CN112670170A - 一种提高硅片键合力的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种提高硅片键合力的方法，其特征在于，通过等离子化学气相沉积，在其中一片硅片上生长二氧化硅薄膜；将两片硅片在常温常压下进行键合并退火。解决了两片硅片在常温常压下键合强度小的问题，并且改善了硅片本身的使用局限性，拓展了可用的硅片范围，提高了键合硅片的键合强度，保证了产品的成品率和质量。
Description
技术领域
本发明涉及半导体制造领域，特别涉及一种提高硅片键合力的方法。
背景技术
随着大规模集成电路技术的迅猛发展，晶圆键合既可以对微结构提供支撑和保护，又可以实现机械结构之间或机械结构与电路之间的电学连接。它是整个工艺流程中至关重要的核心制程，它由于其灵活性和半导体工艺的兼容性已经引起了广泛的关注。而键合的强度又是键合制程中的关键指标，它决定着后续流程是否能够顺利进行下去，也影响着产品硅片的缺陷和良率。如果键合强度小，在加工过程中键合片很有可能会开裂，导致失效；只有键合强度大，才能保证产品的成品率和质量。因此，改进工艺条件，提高键合力具有重要的意义。
通常，直接键合是先对表面进行亲水性预处理，接着在室温下将两片硅片紧密结合起来的方法。然后键合硅片经过高温退火，来达到最终的键合强度。为了提高键合的强度，有时还需要加压并在一定的真空条件下进行键合，但这种方法适用的硅片具有局限性，对硅片表面的粗糙度和完整性要求较高。
发明内容
针对上述问题，本发明提出了一种提高硅片键合力的方法，以保证产品的质量。
本发明提供一种提高硅片键合力的方法，其特征在于，通过等离子化学气相沉积，在其中一片硅片上生长二氧化硅薄膜；将两片硅片在常温常压下进行键合并退火。
优选地，具体操作步骤包括：
S1：准备两片硅片；并设置一片为键合的上方硅片，另外一片为键合的下方硅片；
S2：选择下方硅片进行薄膜沉积工艺，在表面生长出二氧化硅薄膜；
S3：对两片硅片做键合操作。
优选地，步骤S1中，使用1号标准液对所述上方硅片和下方硅片进行清洗，使硅片表面颗粒度小于10颗。
优选地，步骤S2中的薄膜沉积工艺具体包括：使用的气相沉积化学品为正硅酸乙酯气体、氧气以及氦气，通过对压力值、射频能量以及气体流量值的调节，对硅片进行薄膜沉积。
优选地，进行薄膜沉积所得硅片的翘曲度值的范围是0～-55，其中“-”表示凸起。
优选地，步骤S3中的键合具体包括：将两片硅片依次放入等离子腔体中，激活硅片表面等离子体；
再将两片硅片依次放入清洗腔体内部，进行亲水处理；然后对两片硅片进行键合。
优选地，步骤S3之后还包括以下步骤：
S4：对键合后的硅片做退火处理；
S5：进行键合力测试。
本发明能够得到以下有益效果：
1、解决了两片硅片在常温常压下键合强度小的问题。
2、解决了对硅片本身的局限性，拓展了可用的硅片范围，提高了键合硅片的键合强度，保证了产品的成品率和质量。
附图说明
图1是本发明的一种提高硅片键合力的方法的实验流程图；
图2是本发明的一种提高硅片键合力的方法的翘曲度和键合力的关系示意图；
图3a是本发明的一种提高硅片键合力的方法的晶圆翘曲度的凸型形貌图；
图3b是本发明的一种提高硅片键合力的方法的晶圆翘曲度的凹型形貌图。
其中附图标记为：
上方硅片1、下方硅片2、二氧化硅薄膜3、化学沉积台4、键合机5。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，而不构成对本发明的限制。
下面将结合实施例对本发明提供的一种提高硅片键合力的方法进行详细说明。
实施例
本发明提供一种提高硅片键合力的方法，利用等离子化学气相沉积工艺在其中一个硅片上生长二氧化硅薄膜3，使得硅片的翘曲度(bow值)为-50μm左右，然后将两硅片在常温常压下进行键合并退火，进而可以提高硅片的键合力。
如图1为本发明的一种提高硅片键合力的方法的实验流程图。
如图1所示，本发明具体操作步骤为：
S1：准备两片硅片；并设置一片为键合的上方硅片1，另外一片为键合的下方硅片2。
S2：选择下方硅片2晶圆进行薄膜沉积工艺，在表面生长出二氧化硅薄膜3；
S3：对两片硅片做键合。
在本发明的一个优选实施例中，在键合时，由于表面颗粒度会影响图形缺陷、外延缺陷，影响键合强度和表面质量，所以在步骤S1中，使用1号标准液对准备好的两片硅片进行清洗，使硅片表面颗粒度小于10颗。
