[发明专利]键合两个衬底的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种键合两个衬底的方法，更具体地涉及如下一种方法， 在该方法中这两个衬底中的至少一个可以具有处理过的或至少部分处理 过的器件。这种键合情况例如出现在背面受光的CMOS成像器结构的制造 过程中、将具有CMOS成像器光电器件的第一衬底键合到第二衬底之时。 在该键合之后，优选通过研磨来减薄第一衬底，从而光可以从背面进入 器件。

背景技术

在键合期间，两个衬底之间的粘合通过分子力(范德华力)实现。 为了实现高质量的键合且为了使后续减薄步骤容易进行，必须达到高键 合能，其至少在700至1000mJ/m²范围内或甚至更大。在现有技术中， 通过将组合后的结构加热至通常超过1000℃的温度来获得高键合能。

但遗憾的是，存在不能将键合后的组件暴露在高温下的情况。这样 的实例例如是器件设置在其中一个衬底上，不能实施促进键合能的标准 热处理。实际上，例如由于掺杂剂浓度的扩散或构成器件的金属的扩散， 所以标准热处理中约1000℃至约1100℃的高温将对器件的功能产生负面 影响。利用上述温度范围，已经观测到1.5J/m²至2J/m²范围内的键合 能。

作为对键合后的组件进行高温退火的替代，已经提出通过表面活化 (activation)步骤来实现高键合能，例如对要被键合的表面进行等离 子体活化然后以低温退火。但是已经观察到，这些步骤可能会导致出现 键合空隙(例如边缘空隙)，进而导致在键合后的界面上出现缺陷。而且 还观察到，键合能越高，则边缘空隙的数量就越多。这种现象会对生产 成品率产生负面影响，特别是在非转移层包括电子器件的情况下。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种键合方法，通过使用该方法在不使 用高温热处理的情况下能够获得令人满意的键合能。

利用如下所述的本发明第一方面的方法来实现上述目的，这种用于 键合两个衬底的创造性方法包括下列步骤：a)对这两个衬底中的至少一 个进行活化处理；和b)在低真空(即部分真空，partial vacuum)的情 况下使这两个衬底接触。

本发明的意想不到的发现在于，两个步骤a)和b)的组合得到了所 需键合能级，即约为700-1000mJoule/m²，同时与已知的键合处理相比， 降低了边缘空隙的数量。而且，由于仅应用低真空(仅利用标准粗抽真 空泵(rough pump)就能轻易实现该低真空)，因此能够简单快速地执行 该处理。即使在两个衬底的热膨胀系数具有很大差异，以致不能实施标 准热退火方法的情况下，也可实现高键合质量，即没有边缘空隙或至少 减少了边缘空隙的数量。最后，利用本创造性方法获得的键合质量足以 实现根据Smart Cut^TM技术的层转移，其中，将离子注入到施主晶片中以 限定一“弱面”。接着，即使在比较低的温度下，包括施主晶片的键合后 的组件也能够在没有边缘缺陷或减少了边缘缺陷的数量的情况下被分 离。

优选地，这两个衬底中的至少一个可以具有处理过的或至少部分处 理过的器件。

在本文中，术语“器件”涉及至少一个所述衬底上的任意结构，其 至少部分地属于成品器件，所述成品器件例如是电子器件或光电器件， 它们包括电容和/或晶体管结构以及其他部件/结构。本发明的特殊优点 在于，本发明可应用到任何需要高键合能但又不能暴露在高温中的键合 结构，和/或受害于边缘空隙的存在的键合结构。当器件存在于其中一个 衬底之中或之上时就属于这种情况。

根据本发明的一个有利实施方式，低真空的压力可以是1-50Torr (1.33mbar-66.7mbar)，优选为1-20Torr(1.33mbar-26.6mbar)， 更优选在10-20Torr(13.3mbar-26.6mbar)之间。这种真空度可以 通过粗抽真空泵简单快速地实现，同时又具有成本优势。因此，无需进 而进行二次抽真空就能得到所需的键合能并且降低了缺陷程度。

有利的是，步骤b)可在室温下实施，特别是在18℃-26℃的温度 范围内实施。这种在低真空下在室温实施接触步骤的可能性有助于该工 艺的实际实现。