高真空射频等离子体自由基热压键合一体机以及键合方法技术

本发明专利技术公开了高真空射频等离子体自由基热压键合一体机以及键合方法，机体上安装真空石英管腔体，真空石英管腔体外缠绕射频线圈，真空石英管腔体设有腔门；真空石英管腔体连接抽真空系统；真空石英管腔体上方设有电动气缸，电动气缸的升降气缸杆通过波纹管连接件穿过腔体顶部，连接到具有加热模块的上样品载台；真空石英管腔体下方设有电动气缸，电动气缸的升降气缸杆通过波纹管连接件穿过腔体底部，连接到具有加热模块的下样品载台；机体台面侧边设有触摸屏控制单元，由触摸屏控制单元连接并控制射频线圈、抽真空系统、电动气缸、加热模块。本发明专利技术避免射频源产生的其他金属或杂质的引入，制备出高质量键合材料和高性能半导体器件。体器件。体器件。

【技术实现步骤摘要】
高真空射频等离子体自由基热压键合一体机以及键合方法


[0001]本专利技术涉及芯片设备与半导体制造
，提出一种高真空射频等离子体自由基热压键合一体机以及键合方法。

技术介绍

[0002]晶圆键合技术是指通过化学或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，晶片键合后，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，并使键合界面达到特定的键合强度，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都发挥着重要作用。
[0003]晶圆键合可以在空气中直接进行，但在大气环境中晶片表面会吸附空气中的羟基、水气等副产物前驱体，从而导致键合后键合界面出现大量气泡和氧化层，极大的影响晶片键合质量，这对于具有界面电学通道的光电器件来说是不允许的。为了避免键合界面的气泡和氧化层的生成，键合过程必须在高真空环境下进行。
[0004]传统双面等离子体热压键合机内部原理是在高真空环境下，进气控压完成后，通过阴极放电板推入腔体进行双面等离子体处理，之后进行贴合升温退火，完成键合。此种方法会在等离子体处理过程中引入其他金属杂质，导致键合界面出现金属层或其他杂质层，极大影响键合质量。

