起动分子键合的方法技术

本发明专利技术涉及一种起动分子键合的方法，包括使第一晶片（３０）的一个表面（３１）面对第二晶片（２０）的一个表面（２１），并起动两个面对的表面之间的接触点。例如使用工具（５０）的支承元件（５１），通过向两个晶片之一施加在０．１ＭＰａ到３３．３ＭＰａ的范围内的机械压力起动接触点。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及通过将由初始衬底形成的至少一个层转移到最终衬底上而制造多层 半导体晶片或衬底的领域，其中被转移的层对应于初始衬底的一部分。被转移的层还可 以包括部件的全部或一部分，或者多个微部件。
技术介绍
更具体而言，本专利技术涉及在层从被称为“施主衬底”的衬底转移到被称为“接 收衬底”的最终衬底上的过程中出现的各向异性变形问题。特别是在需要将一层或多层 微部件转移到最终支撑衬底上的三维部件合成技术(3-D合成)中已经观察到这样的变 形，此外，在电路转移或者背光成像器的制造中也观察到这样的变形。被转移的一个或 多个层包括至少部分地制造在初始衬底上的微部件(电子器件、光电器件等)，所述层之 后被堆叠在自身也可能包括部件的最终衬底上。首先，由于单层上出现的微部件的极小 尺寸和巨大数量，每个被转移的层都必须以高精度定位在最终衬底上，以便与下方的层 严格对准。此外，还需要在层被转移之后对其进行处理，例如形成其他微部件、暴露微 部件的表面、产生互连等。但是申请人已发现，转移之后，在有些情况下虽然可以但是很难形成与转移之 前形成的微部件对准的额外的微部件。下面参考显示三维结构的示例性实施例的图IA至IE来描述这种非对准现象， 其中该三维结构包括形成在初始衬底上的微部件层至最终衬底上的转移，以及键合之后 在初始衬底的暴露表面上形成额外的微部件层。图IA和图IB显示初始衬底10，初始衬 底10上形成有第一系列微部件11。通过光刻法利用能够定义与待制造的微部件11相对 应的图案形成区的掩膜来形成微部件11。从图IC可见，包括微部件11的初始衬底10的表面再与最终衬底20的一个表面 紧密接触。通常通过分子键合来实现初始衬底10和最终衬底20之间的键合。这样，在 衬底10和20之间的键合界面处形成微部件11的埋入层。键合之后，如图ID所示，初 始衬底10被减薄以便去除微部件11的层上出现的材料的一部分。这样，通过最终衬底 20和对应于初始衬底10的剩余部分的层IOa形成复合结构30。从图IE可以看出，制造三维结构的下一步骤包括在减薄的初始衬底10的暴露表 面上形成第二层微部件12，或者执行额外的技术步骤以使暴露的表面与层IOa中包含的 部件(触点、互连等)对准。出于简化的目的，在本文的剩余部分中，术语“微部件” 用于定义通过在必须精确定位的层上或层中执行的技术步骤而获得的器件或任何其他图 案。因此，微部件可以是有源部件或无源部件，或者仅仅是触点或互连。为了形成与埋入的微部件11对准的微部件12，使用与用于形成微部件11的光刻 掩膜类似的掩膜。类似于层10a，被转移的层通常在微部件和形成层的部分上包括标记， 在诸如光刻法所执行的技术处理步骤中，所述标记特别被定位和对准工具所使用。但是，即使使用定位工具，在一些微部件11和12之间仍然会出现偏移，例如图IE中显示的偏移Δη，Δ22，Δ 33, Δ44(分别对应于微部件对ll/A、112/122、113/123 和114/124之间观察到的偏移)。这些偏移并不是可能来自于衬底的非准确组装的基本变换(平移、旋转或其组 合)的结果。这些偏移来自于在初始衬底与最终衬底组装时初始衬底的层中出现的非均 勻变形。实际上，这样的变形涉及某些微部件11的局部及非均勻位移。此外，形成在 转移后的衬底的暴露表面上的某些微部件12表现出相对于微部件11的位置变化，该位置 变化可以在几百纳米的数量级，甚至达到毫米的数量级。两层微部件11和12之间的非对准现象(也被称为“覆盖”)可能引起两层微部 件之间的短路、堆叠扭曲或连接缺陷。因此，当被转移的微部件是由像素形成的成像器 时，转移后处理步骤用于在每个像素上形成彩色滤光器，而在某些像素上观察到色彩功 能受损(loss of colorizing function)。