一种晶圆键合装置、方法及复合衬底组件制造方法及图纸

本发明专利技术涉及半导体器件制造技术领域，公开了一种晶圆键合装置、方法及复合衬底组件。晶圆键合装置包括沉积腔室、抽真空单元、键合腔室、连通机构和压合驱动机构，抽真空单元能对沉积腔室和键合腔室抽真空，沉积腔室内设有用于承托和加热样品的载台组件，供气单元能向沉积腔室供应工艺气体，使样品表面沉积透明且不导电的中间层；连通机构能使键合腔室和沉积腔室相连通，键合腔室内设有承托样品的上、下压头组件，还设有能使样品表面活化的活化组件，压合驱动机构能驱动上、下压头组件压合。晶圆键合装置及方法在样品表面沉积透明且不导电的中间层后再对中间层活化，使样品能够在低温下键合，且不会影响键合后的复合衬底组件的透光性和绝缘性。光性和绝缘性。光性和绝缘性。

【技术实现步骤摘要】
一种晶圆键合装置、方法及复合衬底组件


[0001]本专利技术涉及半导体器件制造
，尤其涉及一种晶圆键合装置、方法及复合衬底组件。

技术介绍

[0002]随着对集成电路要求的不断提高，半导体材料的应用也越来越多，如锗、砷化镓、碳化硅等。而键合可以将两个或多个材料（或结构）结合成为一体，是半导体制造过程中不可缺少的重要环节。键合领域中的晶圆键合技术是指通过化学和物理作用将两块已镜面抛光的同质或异质的晶片紧密地结合起来，晶片接合后，界面的原子受到外力的作用而产生反应形成共价键结合成一体，并使接合界面达到特定的键合强度。
[0003]传统的高温晶圆键合方法已经不再适用于一些温度敏感器件或者热膨胀系数差异较大的材料，而表面活化键合主要依赖原子级清洁的表面具有极高的活性，并且易在低温甚至室温下发生键合，在集成电路制造、微机电系统封装和多功能芯片集成等领域具有广泛应用前景。现阶段表面活化键合设备主要为标准表面活化室温键合工艺路线，具体地，先对样品进行原位溅射硅层再将两样品键合形成器件，但是溅射的硅层导致器件丧失了光学透过性，难以满足特定的使用需求。
[0004]因此，亟待需要一种晶圆键合装置、方法及复合衬底组件来解决上述技术问题。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提出一种晶圆键合装置、方法及复合衬底组件，通过先在样品表面沉积透明且不导电的中间层，再对中间层进行活化处理，保证了两样品能够在低温下可靠地键合，且不会影响键合后形成的复合衬底组件的透光性和绝缘性。
[0006]为达此目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0007]一种晶圆键合装置，包括：
[0008]沉积腔室和抽真空单元，所述抽真空单元能够对所述沉积腔室抽真空，所述沉积腔室内设置有载台组件，所述载台组件能够承托样品并对所述样品加热，所述沉积腔室设置进气口和排气口；
[0009]供气单元，与所述进气口相连通，所述供气单元能够向所述沉积腔室内供应工艺气体和惰性气体，以使所述样品表面沉积中间层，所述中间层透明且不导电；
[0010]键合腔室和连通机构，所述连通机构连接所述沉积腔室和所述键合腔室并能够选择性地使所述键合腔室和所述沉积腔室相连通，所述抽真空单元能够对所述键合腔室抽真空，所述键合腔室内设置有上压头组件、下压头组件和活化组件，所述上压头组件和所述下压头组件上下相对设置且能分别固定所述样品，所述活化组件用于使所述上压头组件和所述下压头组件上的所述样品表面活化；
[0011]压合驱动机构，能够驱动所述上压头组件向下与所述下压头组件相压合，以将两个所述样品键合。
[0012]作为一个可选的方案，所述中间层的材料为TiO2、Al2O3、SiO2、HfO2中的一种或者两种或者多种材料的组合。
