一种低温晶圆键合方法

一种低温晶圆键合方法来,随着材料制备技术的不断成熟,制约技术进展的材料问题正逐步被解决。

材料的制备技术归根结底包括两种,即以离子注入为代表的注氧隔离技术--,即0和晶圆键合技术。

[0004]技术需要高温离子注入和后续超高温退火,这种技术会对材料有损坏。

由于材料质量的稳定性没有保证从而使得成本在增加。

晶圆键合技术是同同步进展起来的技术,两者各自侧重于不同应用需求。

晶圆键合技术是利用两片镜面抛光的、洁净的晶圆表面结合在一起。

采纳晶圆键合与减薄技术形成结构时,不仅具有工艺简洁、成本低廉、对器件无损伤等优点,且制备出的材料仍旧具有优良特性。

目前晶圆键合技术主要包括阳极键合、硅片直接键合、共晶键合、热压键合、金属键合、玻璃焊料键合等,上述的晶圆键合技术都涉及到高温退火处理,工艺时间长,键合过程中产生的高温对器件性能造成不利影响,比如高温对晶圆上的温度敏感电路和微结构造成热损坏如超过400的高温就会对铝电路造成破坏;高温易引入杂质,造成衬底掺杂的重新分布;对于热膨胀系数差异较大的两个晶圆,经过高温处理后会导致很大的变形和残余热应力,直接影响到器件性能和封装成品率。

[0005]近年来提出了低温晶圆键合的思想,低温晶圆键合主要有低温焊料键合、黏胶键合、表面活化键合等。

但是由于黏胶键合和低温焊料键合的键合强度较低,器件使用温度有限,应用受到很大限制。

而低温表面活化键合虽然键合工艺时间比较长,但是由于表面活化处理和低温退火,从而使得键合强度能够满意后续的器件制作。

[0006]和光电技术的进展,对三维集成和系统封装提出了新的要求,讨论能够满意热膨胀系数差较大同质或者异质的两个衬底材料键合要求且键合后对器件无损坏的新的低温晶圆键合技术成为技术进展的必定。

【创造内容】[0007]一要解决的技术问题[0008]有鉴于此,本创造的主要目的在于克服现有技术的缺陷,供应了一种低温晶圆键合的方法,以满意任意两个平滑的衬底材料之间的键合,使得键合技术不受衬底材料性质的影响。

[0009]二技术方案[0010]为达到上述目的,本创造供应了一种低温晶圆键合方法,包括:对两个晶圆进行清洗;在清洗后的两个晶圆表面沉积一层氧化物;对两个晶圆中的至少一个进行表面活化处理;将表面活化处理后的两个晶圆在非真空环境下表面相对彼此接触并施加外力使其键合;以及对键合后的晶圆进行低温退火处理。

[0011]上述方案中,所述对两个晶圆进行清洗的步骤中,采纳化学清洗方法。

[0012]上述方案中,所述对两个晶圆进行清洗之后还包括:对两个晶圆进行擦洗和或抛光。

[0013]上述方案中,所述在清洗后的两个晶圆表面沉积一层氧化物的步骤中,所述沉积采纳、、、溅射、电子束沉积法或激光脉冲沉积法,所述氧化物为氧化硅、氧化铝、氧化铪或氧化镧中的一种。

[0014]上述方案中,所述对两个晶圆中的至少一个进行表面活化处理的步骤中,所述表面活化处理是采纳02、2,6等离子体活化处理的中一种对两个晶圆中的至少一个进行表面活化处理,或者是采纳02、2、6等离子体活化处理的中多种依次对两个晶圆中的至少一个进行表面活化处理。

[0015]上述方案中,所述对两个晶圆中的至少一个进行表面活化处理的步骤中,所述表面活化处理是在16-26的温度范围内进行。

[0016]上述方案中,所述将表面活化处理后的两个晶圆在非真空环境下表面相对彼此接触并施加外力使其键合的步骤中,非真空环境是指空气环境或者千级超净间的环境。

[0017]上述方案中,所述将表面活化处理后的两个晶圆在非真空环境下表面相对彼此接触并施加外力使其键合的步骤中,采纳的键合压力为100-1000,优选地,所述键合压力为200-500。

[0018]上述方案中,所述对键合后的晶圆进行低温退火处理的步骤中,采纳的退火温度为100。

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-400。

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[0019]三有益效果[0020]与现有晶圆键合技术相比,本创造具有如下优点:[0021]1、由于键合区是氧化物,所以本创造供应的低温晶圆键合方法可以键合任何两个衬底或者器件。

[0022]2、本创造供应的低温晶圆键合方法,采纳低温晶圆键合技术,避开了对温度敏感电路和微结构的破坏,且效率高。

[0023]3、本创造供应的低温晶圆键合方法,不需要在真空或低真空环境下完成,且在键合时需要的挤压力比较小。

【专利附图】【附图说明】[0024]图1为依照本创造实施例的低温晶圆键合的方法流程图;[0025]图2为依照本创造实施例的在键合前的晶圆的示意图;[0026]图3为依照本创造实施例的在键合前的工艺流程图,其中图3为步骤流程图,图3为与图3所示步骤对应的效果示意图。