因此，覆盖现象导致所制造的多层半导体晶片的质量和价值下降。由于对于微 部件小型化的需求不断增长以及由于微部件每层的集成密度增大，该现象的影响增大。三维结构制造过程中的对准问题是已知的。Burns等的文献〃 AWafer-Scale 3-D Circuit Integration Technology “， IEEE Transactions On Electron Devices， vol 53, No 10，Oct 2006描述了一种检测键合衬底之间的对准变化的方法。Haisma等的文 献“Silicon-Wafer Fabrication and (Potential) Applications of Direct-Bonded Silicon ", Philips Journal of Research, vol 49，No 1/2，1995强调了晶片平面度的重要性，特别是在 抛光步骤中，为了获得高质量的最终晶片，要尽可能地减小微部件之间的偏移。但是， 这些文献仅涉及组装晶片时晶片的定位问题。如上所述，申请人已发现即使两个晶片在 接触时完全相互对准(使用为此设置的标记)，但是在键合波起动之后仍会出现某些微部 件的非均勻位移。专利技术目的本专利技术用于提供一种方案，其能够限制一个衬底转移到另一衬底上时该一个衬 底中出现的非均勻变形。为此，本专利技术提出一种起动分子键合(initiating molecular bonding)的方法，包括使第一晶片或衬底的一个表面面对第二晶片或衬底的一个表面，并起动两个面对的 表面之间的接触点，所述方法的特征在于，通过对两个晶片之一施加机械压力起动接触 点，所述压力在O.lMPa(兆帕)至33.3MPa的范围内。这样，在起动接触点的过程中，通过限制施加在两个衬底之一上的压力，减小 晶片中产生的非均勻变形，同时通过分子键合执行接触的两个晶片的整个表面的键合。通过最小化通常由应用接触点而引起的变形从而通过分子键合来产生键合，可 以显著减小随后形成微部件的附加层的过程中出现覆盖的风险。根据本专利技术的第一方面，机械压力施加在Imm2(平方米)或更小的表面积上。根据本专利技术的特别方面，通过在两个衬底之一上应用工具来实现接触点的起 动，所述工具在衬底上的接触表面积在0.3mm2到Imm2的范围内，且工具施加在衬底上 的支承力在0.1N(牛顿)至10N的范围内。本专利技术还提供一种制造复合三维结构的方法，包括以下步骤在第一晶片或衬 底的一个表面上制造第一层微部件，将包括该层微部件的第一晶片的表面键合到第二晶片或衬底上，所述方法的特征在于，在键合步骤中，根据本专利技术的分子键合起动方法起 动分子键合。本专利技术的分子键合起动方法的使用可以在转移微部件层的过程中消除或限制覆 盖现象，从而制造高质量的多层半导体晶片。特别地，微部件层可以包括图像传感器。附图说明图IA至IE是显示现有技术的三维结构的制造的示意图；图2是根据本专利技术的一个实施例的分子键合起动方法的示意图；图3A至3D是显示利用本专利技术的分子键合起动方法制造三维结构的示意图；图4是图3A至3D中显示的三维结构的制造过程中执行的步骤的流程图；图5至图7显示本专利技术的分子键合起动方法的实施方式的高度简化图。具体实施例方式本专利技术通常应用于复合结构的制造，其至少包括通过分子键合将第一衬底或晶 片键合到第二衬底或晶片上。通过分子键合进行键合的技术实本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种起动分子键合的方法，包括使第一晶片（３０）的一个表面（３１）面对第二晶片（２０）的一个表面（２１），并起动两个面对的表面之间的接触点，其特征在于，通过向两个晶片之一施加机械压力起动接触点，所述压力在０．１ＭＰａ到３３．３ＭＰａ的范围内。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：A卡斯泰，M布鲁卡特，
申请(专利权)人：SOITEC绝缘体上硅技术公司，
类型：发明
国别省市：FR