[發明專利]一種基于嵌套結構和退火的快速常溫微凸點鍵合方法

在審

• 申請號: 201910177846.5
• 申請日: 2019-03-10
• 公開（公告）號: CN109979833A
• 公開（公告）日: 2019-07-05
• 發明（設計）人: 張衛;劉子玉;陳琳;孫清清
• 申請（專利權）人: 復旦大學
• 主分類號: H01L21/60
• 分類號: H01L21/60
• 代理公司: 上海正旦專利代理有限公司 31200
• 代理人: 陸飛;陸尤

1.一種基于嵌套結構和退火的快速常溫微凸點鍵合方法，其特征在于，具體步驟為：

（1）形成嵌套結構：在晶圓的正面和背面均形成嵌套結構，所述嵌套結構，其兩端分別形成有第一凸起和凹陷部，所述凹陷部包括凹陷結構和環繞所述凹陷結構的第二凸起，所述第二凸起的高度大于所述凹陷結構的高度，所述嵌套結構中第一凸起和第二凸起采用高熔點金屬材料，所述凹陷部的凹陷結構采用低熔點金屬；

（2）鍵合：在鍵合機上將兩片晶圓的所述嵌套結構對準，使其中一片晶圓的嵌套結構的所述第一凸起與另一片晶圓的嵌套結構的所述凹陷結構相互對準并鍵合，重復多次完成多層晶圓的鍵合；其中，所述第一凸起和所述凹陷結構構成固液擴散金屬對；

（3）退火：對完成鍵合的所述多層晶圓進行退火處理，使所述固液擴散金屬對中的高熔點金屬和低熔點金屬融化擴散形成金屬間化合物實現電連接。

2.根據權利要求1所述的鍵合方法，其特征在于，所述退火溫度根據所述低熔點金屬材料的熔點在150℃-250℃間設定。

3.根據權利要求1或2所述的鍵合方法，其特征在于，退火時間為5min~25min。

4.根據權利要求1所述的鍵合方法，其特征在于，所述高熔點金屬為Cu、Au、Ni中的一種或其任意組合。

5.根據權利要求1所述的鍵合方法，其特征在于，所述低熔點金屬為Sn、In、Ga中的一種或其任意組合。

6.根據權利要求1所述的鍵合方法，其特征在于，所述嵌套結構形成步驟包括以下子步驟：

在晶圓上形成對準標記圖形；

形成粘附層和種子層；

采用標準光刻工藝，曝光出布線圖形和嵌套結構的基礎層圖形，用電鍍或化學鍍鍍出高熔點金屬材料，形成基礎層；

采用標準光刻工藝，在所述基礎層曝光出嵌套結構的第一凸起位置和凹陷部的第二凸起位置，電鍍高熔點金屬，形成第一凸起和凹陷部的第二凸起；

在所述第二凸起中電鍍低熔點金屬形成所述凹陷結構，然后干法刻蝕粘附層和種子層；

對晶圓的正面進行臨時鍵合保護已有圖形，反轉晶圓在其背面重復上述步驟，完成背面的嵌套結構的制作，然后去除臨時鍵合。

7.根據權利要求1所述的鍵合方法，其特征在于，所述嵌套結構形成步驟包括以下子步驟：

在晶圓上形成對準標記圖形；

形成粘附層和種子層；

采用標準光刻工藝，曝光出布線圖形和嵌套結構的基礎層圖形，用電鍍或化學鍍鍍出高熔點金屬材料，形成基礎層；

采用標準光刻工藝，在所述基礎層的曝光出嵌套結構的凹陷部的凹陷結構，電鍍低熔點金屬，形成凹陷部的凹陷結構；

采用標準光刻工藝，在所述基礎層上曝光出嵌套結構的第一凸起位置和凹陷部的第二凸起位置，電鍍高熔點金屬形成第一凸起和第二凸起；

對晶圓的正面進行臨時鍵合保護已有圖形，反轉晶圓在其背面重復上述步驟，完成背面的嵌套結構的制作，然后去除臨時鍵合。

8.根據權利要求6或7所述的鍵合方法，其特征在于，所述粘附層材料為TiW、Ti或Cr。

9.根據權利要求6或7所述的溫鍵合方法，其特征在于，所述粘附層的厚度為20-50納米，所述種子層的厚度為50-100納米，所述基礎層的厚度為2-3微米。

10.根據權利要求1所述的鍵合方法，其特征在于，所述凹陷結構的高度為1-3微米，所述第二凸起的高度為4-6微米。