[0013]作为一个可选的方案，所述中间层的厚度为0.5nm
‑
100nm。
[0014]作为一个可选的方案，所述沉积腔室内设置有第一电极组件，所述第一电极组件用于产生等离子，所述第一电极组件能够施加的电压范围为200V~380V，功率范围为50
‑
300W。
[0015]作为一个可选的方案，所述载台组件包括载台本体、转轴、第一加热件和旋转驱动件，所述载台本体上设置有多个承托位，每个所述承托位处对应设置所述第一加热件，每个所述承托位能对应承托一个样品，所述载台本体与所述转轴固定连接，所述旋转驱动件能驱动所述转轴转动，所述进气口贯穿所述转轴设置；和/或
[0016]所述排气口设置有多个。
[0017]作为一个可选的方案，所述连通机构包括中间腔室、第一阀门和第二阀门，所述第一阀门能使所述沉积腔室与所述中间腔室连通，所述第二阀门能使所述中间腔室与所述键合腔室相连通；
[0018]所述晶圆键合装置还包括机械手，所述机械手设置在所述中间腔室中，所述机械手的执行端能分别伸入所述沉积腔室和所述键合腔室，以将样品放置在所述载台组件上、将所述载台组件上的样品放入到所述上压头组件或所述下压头组件上、将所述上压头组件或所述下压头组件上的样品取下。
[0019]作为一个可选的方案，所述上压头组件包括依次连接的上压头本体、第二加热件和第一静电吸附件，所述上压头本体与所述压合驱动机构相连接，所述第一静电吸附件能吸附固定样品，所述第二加热件能对所述第一静电吸附件吸附的样品加热；和/或
[0020]所述下压头组件包括依次连接的下压头本体、第三加热件和第二静电吸附件，所述下压头本体固定在所述键合腔室内，所述第二静电吸附能吸附固定样品，所述第三加热件能对所述第二静电吸附件吸附的样品加热。
[0021]作为一个可选的方案，所述活化组件包括：
[0022]离子源，所述离子源用于轰击所述上压头组件和所述下压头组件固定的所述样品的表面；和/或
[0023]第二电极组件，所述第二电极组件用于产生等离子体。
[0024]作为一个可选的方案，采用上述的晶圆键合装置完成，包括步骤：
[0025]将至少两个样品放入所述沉积腔室的所述载台组件上，并对所述沉积腔室抽真空；
[0026]所述载台组件将所述样品加热至预设温度；
[0027]以预设工艺向所述沉积腔内通入工艺气体，使所述样品表面沉积透明且不导电的中间层，所述中间层为TiO2、Al2O3、SiO2、HfO2中的一种或两种或多种组合，每种材料层的厚度为0.5nm
‑
100nm，所述中间层的总厚度不超过200nm；
[0028]向所述沉积腔室内通入惰性气体以置换所述工艺气体；
[0029]操作所述连通机构使所述键合腔室与所述沉积腔室相连通，将所述沉积腔室沉积有中间层的样品送入所述键合腔室，并对应固定在所述上压头组件与所述下压头组件上；
[0030]操作所述连通机构使所述键合腔室封闭；
[0031]对所述键合腔室抽真空，并使所述活化组件对所述样品表面进行活化；
[0032]关闭所述活化组件，所述压合驱动机构驱动所述上压头组件向下与所述下压头组件压合并进行保压；
[0033]所述上压头组件或所述下压头组件松开对对应样品的固定，所述压合驱动机构驱动所述上压头组件抬起。
[0034]作为一个可选的方案，所述预设工艺可以为低压化学气相沉积、原子沉积、等离子体增强化学气相沉积中的其中一种。
[0035]一种复合衬底组件，采用所述的晶圆键合方法制成，所述复合衬底组件包括第一基板和第二基板，所述第一基板和所述第二基板朝向彼此的表面分别形成有第一沉积层和第二沉积层，所述第一沉积层和所述第二沉积层键合形成中间层，所述中间层为TiO2、Al2O3、SiO2、HfO2中的一种或多种材料组合，且在所述第一沉积层和所述第二沉积层的键合界面的
±
