一种晶圆键合方法技术

本发明专利技术提供了一种晶圆键合方法，包括以下步骤：对待键合的晶圆进行等离子体活化处理；对经过等离子体活化处理后的晶圆进行清洗；以梯度升温模式对清洗后的晶圆进行氮气干燥；对干燥后的晶圆进行预键合和键合。该方法通过采用热氮气梯度加热，对整片晶圆进行氮气干燥处理，以消除或减少键合后两片晶圆之间的空洞形成。

【技术实现步骤摘要】
一种晶圆键合方法
本专利技术涉及一种晶圆键合方法，属于半导体制造

技术介绍
随着半导体技术的发展，硅片在半导体行业中有着广泛并重要的应用。晶圆之间的连接通常采用键合技术，利用两片晶圆键合表面的原子键合力，经过处理使键合表面的原子反应产生共价键合，并实现一定的键合强度。晶圆键合技术指的是在不添加粘合剂的情况下先对晶圆进行清洗，之后进行晶圆表面活化处理，再进行两片晶圆的预键合，然后经过一些物理化学反应使键合晶圆对形成一个整体。常用的键合技术有阳极键合、共晶键合等。随着半导体制造技术的发展，键合技术也面临着挑战，迫切需要克服键合失效以及晶圆破裂等问题。常用的等离子体活化键合法可以将两片晶圆在室温下预键合到一起，经过200～400℃的低温退火后达到一定的键合强度。该方法操作方便且成本相对较低，受到了研究者和工业界的重视，但存在的问题是在低温退火过程中，晶圆的键合界面中往往出现大量的孔洞(Void)，这些孔洞严重降低了器件的成品率和可靠性。此外，如果晶圆表面被颗粒物污染，也会造成孔洞缺陷。因此，在进行键合前通常需要对晶圆表面进行化清洗。当前采用的氮气干燥方法通常在常温下进行，但是清洗之后残留在晶圆表面的化学清洗剂或水分在后续的退火过程中受热挥发，也会在晶圆表面形成孔洞。中国专利申请CN2018100965559公开了一种氮气清洗方法，通过对晶圆背面和正面的倒角处在氮气保护下进行清洗，以解决晶圆键合时边缘产生缺陷的问题。该方法仅对晶圆进行局部清洗，且氮气保护的清洗也在常温下进行，不能解决晶圆表面清洗剂和水分残留产生空洞的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种晶圆键合方法，通过采用热氮气梯度加热，对整片晶圆进行氮气干燥处理，以消除或减少整个晶圆表面的孔洞形成。根据本专利技术的一个方面，提供一种晶圆键合方法，包括以下步骤：对待键合的晶圆进行等离子体活化处理；对经过等离子体活化处理后的晶圆进行清洗；以梯度升温模式对清洗后的晶圆进行氮气干燥；对干燥后的晶圆进行预键合和键合。优选地，氮气干燥步骤中，氮气温度为23～150℃。氮气干燥步骤中，所述梯度升温模式包括第一梯度和第二梯度，其中，所述第一梯度氮气温度为23～70℃，第二梯度氮气温度为70～150℃。优选地，所述第一梯度氮气流速为10～20L/min。所述第二梯度氮气流速为10～20L/min。优选地，所述晶圆键合方法在清洗步骤之后、氮气干燥步骤之前还依次包括二相流喷射步骤和超纯水喷射步骤。其中，所述二相流包括水相和水相中夹带的微纳米气泡。优选地，氮气干燥步骤中，氮气流在晶圆表面从晶圆中心向外吹扫并进行往复运动。并且，氮气流吹扫距离为距离晶圆表面20～50mm。根据本专利技术的方法通过氮气梯度加热，使清洗后残留在晶圆表面的清洗剂和水分干燥充分，从而消除或减少键合过程中整个晶圆表面的空洞形成，降低键合晶圆的空洞率，从而提高制程的空洞良率。附图说明参考随附的附图，本专利技术更多的目的、功能和优点将通过本专利技术实施方式的如下描述得以阐明，其中：图1示意性示出了根据本专利技术的晶圆键合方法的工艺流程图。具体实施方式如图1所示，根据本专利技术的晶圆键合方法，包括以下步骤：对待键合的晶圆进行等离子体活化处理；对经过等离子体活化处理后的晶圆进行清洗；以梯度升温模式对清洗后的晶圆进行氮气干燥；对干燥后的晶圆进行预键合和键合。上述等离子体活化处理步骤通过利用等离子体对晶圆的待键合表面进行轰击，使其产生物理化学双重反应，使待键合表面的污染物变成粒子或气体状态，经过真空抽离而排出，从而达到对键合表面的清洗和活化目的。上述等离子体活化处理步骤的等离子体的气体可为氮气、氧气或氩气中的一种或多种，例如可为氮气。经过上述等离子体活化处理步骤后，需要对活化处理的晶圆进行清洗。