[發(fā)明專利]一種提高碳化硅直接鍵合強(qiáng)度的方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910057428.2
• 申請(qǐng)日: 2019-01-21
• 公開（公告）號(hào): CN109904064A
• 公開（公告）日: 2019-06-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 梁曉波;劉德峰;黃漫國;蔣永剛;李健;張德遠(yuǎn)
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國航空工業(yè)集團(tuán)公司北京長城航空測(cè)控技術(shù)研究所;中航高科智能測(cè)控有限公司;北京航空航天大學(xué)
• 主分類號(hào): H01L21/18
• 分類號(hào): H01L21/18
• 代理公司: 中國航空專利中心 11008
• 代理人: 陳宏林

本發(fā)明是一種提高碳化硅直接鍵合強(qiáng)度的方法，該方法包括如下步驟：對(duì)SiC晶片待鍵合面進(jìn)行化學(xué)機(jī)械拋光；利用Piranha溶液、RCA1&RCA2標(biāo)準(zhǔn)溶液對(duì)碳化硅片進(jìn)行清洗；利用氫氟酸溶液對(duì)SiC晶片待鍵合面表面進(jìn)行預(yù)處理；在氫氟酸溶液中完成碳化硅片的預(yù)鍵合；將預(yù)鍵合的碳化硅片移至真空環(huán)境下進(jìn)行高溫高壓鍵合，完成制備。本發(fā)明可以有效的實(shí)現(xiàn)碳化硅晶片的高強(qiáng)度直接鍵合，為碳化硅MEMS器件及相關(guān)器件封裝性能的提升奠定基礎(chǔ)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明是一種提高碳化硅直接鍵合強(qiáng)度的方法，屬于半導(dǎo)體制造技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

作為第三代寬禁帶半導(dǎo)體材料SiC由于具有寬的帶隙、高擊穿場(chǎng)強(qiáng)、高電子遷移率、高的熱導(dǎo)率、抗輻照、高溫穩(wěn)定性以及機(jī)械性能好等特點(diǎn)，應(yīng)用于高溫、高頻、大功率、光電子及抗輻射方面具有獨(dú)特的材料優(yōu)勢(shì)。此外，SiC材料的熔點(diǎn)高達(dá)2720℃，可以在1000℃甚至更高溫度下保持力學(xué)性能穩(wěn)定。相比傳統(tǒng)半導(dǎo)體材料具有更高的硬度、斷裂強(qiáng)度，且耐磨損、耐腐蝕。綜上所述，SiC材料是應(yīng)用于極端環(huán)境下MEMS器件的首選材料。

晶片鍵合(WaferBonding)是MEMS器件制造所必需的重要工藝，其可以將兩個(gè)半導(dǎo)體材料晶片結(jié)合起來，以實(shí)現(xiàn)所需的相關(guān)功能結(jié)構(gòu)。但是基于SiC材料的化學(xué)穩(wěn)定性，SiC晶片的直接鍵合存在鍵合困難、鍵合強(qiáng)度低等問題。已知的碳化硅鍵合方法主要是中間介質(zhì)層鍵合，然而，這種方法存在中間介質(zhì)層，在高溫環(huán)境下由于熱膨脹系數(shù)不一致，存在失效風(fēng)險(xiǎn)，且受限于介質(zhì)層材料的耐高溫特性，鍵合后的樣件無法發(fā)揮碳化硅材料耐高溫特性的優(yōu)勢(shì)。因此，急需要開發(fā)一種碳化硅直接鍵合方法，以便發(fā)揮碳化硅材料的耐高溫特性，使其盡早在半導(dǎo)體行業(yè)中得到廣泛應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明正是針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足而設(shè)計(jì)提供了一種提高碳化硅直接鍵合強(qiáng)度的方法，其目的是通過氫氟酸化學(xué)輔助SiC直接鍵合，以實(shí)現(xiàn)SiC晶片的高強(qiáng)度直接鍵合。

本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的：

該種提高碳化硅直接鍵合強(qiáng)度的方法，其特征在于：該方法的步驟如下：

步驟一、碳化硅晶片待鍵合面化學(xué)機(jī)械拋光；

利用化學(xué)機(jī)械拋光將碳化硅晶片待鍵合面拋光至表面粗糙度0.5nm以下；

步驟二、碳化硅晶片待鍵合面清洗；

利用乙醇、丙酮、去離子水、Piranha溶液、RCA1&RCA2標(biāo)準(zhǔn)溶液對(duì)碳化硅晶片待鍵合面進(jìn)行清洗，去除表面顆粒污染物、有機(jī)污染物以及離子污染物；

步驟三、碳化硅晶片待鍵合面氫氟酸表面預(yù)處理；

利用氫氟酸溶液對(duì)碳化硅晶片待鍵合面進(jìn)行預(yù)處理，去除碳化硅晶片表面原生氧化層；

步驟四、氫氟酸溶液中預(yù)鍵合；

將兩片碳化硅晶片待鍵合面對(duì)接在一起，放入氫氟酸溶液中完成碳化硅晶片的預(yù)鍵合，在預(yù)鍵合過程中，兩片碳化硅晶片待鍵合面之間存在氫氟酸溶液層，將預(yù)鍵合后的樣件整體取出，放置在熱絕緣板的表面上；

步驟五、將熱絕緣板放置在鍵合機(jī)的倉室中，對(duì)倉室抽真空，抽真空時(shí)，真空度小于50Pa，然后對(duì)倉室內(nèi)空間進(jìn)行加熱至1100℃～1300℃之后，對(duì)樣件整體加載垂直于鍵合面的壓力，該壓力為30MPa～50MPa，保持3h以上，完成兩片碳化硅晶片的鍵合，然后將倉室回壓至標(biāo)準(zhǔn)大氣壓。

進(jìn)一步，所述步驟五中所述的對(duì)樣件整體加載的垂直于鍵合面的壓力保持時(shí)間為3～5h。

本發(fā)明技術(shù)方案的特點(diǎn)及有益效果為：

(1)本發(fā)明可以有效的實(shí)現(xiàn)SiC-SiC的高強(qiáng)度直接鍵合，不存在金屬中間層或回流中間層等其他異質(zhì)中間層，消除了因SiC材料與中間介質(zhì)層材料熱膨脹系數(shù)不匹配而產(chǎn)生應(yīng)用限制；