[0027]图4为依照本创造实施例的晶圆键合后的结构示意图。

[0028]图5为依照本创造实施例的晶圆键合后的超声扫描图。

【详细实施方式】[0029]为使本创造的目的、技术方案和优点更加清晰明白,以下结合详细实施例,并参照附图,对本创造进一步具体说明。

[0030]本创造供应的这种低温晶圆键合方法,首先对两晶圆进行清洗,然后分别在两晶片的键合区沉积一层薄的氧化层,并对其中至少一晶圆上沉积的氧化层进行表面活化处理,将处理好的两个晶圆的氧化层相对贴在一起,最终送入键合机施加挤压力,从而实现两个晶圆的键合。

[0031]如图1所示,图1示出了依照本创造实施例的低温晶圆键合的方法流程图,该方法包括以下步骤:[0032]步骤1:对两个晶圆进行清洗;在本步骤中,采纳化学清洗方法对两个晶圆进行清洗,详细包括:利用有机溶剂异丙醇、无水乙醇、甲醇或***清洗掉表面油污,利用超声清洗的方法去掉表面的吸附颗粒,然后利用酸洗的方法去除掉金属离子玷污。

[0033]另外,在对两个晶圆进行清洗之后还包括:对两个晶圆进行擦洗和或抛光,详细包括:当晶圆表面的粗糙度较大时通常大于2,一般需要进行表面化学机械研磨抛光处理,使其表面粗糙度达到适合晶片键合的需求通常小于。

[0034]步骤2:在清洗后的两个晶圆表面沉积一层氧化物;对两个晶圆中的至少一个进行表面活化处理;在本步骤中,所述沉积采纳、,、溅射、电子束沉积法或激光脉冲沉积法,所述氧化物为氧化硅、氧化铝、氧化铪或氧化镧中的一种;所述表面活化处理是采纳02、2,6等离子体活化处理的中一种对两个晶圆中的至少一个进行表面活化处理,或者是采纳02、队、5^等离子体活化处理的中多种依次对两个晶圆中的至少一个进行表面活化处理;所述表面活化处理是在室温下进行,优选地是在16-26的温度范围内进行。

[0035]步骤3:将表面活化处理后的两个晶圆在非真空环境下表面相对彼此接触并施加外力使其键合;在本步骤中,非真空环境是指空气环境或者千级超净间的环境,采纳的键合压力为100-1000,优选地,所述键合压力为200-500。

[0036]步骤4:对键合后的晶圆进行低温退火处理;在本步骤中,采纳的退火温度为0-400。

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[0037]图2至图4示出了依照本创造实施例的低温晶圆键合的工艺流程图。

[0038]如图2所示,用来键合的原衬底是硅晶圆,原衬底2是***化镓晶圆。

[0039]如图3所示,衬底和衬底2在键合前经过一系列的处理,包括:清洗、沉积氧化物、表面活化处理。

对于衬底用改进的清洗方法,衬底2则用简洁的清洗方法。

在清洗后的洁净的衬底和衬底2上用的方法沉积一层氧化物3,氧化物3为氧化铝。

接着用2等离子体,接着用2等离子体在氧化物3表面进行活化处理。

[0040]如图4所示在千级超净间的环境下用手动的方式将图3所处理好的两个晶圆表面相对贴在一起,然后放入键合机施加肯定的挤压力。

经过挤压后的晶圆对需要放在退火炉里用合适的温度例如100-4000进行退火。

[0041]如图5所示,键合后的超声扫描图表明:当氧气等离子体活化的功率为100,氮气等离子体活化的功率为时,有效键合面积占整个面积的98%。

[0042]以上所述的详细实施例,对本创造的目的、技术方案和有益效果进行了进一步具体说明,所应理解的是,以上所述仅为本创造的详细实施例而已,并不用于限制本创造,凡在本创造的精神和原则之内,所做的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本创造的爱护范围之内。

【权利要求】,其特征在于,包括:对两个晶圆进行清洗;在清洗后的两个晶圆表面沉积一层氧化物;对两个晶圆中的至少一个进行表面活化处理;将表面活化处理后的两个晶圆在非真空环境下表面相对彼此接触并施加外力使其键合;以及对键合后的晶圆进行低温退火处理。

,其特征在于,所述对两个晶圆进行清洗的步骤中,采纳化学清洗方法。

,其特征在于,所述对两个晶圆进行清洗之后还包括:对两个晶圆进行擦洗和或抛光。

,其特征在于,所述在清洗后的两个晶圆表面沉积一层氧化物的步骤中,所述沉积采纳、,、溅射、电子束沉积法或激光脉冲沉积法,所述氧化物为氧化硅、氧化铝、氧化铪或氧化镧中的一种。

,其特征在于,所述对两个晶圆中的至少一个进行表面活化处理的步骤中,所述表面活化处理是采纳2、2、6等离子体活化处理的中一种对两个晶圆中的至少一个进行表面活化处理,或者是采纳02、队、5^等离子体活化处理的中多种依次对两个晶圆中的至少一个进行表面活化处理。

,其特征在于,所述对两个晶圆中的至少一个进行表面活化处理的步骤中,所述表面活化处理是在16_26的温