一种晶圆低温键合系统及键合方法技术方案

本发明专利技术涉及一种晶圆低温键合系统及键合方法，所述键合系统包括：传输模块、等离子活化模块，清洗亲水模块，对准键合模块；传输模块用于存放及传输晶圆，并与控制系统相连，实现自动化生产；等离子活化模块采用等离子体对晶圆表面进行活化处理，增加晶圆表面的悬挂键；清洗亲水模块用于对经过等离子活化处理后的晶圆表面进行亲水处理，使悬挂键转化为羟基，同时对晶圆表面进行清洗防止大颗粒污染；对准键合模块用于对经过等离子活化和亲水处理的两张晶圆进行对准，完成对准之后进行晶圆键合，经过键合后的两张晶圆形成晶圆对。本发明专利技术的晶圆低温键合系统中可以在低温低压的情况下完成键合所需的全部工艺，克服了高温键合工艺的缺陷。

【技术实现步骤摘要】
一种晶圆低温键合系统及键合方法
本专利技术涉及一种半导体或集成电路制造
，特别涉及一种晶圆低温键合系统及键合方法。
技术介绍
伴随着对芯片功能的需求不断提高，通过缩小晶体管尺寸来提高性能的方式却愈发困难，物理极限、现有的显影技术极限和存储电子密度极限等制约了平面型集成电路的发展，同时随着工艺尺寸的减小，芯片内引线的寄生电阻和电容、延迟和功耗的增加对集成电路性能的影响也越来越大，因此集成电路技术逐渐由2D平面向3D集成方向发展，国际半导体技术路线图(ITRS)已将3D集成方式作为解决互连引线瓶颈问题的一种优选方案。3D集成即是将多个芯片堆叠在一起，芯片间采用垂直通孔实现电连接的集成电路，已被广泛视为一种“超越摩尔”的途径。实现3D集成一个最重要的手段就是晶圆键合，传统晶圆键合是在高温高压条件下完成键合的全过程，即通过高温熔融和高压把两张晶圆压紧实现晶圆键合，高温键合由此导致的热应力问题会造成器件工作不稳定和可靠性降低，同时过高的温度还会使晶圆材料中的功能成份再度扩散，致使电学特性劣化，高压容易造成晶圆的应力集聚，导致晶圆表面的图形塌陷甚至造成晶圆碎片。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种晶圆低温键合系统及键合方法。本专利技术的技术方案是：一种晶圆低温键合系统，包括：传输模块、等离子活化模块，清洗亲水模块，对准键合模块；所述传输模块，用于存放及传输晶圆，并与控制系统相连，实现自动化生产；所述等离子活化模块，用于采用等离子体对晶圆表面进行活化处理，增加晶圆表面的悬挂键；所述清洗亲水模块，用于对经过等离子活化处理后的晶圆表面进行亲水处理，使悬挂键转化为羟基，同时对晶圆表面进行清洗防止大颗粒污染；所述对准键合模块用于对经过等离子活化和亲水处理的两张晶圆进行对准，完成对准之后进行晶圆键合，经过键合后的两张晶圆形成晶圆对。进一步地，所述传输模块包括晶圆盒载台，前端传输机械手，晶圆暂存装置，预对准装置和后端转运机械手。进一步地，还包括对准校验模块，所述对准校验模块，用于对所述晶圆对的对准精度进行检测，用以判定晶圆对的对准精度是否满足工艺要求。进一步地，还包括解键合模块，所述解键合模块，用于将对准精度不满足工艺要求的晶圆对进行解键合处理。进一步地，所述等离子活化模块和所述清洗亲水模块可为一个或多个。本专利技术还提供了一种晶圆低温键合方法，包括：将晶圆取出放置到等离子活化模块上，采用等离子体对晶圆表面进行活化处理，增加晶圆表面的悬挂键，为后面的亲水处理做准备；将晶圆从所述等离子活化模块中取出放置到清洗亲水模块上，对经过等离子活化的晶圆表面进行亲水处理，使悬挂键转化为羟基，为后面的晶圆预键合做准备，同时对可能造成的大颗粒污染进行清洗；分别将两张晶圆从所述清洗亲水模块中取出放置到预对准装置上，对分别经过等离子活化和亲水处理的两张晶圆进行预对准；将预对准后的两张晶圆从所述预对准装置中取出放置到对准键合模块上进行晶圆键合，通过晶圆表面的分子间力是两张晶圆键合在一起，两张键合后的晶圆形成晶圆对。进一步地，将晶圆对从所述对准键合模块中取出放置到对准校验模块上,所述对准校验模块对晶圆对的对准精度进行检测，用以判定晶圆的对准精度是否满足工艺要求。进一步地，将检测不合格的晶圆对从所述对准校验模块中取出放置到解键合模块上进行晶圆对解键合。进一步地，所述晶圆或晶圆对的移动皆通过传输模块实现。本专利技术具有以下有益效果：(1)避免晶圆键合过程中产出的热应力问题，利用晶圆之间的表面分子间力实现低温键合，利用晶圆之间表面分子间力的方法需要对晶圆表面进行活化处理以尽可能多的增加硅悬挂键，同时通过亲水处理使悬挂架转换为羟基，这样就大大提高了晶圆之间的键合能，使得低温键合成为可能。不仅能够在低温退火下同时实现硅硅直接键合，也能实现SiO2、Si3N4和SiCN的低温键合，同时还能实现电介质和金属在低温下的同时键合。本专利技术的晶圆低温键合系统中可以在低温低压的情况下完成键合所需的全部工艺，克服了高温键合工艺的缺陷。(2)传输模块、等离子活化模块、清洗亲水模块、对准键合模块、对准校验模块、解键合模块进行了模块化的设计，可以根据不同用户的不同需求，对键合系统中的各模块单元进行灵活配置，使各模块单元的效能最大化，最终实现晶圆低温键合系统的最大产率。附图说明图1是晶圆低温键合系统的立体结构示意图。图2是晶圆低温键合系统的平面结构示意图。图3是晶圆低温键合系统的多种组合类型示意图。图3-1是实施例1中的晶圆低温键合系统的结构示意图。图3-2是实施例2中的晶圆低温键合系统的结构示意图。图3-3是实施例3中的晶圆低温键合系统的结构示意图。图3-4是实施例4中的晶圆低温键合系统的结构示意图。图4是实施例5中的一种晶圆键合方法的流程图。其中，上述附图包括以下附图标记：100、传输模块；110、晶圆盒载台；120、前端传输机械手；130、晶圆暂存装置；140、预对准装置；150、后端转运机械手；200、等离子活化模块；300、清洗亲水模块；400、对准键合模块；500、对准校验模块；600、解键合模块。具体实施方式下面将结合附图对本专利技术的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。实施例1本实施例提供的晶圆低温键合系统如图1-3所示。如图3-1所示，一种晶圆低温键合系统，包括：传输模块100、等离子活化模块200，清洗亲水模块300，对准键合模块400；传输模块100，用于存放及传输晶圆，并与控制系统相连，实现自动化生产；等离子活化模块200，用于采用等离子体对晶圆表面进行活化处理，增加晶圆表面的悬挂键；清洗亲水模块300，用于对经过等离子活化处理后的晶圆表面进行亲水处理，使悬挂键转化为羟基，同时对晶圆表面进行清洗防止大颗粒污染；对准键合模块400，用于对经过等离子活化和亲水处理的两张晶圆进行对准，完成对准之后进行晶圆键合，经过键合后的两张晶圆形成晶圆对。传输模块100包括4个晶圆盒载台110，前端传输机械手120，晶圆暂存装置130，预对准装置140和后端转运机械手150。传输模块100根据工艺菜单指令，由传输模块100内部的前端传输机械手120将晶圆从指定的晶圆盒中取出指定晶圆，放置在晶圆暂存装置130上，晶圆暂存装置130具有4个暂存位置，由软件记录每个位置上放置晶圆的种类，由后端转运机械手150将晶圆从晶圆暂存装置130中取出并放置在预对准装置140；预对准装置140对晶圆进行中心和角度的检测和调整，同时晶圆ID模块读取晶圆ID，晶圆ID是晶圆生产厂商刻在晶圆边缘的一个标识号，用于在生产过程中对每个晶圆进行过程本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种晶圆低温键合系统，其特征在于，包括：传输模块、等离子活化模块，清洗亲水模块，对准键合模块；/n所述传输模块，用于存放及传输晶圆，并与控制系统相连，实现自动化生产；/n所述等离子活化模块，用于采用等离子体对晶圆表面进行活化处理，增加晶圆表面的悬挂键；/n所述清洗亲水模块，用于对经过等离子活化处理后的晶圆表面进行亲水处理，使悬挂键转化为羟基，同时对晶圆表面进行清洗防止大颗粒污染；/n所述对准键合模块，用于对经过等离子活化和亲水处理的两张晶圆进行对准，完成对准之后进行晶圆键合，经过键合后的两张晶圆形成晶圆对。/n

