[发明专利]一种键合腔体结构及键合方法

说明书

本发明公开了一种键合腔体结构及键合方法，键合腔体包括上承载台和下承载台，气流形成机构，气流形成机构包括多个开合式集成手臂，集成手臂上朝向晶圆键合面设有多个气嘴，气嘴经切换时成为气体喷嘴或真空吸嘴，当各集成手臂合拢时与承载台之间形成密闭环境，通过将位于晶圆一侧的各气嘴设定为气体喷嘴，向晶圆键合面中平行吹气，将位于晶圆另一侧的各气嘴设定为真空吸嘴，吸取由对应位置气体喷嘴吹来的气体，在两片晶圆间形成高速气流，产生伯努利效应低压，使得晶圆不仅受到来自背面的推力，而且在键合面之间也受到均匀的低压所产生的拉力作用，可增强键合过程中的受力均匀性，同时可以减少环境内颗粒对键合面造成的影响。

技术领域

本发明涉及集成电路工艺设备技术领域，更具体地，涉及一种新型的键合腔体结构及键合方法。

背景技术

晶圆键合工艺是目前集成电路制造中一种较特殊的工艺。从键合工艺产生至今，出现了许多不同类型的晶圆键合方式，如高温键合，真空键合，低温键合等。其中目前最为先进是常温常压下进行的晶圆直接键合工艺，多应用于新兴的3D堆叠技术领域。这种键合方式是在常温和常压条件下，将两片经过表面特殊预处理的抛光硅晶圆片，在不利用粘合剂的情况下，利用晶圆间的分子力作用，将两片晶圆结合在一起的方式。其中的表面预处理包含等离子体轰击和湿法腐蚀等。

键合腔是实现晶圆键合工艺的关键设备。在常温常压直接键合工艺中，键合腔的一般结构为：由两个相对平行的上承载台1和下承载台1组成，分别承载两片待键合的晶圆2，承载台面产生真空吸力，将两片晶圆2分别固定在上下承载台1上。上下两片晶圆2的待键合面相对放置。如图1所示。

这种键合腔通常的工艺方式为：键合开始时，上下承载台1相对运动至一定距离后，承载台面从中心利用机械顶针或者气流的方式，在晶圆2背面中心位置产生一个向外的推力，使得上下两片晶圆2的中心位置开始接触从而产生初始键合力。紧接着原先承载台1的真空吸力释放，使得两片晶圆2 在键合力的作用下从中心至边缘逐步结合直至全部结合完成。如图2所示。

通常在进行键合工艺时，晶圆仅在背面承载台所产生的推力作用下产生形变从而实现键合，受力方式为点接触或线接触，晶圆受力均匀性存在不足，尤其对于本身存在一定翘曲度的晶圆来说，容易在键合过程中造成不可预期的位移，从而产生键合工艺的结果偏差。

此外，由于腔体是常压状态，因而两片晶圆待键合面之间的环境为开放的大气压状态，可能因气流的扰动呈现为非受控状态，对晶圆所受到的键合力造成影响。气流的扰动还有可能带来颗粒，影响键合面的洁净度，使键合后的晶圆对中间出现空洞(void)，严重影响键合成品的良率。

如上所述，现有的键合腔结构的缺点是：晶圆键合时为单面受力，且受力方式为点接触或者线接触，存在不均匀受力的可能，如待键合晶圆本身存在较大翘曲度则受力不均会更加加剧键合过程中产生的工艺偏差。此外现有键合腔体中，两片待键合晶圆的待键合面之间的环境为不受控状态，受外部环境影响大，易受到环境中的气体扰流影响，影响键合工艺的进行，也容易带来不可预知的颗粒影响。

本发明旨在提出一种新的键合腔体结构解决以上的问题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的上述缺陷，提供一种键合腔体结构及键合方法。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种键合腔体结构，包括上承载台和下承载台，还包括：气流形成机构，所述气流形成机构包括多个开合式集成手臂，各所述集成手臂在合拢时与处于键合位置的上承载台和下承载台之间形成密闭环境，所述集成手臂上朝向晶圆键合面设有多个气嘴，所述气嘴经切换时成为气体喷嘴或真空吸嘴；其中，当各所述集成手臂合拢时，通过将位于晶圆一侧的各所述气嘴设定为气体喷嘴，向晶圆键合面中平行吹气，同时，将位于晶圆另一侧的各所述气嘴设定为真空吸嘴，吸取由对应位置气体喷嘴吹来的气体，在两片晶圆间形成高速气流，产生伯努利效应低压，对两片晶圆产生拉力进行键合。