[發明專利]真空環境下晶圓低溫鍵合方法

有效

• 申請號: 201910618100.3
• 申請日: 2019-07-10
• 公開（公告）號: CN110282598B
• 公開（公告）日: 2021-12-28
• 發明（設計）人: 冒薇;段仲偉;馬冬月;祝翠梅;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: B81C1/00
• 分類號: B81C1/00
• 代理公司: 南京思拓知識產權代理事務所(普通合伙) 32288
• 代理人: 苗建

本發明涉及一種真空環境下晶圓低溫鍵合方法，其包括如下步驟：步驟1、第一晶圓、第二晶圓相對應鍵合界面裸露于真空腔室的真空環境中；步驟2、利用工作氣體的等離子體對第一晶圓、第二晶圓相應的鍵合界面進行活化處理；步驟3、關閉等離子體源，并停止將工作氣體引入真空腔室內，以使得真空腔室能達到所需的真空狀態；步驟4、在第一晶圓的鍵合界面與第二晶圓的鍵合界面貼合接觸至所需的時間后，能使得第一晶圓與第二晶圓鍵合固定；步驟5、打開鍵合夾具并取出鍵合連接后的第一晶圓與第二晶圓。本發明采用表面等離子體對晶圓表面進行物理轟擊活化的方法，促進晶圓表面懸掛鍵的形成，從而能實現真空環境中的低溫甚至是常溫的晶圓直接鍵合。

技術領域

本發明涉及一種鍵合方法，尤其是一種真空環境下晶圓低溫鍵合方法，屬于晶圓鍵合的技術領域。

背景技術

晶圓鍵合技術是微系統封裝的基本技術之一，已經成為微機電系統領域里的一項重要工具。晶圓鍵合技術在晶圓級封裝，三維芯片堆疊和絕緣體上硅技術等領域有著廣泛的應用。隨著鍵合技術向著低成本、高性能、高集成度、小尺寸、低功耗的方向發展，由原來的二維封裝進入到三維堆疊的時代。器件和電路的高度集成對晶圓鍵合工藝提出了更高的要求。

鍵合溫度是晶圓鍵合技術最重要的指標，目前常規的晶圓直接鍵合技術在很多情況下為了得到較好的鍵合質量，必須控制鍵合溫度在一個比較高的范圍。高溫鍵合會隨之帶來了一些問題：首先，過高的溫度會對IC芯片和MEMS器件產生不利影響，對于某些溫敏器件而言，甚至會使其破壞而失效，而這些微結構和電路所能承受的溫度是有嚴格要求的，否則就會造成器件的損壞或者影響其使用壽命(可靠性)，如CMOS電路在400℃下超過15分鐘就會發生Al-Si反應，使電路結構破壞；其次，高溫鍵合時常常會產生一定的熱應力，在完成鍵合冷卻后熱應力無法釋放，會造成MEMS器件工作不穩定和可靠性降低，特別是對于一些異質晶圓材料的鍵合，由于熱膨脹系數的差別，導致溫度梯度的出現而造成比較大的熱應力，使鍵合界面出現裂紋或鍵合片破損；而當一些摻雜過的晶圓進行鍵合時，高溫的鍵合過程會使摻雜物質重新擴散，這將改變雜質分布和電學特性。

此外，如果晶圓的界面存在一些污染和缺陷，在高溫的作用下也會擴散開，使產品失效區域變得不可控，同時使鍵合界面電學特性劣化。因此，晶圓直接鍵合技術要成為一種成熟的，適用于大規模制造的實用技術必須首先解決鍵合溫度過高的問題，故需要低溫直接鍵合。

發明內容

本發明的目的是克服現有技術中存在的不足，提供一種真空環境下晶圓低溫鍵合方法，其采用表面等離子體對晶圓表面進行物理轟擊活化的方法，促進晶圓表面懸掛鍵的形成，從而能實現真空環境中的低溫甚至是常溫的晶圓直接鍵合。

按照本發明提供的技術方案，所述真空環境下晶圓低溫鍵合方法，所述低溫鍵合方法包括如下步驟：

步驟1、提供具有鍵合夾具的真空腔室，將待鍵合的第一晶圓、第二晶圓置于鍵合夾具內，對真空腔室抽真空且達到所需的真空狀態后，第一晶圓、第二晶圓相對應鍵合界面裸露于真空腔室的真空環境中；

步驟2、將工作氣體引入真空腔室內且達到所需的工作壓力后，啟動等離子體源，使得真空腔室內產生工作氣體的等離子體，以利用所產生工作氣體的等離子體對第一晶圓、第二晶圓相應的鍵合界面進行活化處理；

步驟3、關閉等離子體源，并停止將工作氣體引入真空腔室內，以使得真空腔室能達到所需的真空狀態；

步驟4、通過鍵合夾具使得第一晶圓的鍵合界面與第二晶圓的鍵合界面貼合接觸，在第一晶圓的鍵合界面與第二晶圓的鍵合界面貼合接觸至所需的時間后，能使得第一晶圓與第二晶圓鍵合固定；

步驟5、對上述真空腔室進行破真空處理，打開鍵合夾具并取出鍵合連接后的第一晶圓與第二晶圓。

所述第一晶圓與第二晶圓間為硅-硅鍵合，或第一晶圓與第二晶圓間為玻璃片-玻璃片鍵合固定。

所述引入真空腔體內的工作氣體為氧氣、氬氣或氮氣。