[发明专利]通过分子粘附来键合的方法

说明书

背景技术

本发明涉及通过将至少一个层转移到最终基板上而形成的多层半导体结构或晶片(wafer)(也称为复合结构)的制造的领域。通过将第一晶片(或初始基板)键合(bond)(例如通过分子粘附)到第二晶片(或最终基板)上来获得这种层转移，所述第一晶片通常在键合之后被薄化。转移后的层还可以包括组件或多个微组件(micro-component)的全部或一部分。

更准确地，本发明涉及可能在通过分子粘附键合的两个晶片之间的键合界面处以局部的方式出现键合缺陷的问题。

通过分子粘附的键合本身是众所周知的技术。作为提醒，通过分子粘附的键合的原理基于使两个表面直接接触，也就是说不使用特定的材料(胶、蜡、钎焊等)。这种操作要求键合表面足够光滑，没有微粒(particulate)或污染，并且要求这些键合表面足够靠近在一起以使得能够通常以小于几纳米的距离发起(initiate)接触。在这种情况下，两个表面之间的吸引力足够高，以导致分子粘附(由待键合的两个表面的原子或分子之间的全部电子相互作用吸引力(范德华力(Van Der Waals forces))而引起的键合)。

图1A至图1D示出了包括通过分子粘附将第一晶片102键合到第二晶片106上的多层结构的一个示例性实施方式，所述第二晶片106形成支承晶片。

第一晶片102在这里包括在其键合面102a上的一系列微组件104(图1A)。借助于使得能够限定用于形成与待形成的所述微组件104对应的图案的区域的掩模通过光刻(photolithography)来形成所述微组件104。

在本文中，将术语“微组件”理解为意指由在层上或层内执行的技术步骤产生的并且其定位必须被准确控制的器件或任何其它图案。因此，这些微组件可以是有源组件或无源组件、简单的接触件、互连件(interconnection)等。

在该示例中，支承晶片106由例如通过所述支承晶片的氧化形成的热氧化物108(或沉积的氧化物)的层覆盖，以便利于与第一晶片102的分子粘附(图1A)。

为了制备第一晶片102的键合表面102a和第二晶片106的键合表面106a，通常实现某些形式的处理，该处理根据希望获得的键合能量而改变(化学-机械抛光(CMP)、清洗、刷净、疏水/亲水处理等)。

一旦已经制备了所述晶片，就在键合机115中定位支承晶片106。更准确地，考虑到支承晶片106通过分子粘附与第一晶片102的组装，在键合机115的基板支架(holder)110上定位支承晶片106。基板支架110例如借助于静电或抽吸(suction)系统将第二晶片106保持在适当位置。

随后将第一晶片102放置在第二晶片106上，以便与所述第二晶片106紧密接触(图1B)。然后通过在第一晶片102上施加接触力(机械压力)来执行分子粘附的发起。该接触力的施加使得键合波122的传播能够从所述发起点开始发起(图1D)。借助于键合机115配备的施加工具114(例如，触控笔)来发起所述键合波122。

在本文中，“键合波”是指从所述发起点传播并且与吸引力(范德华力)从接触点在所述两个晶片之间的整个紧密接触表面(键合界面)上的扩散对应的分子键合或粘附波前。

因此，键合波122在晶片102和晶片106的整个键合表面上的传播允许所述两个晶片通过分子粘附的键合，以便获得多层结构112。

一旦键合已经受到实现，就可以通过实施热退火来增强第二晶片。随后，第一晶片102可以被薄化，以便形成被转移到支承晶片106上的层。

然而，本申请人已经注意到在所述两个晶片之间的键合界面处，并且更准确地在位于与键合发起点116相对的侧的区域120中，存在局部键合缺陷118(图1E)。这些缺陷对应于其中所述两个晶片102和106表现出非常低的键合力或者甚至完全不存在键合的区域。

由于这些键合缺陷降低了所述晶片之间的键合的质量，因此这些键合缺陷对于制造商是不期望的。更通常地，这些缺陷是未经优化的制造工艺的指示，这一事实减小了因此产生的多层结构的吸引力。

因此，当前需要提高通过分子粘附组装的多层结构的制造的质量。具体地，存在使用使得能够减少或甚至完全防止上述键合缺陷在晶片之间的键合界面处的出现的分子粘附的键合处理的需要。

发明内容

为此，本发明提供了一种通过分子粘附来键合的方法，所述方法包括以下步骤：

将第一晶片和第二晶片定位在气密密封的容器内；

将所述容器抽空到低于或等于400hPa的第一压力；