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：提供第一晶圆和第二晶圆；采用脉冲偏压等离子体对所述第一晶圆的第一表面和第二晶圆的第二表面进行激活处理，使所述第一表面与所述第二表面形成Si悬挂键；对激活处理后的所述第一晶圆和第二晶圆进行亲水处理，以在所述第一表面和第二表面形成硅羟基键；对亲水处理后的所述第一晶圆和第二晶圆进行贴合，完成所述第一晶圆和第二晶圆的预键合；对预键合后的第一晶圆和第二晶圆进行退火，完成键合。该方法能够在不损伤晶圆的情况下进行贴合，使得退火后的键合晶圆具有较高的键合能，同时提高器件的可靠性。

【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
晶圆直接键合是半导体制造领域的一项新兴技术，可以使得经过抛光的半导体晶圆在不使用粘结剂的情况下结合在一起。晶圆与晶圆之间的直接键合，是利用两片晶圆表面的原子键合力，经过处理使两片晶圆表面原子反应产生共价键合，并实现一定的连接强度。通常使用等离子体对晶圆表面进行轰击，使其表面产生物理化学双重反应，使晶圆表面污染物变成粒子或气体状态，经过真空抽离而排出，从而达到对表面的清洗和活化目的；同时会引起表面产生高度不规则的多孔结构，提高键合界面水分子的扩散，使表面形成羟基，羟基键数量越多，在后续的退火工艺完成后晶圆的键合力越高。
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，通过脉冲偏压等离子体对晶圆进行激活处理，提高晶圆表面活化程度，从而提高键合晶圆的键合力越高。根据本专利技术的一个方面，提供一种晶圆键合方法，包括：提供第一晶圆和第二晶圆；采用脉冲偏压等离子体对所述第一晶圆的第一表面和第二晶圆的第二表面进行激活处理，使所述第一表面与所述第二表面形成Si悬挂键；对激活处理后的所述第一晶圆和第二晶圆进行亲水处理，以在所述第一表面和第二表面形成硅羟基键；对亲水处理后的所述第一晶圆和第二晶圆进行贴合，完成所述第一晶圆和第二晶圆的预键合；对预键合后的第一晶圆和第二晶圆进行退火处理，完成键合。优选地，形成所述脉冲偏压等离子体时的脉冲偏压为300～12000V。<br>形成所述脉冲偏压等离子体时的放电功率为10～450W。形成所述脉冲偏压等离子体的气体为氮气、氧气和氩气中的一种或多种。所述亲水处理的试剂为质量比为(1:1:5)～(1:1:50)的氨水、双氧水和水的混合液，或去离子水。所述亲水处理的试剂流量为0.5～2L/min。所述亲水处理的温度为23℃～65℃。所述退火处理的退火温度为100～200℃，退火时间为1～2小时。优选地，所述退火处理在常压下进行。根据本专利技术的方法通过施加脉冲偏压等离子体活化步骤与亲水处理步骤相结合，提高晶圆表面的反应活性，从而提高键合质量。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；图2示意性示出了根据本专利技术实施例1的晶圆键合方法的工艺流程图；图3示意性示出了根据本专利技术实施例2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：步骤S1：提供第一晶圆和第二晶圆；步骤S2：采用脉冲偏压等离子体对所述第一晶圆的第一表面和第二晶圆的第二表面进行激活处理，使所述第一表面与所述第二表面形成Si悬挂键；步骤S3：对激活处理后的所述第一晶圆和第二晶圆进行亲水处理，以在所述第一表面和第二表面形成硅羟基键；步骤S4：对亲水处理后的所述第一晶圆和第二晶圆进行贴合，完成所述第一晶圆和第二晶圆的预键合；步骤S5：对预键合后的第一晶圆和第二晶圆进行退火处理，完成键合。本专利技术中使用的第一晶圆和第二晶圆通常可预先经过抛光或清洗处理，以提高晶圆待键合表面的平整度和清洁度，有利于提升键合效果，减少键合缺陷。在上述方法的S2步骤中，采用脉冲偏压等离子体对两个晶圆的待键合表面进行活化处理。施加脉冲偏压的等离子体对晶圆表面的氧化硅层进行轰击，打断氧化硅层内的Si-O键，形成Si-悬挂键。与常规的等离子体活化方法相比，本专利技术的方法在使用等离子体对两片晶圆分别进行表面活化处理的同时对等离子体施加射频脉冲偏压，射频偏压在等离子体与偏压之间建立射频鞘层，偏压电极的电位以某个平均电位为中心高频振荡，使得鞘层电场也随之剧烈变化，偏压电极的电位低于等离子体空间电位，因此离子在经过射频鞘层时被加速而产生更强的离子轰击效应。