CN109712880A - 一种晶圆键合力的提升方法及增强系统 - Google Patents

一种晶圆键合力的提升方法及增强系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及半导体技术领域，尤其涉及一种晶圆键合力的提升方法及增强系统，其中，包括：步骤S1，提供一以硅为衬底的键合晶圆；步骤S2，将键合晶圆置于一微波发生室中；步骤S3，通过微波加热使微波发生室的温度上升并维持在一预设阈值；步骤S4，键合晶圆达到一预定温度后，经过一预设时间停止微波；步骤S5，冷却键合晶圆；在对少量的键合晶圆进行加热的情况下也不会产生能源的浪费，且不需要过长的预热过程，快速、高效。

Description

一种晶圆键合力的提升方法及增强系统
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，尤其涉及一种晶圆键合力的提升方法及增强系统。
背景技术
在集成电路工艺中，三维集成是一种在保持现有技术节点的同时提高芯片性能的解决方案。通过将两个或多个功能相同或不同的芯片进行三维集成可提高芯片的性能，同时也可以大幅度缩小功能芯片之间的金属互联的占用空间，同时减少发热、功耗和延迟。
在三维集成工艺中，晶圆与晶圆的键合工艺是核心重点，其中晶圆键合力是衡量晶圆键合工艺的核心指标。目前常用的是采用垂直炉管方式加热来提高键合晶圆的键合力强度。但是，垂直炉管的加热过程较为严苛，加热过程需要消耗较多的能源，在垂直炉管处于非满载的状况下，能源消耗量也不会减少。而且，垂直炉管的加热过程需要消耗较长的时间，一般长达6小时左右，在很大程度上限制了该技术的使用场景。
发明内容
针对上述问题，本发明提出了一种晶圆键合力的提升方法，其中，包括：
步骤S1，提供一以硅为衬底的键合晶圆；
步骤S2，将所述键合晶圆置于一微波发生室中；
步骤S3，通过微波加热使所述微波发生室的温度上升并维持在一预设阈值；
步骤S4，所述键合晶圆达到一预定温度后，经过一预设时间停止所述微波；
步骤S5，冷却所述键合晶圆。
上述的提升方法，其中，所述步骤S2中，采用石英晶舟承载置于所述微波发生室中的键合晶圆。
上述的提升方法，其中，所述步骤S2中，将所述键合晶圆置于一晶圆传送腔中，并通过一第一机械臂将所述晶圆传送腔中的所述键合晶圆移动至所述石英晶舟中；
通过一第二机械臂将所述石英晶舟移动至所述微波发生室中。
上述的提升方法，其中，所述步骤S3中，所述微波发生室产生的微波的频率为2400～2500MHz。
上述的提升方法，其中，所述步骤S3中，所述预设阈值为200～400℃，和/或
所述预定温度为200～400℃。
上述的提升方法，其中，所述预设时间为45～60min。
上述的提升方法，其中，所述步骤S5中，将所述键合晶圆冷却至室温。
本发明还提出了一种晶圆键合力的增强系统，其中包括：
一晶圆传送腔，放置一以硅为衬底的键合晶圆，所述晶圆传送腔包括一石英晶舟，通过一第一机械臂将所述晶圆传送腔中的所述键合晶圆移动至所述石英晶舟，以承载需要加热的所述键合晶圆；
一微波发生室，通过一第二机械臂将所述石英晶舟移动至所述微波发生室中，以对需要加热的所述键合晶圆进行加热；
一风冷室，通过所述第二机械臂将所述石英晶舟移动至所述风冷室中，以冷却放置于所述石英晶舟的所述键合晶圆。
上述的增强系统，其中，所述微波发生室包括一热电偶，所述热电偶用于检测所述键合晶圆的温度；或通过检测所述微波发生室内的温度，以检测所述键合晶圆的温度。
上述的增强系统，其中，所述微波发生室包括一定时模块，所述定时模块设置一预设时间，当所述键合晶圆达到一预定温度，并在所述预定温度下保持所述预设时间后，以停止所述微波发生室。
有益效果：本发明提出的一种晶圆键合力的提升方法及增强系统，在对少量的键合晶圆进行加热的情况下也不会产生能源的浪费，且不需要过长的预热过程，快速、高效。
附图说明
图1为本发明一实施例中晶圆键合力的提升方法的步骤流程图；
图2为本发明一实施例中晶圆键合力的提升方法采用的晶圆键合力增强系统的结构原理图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行进一步说明。
在一个较佳的实施例中，如图1所示，提出了一种晶圆键合力的提升方法，其中，可以应用于如图2所示的一晶圆键合力增强系统；该晶圆键合力的提升方法可以包括：
步骤S1，提供一以硅为衬底的至少一个键合晶圆10，图2中以4个键合晶圆10为例，键合晶圆10的键合面上可以形成有分布均匀的硅醇键和羟基；
步骤S2，将键合晶圆10置于一微波发生室30中；
步骤S3，通过微波发生室30产生的微波对每个键合晶圆10进行辐射，使得每个键合晶圆10的键合面上的硅醇键(Si-OH)与羟基(OH-)进行反应，形成水以及包括硅氧键的二氧化硅；反应式具体为Si-OH+OH-＝SiO2+H2O；微波加热使微波发生室30的温度上升并维持在一预设阈值；
步骤S4，键合晶圆达到一预定温度后，经过一预设时间停止微波；
