[发明专利]半导体晶片表面键合加工用等离子体真空热压键合机及键合方法

权利要求书

1.一种半导体晶片表面键合加工用等离子体真空热压键合机，其特征在于，包括机体，设在机体上的真空腔体和用于将真空腔体进行抽真空的抽真空装置，所述真空腔体内设有用于分别放置待键合加工的半导体晶片的上样品台和下样品台，上样品台与下样品台相对设置且能够相对运动以使位于其上的两半导体晶片贴合；所述真空腔体内设有能够水平移动至两半导体晶片之间的阴极放电板；所述上样品台和下样品台上设有加热器，该加热器产生的热量传递给上样品台和下样品台上所定位的半导体晶片。

2.根据权利要求1所述的半导体晶片表面键合加工用等离子体真空热压键合机，其特征在于，所述上样品台与下样品台在竖向方向上相对设置，其中上样品台受竖向设置的丝杆螺母机构或气缸驱动机构驱动下降，以使位于上样品台上的半导体晶片与位于下样品台上的半导体晶片能够贴合。

3.根据权利要求1或2所述的半导体晶片表面键合加工用等离子体真空热压键合机，其特征在于，所述位于上样品台上的半导体晶片的抛光面朝下，位于下样品台上的半导体晶片的抛光面朝上。

4.根据权利要求1或2所述的半导体晶片表面键合加工用等离子体真空热压键合机，其特征在于，所述加热器的电线用绝缘陶瓷保护，以避免电线与高温接触发生短路。

5.根据权利要求1或2所述的半导体晶片表面键合加工用等离子体真空热压键合机，其特征在于，所述真空腔体内部的右侧为阴极放电板放置区域，所述阴极放电板放置区域外接射频电源以对阴极板加电，所述阴极放电板通过水平设置的丝杆螺母机构或气缸驱动机构驱动水平移动。

6.根据权利要求2所述的半导体晶片表面键合加工用等离子体真空热压键合机，其特征在于，所述上样品台上竖向设置的丝杆螺母机构与步进电机连接并受其控制，以使丝杆步进调节上样品台与下样品台压力大小。

7.根据权利要求1或2所述的半导体晶片表面键合加工用等离子体真空热压键合机，其特征在于，所述上样品台与下样品台、阴极放电板表面贴有硅片、锗片或磷化铟片，用于去除等离子处理时样品台和阴极放电板的不锈钢对半导体晶片表面的影响，以实现不同半导体晶片高质量的键合。

8.根据权利要求1或2所述的半导体晶片表面键合加工用等离子体真空热压键合机，其特征在于，所述真空腔体上还连接有进气通道，以用于通入来打开真空腔体的氮气和用来进行进气控压的氩气。

9.一种使用权利要求1-8任一的键合方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、打开真空腔体，将两个待键合加工的半导体晶片分别放在上样品台与下样品台上，并对准定位；

S2、打开抽真空装置完成对真空腔体的高真空抽取；

S3、当真空度达到目标值，开始输入氩气，进气控压稳定后，驱动阴极放电板移动到位于上样品台与下样品台之间的真空腔体中间区域，打开射频电源对上样品台与下样品台上的半导体晶片进行等离子体处理，等离子体处理后，关闭射频电源，驱动阴极放电板抽离键合区域；

S4、通过驱动上样品台下降，使上样品台与下样品台上的两半导体晶片贴合接触，并保持两者的贴合压力；

S5、对压力下的两半导体晶片进行原位加热；

S6、待加热一定时间后在原位进行退火，退火完成后，上样品台上升，撤去施加对两半导体晶片施加的压力，开腔取出样品完成原位键合。

10.根据权利要求9所述的键合方法，其特征在于，所述步骤S3中真空度目标值为10-4Pa，真空腔体控压压力值为2.5 Pa ，两半导体晶片之间的压力值为 1000 N-3000 N），两半导体晶片进行原位加热时的温度为 300℃-600℃) 。