[发明专利]提高硅表面纳米森林中金-金热压键合强度的方法

说明书

本发明涉及一种提高硅表面纳米森林中金‑金热压键合强度的方法，其包括如下步骤：步骤1、提供第一晶圆并在所述第一晶圆上制备所需的纳米森林结构，所述纳米森林结构包括若干锥形纳米体；步骤2、在上述第一晶圆的纳米森林结构上制备所需的针形金属层，所述针形金属层覆盖纳米森林结构上；步骤3、提供第二晶圆并在所述第二晶圆上制备所需的板形金属层；步骤4、将第二晶圆的板形金属层对准置于第一晶圆的针形金属层上，使得板形金属层与针形金属层接触；对板形金属层与针形金属层进行单步热压键合，以得到第一晶圆与第二晶圆的晶圆级键合。本发明能有效提高金‑金键合强度，保证了真空封装器件的稳定性和气密性。

技术领域

本发明涉及一种方法，尤其是一种提高硅表面纳米森林中金-金热压键合强度的方法，属于晶圆键合的技术领域。

背景技术

晶圆级键合技术已经成为MEMS器件封装与制造工艺中的核心技术，除了封装领域外，晶圆级键合技术在其他领域也得到了广泛的应用，如：三维芯片堆叠(3-D chipstacking)，绝缘体上硅晶圆(Silicon-on-insulator)和CIS(CMOS图像传感器)领域等。

目前，用于硅-硅晶圆级键合的工艺有多种。其中，金-金热压键合是一种有中间层的固态连接方式，属于金属扩散键合，早已成为标准的芯片级封装技术。金属扩散键合技术需要同时向待键合衬底施加温度场和压力场，这样才能够使键合界面的金属原子从晶格的一个位点转移到另一个位点，同时将键合界面的间隙弥合到一起。金-金热压键合需要键合表面紧密接触，确保金属原子能通过晶格震动来实现原子的迁移。金属原子的扩散有表面扩散，晶界扩散和体扩散三种不同的路径。金-金热压键合过程考虑的主要是温度和压力两个条件。温度越高，金越软，在一定的压力下，变形及扩散越强，键合效果越好；同样，在一定的温度下，施加的压力越大，表面在压力的作用下接触越好，键合效果越好。金-金热压键合所需温度不高，温度大于300℃即可，但施加压力范围需40KN。以4inch晶圆为例，实现整个键合面区域键合需键合机提供～6MPa的压强，这极大地考验了键合设备的压力系统。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种提高硅表面纳米森林中金-金热压键合强度的方法，其能有效提高金-金键合强度，保证了真空封装器件的稳定性和气密性。

按照本发明提供的技术方案，所述提高硅表面纳米森林中金-金热压键合强度的方法，所述方法包括如下步骤：

步骤1、提供第一晶圆并在所述第一晶圆上制备所需的纳米森林结构，所述纳米森林结构包括若干锥形纳米体；

步骤2、在上述第一晶圆的纳米森林结构上制备所需的针形金属层，所述针形金属层覆盖纳米森林结构上；

步骤3、提供第二晶圆并在所述第二晶圆上制备所需的板形金属层；

步骤4、将第二晶圆的板形金属层对准置于第一晶圆的针形金属层上，使得板形金属层与针形金属层接触；对板形金属层与针形金属层进行单步热压键合，以得到第一晶圆与第二晶圆的晶圆级键合。

步骤4中，对板形金属层(7)、针形金属层(4)进行单步热压键合时，每步径压力为0.01MPa～0.02MPa，单步径保持时间为5min～10min。

所述步骤1中，制备得到纳米森林结构的过程具体包括：

步骤1.1、在第一晶圆的正面涂覆得到聚合物层，并对所述聚合物层进行等离子体轰击，以得到支撑于第一晶圆正面上的若干柱状纳米体；

步骤1.2、利用上述柱状纳米体对第一晶圆进行各向异性刻蚀，以得到位于所述柱状纳米体正下方的锥形纳米体；

步骤1.3、去除上述锥形纳米体上的柱状纳米体，以利用若干锥形纳米体在第一晶圆的正面形成纳米森林结构。

在第一晶圆的正面涂覆得到聚合物层后，对所述聚合物层进行图形化，以得到所需的聚合物图形；