晶圆键合方法技术

本公开涉及一种晶圆键合方法，包括：对第一晶圆的待键合表面进行活化处理，和/或对第二晶圆的待键合表面进行活化处理；在第一气压的环境中，使所述第一和第二晶圆的待键合表面接触，并施加压力以挤压所述第一和第二晶圆；以及在第二气压的环境中，对所述第一和第二晶圆进行退火处理，其中，所述第二气压大于所述第一气压。本公开的晶圆键合方法，在不对晶圆造成不良影响的情况下提高了晶圆之间的键合强度。

【技术实现步骤摘要】
晶圆键合方法
本公开涉及半导体
，具体来说，涉及一种晶圆键合方法。
技术介绍
在半导体制造过程中，有时需要将器件晶圆和承载晶圆进行键合。高温键合技术的键合强度高，但存在一些问题，例如，破坏晶圆内部的金属结构、引起晶圆内部的杂质扩散、以及因热膨胀系数不同引起的晶圆变形等。因此，存在对新技术的需求。
技术实现思路
本公开的一个目的是提供一种新的晶圆键合方法，在不对晶圆造成不良影响的情况下，提高晶圆之间的键合强度。根据本公开的第一方面，提供了一种晶圆键合方法，包括：对第一晶圆的待键合表面进行活化处理，和/或对第二晶圆的待键合表面进行活化处理；在第一气压的环境中，使所述第一和第二晶圆的待键合表面接触，并施加压力以挤压所述第一和第二晶圆；以及在第二气压的环境中，对所述第一和第二晶圆进行退火处理，其中，所述第二气压大于所述第一气压。在一些实施例中，所述第二气压比所述第一气压大1.5个大气压或更多。在一些实施例中，所述第一气压为等于或小于0.1个大气压。在一些实施例中，所述第二气压为等于或大于2个大气压。在一些实施例中，所述压力的大小为小于100kgf，以及所述压力的施加时间为1～5min。在一些实施例中，所述第二气压的环境由非氧化性气体形成。在一些实施例中，所述非氧化性气体包括氢气、氮气、和氦族气体中的一种或多种的混合。在一些实施例中，所述退火处理的温度为200～300℃以及时间为80～140min。在一些实施例中，所述第一晶圆包括第一介质层，所述第一晶圆的待键合表面为所述第一介质层的靠近所述第二晶圆的表面；以及所述第二晶圆包括第二介质层，所述第二晶圆的待键合表面为所述第二介质层的靠近所述第一晶圆的表面。在一些实施例中，所述第一介质层和所述第二介质层的厚度范围为在一些实施例中，所述第一介质层和所述第二介质层均为氧化硅。在一些实施例中，所述第一介质层和所述第二介质层中一个为氧化硅另一个为氮化硅。在一些实施例中，在所述活化处理之前还包括：清洗所述第一晶圆的待键合表面；以及清洗所述第二晶圆的待键合表面。在一些实施例中，所述活化处理为等离子体活化处理。通过以下参照附图对本公开的示例性实施例的详细描述，本公开的其它特征及其优点将会变得清楚。附图说明构成说明书的一部分的附图描述了本公开的实施例，并且连同说明书一起用于解释本公开的原理。参照附图，根据下面的详细描述，可以更加清楚地理解本公开，其中：图1是示出了根据本公开的一个实施例的晶圆键合方法的示意性流程图。图2A至2C是分别示出了在根据本公开的一个实施例的晶圆键合方法来键合晶圆时，在各个步骤处的晶圆的截面的示意图。注意，在以下说明的实施方式中，有时在不同的附图之间共同使用同一附图标记来表示相同部分或具有相同功能的部分，而省略其重复说明。在本说明书中，使用相似的标号和字母表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。为了便于理解，在附图等中所示的各结构的位置、尺寸及范围等有时不表示实际的位置、尺寸及范围等。因此，所公开的专利技术并不限于附图等所公开的位置、尺寸及范围等。具体实施方式现在将参照附图来详细描述本公开的各种示例性实施例。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本公开的范围。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本公开及其应用或使用的任何限制。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。在本公开中，对“一个实施例”的提及意味着结合该实施例描述的特征、结构或特性包含在本公开的至少一个实施例中。因此，短语“在一个实施例中”在本公开的各处的出现未必是指同一个实施例。此外，在一个或多个实施例中，可以任何合适的组合和/或子组合来组合特征、结构或特性。图1是示出了根据本公开的一个实施例的晶圆键合方法的示意性流程图。如图1所示，在一些实施例中，本公开的晶圆键合方法包括：步骤S10：对第一晶圆的待键合表面进行活化处理，和/或对第二晶圆的待键合表面进行活化处理。对晶圆的待键合表面进行活化处理，能够提升待键合表面上的键的活性，从而改善键合效果。