[发明专利]一种晶圆键合方法

说明书

一种晶圆键合方法，包括：提供具有正面和背面的第一晶圆和第二晶圆；对第一和第二晶圆的正面进行等离子体活化处理；对等离子体活化处理后的第一和第二晶圆的正面进一步进行硅溶胶冲洗处理；对硅溶胶冲洗后的第一和第二晶圆执行初步键合工艺；对初步键合的第一和第二晶圆进行热处理。通过硅溶胶冲洗为晶圆正面提供更多的羟基，从而增加键合强度。硅溶胶优选低浓度的硅溶胶。

技术领域

本发明涉及半导体制造领域，尤其涉及一种晶圆键合工艺。

背景技术

随着电子产业的发展，芯片的功能越来越复杂，尺寸越来越小，适应该需求的新的半导体技术不断涌现，如晶圆级封装、3D芯片堆叠，3D器件、绝缘体上硅晶圆等等，这些技术的发展驱动了晶圆键合技术的发展。

晶圆键合是通过晶圆界面处的原子在外界能量的作用下，通过范德华力、分子力甚至原子力使晶圆键合成为一体的技术。现有圆晶键合工艺手段可分为四大类：粘结剂和阳极键合、直接晶圆键合、金属键合、混合金属介质键合。其中直接晶圆键合技术由于适用于各种不同晶向的材料，且温度适用范围大，单位时间产出较高，且一般能保证一定的键合强度，因此应用范围广泛。等离子体活化键合是常用的直接晶圆键合工艺的一种。

现有技术中，等离子体活化键合技术通常采用如下的方法。首先对晶圆进行表面抛光和清洗，然后经过等离子体表面活化，再使用去离子水进行表面冲洗，随后再进行预键合，最后经过一定温度下的热处理而完成晶圆的键合工艺。然而上述等离子体活化键合在未进行最后一道热处理前是通过范德华力和羟基中的氢键相互连接以到达粘结在一起的作用，最后再经过热处理脱去水分子形成共价键以实现稳定键合的作用，但由于前处理工艺中使用的去离子水中的羟基含量较低，难以提供足够量的羟基用以实现后期的共价键键合，出现脱粘(debond)现象，如图1所示。同时在工艺制程要求更高时，该问题将进一步凸显。

发明内容

为了解决上述问题，本申请提出了一种晶圆键合方法，其通过对等离子体活化后的晶圆正面进行硅溶胶冲洗处理，对键合表面提供足够的羟基，从而提高晶圆键合结合力，为后续工艺提供更大的工艺窗口，提升器件结构稳定性和可靠性。硅溶胶粒子表面活性非常高，其表面携带的大量羟基在与晶圆接触后迅速吸附在晶圆表面，为后续的键合工艺提供足够量的羟基，以提高键合强度。同时当准备键合的晶圆正面粗糙度较大的情况下，硅溶胶的胶粒可以很好的填充表面粗糙形成的表面微观结构上的空隙,在经过热处理工艺后，硅溶胶胶粒和基底完全融合一体，减少微观结构上的空隙。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的。

提供一种晶圆键合方法，包括如下步骤：

提供第一晶圆和第二晶圆，第一晶圆和第二晶圆分别包括正面和背面；

对第一和第二晶圆的正面进行等离子体活化处理；

对第一和第二晶圆的正面进一步进行硅溶胶冲洗处理；

对硅溶胶冲洗处理后的第一和第二晶圆执行初步键合工艺，完成第一和第二晶圆的贴合；

对贴合的第一和第二晶圆进行热处理，完成第一和第二晶圆的键合。

其中，等离子体活化处理采用氧气或者氮气，处理压力为0.05-0.5mbar，高频放电功率为40-100W，低频放电功率为10-40W，处理时间5s-50s。。

其中，硅溶胶优选低浓度硅溶胶，更优选的浓度为1％-30％。

其中，硅溶胶冲洗处理包括第一和第二晶圆在转速50-1000rpm下冲洗10-30s，优选地，包括第一和第二晶圆在转速200rpm下冲洗10-30s。

其中，冲洗处理后初步键合工艺前，还包括晶圆的甩干工艺。

其中，初步键合工艺中，第一和第二晶圆进行键合前距离为20-100um，晶圆键合时最内圈施加压力为80-200mbar。