[发明专利]一种硅硅键合表面沾污的处理方法

说明书

 

技术领域

本发明属于微电子机械技术领域，涉及一种处理硅硅直接键合硅片表面沾污的方法。

背景技术

硅-硅直接键合技术是一种典型的MEMS键合技术，它是将两片CMP抛光的硅片经过表面清洗与活化处理，在室温下直接贴合，经低温预键合，再经过高温退火处理增加键合强度的一种键合技术。这种键合技术不需要粘合剂，两键合片的电阻率和导电类型都可以自由选择，并且由于是同种材料的键合，键合后不存在残余应力，同时这种键合密封性极好，做普通真空封装不需要额外添加吸气剂，因此，这种键合技术以它独特的优越性吸引了人们的广泛关注。

生产过程中，硅硅直接键合工艺存在硅片表面固体颗粒、离子沾污的问题。现有的一些处理硅片表面沾污的方法，需要化学和物理手段去除，然而MEMS器件中存在可动结构，用这些方法会破坏器件的可动结构，不适用于MEMS器件加工。

发明内容

本发明的目的是为了解决现在硅硅直接键合时存在硅片表面固体颗粒、离子沾污的问题，提供的一种一种硅硅键合表面沾污的处理方法。

提供一种可以用于硅硅直接键合的垫片，该垫片通过表面制作SiN薄膜，加工成特定形状，适用于硅硅直接键合工艺，键合后硅片表面良好。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种硅硅键合表面沾污的处理方法，其特征在于包括以下步骤：

a、制作一个与待键合硅片形状相适应的硅垫片，硅垫片表面沉积一层氮化硅SiN薄膜；

b、将硅垫片沉积氮化硅的一面与待键合硅片对准贴紧，放置于键合夹具中固定；

c、将硅垫片以及待键合硅片进行预键合，预键合后揭下硅垫片，

d、将预键合后的硅片进行烧结键合。

在上述技术方案的基础上，由以下进一步的技术方案;

对硅垫片上沉积的氮化硅层进行光刻加工，使硅垫片表面形成阵列的氮化硅凸点。

本发明中，硅垫片采用单晶硅为主材料进行加工，然后沉积氮化硅SiN薄膜，光刻薄膜图形，干法刻蚀得到SiN薄膜得到阵列的氮化硅凸起点。这样可以减少垫片氮化硅层与键合片的接触面积，降低范德瓦尔斯力，中间的SiN薄膜可以避免垫片与键合片发生融硅键合。

硅垫片形状的加工是根据键合夹具尺寸与形状，把需要切除的面积计算出来，利用划片机切割成形成。这样在加工中易于操作使用，使用时将制作好的垫片按照形状放置在套刻的键合片上进行键合加工就可以了。表面SiN薄膜的制作可以有效的防止沾污且键合时垫片能轻易取下，垫片形状的加工用来适配键合夹具，方便用于加工生产。

本发明与现有的解决硅片表面沾污的方法相比具有如下优点：

（1）本发明采用使用垫片的方法避免硅片表面沾污，不需要化学和物理手段去除，可以提高MEMS器件可动结构的完整性，更加适用于MEMS器件加工。

（2）本发明简单实用，垫片的制作流程、加工方法简单，使用方法易于操作，适于生产加工中广泛应用。

附图说明

图1为本发明的硅垫片的结构剖视图示意图；

图2为本发明的硅垫片的使用方法示意图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明提供的一种硅硅键合表面沾污的处理方法做进一步的说明。

一、硅垫片结构及制作：

如图1所示，本发明中的硅垫片包括：在单晶硅片2表面制作氮化硅1薄膜，氮化硅薄膜的制作工艺为公知技术，主要有以下几个步骤：

（a）硅片常规清洗处理；

（b）PECVD沉积一层1500?氮化硅薄膜；

（c）LC100A光刻胶光刻图形；

（d）干法刻蚀氮化硅，在单晶硅片2形成阵列的氮化硅凸点2。

二、用划片机对硅垫片进行切割，使硅垫片与待键合硅片形状相适应；

三、硅垫片的使用方法：

    如图2所示，使用时将硅垫片2带有氮化硅薄膜一面放置在键合片上，进行键合工艺。

即将硅垫片沉积氮化硅的一面与待键合硅片3对准贴紧，放置于键合夹具中固定；

将硅垫片2以及待键合硅片3进行预键合，预键合工艺过程如下：

硅片兆声清洗处理，

等离子表面活化处理，

键合对准设备套刻对准，硅垫片2沉积氮化硅的一面与待键合硅片3对准贴紧，

预键合（温度400，压力4000mbar，时间20分钟），

取下硅垫片，将预键合后的硅片3进行烧结键合（温度1100），

硅垫,2直接取下即可，不需要特殊工具，

预键合后的硅,3表面质量良好，显微镜观察没有沾污。高温烧结键合后硅片表面没有异常。