对硅片的薄膜沉积具体为：将下方硅片2放至化学沉积台4，本次沉积使用的化学品(气体)，包括：正硅酸乙酯(TEOS)、氧气(O2)和氦气(He)。将压力调节到3-8torr；射频能量调节为300-600W；气体流量分别为TEOS 300-600mgm、氧气800-1200sccm、氦气800-1200sccm。
当具体的参数设置完成，薄膜的生长时间为主要影响翘曲度的一个关键因素。
图2是本发明的一种提高硅片键合力的方法的翘曲度和键合力的关系示意图。
如图2所示，横坐标为薄膜沉积工艺时间，左侧纵坐标为键合力，右纵坐标为翘曲度(即bow值)。随着时间的增加，bow值增大(本发明所述bow值均为绝对值)，键合力增大，硅片呈现凸型状态。当沉积时间为50秒时，此时的bow值为-20μm，测得的键合力为1.3J/m2；而当沉积时间为250秒时，此时的bow值为-50μm，测得的键合力为1.7J/m2。由图示可以看出，翘曲度与键合力存在线性相关性。当调节参数，增大bow值时，其键合力也有明显的增加。经过反复实验证实，可以使键合力达到1.7-2.2J/m2。
待薄膜沉积工艺完成，取出生长有二氧化硅薄膜3的下方硅片2，此时的下方硅片2翘曲度发生变化，如图3，测量薄膜的翘曲度bow值。进行薄膜沉积所得硅片的翘曲度bow值的范围是0～-55。
其中bow值的正负号只代表其凹凸型：如图3a和图3b所示，为硅片翘曲度的形貌图，图3a中凸的硅片bow值为负，图3b中凹的硅片bow值为正。
在本发明的一个优选实施例中，接着使用键合机5对具有翘曲度的下方硅片2和未处理的上方硅片1做键合工艺。
首先，将两片硅片依次放入等离子腔体内部，能量设置为25-60瓦，激活硅片表面等离子体，使得硅片可以连接更多的羟基。
然后，将两片硅片依次放入清洗腔体内部，进行硅片表面亲水处理，使得硅片表面连接羟基。
最后，对两片硅片进行键合：沉积薄膜的硅片设置在下方，未沉积薄膜的硅片被设置在上方，如图1所示，设置两片硅片间的距离为40-60um，给上方硅片1施加2000-3000mN的力，作用2-5s，键合完成。
在本发明的一个优选实施例中，键合完成后，进行下述步骤：
S4：对键合后的硅片做退火处理，退火处理在烘箱中进行，温度为300-400℃；
S5：进行键合力测试。测得的键合力为1.7-2.2J/m2
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
以上本发明的具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何根据本发明的技术构思所作出的各种其他相应的改变与变形，均应包含在本发明权利要求的保护范围内。
Claims (7)
1.一种提高硅片键合力的方法，其特征在于，通过等离子化学气相沉积，在其中一片硅片上生长二氧化硅薄膜(3)；将两片硅片在常温常压下进行键合并退火。
2.如权利要求1所述的提高硅片键合力的方法，其特征在于，具体操作步骤包括：
S1：准备两片硅片；并设置一片为键合的上方硅片(1)，另外一片为键合的下方硅片(2)；
S2：选择下方硅片(2)进行薄膜沉积工艺，在表面生长出二氧化硅薄膜(3)；
S3：对两片硅片做键合操作。
3.如权利要求2所述的提高硅片键合力的方法，其特征在于，步骤S1中，使用1号标准液对所述上方硅片(1)和下方硅片(2)进行清洗，使硅片表面颗粒度小于10颗。
4.如权利要求2所述的提高硅片键合力的方法，其特征在于，步骤S2中的薄膜沉积工艺具体包括：使用的气相沉积化学品为正硅酸乙酯气体、氧气以及氦气，通过对压力值、射频能量以及气体流量值的调节，对硅片进行薄膜沉积。
5.如权利要求4所述的提高硅片键合力的方法，其特征在于，进行薄膜沉积所得硅片的翘曲度值的范围是0～-55，其中“-”表示凸起。
6.如权利要求2所述的提高硅片键合力的方法，其特征在于，步骤S3中的键合具体包括：将两片硅片依次放入等离子腔体中，激活硅片表面等离子体；
再将两片硅片依次放入清洗腔体内部，进行亲水处理；然后对两片硅片进行键合。
7.如权利要求2所述的提高硅片键合力的方法，其特征在于，步骤S3之后还包括以下步骤：
S4：对键合后的硅片做退火处理；
S5：进行键合力测试。
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