CN106298452A - 一种基于阵列式点压的晶圆键合方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于阵列式点压的晶圆键合方法，包括：基于传统的晶圆键合方法，采用了创造性的点压设备，将传统晶圆键合方法的平面各点同时的键合方式改为平面各点非同时异步的键合方式。本发明所陈述的点压键合方法包括：使用热压键合方式准备好待键合的晶圆片，选择好点压设备的单次键合点的大小，将待键合的区域按照单次键合大小划分为等大的阵列点，实际键合过程中，使用点压设备按照这些阵列点，在一定温度一定压力下实施键合。与传统晶圆键合方法所使用的晶圆键合机价格昂贵、操作复杂相比，本发明所使用的点压键合设备制作成本低、操作简单。此外点压键合法具有键合区域的可选择性等特性，能够满足某些特定应用领域下的需要。
Description
技术领域
本发明属于半导体制造领域，尤其涉及一种基于阵列式点压的晶圆键合方法。
背景技术
晶圆键合技术作为半导体制造领域的一项日益重要的键合技术，受到了越来越广泛的关注，其在半导体制造领域里的应用非常广泛，包括但不限于SOI、MEMS和三维器件制造等等。传统晶圆键合技术种类很多，通常使用较多的技术包括：直接键合、阳极键合、热压键合、化学反应键合和高分子聚合物键合等等。这些键合技术各不相同，但都有各自的应用领域。
但是传统键合技术对晶圆表面形貌要求较高，然而通常商业化生产的晶圆表面无法非常好的满足传统键合技术的要求。尤其是对于表面残留颗粒，传统键合技术下的键合片会形成大量的大小不一的气泡或空洞。在光电子等领域，键合晶圆表面往往带有各种图形，在这种情况下传统键合技术已经无法满足键合要求。此外，在某些特殊情形下，需要对待键合晶圆进行特定区域下的键合，或者将键合区域形成特定的键合区域图形，传统键合方法依然无法满足这种键合要求。再者，传统键合技术所使用的设备价格昂贵，维护较困难，提出一种简单易行，成本较低的键合方法具有更为现实的实际意义。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明提出一种基于阵列式点压的晶圆键合方法，其主要目的在于针对传统键合技术无法满足的应用领域，提出一种点压键合法，该方法针对晶圆表面残留颗粒容忍度较高，能够很好的适应于带有图形的晶圆键合从而应用于光电子等领域，同时还具有较高的键合区域可选性等特点。
(二)技术方案
为达到上述目的，本发明提供了一种基于阵列式点压的新型晶圆键合方法，其特征在于，包括：
S1：在待键合的两个晶圆表面分别蒸发上一层金属层，在室温下将两个晶圆表面对准后，按压进行预键合；
S2：将已经完成预键合的待键合晶圆进行加热；
S3：使用点压设备在待键合晶圆的预设点上施加压力；
S4：完成此次施压后，移动点压设备的施力部位或者移动待键合的晶圆，将本次键合区域更换到下一个预设点；
S5：重复步骤S3和S4，直至所有预设点都经过点压键合。
上述方案中，所述的步骤S1中的使用的金属层为Ti/Au，30nm的Ti和300nm的Au。
上述方案中，所述的步骤S1中的使用的金属层通过金属蒸发淀积在晶圆表面。
上述方案中，所述的步骤S1中的预键合包括对准和用手按压，按压区域应当选择在晶圆中心区域。
上述方案中，所述的步骤S2中的加热温度选择可以在200℃到400℃之间，通常可以设定为300℃。
上述方案中，所述的步骤S2中的将待键合晶圆进行加热时，升温速度应当保持在50℃/s以下。
上述方案中，所述的步骤S3中的预设键合点为在预键合后，按照点压设备选择的单次键合点大小，将待键合区域划分成等大的若干阵列区域。
上述方案中，所述的步骤S3中的预键合区域上施加的压强为20MPa到100MPa之间。
上述方案中，所述的步骤S3中的预键合区域上施加压强的时间为1min到5min之间。
上述方案中，所述的步骤S4中更换到下一个预键合点时，在已划分区域的整个晶圆上，按照逆时针从内圈到外圈的先后顺序进行点键合。
(三)有益效果
从上述技术方案可以看出，本发明具有以下有益效果：
1.该方法针对晶圆表面残留颗粒容忍度较高，通常的晶圆表面都不可能是完全理想状态下的无污染颗粒物，然而一个很小的残留颗粒物在传统键合方法下得到的键合片会形成相比残留颗粒物尺寸大得多的气泡或空洞，本发明中的点压键合法能够明显改善这种情况。
2.在光电子等领域，很多情况下的晶圆键合都是带有图形的，传统键合方法只能提供整个晶圆级的键合，这便会造成局部图形区域压强过大，导致晶圆碎裂，然而在非图形区域由于压强不够又导致键合效果不理想，本方法中的点压键合法能够很好的适应于带有图形的晶圆键合。
3.在某些特定的领域，需要将键合区域形成某一特定的键合图形，传统键合方法无法满足这种键合需求，本方法中的点压键合法具有较高的键合区域可选性，从而可以将键合区域形成特定的图形。
附图说明
图1为本发明所采用的晶圆表面金属蒸发示意图。
图2为本发明所采用的普通晶圆表面键合示意图，如图中所示，两个晶圆中间的一些突起即是普通晶圆表面的一些起伏形貌拓扑结构示意。
图3为本发明的点压键合法示意图，即在一些预设的区域点的局部范围内施加压力。
图4为本发明实施的预设点的示意图。
图5为针对晶圆表面两个相邻残留颗粒物所形成的气泡或空洞，利用本发明中的点压键合法进行改善的示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例，进一步阐述本发明，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域的技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。
