[發明專利]壓力鍵合裝置、控制系統及壓力鍵合方法

有效

• 申請號: 202110463209.1
• 申請日: 2021-04-27
• 公開（公告）號: CN113270343B
• 公開（公告）日: 2022-09-13
• 發明（設計）人: 李健;韋欣;李川川;邱小浪
• 申請（專利權）人: 中國科學院半導體研究所
• 主分類號: H01L21/67
• 分類號: H01L21/67;H01L21/50
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 吳夢圓

一種壓力鍵合裝置、控制系統及壓力鍵合方法，壓力鍵合裝置包括：鍵合凹槽，用于放置鍵合輔助材料；加壓緩沖單元，包括：加壓部件，懸空設置于鍵合凹槽上方；以及承壓單元，設置在鍵合凹槽下方，用于為鍵合凹槽提供支撐；其中，所述加壓部件可插入所述鍵合凹槽，以擠壓容納在所述鍵合凹槽內的待鍵合物體，實現所述待鍵合物體的鍵合。本發明通過設置鍵合凹槽以及設置在鍵合凹槽下的溫度控制單元，并在壓力鍵合過程中引入鍵合輔助材料，完成芯片與熱沉之間鍵合，提高芯片鍵合的效率，降低芯片與熱沉之間產生氣泡的幾率，提高芯片鍵合的成品率和可靠性。

技術領域

本發明屬于光電子技術領域，尤其涉及一種壓力鍵合裝置、控制系統及壓力鍵合方法。

背景技術

半導體鍵合技術可以將具有較大晶格失配的不同特性材料通過接觸面間的分子力或鍵合化學力鍵合在一起。通過不同特性材料間的鍵合，將不同材料的優勢結合起來，從而提高器件設計的自由度。

一般情況下，鍵合工藝按照溫度不同可以分為高溫鍵合(溫度大于400℃)和低溫鍵合(溫度低于400℃)。在高溫鍵合過程中，由于鍵合材料間存在較高的熱失配，所以容易在界面產生缺陷，進而導致器件的性能降低。而低溫鍵合過程需要較高的真空度，且需要復雜的設備實現，導致低溫鍵合的成本較高。

發明內容

有鑒于此，本發明的主要目的在于提供一種壓力鍵合裝置、控制系統及壓力鍵合方法，以期至少部分地解決上述技術問題中的至少之一。

作為本發明的一個方面，公開了一種壓力鍵合裝置，包括：

鍵合凹槽，用于放置鍵合輔助材料；

加壓緩沖單元，包括：

加壓部件，懸空設置于鍵合凹槽上方；以及

承壓單元，設置在鍵合凹槽下方，用于為鍵合凹槽提供支撐；

其中，所述加壓部件可插入所述鍵合凹槽，以擠壓容納在所述鍵合凹槽內的待鍵合物體，實現所述待鍵合物體的鍵合。

作為本發明的另一個方面，還公開了一種壓力鍵合控制系統，包括：加壓單元、如上所述的壓力鍵合裝置、壓力檢測單元和控制器；

所述加壓單元設置在所述壓力鍵合裝置上，用于施加外部壓力；

所述壓力檢測單元設置于鍵合凹槽與承壓單元之間，用于在壓力鍵合過程中檢測鍵合凹槽所承受的壓力；

所述控制器分別與所述溫度調節單元、所述壓力檢測單元以及加壓單元連接；

其中，所述控制器接收所述溫度調節單元檢測的溫度以及所述壓力檢測單元檢測的壓力，并控制所述溫度調節單元以及所述加壓單元。

作為本發明的再一個方面，還公開了一種壓力鍵合方法，使用如上所述的壓力鍵合控制系統，包括：

S1：對待鍵合的襯底以及外延結構進行預處理；

S2：向鍵合凹槽內注入鍵合輔助材料；

S3：將步驟S1中得到的襯底和外延結構依次放入步驟S2中的鍵合凹槽內；

S4：通過控制器控制壓力鍵合系統，使加壓緩沖單元向步驟S3中的外延結構施加壓力；

S5：通過控制器調整步驟S3中壓力鍵合裝置的鍵合參數，完成所述外延結構與襯底之間鍵合。

基于以上技術方案，本發明的壓力鍵合裝置、控制系統及壓力鍵合方法相對于現有技術至少具有以下優勢之一：