可以仅对一个晶圆的待键合表面进行活化处理，例如，对第一晶圆的待键合表面或第二晶圆的待键合表面进行活化处理；也可以对两个晶圆的待键合表面均进行活化处理，即，对第一晶圆的待键合表面和第二晶圆的待键合表面进行活化处理。相比于仅对一个晶圆的待键合表面进行活化处理，对两个晶圆的待键合表面均进行活化处理的键合效果较好，但成本也较高。优选地，活化处理为等离子体活化处理。步骤S20：在第一气压的环境中，使第一和第二晶圆的待键合表面接触，并施加压力以挤压第一和第二晶圆。在一些实施例中，施加的压力的大小为小于100kgf(千克力)，施加的压力的持续时间为1～5min。步骤S30：在第二气压的环境中，对第一和第二晶圆进行退火处理。在一些实施例中，第二气压的环境由非氧化性气体形成。非氧化性气体包括氢气、氮气、和氦族气体中的一种或多种的混合。在一些实施例中，退火处理的温度为200～300℃，以及时间为80～140min(优选地，为120min)。在上述步骤中，步骤S30中的第二气压大于步骤S20中的第一气压，即进行退火处理时外部空间的气体压力大于施加压力挤压时外部空间的气体压力，这种压力差的存在使得两个晶圆在退火处理时被进一步地挤压，从而比现有技术增强了键合效果。此外，现有技术中，为了达到特定的键合效果，施加的挤压第一和第二晶圆的压力通常为500～1000kgf。这种大小的压力容易造成晶圆的损坏。而在本公开的晶圆键合方法中，由于第二气压比第一气压大的这种压力差的存在，使得在挤压第一和第二晶圆时施加的压力可以较小，例如小于100kgf，从而避免了因施加的压力过大而造成的对晶圆的损坏。其次，现有技术中，为了达到特定的键合效果，退火处理的温度通常为高于400℃。这样的温度会对晶圆造成不良影响，例如破坏晶圆内部的金属结构，引起晶圆内部的杂质的扩散，引起晶圆的形变等。而在本公开的晶圆键合方法中，由于第二气压比第一气压大的这种压力差的存在，使得在退火处理中能够使用较低的温度，例如200～300℃，从而避免了因高温而造成的对晶圆的损坏。在一些实施例中，进行退火处理时环境的气体压力(即第二气压)比施加压力挤压时环境的气体压力(即第一气压)大1.5个大气压或更多。例如，第一气压为等于或小于0.5个大气压，以及第二气压为等于或大于2个大气压。在完成步骤S20之后，第一晶圆和第二晶圆的状态可参考图2B。可见在第一晶圆10的键合表面与第二晶圆20的键合表面之间会产生空隙30(例如，可能是由键合表面的不平坦引起)。显然，空隙30的存在会影响键合效果。在进行步骤S30时，由于环境具有较高的气压(即第二气压)，使得第一晶圆10和第二晶圆20在环境的气压的作用下进一步贴合，空隙30的体积被压缩，如图2C所示，使得有效的贴合面积增大，从而提高了键合效果。在一些实本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种晶圆键合方法，其特征在于，包括：对第一晶圆的待键合表面进行活化处理，和/或对第二晶圆的待键合表面进行活化处理；在第一气压的环境中，使所述第一和第二晶圆的待键合表面接触，并施加压力以挤压所述第一和第二晶圆；以及在第二气压的环境中，对所述第一和第二晶圆进行退火处理，其中，所述第二气压大于所述第一气压。

【技术特征摘要】
1.一种晶圆键合方法，其特征在于，包括：对第一晶圆的待键合表面进行活化处理，和/或对第二晶圆的待键合表面进行活化处理；在第一气压的环境中，使所述第一和第二晶圆的待键合表面接触，并施加压力以挤压所述第一和第二晶圆；以及在第二气压的环境中，对所述第一和第二晶圆进行退火处理，其中，所述第二气压大于所述第一气压。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第二气压比所述第一气压大1.5个大气压或更多。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一气压为等于或小于0.1个大气压。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第二气压为等于或大于2个大气压。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述压力的大小为小于100kgf，以及所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：孟俊生，李志伟，黄仁德，王欢，
申请(专利权)人：德淮半导体有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32