[发明专利]一种晶圆键合方法

说明书

本发明提供了一种晶圆键合方法，包括以下步骤：对待键合的晶圆进行等离子体活化处理；对经过等离子体活化处理后的晶圆进行清洗；以梯度升温模式对清洗后的晶圆进行氮气干燥；对干燥后的晶圆进行预键合和键合。该方法通过采用热氮气梯度加热，对整片晶圆进行氮气干燥处理，以消除或减少键合后两片晶圆之间的空洞形成。

技术领域

本发明涉及一种晶圆键合方法，属于半导体制造技术领域。

背景技术

随着半导体技术的发展，硅片在半导体行业中有着广泛并重要的应用。晶圆之间的连接通常采用键合技术，利用两片晶圆键合表面的原子键合力，经过处理使键合表面的原子反应产生共价键合，并实现一定的键合强度。

晶圆键合技术指的是在不添加粘合剂的情况下先对晶圆进行清洗，之后进行晶圆表面活化处理，再进行两片晶圆的预键合，然后经过一些物理化学反应使键合晶圆对形成一个整体。常用的键合技术有阳极键合、共晶键合等。

随着半导体制造技术的发展，键合技术也面临着挑战，迫切需要克服键合失效以及晶圆破裂等问题。

常用的等离子体活化键合法可以将两片晶圆在室温下预键合到一起，经过200～400℃的低温退火后达到一定的键合强度。该方法操作方便且成本相对较低，受到了研究者和工业界的重视，但存在的问题是在低温退火过程中，晶圆的键合界面中往往出现大量的孔洞(Void)，这些孔洞严重降低了器件的成品率和可靠性。

此外，如果晶圆表面被颗粒物污染，也会造成孔洞缺陷。因此，在进行键合前通常需要对晶圆表面进行化清洗。当前采用的氮气干燥方法通常在常温下进行，但是清洗之后残留在晶圆表面的化学清洗剂或水分在后续的退火过程中受热挥发，也会在晶圆表面形成孔洞。

中国专利申请CN2018100965559公开了一种氮气清洗方法，通过对晶圆背面和正面的倒角处在氮气保护下进行清洗，以解决晶圆键合时边缘产生缺陷的问题。该方法仅对晶圆进行局部清洗，且氮气保护的清洗也在常温下进行，不能解决晶圆表面清洗剂和水分残留产生空洞的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种晶圆键合方法，通过采用热氮气梯度加热，对整片晶圆进行氮气干燥处理，以消除或减少整个晶圆表面的孔洞形成。

根据本发明的一个方面，提供一种晶圆键合方法，包括以下步骤：

对待键合的晶圆进行等离子体活化处理；

对经过等离子体活化处理后的晶圆进行清洗；

以梯度升温模式对清洗后的晶圆进行氮气干燥；

对干燥后的晶圆进行预键合和键合。

优选地，氮气干燥步骤中，氮气温度为23～150℃。

氮气干燥步骤中，所述梯度升温模式包括第一梯度和第二梯度，其中，所述第一梯度氮气温度为23～70℃，第二梯度氮气温度为70～150℃。

优选地，所述第一梯度氮气流速为10～20L/min。所述第二梯度氮气流速为10～20L/min。

优选地，所述晶圆键合方法在清洗步骤之后、氮气干燥步骤之前还依次包括二相流喷射步骤和超纯水喷射步骤。其中，所述二相流包括水相和水相中夹带的微纳米气泡。

优选地，氮气干燥步骤中，氮气流在晶圆表面从晶圆中心向外吹扫并进行往复运动。并且，氮气流吹扫距离为距离晶圆表面20～50mm。

根据本发明的方法通过氮气梯度加热，使清洗后残留在晶圆表面的清洗剂和水分干燥充分，从而消除或减少键合过程中整个晶圆表面的空洞形成，降低键合晶圆的空洞率，从而提高制程的空洞良率。

附图说明