMS工藝中。在共晶狀態下，有些相互接觸的金屬表面為液體，液體會進行一定的流動，可能會流到不需要金屬的地方，這種情況稱為溢流；有些相互接觸的地方，因為濃度比例因素，沒有形成液體，無法鍵合，這種情況則稱為鍵合空洞或者鍵合不良。

圖1～圖2顯示為傳統的共晶鍵合工藝示意圖，如圖1所示，首先在第一晶圓101表面形成第一材料層102，在第二晶圓103表面形成第二材料層104，然后對第一晶圓101及第二晶圓103對準鍵合，使第一材料層102及第二材料層104形成共晶材料105。由于工藝條件，如溫度等的不穩定性，在共晶鍵合的過程中，容易在共晶材料105中形成鍵合空洞106，或在第一晶圓及第二晶圓之外形成溢流107，如圖2所示。

由于溢流和鍵合空洞這兩種缺陷的存在，共晶鍵合的工藝窗口通常很小。特別是共晶點溫度的工藝可變范圍，如常規的Al-Ge共晶工藝中，共晶點溫度窗口只有±2℃，大大的限制了晶圓鍵合良率的提升。考慮到機臺本身控溫可能存在一些變化，增大共晶鍵合的工藝窗口極其重要。

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共晶鍵合的方法，用于解決現有技術中共晶鍵合的工藝窗口過小的問題。

為實現上述目的及其他相關目的，本發明提供一種共晶鍵合的方法，所述方法包括步驟： 1)提供第一晶圓及第二晶圓，在所述第一晶圓表面形成第一鍵合材料，在所述第二晶圓表面形成第二鍵合材料；2)將所述第一鍵合材料與所述第二鍵合材料對準；3)升溫至第一溫度下保持第一時間，以去除水氣；4)升溫至第二溫度并對第一晶圓和所述第二晶圓施加第一壓力，保持第二時間以使所述第一鍵合材料與所述第二鍵合材料預鍵合；以及5)升溫至第三溫度并對所述對第一晶圓和所述第二晶圓施加第二壓力，保持第三時間，在保持所述第三時間的過程中，對所述第一晶圓和所述第二晶圓施加一快速升降溫的溫度脈沖，該溫度脈沖的升降溫速度不小于30℃/min，以使所述第一鍵合材料與所述第二鍵合材料實現共晶鍵合，其中，所述溫度脈沖的最大值大于所述第三溫度。

可選地，所述第一溫度介于150℃～250℃之間，升溫至所述第一溫度的升溫速度介于 10℃/min～40℃/min之間，所述第一時間介于10min～120min之間。

可選地，所述第二溫度介于350℃～410℃之間，所述第一壓力介于10kn～40kn之間，所述第二時間介于10min～100min之間。

可選地，所述第三溫度介于420℃～435℃之間，所述第二壓力介于20kn～40kn之間，所述第三時間介于4min～12min之間。