3nm范围内存在元素富集。
[0036]作为一个可选的方案，所述键合界面处富集的元素为Ar和O、Ti、Al、Si、Hf中的一种，且Ar的原子浓度不超过5%。...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种晶圆键合装置，其特征在于，包括：沉积腔室(1)和抽真空单元，所述抽真空单元能够对所述沉积腔室(1)抽真空，所述沉积腔室(1)内设置有载台组件(21)，所述载台组件(21)能够承托样品并对所述样品加热，所述沉积腔室(1)设置进气口(11)和排气口(12)；供气单元，与所述进气口(11)相连通，所述供气单元能够向所述沉积腔室(1)内供应工艺气体和惰性气体，以使所述样品表面沉积中间层，所述中间层透明且不导电；键合腔室(3)和连通机构(4)，所述连通机构(4)连接所述沉积腔室(1)和所述键合腔室(3)并能够选择性地使所述键合腔室(3)和所述沉积腔室(1)相连通，所述抽真空单元能够对所述键合腔室(3)抽真空，所述键合腔室(3)内设置有上压头组件(51)、下压头组件(52)和活化组件(53)，所述上压头组件(51)和所述下压头组件(52)上下相对设置且能分别固定所述样品，所述活化组件(53)用于使所述上压头组件(51)和所述下压头组件(52)上的所述样品表面活化；压合驱动机构，能够驱动所述上压头组件(51)向下与所述下压头组件(52)相压合，以将两个所述样品键合。2.如权利要求1所述的晶圆键合装置，其特征在于，所述中间层的材料为TiO2、Al2O3、SiO2、HfO2中的一种或者两种或者多种材料的组合。3.如权利要求1所述的晶圆键合装置，其特征在于，所述中间层的厚度为0.5nm
‑
100nm。4.如权利要求1
‑
3任一项所述的晶圆键合装置，其特征在于，所述沉积腔室(1)内设置有第一电极组件(22)，所述第一电极组件(22)用于产生等离子，所述第一电极组件(22)能够施加的电压范围为200V~380V，功率范围为50
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300W。5.如权利要求1
‑
3任一项所述的晶圆键合装置，其特征在于，所述载台组件(21)包括载台本体(211)、转轴(212)、第一加热件(213)和旋转驱动件，所述载台本体(211)上设置有多个承托位，每个所述承托位处对应设置所述第一加热件(213)，每个所述承托位能对应承托一个样品，所述载台本体(211)与所述转轴(212)固定连接，所述旋转驱动件能驱动所述转轴(212)转动，所述进气口(11)贯穿所述转轴(212)设置；和/或所述排气口(12)设置有多个。6.如权利要求1
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3任一项所述的晶圆键合装置，其特征在于，所述连通机构(4)包括中间腔室(41)、第一阀门(42)和第二阀门(43)，所述第一阀门(42)能使所述沉积腔室(1)与所述中间腔室(41)连通，所述第二阀门(43)能使所述中间腔室(41)与所述键合腔室(3)相连通；所述晶圆键合装置还包括机械手，所述机械手设置在所述中间腔室(41)中，所述机械手的执行端能分别伸入所述沉积腔室(1)和所述键合腔室(3)，以将样品放置在所述载台组件(21)上、将所述载台组件(21)上的样品放入到所述上压头组件(51)或所述下压头组件(52)上、将所述上压头组件(51)或所述下压头组件(52)上的样品取下。7.如权利要求1
‑
3任一项所述的晶圆键合装...

【专利技术属性】
技术研发人员：母凤文，高智伟，
申请(专利权)人：天津中科晶禾电子科技有限责任公司，
类型：发明
国别省市：