步骤S5，冷却每个键合晶圆10。
上述技术方案中，每个键合晶圆10可以是通过两个或以上的独立晶圆键合形成的，且每个独立晶圆中可以制备有相应的结构，但这是本领域的惯用技术手段，在此不再赘述；步骤S3中，应保证微波发生室30产生的微波能够覆盖每个键合晶圆10的整个键合面，同时微波也可以覆盖至键合晶圆10的其他部分，这并不影响键合晶圆10的非键合面的位置的性能或品质。
在一个较佳的实施例中，步骤S1中，键合晶圆10通过等离子体轰击和亲水性处理在键合面上形成分布均匀的硅醇键和羟基。
上述技术方案中，步骤S1中具体地，等离子体轰击和亲水性处理可以存在一先后顺序，键合晶圆10通过等离子体轰击能够将键合晶圆10的键合面上的硅氧键(Si-O)打开，形成硅的悬挂键(Si-)，然后进行亲水性处理，使得硅的悬挂键挂上羟基(OH-)，形成硅醇键(Si-OH)，未形成硅醇键的羟基仍然保持现有状态，等待后续步骤中与硅醇键进行反应。
在一个较佳的实施例中，步骤S2中，可以采用石英晶舟200承载置于微波发生室30中的键合晶圆10。
上述技术方案中，键合晶圆10在石英晶舟200中可以是整齐排列或叠放的。
上述实施例中，优选地，步骤S2中，可以将键合晶圆10置于一晶圆传送腔20中，并通过一第一机械臂将晶圆传送腔20中的键合晶圆10移动至石英晶舟200中。
上述技术方案中，晶圆传送腔20可以包括石英晶舟200，且该石英晶舟200例如可以通过电机的驱动进行运动；步骤S5中，冷却的可以在独立的风冷室50中完成，在这种情况下，将每个键合晶圆10传送至一风冷室50中仍然可以通过晶圆传送腔20完成。
上述实施例中，优选地，步骤S2中，可以通过一第二机械臂将石英晶舟200移动至微波发生室30中。
在一个较佳的实施例中，步骤S3中，微波发生室30产生的微波的频率可以为2400～2500MHz，举例来说，可以是2420MHz，或2440MHz，或2450MHz，或2460MHz，或2480MHz，或2490MHz等。
在一个较佳的实施例中，步骤S3中，预设阈值为200～400℃，和/或
预定温度为200～400℃，举例来说，预设阈值和/或预定温度可以是220℃，或250℃，或280℃，或320℃，或360℃，或380℃等。
上述技术方案中，微波发生室30中可以包括一热电偶300，该热电偶300可以用于检测键合晶圆10的温度，或者通过检测微波发生室30内的温度间接检测键合晶圆10的温度。
在一个较佳的实施例中，预设时间为45～60min，举例来说，可以是47min，或49min，或51min，或53min，或55min，或57min，或59min等。
在一个较佳的实施例中，步骤5中，可以通过氮气或压缩干燥空气冷却键合晶圆10，并且可以将键合晶圆10冷却至室温。
上述技术方案中，还可以选择其他惰性气体完成冷却。
在一个较佳的实施例中，晶圆键合力的提升方法应用于晶圆键合力增强系统，如图2所示，包括：
一晶圆传送腔20，放置一以硅为衬底的键合晶圆10，晶圆传送腔20包括一石英晶舟200，通过一第一机械臂将晶圆传送腔20中的键合晶圆10移动至石英晶舟200，以承载需要加热的键合晶圆10；
一微波发生室30，通过一第二机械臂将石英晶舟200移动至微波发生室20中，以对需要加热的键合晶圆10进行加热；
一风冷室50，通过第二机械臂将石英晶舟200移动至风冷室50中，以冷却放置于石英晶舟200的键合晶圆10。
上述技术方案中，微波发生室30包括一热电偶300，热电偶300用于检测键合晶圆10的温度；或通过检测微波发生室30内的温度，以检测键合晶圆10的温度，具体地，通过热电偶300微波加热使微波发生室30的温度上升并维持在一预设阈值，其中，预设阈值为200～400℃，和/或预定温度为200～400℃，举例来说，预设阈值和/或预定温度可以是220℃，或250℃，或280℃，或320℃，或360℃，或380℃等。
上述技术方案中，微波发生室30包括一定时模块301，定时模块301设置一预设时间，当键合晶圆达到一预定温度，并在预定温度下保持预设时间后，以停止微波发生室30。其中，预设时间为45～60min，举例来说，可以是47min，或49min，或51min，或53min，或55min，或57min，或59min等。
综上所述，本发明提出的一种晶圆键合力的提升方法及增强系统，在对少量的键合晶圆进行加热的情况下也不会产生能源的浪费，也不需要居具有过长的预热过程的垂直炉管等设备，通过微波实现对键合晶圆的键合面进行均匀加热，整个过程快速、高效。
通过说明和附图，给出了具体实施方式的特定结构的典型实施例，基于本发明精神，还可作其他的转换。尽管上述发明提出了现有的较佳实施例，然而，这些内容并不作为局限。
对于本领域的技术人员而言，阅读上述说明后，各种变化和修正无疑将显而易见。因此，所附的权利要求书应看作是涵盖本发明的真实意图和范围的全部变化和修正。在权利要求书范围内任何和所有等价的范围与内容，都应认为仍属本发明的意图和范围内。