在详述本发明实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本发明保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。
另外需要指出的是，本发明中的点压键合法并不限于使用热压键合下的点压键合法，使用其他传统键合方式进行的类似推广应当同样属于本发明所限定的范围。
该实施例包括以下步骤：
S1：在待键合的两个晶圆表面分别金属蒸发上一层金属层，在室温下将两个晶圆表面对准后，用手按压进行预键合。
如图1所示，为本发明所采用的晶圆表面金属蒸发示意图，由于本发明采用的是基于传统热压键合方式，因此需要在待键合的晶圆表面金属蒸发上一层Ti/Au，经实验验证，使用本发明中的点压键合方法进行键合，Au的厚度可以在200nm到1um之间浮动，而Ti层的厚度通常可以选择在Au层厚度的十分之一。
S2：将已经完成预键合的待键合晶圆进行加热，温度按照热压键合方式进行选择，通常可以设定为300℃。经实验验证，由于点压键合法可以提供较大的压强，因而键合温度可以低至200℃。
图3为本发明的点压键合法示意图，即在一些预设的区域点的局部范围内施加压力，和传统键合方法的最大不同在于，传统键合方法施加压力的区域是整个待键合晶圆面，而本发明中的点压键合法施加的都是局部区域的力，将平面各点同时键合改变为平面各点非同时异步键合。这里使用的前提假定是待键合晶圆表面并不理想平整和洁净。
S3：使用点压设备在待键合晶圆的预设点上施加压力，由于预键合晶圆上的预设受力面积通常较小，因而通过点压设备施加压力后，压强在20MPa到100MPa之间，这个压强比传统键合方法所能得到的压强一般来说都要大得多。
图4为本发明实施的预设点的示意图，预设点的作用主要是明确待键合的局部点，将待键合的区域按照设定的单次键合点的大小划分为阵列，从而在后续的键合过程中指示键合区域，通常来说，预设点的键合顺序为从中心往外扩散，逆时针或顺时针依次相邻键合。
S4：施加压力维持在1min到5min，移动点压设备的施力部位或者移动待键合片，将本次键合区域更换到下一个预设点。
S5：重复步骤S3和步骤S4，直至所有预设点都经过点压键合。
该方法针对晶圆表面残留颗粒容忍度较高，通常的晶圆表面都不可能是完全理想状态下的无污染颗粒物，然而一个很小的残留颗粒物在传统键合方法下得到的键合片会形成相比残留颗粒物尺寸大得多的气泡或空洞，如图2所示，两个晶圆中间的一些突起即是普通晶圆表面的一些起伏形貌拓扑结构示意，通常的晶圆表面都不可能是完全理想的表面状态，其表面形貌包括晶圆表面本征的起伏变化、无法避免的残留颗粒和制造工艺需要的图形等等。这些突起形貌在传统键合过程中会造成大面积的未键合区域，因而传统的键合方法已经无法满足具有如此形貌表面的晶圆键合。本发明中的点压键合法能够明显改善这种情况。
如图5所示，图5为针对晶圆表面两个相邻晶圆表面突起所形成的气泡或空洞，利用本发明中的点压键合法进行改善的示意图。在传统键合法下，针对两个相邻突起，在键合机施加压力后，两相邻突起附近将承载大部分压力，很容易造成局部压强过大，从而晶圆形变过大，导致晶圆片碎裂的情形，如果采用本发明中的点压键合法，则可以在造成气泡或者空洞的区域施加局部压力，从而使得该区域键合。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (12)
1.一种基于阵列式点压的晶圆键合方法，其特征在于，包括：
S1：在待键合的两个晶圆表面分别蒸发上一个金属层，在室温下将两个晶圆表面对准后，按压进行预键合；
S2：将已经完成预键合的待键合晶圆进行加热；
S3：使用点压设备在待键合晶圆的预设点上施加压力；
S4：完成此次施压后，移动点压设备的施力部位或者移动待键合的晶圆，将键合区域更换到下一个预设点；
S5：重复步骤S3和S4，直至所有预设点都经过点压键合。
2.根据权利要求1所述的晶圆键合方法，其特征在于，所述的步骤S1中的使用的金属层为Ti/Au层。
3.根据权利要求2所述的晶圆键合方法，其特征在于，所述Ti/Au层为30nm的Ti和300nm的Au。
4.根据权利要求1所述的晶圆键合方法，其特征在于，所述的步骤S1中的使用的金属层通过金属蒸发淀积在晶圆表面。
5.根据权利要求1所述的晶圆键合方法，其特征在于，所述的步骤S1中的预键合包括对准和用手按压，按压区域应当选择在晶圆中心区域。
6.根据权利要求1所述的晶圆键合方法，其特征在于，所述的步骤S2中的加热温度在200℃到400℃之间。
7.根据权利要求6所述的晶圆键合方法，其特征在于，所述的步骤S2中的加热温度为300℃。
8.根据权利要求1所述的晶圆键合方法，其特征在于，所述的步骤S2在加热时的升温速度保持在50℃/s以下。
9.根据权利要求1所述的晶圆键合方法，其特征在于，所述的步骤S3中的预设键合点为在预键合后，按照点压设备选择的单次键合点大小，将待键合区域划分成等大的若干阵列区域。
10.根据权利要求1所述的晶圆键合方法，其特征在于，所述的步骤S3中的预键合区域上施加的压强为20MPa到100MPa之间。
11.根据权利要求1所述的晶圆键合方法，其特征在于，所述的步骤S3中的预键合区域上施加压强的时间为1min到5min之间。
12.根据权利要求1所述的晶圆键合方法，其特征在于，所述的步骤S4中更换到下一个预键合点时，在已划分区域的整个晶圆上，按照逆时针从内圈到外圈的先后顺序进行点键合。
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