技术实现思路

[0005]本专利技术提供高真空射频等离子体自由基热压键合一体机以及键合方法，其目的是解决现有技术的缺点，避免射频源产生的其他金属或杂质的引入，制备出高质量键合材料和高性能半导体器件。
[0006]本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：
[0007]高真空射频等离子体自由基热压键合一体机，其特征在于：
[0008]机体上安装真空石英管腔体，真空石英管腔体外缠绕射频线圈，真空石英管腔体设有腔门；
[0009]真空石英管腔体连接抽真空系统；
[0010]真空石英管腔体上方设有电动气缸，电动气缸的升降气缸杆通过波纹管连接件穿过腔体顶部，连接到具有加热模块的上样品载台；
[0011]真空石英管腔体下方设有电动气缸，电动气缸的升降气缸杆通过波纹管连接件穿过腔体底部，连接到具有加热模块的下样品载台；
[0012]机体台面侧边设有触摸屏控制单元，由触摸屏控制单元连接并控制射频线圈、抽真空系统、电动气缸、加热模块。
[0013]机体以台面上的不锈钢支撑架安装真空石英管腔体。
[0014]所述腔门上设有观察窗，真空石英管腔体配备腔体冷水机、内置照明系统。
[0015]真空石英管腔体上的接口均采用铜圈密封。
[0016]上样品载台和下样品载台的加热模块均以绝缘陶瓷保护。
[0017]上样品载台、下样品载台均设有定位槽。
[0018]本专利技术还提供一种键合方法，包括以下步骤：
[0019]S1、将清洗完成的两片晶片甩干后放入真空石英管腔体，分别放入上样品载台、下样品载台区域，下键合晶片抛光面朝上，上键合晶片抛光面朝下，并对准；
[0020]S2、打开触摸屏控制单元，设置键合参数后，对真空石英管腔体进行抽真空操作，真空度抽至10
‑4Pa以下，通入Ar气，进行控压；
[0021]S3、设置射频电源参数，打开射频电源，将射频电源信号馈入电感耦合线圈，通过电感耦合的方式，在真空石英管腔体3内产生等离子体自由基辉光放电，对待键合的两片晶片进行等离子体自由基表面活化，自由的等离子体低能轰击晶片表面，通过离子轰击晶片表面去除键合表面氧化层，并在键合表面引入悬挂键，表面活化完成后，关闭射频电源；
[0022]S4、通过触摸屏控制单元控制上样品载台、下样品载台分别下降上升直至二者相互接触贴合，然后再调节压力并通过温控模块升温将等离子体自由基表面活化后的晶片在高真空下进行热压键合；
[0023]S5、保持原位，进行热退火，提高键合强度；
[0024]S6、退火结束后，撤去施加的压力，打开真空石英管腔体，取出键合样品。
[0025]该键合方法能够在高真空环境下进行晶片键合，防止在键合界面引入其他金属杂质或氧化层，避免了由于晶片表面吸附羟基形成气泡从而影响键合质量的问题。
[0026]键合前在晶片表面等离子体自由基表面活化形成半导体悬挂键作为粘接层，半导体悬挂键在原位热压后紧密贴合在一起，可以实现高强度高质量键合。
[0027]步骤S1中两片晶片通过定位槽的定位线对准。
[0028]本专利技术的有益之处在于：
[0029]本专利技术在高真空石英管腔体外围缠绕射频线圈，采用电感耦合的方式在石英腔体内部产生等离子体自由基辉光放电，对上下晶片进行双面等离子体自由基表面活化，在半导体表面形成悬挂键，悬挂键在原位加压、升温、退火后键合在一起，避免传统等离子体刻蚀中进行等离子体表面活化时引入腔体或托盘中的金属杂质导致在键合界面形成金属层或杂质层，实现无界面杂质层半导体材料高质量键合，制备出高质量键合材料和高性能半导体器件。
附图说明
[0030]下面结合附图和实施例对本专利技术进一步说明。
[0031]图1为高真空射频等离子体自由基热压键合一体机外观结构示意图；
[0032]图2为高真空射频等离子体自由基热压键合一体机内部结构示意图。
具体实施方式
[0033]为了更清楚地说明本专利技术的技术方案，下面将对描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的实施例。为了便于理解本专利技术，下面结合附图和具体实施例，对本专利技术进行更详细的说明。
[0034]需要说明的是，当元件被表述“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上、或者其间可以存在一个或多个居中的元件。当一个元件被表述“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件、或者其间可以存在一个或多个居中的元件。本说明书所使用的术语“上”、“下”、“内”、“外”、“底部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利技术的限制。此外，术语“第一”、“第二”“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
[0035]如图1、图2所示：
[0036]本专利技术提供一种高真空射频等离子体自由基热压键合一体机，它为台面结构，包括作为安装基础的机体4。
[0037]机体4的台面上的不锈钢支撑架安装真空石英管腔体3，真空石英管腔体3外缠绕射频线圈，真空石英管腔体3正面设有腔门2，腔门2中心设有观察窗。真空石英管腔体3为立式腔体，外表面缠绕射频线圈，避免在进行等离子体自由基表面活化时引入金属杂质在键合界面形成金属层或杂质层，同时配备腔体冷水机、内置照明系统。
[0038]真空石英管腔体3外部配备真空抽气接口、放电气体进气接口、普氮放气接口、电阻规接口、电离规接口、薄膜规接口，这些接口均采用铜圈密封，用于维持腔体内高真空环本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.高真空射频等离子体自由基热压键合一体机，其特征在于：机体上安装真空石英管腔体，真空石英管腔体外缠绕射频线圈，真空石英管腔体设有腔门；真空石英管腔体连接抽真空系统；真空石英管腔体上方设有电动气缸，电动气缸的升降气缸杆通过波纹管连接件穿过腔体顶部，连接到具有加热模块的上样品载台；真空石英管腔体下方设有电动气缸，电动气缸的升降气缸杆通过波纹管连接件穿过腔体底部，连接到具有加热模块的下样品载台；机体台面侧边设有触摸屏控制单元，由触摸屏控制单元连接并控制射频线圈、抽真空系统、电动气缸、加热模块。2.如权利要求1所述的高真空射频等离子体自由基热压键合一体机，其特征在于：机体以台面上的不锈钢支撑架安装真空石英管腔体。3.如权利要求1所述的高真空射频等离子体自由基热压键合一体机，其特征在于：所述腔门上设有观察窗，真空石英管腔体配备腔体冷水机、内置照明系统。4.如权利要求1所述的高真空射频等离子体自由基热压键合一体机，其特征在于：真空石英管腔体上的接口均采用铜圈密封。5.如权利要求1所述的高真空射频等离子体自由基热压键合一体机，其特征在于：上样品载台和下样品载台的加热模块均以绝缘陶瓷保护。6.如权利要求1所述的高...

【专利技术属性】
技术研发人员：柯少颖，孟文浩，王战仁，周锦荣，黄志伟，
申请(专利权)人：闽南师范大学，
类型：发明
国别省市：