[实用新型]一种晶圆低温键合系统

说明书

本实用新型涉及一种晶圆低温键合系统，所述键合系统包括：传输模块、等离子活化模块，清洗亲水模块，对准键合模块；传输模块用于存放及传输晶圆，并与控制系统相连，实现自动化生产；等离子活化模块采用等离子体对晶圆表面进行活化处理，增加晶圆表面的悬挂键；清洗亲水模块用于对经过等离子活化处理后的晶圆表面进行亲水处理，使悬挂键转化为羟基，同时对晶圆表面进行清洗防止大颗粒污染；对准键合模块用于对经过等离子活化和亲水处理的两张晶圆进行对准，完成对准之后进行晶圆键合，经过键合后的两张晶圆形成晶圆对。本实用新型的晶圆低温键合系统中可以在低温低压的情况下完成键合所需的全部工艺，克服了高温键合工艺的缺陷。

技术领域

本实用新型涉及一种半导体或集成电路制造技术领域，特别涉及一种晶圆低温键合系统。

背景技术

伴随着对芯片功能的需求不断提高，通过缩小晶体管尺寸来提高性能的方式却愈发困难，物理极限、现有的显影技术极限和存储电子密度极限等制约了平面型集成电路的发展，同时随着工艺尺寸的减小，芯片内引线的寄生电阻和电容、延迟和功耗的增加对集成电路性能的影响也越来越大，因此集成电路技术逐渐由2D平面向3D集成方向发展，国际半导体技术路线图(ITRS)已将3D集成方式作为解决互连引线瓶颈问题的一种优选方案。3D集成即是将多个芯片堆叠在一起，芯片间采用垂直通孔实现电连接的集成电路，已被广泛视为一种“超越摩尔”的途径。

实现3D集成一个最重要的手段就是晶圆键合，传统晶圆键合是在高温高压条件下完成键合的全过程，即通过高温熔融和高压把两张晶圆压紧实现晶圆键合，高温键合由此导致的热应力问题会造成器件工作不稳定和可靠性降低，同时过高的温度还会使晶圆材料中的功能成份再度扩散，致使电学特性劣化，高压容易造成晶圆的应力集聚，导致晶圆表面的图形塌陷甚至造成晶圆碎片。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种晶圆低温键合系统。

本实用新型的技术方案是：一种晶圆低温键合系统，包括：传输模块、等离子活化模块，清洗亲水模块，对准键合模块；所述传输模块，用于存放及传输晶圆，并与控制系统相连，实现自动化生产；所述等离子活化模块，用于采用等离子体对晶圆表面进行活化处理，增加晶圆表面的悬挂键；所述清洗亲水模块，用于对经过等离子活化处理后的晶圆表面进行亲水处理，使悬挂键转化为羟基，同时对晶圆表面进行清洗防止大颗粒污染；所述对准键合模块用于对经过等离子活化和亲水处理的两张晶圆进行对准，完成对准之后进行晶圆键合，经过键合后的两张晶圆形成晶圆对。

进一步地，所述传输模块包括晶圆盒载台，前端传输机械手，晶圆暂存装置，预对准装置和后端转运机械手。

进一步地，还包括对准校验模块，所述对准校验模块，用于对所述晶圆对的对准精度进行检测，用以判定晶圆对的对准精度是否满足工艺要求。

进一步地，还包括解键合模块，所述解键合模块，用于将对准精度不满足工艺要求的晶圆对进行解键合处理。

进一步地，所述等离子活化模块和所述清洗亲水模块可为一个或多个。

本实用新型具有以下有益效果：(1)避免晶圆键合过程中产出的热应力问题，利用晶圆之间的表面分子间力实现低温键合，利用晶圆之间表面分子间力的方法需要对晶圆表面进行活化处理以尽可能多的增加硅悬挂键，同时通过亲水处理使悬挂架转换为羟基，这样就大大提高了晶圆之间的键合能，使得低温键合成为可能。不仅能够在低温退火下同时实现硅硅直接键合，也能实现SiO2、Si3N4和SiCN的低温键合，同时还能实现电介质和金属在低温下的同时键合。本实用新型的晶圆低温键合系统中可以在低温低压的情况下完成键合所需的全部工艺，克服了高温键合工艺的缺陷。

(2)传输模块、等离子活化模块、清洗亲水模块、对准键合模块、对准校验模块、解键合模块进行了模块化的设计，可以根据不同用户的不同需求，对键合系统中的各模块单元进行灵活配置，使各模块单元的效能最大化，最终实现晶圆低温键合系统的最大产率。

附图说明