[发明专利]晶圆键合方法及晶圆键合设备

说明书

本发明提供一种晶圆键合方法及晶圆键合设备，晶圆键合方法包括：将静电吸附卡盘通过静电吸附力吸附上晶圆，下晶圆固定在下卡盘，并将上晶圆和下晶圆对准；将静电吸附卡盘的顶针下压上晶圆的中心区域，使上晶圆向下弯曲并与下晶圆的中心区域接触；调整静电吸附力的大小，使上晶圆在其重力和静电吸附力作用下逐步脱离静电吸附卡盘，并与下晶圆键合。通过静电吸附卡盘吸附上晶圆，在上晶圆下落与下晶圆键合的过程中，通过调整静电吸附力的大小，使上晶圆在其重力和静电吸附力作用下逐步脱离静电吸附卡盘，实现上晶圆下落过程中工艺可控，键合波由中心向四周扩展不受影响，完成晶圆键合；同时减小真空卡盘真空吸附方式对晶圆造成的扭曲。

技术领域

本发明属于集成电路制造技术领域，具体涉及一种晶圆键合方法及晶圆键合设备。

背景技术

随着半导体技术的不断发展，晶圆键合技术得到了广泛的应用，将两片或多片晶圆键合，能有效增加单位面积内的器件数量。

如图1和图2所示，常规键合工艺中，上卡盘04为真空卡盘通过真空吸附上晶圆03，下晶圆02固定在下卡盘01上。在上晶圆03和下晶圆02对准后，位于上卡盘04中心区域的顶针(Piston)05向下施压给上晶圆03，使上晶圆03产生向下弯曲形变，然后移动至一定的距离后，上晶圆03中心真空带开始释放真空，顶针压力保持不变，然后边缘真空带释放真空，上晶圆03和下晶圆02通过范德华力键合在一起，最终顶针05慢慢上升。

该键合工艺存在缺陷有：

(1)、上卡盘04为真空卡盘，真空卡盘对晶圆形变影响大，真空带吸附区域易对晶圆产生形变。

(2)、顶针05施压过程中，上晶圆03受力不均造成扭曲；如图2中的曲线a，上晶圆03中心区域受到顶针05向下的力，上晶圆03边缘例如真空孔06位置受到向上的吸附力，上晶圆03受力不均导致扭曲。

(3)、真空释放瞬间，上晶圆03对应真空孔06的吸附位置受力剧变，影响键合波，造成扭曲；如图2中的曲线a，真空吸附时，上晶圆03对应真空孔06的吸附位置受向上力；如图2中的曲线b，真空释放瞬间向上力突变为0，上晶圆03受向下重力作用下落。另外受力剧变会造成真空带磨损，影响寿命。

(4)、上晶圆03靠重力下落，下落过程中不受控制，键合波由中心向四周扩展完成晶圆键合，边缘区域下落会影响键合波向周围扩展，造成边缘扭曲较大。

发明内容

本发明的目的在于提供一种晶圆键合方法及晶圆键合设备，通过将上卡盘设计为静电吸附卡盘，并通过调整静电吸附力的大小实现上晶圆下落过程中工艺可控，减小真空吸附方式对晶圆造成的扭曲，以及减小吸附区域对晶圆形变影响。

本发明提供一种晶圆键合方法，包括：

将静电吸附卡盘通过静电吸附力吸附上晶圆，下晶圆固定在下卡盘，并将所述上晶圆和所述下晶圆对准；

将所述静电吸附卡盘的顶针下压所述上晶圆的中心区域，使所述上晶圆向下弯曲并与所述下晶圆的中心区域接触；

调整所述静电吸附力的大小，使所述上晶圆在其重力和所述静电吸附力作用下逐步脱离所述静电吸附卡盘，并与所述下晶圆键合。

进一步的，所述顶针下压所述上晶圆的过程中，减小所述静电吸附力。

进一步的，通过调整所述静电吸附卡盘的电源电压大小来调整所述静电吸附力的大小。

进一步的，所述上晶圆向下弯曲的形变量范围20μm～50μm。

进一步的，将所述静电吸附卡盘通过静电吸附力吸附所述上晶圆之前，还包括：通过所述静电吸附卡盘的装载针抓取所述上晶圆，并通过所述装载针调整所述上晶圆与所述静电吸附卡盘的相对位置。

本发明还提供一种晶圆键合设备，包括：