[发明专利]共晶键合的方法

说明书

本发明提供一种共晶键合的方法，包括：1)在所述第一、第二晶圆表面形成第一、第二键合材料；2)将第一、第二键合材料对准；3)升温至第一温度下保持第一时间，以去除水气；4)升温至第二温度并施加第一压力，保持第二时间进行预键合；以及5)升温至第三温度并施加第二压力，保持三第时间，在保持所述第三时间的过程中，对所述第一晶圆和所述第二晶圆施加一快速升降温的温度脉冲，或施加一压力脉冲，以使所述第一键合材料与所述第二键合材料实现共晶键合。本发明通过在共晶键合过程中，施加一快速升降温的温度脉冲或施加一压力脉冲，使得键合材料尽快地产生足够的熔融液体，加速共晶键合过程，避免键合空洞的产生，同时，该温度脉冲或压力脉冲时间足够短，可以大大减小熔融液体的扩散时间，避免溢流现象的产生。

技术领域

本发明属于半导体制造领域，特别是涉及一种共晶键合的方法。

背景技术

圆片级键合技术是将两片晶圆互相结合，并使得表面原子相互反应，让表面间的键合能达到一定的强度，从而使两片晶圆结合在一体。圆片级键合有多种方法，如熔融键合、热压键合、低温真空键合、阳极键合及共晶键合等。其中，共晶键合以其键合温度低、键合强度高的特点在圆片级键合领域得到了广泛的应用。

晶圆级共晶键合技术广泛的应用于MEMS器件，其中金属共晶不仅可以提供很好的密封性，而且可以进行引线互联，越来越多的应用于MEMS工艺中。在共晶状态下，有些相互接触的金属表面为液体，液体会进行一定的流动，可能会流到不需要金属的地方，这种情况称为溢流；有些相互接触的地方，因为浓度比例因素，没有形成液体，无法键合，这种情况则称为键合空洞或者键合不良。

图1～图2显示为传统的共晶键合工艺示意图，如图1所示，首先在第一晶圆101表面形成第一材料层102，在第二晶圆103表面形成第二材料层104，然后对第一晶圆101及第二晶圆103对准键合，使第一材料层102及第二材料层104形成共晶材料105。由于工艺条件，如温度等的不稳定性，在共晶键合的过程中，容易在共晶材料105中形成键合空洞106，或在第一晶圆及第二晶圆之外形成溢流107，如图2所示。

由于溢流和键合空洞这两种缺陷的存在，共晶键合的工艺窗口通常很小。特别是共晶点温度的工艺可变范围，如常规的Al-Ge共晶工艺中，共晶点温度窗口只有±2℃，大大的限制了晶圆键合良率的提升。考虑到机台本身控温可能存在一些变化，增大共晶键合的工艺窗口极其重要。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种共晶键合的方法，用于解决现有技术中共晶键合的工艺窗口过小的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种共晶键合的方法，所述方法包括步骤： 1)提供第一晶圆及第二晶圆，在所述第一晶圆表面形成第一键合材料，在所述第二晶圆表面形成第二键合材料；2)将所述第一键合材料与所述第二键合材料对准；3)升温至第一温度下保持第一时间，以去除水气；4)升温至第二温度并对第一晶圆和所述第二晶圆施加第一压力，保持第二时间以使所述第一键合材料与所述第二键合材料预键合；以及5)升温至第三温度并对所述对第一晶圆和所述第二晶圆施加第二压力，保持第三时间，在保持所述第三时间的过程中，对所述第一晶圆和所述第二晶圆施加一快速升降温的温度脉冲，该温度脉冲的升降温速度不小于30℃/min，以使所述第一键合材料与所述第二键合材料实现共晶键合，其中，所述温度脉冲的最大值大于所述第三温度。

可选地，所述第一温度介于150℃～250℃之间，升温至所述第一温度的升温速度介于 10℃/min～40℃/min之间，所述第一时间介于10min～120min之间。

可选地，所述第二温度介于350℃～410℃之间，所述第一压力介于10kn～40kn之间，所述第二时间介于10min～100min之间。

可选地，所述第三温度介于420℃～435℃之间，所述第二压力介于20kn～40kn之间，所述第三时间介于4min～12min之间。