【技术特征摘要】
1.一种晶圆低温键合系统，其特征在于，包括：传输模块、等离子活化模块，清洗亲水模块，对准键合模块；
所述传输模块，用于存放及传输晶圆，并与控制系统相连，实现自动化生产；
所述等离子活化模块，用于采用等离子体对晶圆表面进行活化处理，增加晶圆表面的悬挂键；
所述清洗亲水模块，用于对经过等离子活化处理后的晶圆表面进行亲水处理，使悬挂键转化为羟基，同时对晶圆表面进行清洗防止大颗粒污染；
所述对准键合模块，用于对经过等离子活化和亲水处理的两张晶圆进行对准，完成对准之后进行晶圆键合，经过键合后的两张晶圆形成晶圆对。


2.根据权利要求1所述的一种晶圆低温键合系统，其特征在于，所述传输模块包括晶圆盒载台，前端传输机械手，晶圆暂存装置，预对准装置和后端转运机械手。


3.根据权利要求1所述的一种晶圆低温键合系统，其特征在于，还包括对准校验模块，所述对准校验模块，用于对所述晶圆对的对准精度进行检测，用以判定晶圆对的对准精度是否满足工艺要求。


4.根据权利要求1或3所述的一种晶圆低温键合系统，其特征在于，还包括解键合模块，所述解键合模块，用于将对准精度不满足工艺要求的晶圆对进行解键合处理。


5.根据权利要求1所述的一种晶圆低温键合系统，其特征在于，所述等离子活化模块和所述清洗亲水模块可...

【专利技术属性】
技术研发人员：司伟，刘效岩，
申请(专利权)人：北京华卓精科科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11