共晶键合的方法技术

本发明专利技术提供一种共晶键合的方法，包括：1)在所述第一、第二晶圆表面形成第一、第二键合材料；2)将第一、第二键合材料对准；3)升温至第一温度下保持第一时间，以去除水气；4)升温至第二温度并施加第一压力，保持第二时间进行预键合；以及5)升温至第三温度并施加第二压力，保持三第时间，在保持所述第三时间的过程中，对所述第一晶圆和所述第二晶圆施加一快速升降温的温度脉冲，或施加一压力脉冲，以使所述第一键合材料与所述第二键合材料实现共晶键合。本发明专利技术通过在共晶键合过程中，施加一快速升降温的温度脉冲或施加一压力脉冲，使得键合材料尽快地产生足够的熔融液体，加速共晶键合过程，避免键合空洞的产生，同时，该温度脉冲或压力脉冲时间足够短，可以大大减小熔融液体的扩散时间，避免溢流现象的产生。

Method of eutectic bonding

【技术实现步骤摘要】
共晶键合的方法
本专利技术属于半导体制造领域，特别是涉及一种共晶键合的方法。
技术介绍
圆片级键合技术是将两片晶圆互相结合，并使得表面原子相互反应，让表面间的键合能达到一定的强度，从而使两片晶圆结合在一体。圆片级键合有多种方法，如熔融键合、热压键合、低温真空键合、阳极键合及共晶键合等。其中，共晶键合以其键合温度低、键合强度高的特点在圆片级键合领域得到了广泛的应用。晶圆级共晶键合技术广泛的应用于MEMS器件，其中金属共晶不仅可以提供很好的密封性，而且可以进行引线互联，越来越多的应用于MEMS工艺中。在共晶状态下，有些相互接触的金属表面为液体，液体会进行一定的流动，可能会流到不需要金属的地方，这种情况称为溢流；有些相互接触的地方，因为浓度比例因素，没有形成液体，无法键合，这种情况则称为键合空洞或者键合不良。图1～图2显示为传统的共晶键合工艺示意图，如图1所示，首先在第一晶圆101表面形成第一材料层102，在第二晶圆103表面形成第二材料层104，然后对第一晶圆101及第二晶圆103对准键合，使第一材料层102及第二材料层104形成共晶材料105。由于工艺条件，如温度等的不稳定性，在共晶键合的过程中，容易在共晶材料105中形成键合空洞106，或在第一晶圆及第二晶圆之外形成溢流107，如图2所示。由于溢流和键合空洞这两种缺陷的存在，共晶键合的工艺窗口通常很小。特别是共晶点温度的工艺可变范围，如常规的Al-Ge共晶工艺中，共晶点温度窗口只有±2℃，大大的限制了晶圆键合良率的提升。考虑到机台本身控温可能存在一些变化，增大共晶键合的工艺窗口极其重要。
技术实现思路
鉴于以上所述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种共晶键合的方法，用于解决现有技术中共晶键合的工艺窗口过小的问题。为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术提供一种共晶键合的方法，所述方法包括步骤：1)提供第一晶圆及第二晶圆，在所述第一晶圆表面形成第一键合材料，在所述第二晶圆表面形成第二键合材料；2)将所述第一键合材料与所述第二键合材料对准；3)升温至第一温度下保持第一时间，以去除水气；4)升温至第二温度并对第一晶圆和所述第二晶圆施加第一压力，保持第二时间以使所述第一键合材料与所述第二键合材料预键合；以及5)升温至第三温度并对所述对第一晶圆和所述第二晶圆施加第二压力，保持三第时间，在保持所述第三时间的过程中，对所述第一晶圆和所述第二晶圆施加一快速升降温的温度脉冲，该温度脉冲的升降温速度不小于30℃/min，以使所述第一键合材料与所述第二键合材料实现共晶键合，其中，所述温度脉冲的最大值大于所述第三温度。可选地，所述第一温度介于150℃～250℃之间，升温至所述第一温度的升温速度介于10℃/min～40℃/min之间，所述第一时间介于10min～120min之间。可选地，所述第二温度介于350℃～410℃之间，所述第一压力介于10kn～40kn之间，所述第二时间介于10min～100min之间。可选地，所述第三温度介于420℃～435℃之间，所述第二压力介于20kn～40kn之间，所述第三时间介于4min～12min之间。可选地，所述温度脉冲的最大值介于480℃～600℃之间，所述温度脉冲的快速升降温的速度介于40℃/min～60℃/min之间，所述温度脉冲的升降温过程所经历的时间介于5s～20s之间。