该清洗步骤可以使用清洗剂进行，以去除等离子体活化处理步骤产生的污染物。该清洗剂可为氢氟酸溶液、硝酸溶液和硫酸溶液中的任意一种或多种。经过上述清洗步骤之后，对活化的晶圆进行氮气干燥步骤。该氮气干燥步骤中的氮气温度为23～150℃。现有技术中通常采用常温的氮气流吹扫清洗后的晶圆表面，以对晶圆进行干燥。但该干燥过程会造成清洗之后残留的化学物质及水分挥发为气体后，被封在连接面中，从而形成空洞，在后续工艺中会造成键合区剥离而导致器件失效现象。并且，通常认为采用氮气加热干燥容易造成晶圆翘曲，导致晶圆应力增大，从而增加损伤晶圆的概率，降低良率。在本专利技术的上述氮气干燥步骤中，氮气流，例如通过清洗装置的氮气摆臂，在晶圆表面从晶圆中心向外吹扫并进行往复运动。氮气流吹扫距离可为距离晶圆表面20～50mm。具体地，上述氮气干燥步骤采用梯度升温模式来有效降低加热过程中晶圆的翘曲现象，并且消除应力的影响。具体地，上述梯度升温模式包括第一梯度和第二梯度。其中，第一梯度氮气温度为23～70℃(优选30～60℃，例如45℃)，氮气流速为10～20L/min，优选15L/min，氮气吹扫时间为20～40s，优选30s。第二梯度氮气温度为70～150℃(优选80～140℃，例如110℃)，氮气流速为10～20L/min，优选15L/min，氮气吹扫时间为20～40s，优选30s。优选地，上述氮气干燥步骤中，晶圆旋转速度可为1800～2200rpm，优选2000rpm。通过本专利技术的上述氮气梯度干燥步骤，能使晶圆整个表面残留的清洗剂和水分快速、彻底地挥发，使得空洞良率(bondingvoidyield)达到99％以上，同时缩短了干燥时间，提高了生产效率。根据一个具体实施方式，上述晶圆键合方法在清洗步骤之后、氮气干燥步骤之前还可依次包括二相流喷射步骤和超纯水喷射步骤。其中，二相流包括水相和分散在水相中的微纳米气泡。这种二元相构成中，气体相可在清洗过程中使得液体相雾化，形成小颗粒，从而实现精细清洗，提高清洗效果。具体地，在二相流喷射步骤中，二相流的流速可为0.5～1.5L/min，优选1L/min，清洗时间可为100～140s，优选120s。上述二相流通过气体流(优选为氮气流)和液体流(优选为去离子水流)，以一定流速比混合通过喷嘴喷出，形成具有微纳米气泡的二相液体流。其中，气体流的流速通常为10～100L/min，液体流的流速通常为50～150mL/min。在超纯水喷射步骤中，超纯水的流速可为0.5～1.5L/min，优选1L/min，清洗时间可为10～30s，优选20s。超纯水清洗步骤可更彻底地清除晶圆表面残留的污染物和清洗剂。优选地，二相流喷射步骤和超纯水喷射步骤中，晶圆旋转速度可为550～650rpm，优选600rpm。经过上述氮气梯度干燥步骤之后，干燥后的晶圆传送至晶圆预键合装置，进行对准，贴合，完成预键合。将预键合后本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种晶圆键合方法，其特征在于，包括以下步骤：/n对待键合的晶圆进行等离子体活化处理；/n对经过等离子体活化处理后的晶圆进行清洗；/n以梯度升温模式对清洗后的晶圆进行氮气干燥；/n对干燥后的晶圆进行预键合和键合。/n

【技术特征摘要】
20200707 CN 20201064618251.一种晶圆键合方法，其特征在于，包括以下步骤：
对待键合的晶圆进行等离子体活化处理；
对经过等离子体活化处理后的晶圆进行清洗；
以梯度升温模式对清洗后的晶圆进行氮气干燥；
对干燥后的晶圆进行预键合和键合。


2.根据权利要求1所述的晶圆键合方法，氮气干燥步骤中，氮气温度为23～150℃。


3.根据权利要求1或2所述的晶圆键合方法，氮气干燥步骤中，所述梯度升温模式包括第一梯度和第二梯度，其中，所述第一梯度氮气温度为23～70℃，第二梯度氮气温度为70～150℃。


4.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：张凇铭，司伟，
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