Claims (10)

1.一种晶圆键合力的提升方法，其特征在于，包括：
步骤S1，提供一以硅为衬底的键合晶圆；
步骤S2，将所述键合晶圆置于一微波发生室中；
步骤S3，通过微波加热使所述微波发生室的温度上升并维持在一预设阈值；
步骤S4，所述键合晶圆达到一预定温度后，经过一预设时间停止所述微波；
步骤S5，冷却所述键合晶圆。
2.根据权利要求1所述的提升方法，其特征在于，所述步骤S2中，采用石英晶舟承载置于所述微波发生室中的键合晶圆。
3.根据权利要求2所述的提升方法，其特征在于，所述步骤S2中，将所述键合晶圆置于一晶圆传送腔中，并通过一第一机械臂将所述晶圆传送腔中的所述键合晶圆移动至所述石英晶舟中；
通过一第二机械臂将所述石英晶舟移动至所述微波发生室中。
4.根据权利要求1所述的提升方法，其特征在于，所述步骤S3中，所述微波发生室产生的微波的频率为2400～2500MHz。
5.根据权利要求1所述的提升方法，其特征在于，所述步骤S3中，所述预设阈值为200～400℃，和/或
所述预定温度为200～400℃。
6.根据权利要求1所述的提升方法，其特征在于，所述预设时间为45～60min。
7.根据权利要求1所述的提升方法，其特征在于，所述步骤S5中，将所述键合晶圆冷却至室温。
8.一种晶圆键合力的增强系统，其特征在于，包括：
一晶圆传送腔，放置一以硅为衬底的键合晶圆，所述晶圆传送腔包括一石英晶舟，通过一第一机械臂将所述晶圆传送腔中的所述键合晶圆移动至所述石英晶舟，以承载需要加热的所述键合晶圆；
一微波发生室，通过一第二机械臂将所述石英晶舟移动至所述微波发生室中，以对需要加热的所述键合晶圆进行加热；
一风冷室，通过所述第二机械臂将所述石英晶舟移动至所述风冷室中，以冷却放置于所述石英晶舟的所述键合晶圆。
9.根据权利要求8所述的增强系统，其特征在于，所述微波发生室包括一热电偶，所述热电偶用于检测所述键合晶圆的温度；或通过检测所述微波发生室内的温度，以检测所述键合晶圆的温度。
10.根据权利要求8所述的增强系统，其特征在于，所述微波发生室包括一定时模块，所述定时模块设置一预设时间，当所述键合晶圆达到一预定温度，并在所述预定温度下保持所述预设时间后，以停止所述微波发生室。
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