可选地，步骤5)包括：5-1)升温至第三温度并对所述对第一晶圆和所述第二晶圆施加第二压力，保持第四时间，其中，所述第三温度在所述第一键合材料与所述第二键合材料的共晶温度范围内；5-2)在所述第二压力下，对所述对第一晶圆和所述第二晶圆施加一快速升降温的温度脉冲，所述温度脉冲最后降至第三温度，经历第五时间，其中，所述温度脉冲的最大值大于所述第三温度；以及5-3)在所述第三温度下，保持对所述对第一晶圆和所述第二晶圆施加第二压力，保持第六时间，以使所述第一键合材料与所述第二键合材料实现共晶键合。可选地，所述第一键合材料的材质选自于铝、金、铜、锗及锡中的一种，所述第二键合材料的材质铝、金、铜、锗及锡中的一种。本专利技术还提供一种共晶键合的方法，所述方法包括步骤：1)提供第一晶圆及第二晶圆，在所述第一晶圆表面形成第一键合材料，在所述第二晶圆表面形成第二键合材料；2)将所述第一键合材料与所述第二键合材料对准；3)升温至第一温度下保持第一时间，以去除水气；4)升温至第二温度并对第一晶圆和所述第二晶圆施加第一压力，保持第二时间以使所述第一键合材料与所述第二键合材料预键合；以及5)升温至第三温度并对所述对第一晶圆和所述第二晶圆施加第二压力，保持三第时间，在保持所述第三时间的过程中，对所述第一晶圆和所述第二晶圆施加一压力脉冲，该压力脉冲保持第四时间，以使所述第一键合材料与所述第二键合材料实现共晶键合，其中，所述第二压力大于所述第一压力，所述压力脉冲的最大值大于所述第二压力。可选地，所述第一温度介于150℃～250℃之间，升温至所述第一温度的升温速度介于10℃/min～40℃/min之间，所述第一时间介于10min～120min之间。可选地，所述第二温度介于350℃～410℃之间，所述第一压力介于10kn～40kn之间，所述第二时间介于10min～100min之间。可选地，所述第三温度介于420℃～435℃之间，所述第二压力介于20kn～40kn之间，所述第三时间介于4min～12min之间。可选地，所述压力脉冲的最大值介于40kn～80kn之间，所述第四时间介于5s～60s之间。可选地，步骤5)包括：5-1)升温至第三温度并对所述对第一晶圆和所述第二晶圆施加第二压力，保持第四时间，其中，所述第三温度在所述第一键合材料与所述第二键合材料的共晶温度范围内；5-2)在所述第三温度下，对所述对第一晶圆和所述第二晶圆施加一压力脉冲，该压力脉冲保持第五时间，所述压力脉冲最后降至第二压力，其中，所述压力脉冲的最大值大于所述第二压力；以及5-3)在所述第三温度下对所述对第一晶圆和所述第二晶圆施加第二压力，保持第六时间，以使所述第一键合材料与所述第二键合材料实现共晶键合。可选地，所述第一键合材料的材质选自于铝、金、铜、锗及锡中的一种，所述第二键合材料的材质铝、金、铜、锗及锡中的一种。如上所述，本专利技术的共晶键合的方法，具有以下有益效果：本专利技术通过在共晶键合过程中，施加一快速升降温的温度脉冲，该温度脉冲可以使得第一晶圆及第二晶圆接触面的键合材料尽快地产生足够的熔融液体，加速共晶键合过程，避免键合空洞的产生，同时，该温度脉冲采用快速升降温，时间足够短，可以大大减小熔融液体的扩散时间，避免溢流现象的产生。本专利技术通过在共晶键合过程中，施加一压力脉冲，该压力脉冲可以使得第一晶圆及第二晶圆的接触面形成更好及更快速的接触，该压力脉冲可以加快熔融液体的共晶时间，避免键合空洞的产生，同时，该压力脉冲经历的时间足够短，可以大大减小熔融液体的扩散时间，避免溢流现象的产生。本专利技术通入加入温度脉冲或者本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种共晶键合的方法，其特征在于，所述方法包括步骤：/n1)提供第一晶圆及第二晶圆，在所述第一晶圆表面形成第一键合材料，在所述第二晶圆表面形成第二键合材料；/n2)将所述第一键合材料与所述第二键合材料对准；/n3)升温至第一温度下保持第一时间，以去除水气；/n4)升温至第二温度并对第一晶圆和所述第二晶圆施加第一压力，保持第二时间以使所述第一键合材料与所述第二键合材料预键合；以及/n5)升温至第三温度并对所述对第一晶圆和所述第二晶圆施加第二压力，保持三第时间，在保持所述第三时间的过程中，对所述第一晶圆和所述第二晶圆施加一快速升降温的温度脉冲，该温度脉冲的升降温速度不小于30℃/min，以使所述第一键合材料与所述第二键合材料实现共晶键合，其中，所述温度脉冲的最大值大于所述第三温度。/n

