[发明专利]用于通过分子间附着将两个晶片键合在一起的方法和装置

说明书

技术领域

本发明涉及生产通过转移至少一层到最终衬底上而生产的多层半导体结构（也称为复合结构或多层半导体晶片）的领域。通过将第一晶片（或初始衬底）键合到第二晶片（或最终衬底）（例如通过分子间附着）获得所述层转移，第一晶片通常在键合后加以减薄。被转移的层还可以包括全部或部分的组件或多个微组件（microcomponents）。

更精确而言，本发明涉及键合缺陷的问题，该键合缺陷问题可以以局部的方式出现在通过分子间附着键合的两个晶片之间的键合界面。

背景技术

就其本身而言，通过分子间附着的晶片键合是众所周知的技术。应该回忆起，通过分子间附着的晶片键合的原理是基于使两个表面直接接触，即，不应用特定的键合材料（粘合剂、蜡、焊料等等）。该操作需要待键合的表面足够光滑，并且没有微粒或污染，并且该表面足够接近以便允许接触得以启动，通常为不到几纳米的距离。然后，两个表面之间的引力足够大从而引起通过分子间附着或“直接键合”（通过待键合在一起的两个表面的原子或分子之间的各种电子相互作用引力（范德华力）而引起的键合）的键合。

图1A到图1D显示了多层结构的生产的实例，该实例包括第一晶片102到构成支持晶片的第二晶片106上的通过分子间附着的晶片键合。

第一晶片102包括在键合面102a（图1A）上的一系列微组件104。微组件104通过光刻得以形成，采用掩模以限定对应于待产生的微组件104的图形（pattern）形成的区域。

在本文中所使用的术语“微组件”是指由于在层上或在层中进行的技术步骤而产生的，并且需要精确定位的装置或任何其他图形。因此，该装置或图形可以是有源组件或无源组件、简单的接触点、相互连接，等等。

此外，支持晶片106由通过支持晶片的氧化而形成的热或沉积氧化层108所覆盖，从而例如便于通过分子间附着与第一晶片102键合（图1A）。

另外，通常进行处理以准备第一晶片102的键合表面102a和第二晶片106的键合表面106a，所述处理根据待获得的键合能的函数而变化（化学-机械抛光、清洁、洗涤、疏水/亲水处理，等等）。

一旦晶片已准备好，则将支持晶片106置于键合机115中。更精确而言，支持晶片106被放置在键合机115的衬底载体110上，以便通过直接键合来将支持晶片106与第一晶片102装配。例如，衬底载体110通过静电系统或通过吸力来将第二晶片106保持在其位置上。

然后，将第一晶片102放置于第二晶片106上以便与第二晶片106进入紧密接触（图1B）。然后通过对第一晶片102施加接触力（机械压力）来启动通过分子间附着的键合（图1C）。该接触力的施加使得启动键合波（bonding wave）122从该启动点的传播（图1D）。键合波122通过键合机115所设置的施加工具114（例如，定位笔（stylus））得以启动。

在本文中的术语“键合波”用于键合或分子间附着，该键合波从启动点得以传播，并且对应于引力（范德华力）从接触点遍及在两个晶片之间紧密接触的整个区域（键合界面）的扩散。

然后，遍及晶片102和晶片106的整个键合表面的键合波122的传播使得通过两个晶片的分子间附着而晶片键合，从而获得多层结构112。

一旦已进行了键合，则其可以通过进行热退火来增强。然后，第一晶片102可以被减薄以便在支持晶片106上形成被转移层。

然而，申请人已经观察到在两个晶片之间的键合界面存在局部键合缺陷118，更精确而言在位于远离键合启动点116的区域120中（图1E）。这些缺陷对应于这样的区域，在该区域中两个晶片102和106具有非常弱的键合力或甚至完全没有键合。

制造商不期望该键合缺陷，因为该键合缺陷降低了晶片之间的键合质量。更通常而言，该缺陷为非最优化的制造工艺的证明，从而降低了生产的多层结构的吸引力。

因此，当前存在这样的需要，由通过分子间附着的晶片键合来生产不表现出该键合缺陷的多层结构。

发明内容

为此，本发明提出一种通过分子间附着将第一晶片键合到第二晶片上的方法，所述方法包括，施加用于所述第一晶片和所述第二晶片之间的键合波的启动点，所述方法的特征在于，所述方法进一步包括，当所述键合波在所述第一晶片和所述第二晶片之间传播时，朝向所述键合波的启动点，在所述第一晶片和所述第二晶片之间喷射气体流。

本发明机械地作用以减慢在两个晶片之间的界面处的键合波的传播。减慢所述键合波有利地用于减少或防止在所述第一晶片和所述第二晶片之间的键合界面处出现不期望的键合缺陷。