与此同时，在时间上对偏压电极的电位进行调制，在一个脉冲周期内只有部分时间电极处于偏压状态，在平均功率相同的条件下，激励电源开启时入射基底的离子能量更大，可用来调节离子轰击的强度与时间。因此，在晶圆表面活化过程中，可以获得更多的Si-悬挂键，之后形成硅羟基键，经退火处理后提高Si-O-Si键的数量，从而增强键合能。在一个具体实施方式中，形成脉冲偏压等离子体时的脉冲偏压为300～12000V，优选800～10000V，更优选1500～8000V，例如2000～6000V；放电功率为10～450W，优选50～380W，更优选100～300W，例如150～250W。在本专利技术的方法中，形成脉冲偏压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。步骤S2中，工艺过程的气压可为1～10×10-2Pa，优选3～7×10-2Pa，例如5×10-2Pa。此外，该等离子体处理时间可为20-40s。在步骤S3的亲水处理过程中，经过脉冲偏压等离子体处理过的晶圆表面的硅悬挂键吸附亲水处理试剂的羟基基团，形成硅羟基键，从而使得晶圆表面的亲水性显著增强。具体地，本专利技术中可用的亲水处理试剂可为质量比为(1:1:5)～(1:1:50)的氨水、双氧水和水的混合液(RCA溶液)，或去离子水。其中，RCA溶液是由25～28％(质量百分比)的氨水溶液、25～30％(质量百分比)的双氧水溶液与水以(1:1:5)～(1:1:50)的质量比混合构成，优选(1:1:10)～(1:1:50)，例如可为1:1:20～1:1:40，具体可为1:1:30。其作用还包括将附着在晶圆上的微颗粒和一部分金属离子去除，同时利用氨水的弱碱性来活化硅的表面层。经过该混合溶液处理后的晶圆表面硅羟基键含量高，得到有效活化，亲水性提高。在本专利技术的方法中，由于脉冲偏压等离子体处理过的晶圆表面活化程度高，即硅悬挂键含量高，因此采用羟基含量低的去离子水也能进行有效的亲水处理，也能在晶圆表面形成大量的硅羟基键，提供充分的亲水性。同时，去离子水也能有效去除晶圆表面的微颗粒。在步骤S4中，在退火过程之前，经过亲水处理的晶圆在键合设备中进行对准、贴合，进行预键合。由于经过脉冲偏压等离子体处理和亲水处理之后，晶圆表面具有丰富的硅羟基键，两片晶圆靠近时会相互吸引、形成氢键，从而具有一定的结合力。在步骤S5中，退火温度控制可为100～200℃，时间为1～2小时，在大气氛围、常压下进行。在根据本专利技术的方法中，键合后的两片晶圆之间的键合强度大于2.5J/m2。进一步地，经过预键合的晶圆在退火设备中进行退火，使得硅羟基键之间进行脱水缩合，形成Si-O-Si键，进而形成最终的键合晶圆：Si-OH+Si-OH→Si-O-Si+H2O。根据本专利技术的晶圆键合方法，利用脉冲偏压获得高能等离子体粒子，增加离子动能，形成对晶圆表面的轰击效应，使晶圆表面悬挂键的数量显著增大，进而能本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种晶圆键合方法，其特征在于，包括：/n提供第一晶圆和第二晶圆；/n采用脉冲偏压等离子体对所述第一晶圆的第一表面和第二晶圆的第二表面进行激活处理，使所述第一表面与所述第二表面形成Si悬挂键；/n对激活处理后的所述第一晶圆和第二晶圆进行亲水处理，以在所述第一表面和第二表面形成硅羟基键；/n对亲水处理后的所述第一晶圆和第二晶圆进行贴合，完成预键合；/n对预键合后的第一晶圆和第二晶圆进行退火处理，完成键合。/n

【技术特征摘要】
20200707 CN 20201064616851.一种晶圆键合方法，其特征在于，包括：
提供第一晶圆和第二晶圆；
采用脉冲偏压等离子体对所述第一晶圆的第一表面和第二晶圆的第二表面进行激活处理，使所述第一表面与所述第二表面形成Si悬挂键；
对激活处理后的所述第一晶圆和第二晶圆进行亲水处理，以在所述第一表面和第二表面形成硅羟基键；
对亲水处理后的所述第一晶圆和第二晶圆进行贴合，完成预键合；
对预键合后的第一晶圆和第二晶圆进行退火处理，完成键合。


2.根据权利要求1所述的晶圆键合方法，其特征在于，形成所述脉冲偏压等离子体时的脉冲偏压为300～12000V。


3.根据权利要求1所述的晶圆键合方法，其特征在于，形成所述脉冲偏压等离子体时的放电功率为10～450W。


4.根据权利要求1所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：张凇铭，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