【技术特征摘要】
1.一种共晶键合的方法，其特征在于，所述方法包括步骤：
1)提供第一晶圆及第二晶圆，在所述第一晶圆表面形成第一键合材料，在所述第二晶圆表面形成第二键合材料；
2)将所述第一键合材料与所述第二键合材料对准；
3)升温至第一温度下保持第一时间，以去除水气；
4)升温至第二温度并对第一晶圆和所述第二晶圆施加第一压力，保持第二时间以使所述第一键合材料与所述第二键合材料预键合；以及
5)升温至第三温度并对所述对第一晶圆和所述第二晶圆施加第二压力，保持三第时间，在保持所述第三时间的过程中，对所述第一晶圆和所述第二晶圆施加一快速升降温的温度脉冲，该温度脉冲的升降温速度不小于30℃/min，以使所述第一键合材料与所述第二键合材料实现共晶键合，其中，所述温度脉冲的最大值大于所述第三温度。


2.根据权利要求1所述的共晶键合的方法，其特征在于：所述第一温度介于150℃～250℃之间，升温至所述第一温度的升温速度介于10℃/min～40℃/min之间，所述第一时间介于10min～120min之间。


3.根据权利要求1所述的共晶键合的方法，其特征在于：所述第二温度介于350℃～410℃之间，所述第一压力介于10kn～40kn之间，所述第二时间介于10min～100min之间。


4.根据权利要求1所述的共晶键合的方法，其特征在于：所述第三温度介于420℃～435℃之间，所述第二压力介于20kn～40kn之间，所述第三时间介于4min～12min之间。


5.根据权利要求1所述的共晶键合的方法，其特征在于：所述温度脉冲的最大值介于480℃～600℃之间，所述温度脉冲的快速升降温的速度介于40℃/min～60℃/min之间，所述温度脉冲的升降温过程所经历的时间介于5s～20s之间。


6.根据权利要求1所述的共晶键合的方法，其特征在于：步骤5)包括：
5-1)升温至第三温度并对所述对第一晶圆和所述第二晶圆施加第二压力，保持第四时间，其中，所述第三温度在所述第一键合材料与所述第二键合材料的共晶温度范围内；
5-2)在所述第二压力下，对所述对第一晶圆和所述第二晶圆施加一快速升降温的温度脉冲，所述温度脉冲最后降至第三温度，经历第五时间，其中，所述温度脉冲的最大值大于所述第三温度；以及
5-3)在所述第三温度下，保持对所述对第一晶圆和所述第二晶圆施加第二压力，保持第六时间，以使所述第一键合材料与所述第二键合材料实现共晶键合。


7.根据权利要求1所述的共晶键合的方法，其特征在于：所述第一键合材料的材质选自于铝、金、铜、锗及锡中的一种，所述第二键合材...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁刘胜，
申请(专利权)人：上海新微技术研发中心有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31