[发明专利]利用硒化反应的衬底键合

说明书

发明领域

本发明一般涉及到用硒化反应形成的化合物键合层。此化合物键合层将二个或更多个衬底彼此粘附键合在一起。更具体地说，本发明涉及到用硒化反应形成的多晶或非晶化合物键合层，此化合物键合层包括由制作在有源衬底键合表面上的硒和铟或硒-碲和铟组成的第一多层叠层以及由制作在基底衬底安装表面上的硒和铟或硒-碲和铟组成的第二多层叠层。得到的化合物键合层将有源衬底与基底衬底彼此粘附键合，而无需施加压力以获得键合，且此化合物键合层能够被溶解，致使有源衬底与基底衬底能够非破坏性地彼此分离。

技术背景

在微电子技术中众所周知使用晶片键合方法将一个晶片键合到另一个晶片，以便有效地制造互补金属氧化物半导体(CMOS)电路或制造诸如微电机系统(MEMS)之类的微机械结构。现有技术的晶片键合工艺包括硅化、诸如绝缘体上硅(SOI)晶片键合中的氧化、以及金属热压。

图1a-1c示出了现有技术的硅化晶片键合工艺100。在图1a中，待要键合到晶片B的晶片A具有淀积在其表面上的金属M。作为变通，金属M可以淀积在晶片B的表面上。金属M可以是钨(W)之类的金属，而晶片(A，B)可以是硅(Si)晶片。接着，在图1b中，迅速使晶片(A，B)彼此接触，并施加压力P和热H，以实现硅化反应。与金属M接触的晶片(A，B)的表面确定一个界面i。热H通常约为300-450℃。最后，在图1c中完成硅化反应，金属M与晶片(A，B)反应并扩散到界面i以上，进入晶片(A，B)的材料以形成硅化金属M+W。例如，若金属是钨(W)而晶片(A，B)是硅，则金属硅化物M+W是WSi。

图2a-2c示出了现有技术的氧化晶片键合工艺200。在图2a中，待要键合到晶片B的晶片A具有淀积在其表面上的介质材料D。作为变通，介质材料D可以被淀积在晶片B的表面上。介质材料D通常是氧化硅(SiO2)，而晶片(A，B)是硅(Si)晶片。接着，在图2b中，迅速使晶片(A，B)彼此接触，并施加压力P和热H，以实现晶片A与晶片B的键合。与介质材料D接触的晶片(A，B)的表面确定一个界面i。对于氧化晶片键合工艺200，热H可以约为700-900℃。最后，在图2c中完成键合，介质材料D不扩散到界面i以上。

图3a-3c示出了现有技术的金属热压晶片键合工艺300。在图3a中，待要彼此键合的晶片A和晶片B具有淀积在其表面上的软金属S。例如，此软金属可以是金(Au)，而晶片(A，B)可以是硅(Si)晶片。接着，在图3b中，迅速使晶片(A，B)彼此接触，并施加压力P和热H，以实现晶片A与晶片B的键合。与软金属S接触的晶片(A，B)的表面确定一个界面i。热H可以约为400-500℃。最后，在图3c中完成键合，软金属S不扩散到界面i以上。

现有技术的晶片键合工艺有几个缺点。第一，对于CMOS电路或诸如MEMS结构的其它对温度灵敏的元件，现有技术晶片键合工艺所需的高温(亦即热H)能够损害CMOS电路或MEMS结构。例如，现有技术晶片键合工艺可以要求超过500℃的温度。CMOS集成电路在暴露于大约500℃或更高的温度时，可能受到损害。而且，可能还有些应用要被证实无法忍受更接近现有技术晶片键合工艺的高温，但仍然受益于晶片键合技术。此外，在淀积诸如氧化硅(SiO₂)之类的某些键合材料时也需要热。热敏感的某些应用可能需要能够在低温下淀积的键合材料。

第二，用来迅速使晶片彼此接触的高压(亦即压力P)，能够导致破裂、畸变、应力、或对晶片或得到的晶片键合的损伤。

第三，一旦晶片被彼此键合，就不可能非破坏性地彼此分离被键合的晶片。因此，不可逆的晶片键合使得可能希望分离或修补这些晶片的情况不可能。

第四，现有技术的晶片键合工艺不能被改变来将二个或更多个衬底(亦即二个或更多个晶片A)键合到同一个衬底(亦即晶片B)。在某些应用中，可能希望将几个衬底键合到同一个衬底上。

第五，现有技术的晶片键合工艺常常要求待要键合的晶片即衬底由完全相同的或相似的材料制成。例如，在某些现有技术的晶片键合工艺中，晶片(A，B)必须由硅(Si)制成。因此，选择晶片材料的灵活性受到限制，现有技术因而不适合于要求不同晶片材料的应用。

最后，某些现有技术的晶片键合工艺导致键合材料与晶片发生化学反应并扩散到晶片中。在某些应用中，可能希望消除晶片与键合材料之间的任何扩散或界面反应。