KR102586083B1 - Wafer bonding method and wafer bonding system - Google Patents
Wafer bonding method and wafer bonding system Download PDFInfo
- Publication number
- KR102586083B1 KR102586083B1 KR1020220087248A KR20220087248A KR102586083B1 KR 102586083 B1 KR102586083 B1 KR 102586083B1 KR 1020220087248 A KR1020220087248 A KR 1020220087248A KR 20220087248 A KR20220087248 A KR 20220087248A KR 102586083 B1 KR102586083 B1 KR 102586083B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- wafer
- gas
- wafer bonding
- plasma discharge
- annealing
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 53
- 235000012431 wafers Nutrition 0.000 claims abstract description 204
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 68
- 238000000137 annealing Methods 0.000 claims description 45
- 230000002265 prevention Effects 0.000 claims description 23
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims description 14
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 14
- 230000004913 activation Effects 0.000 claims description 13
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims description 10
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims description 10
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 claims description 8
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 8
- 230000003213 activating effect Effects 0.000 claims description 7
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 239000001307 helium Substances 0.000 claims description 6
- 229910052734 helium Inorganic materials 0.000 claims description 6
- SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N helium atom Chemical compound [He] SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 229910052743 krypton Inorganic materials 0.000 claims description 6
- DNNSSWSSYDEUBZ-UHFFFAOYSA-N krypton atom Chemical compound [Kr] DNNSSWSSYDEUBZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 229910052754 neon Inorganic materials 0.000 claims description 6
- GKAOGPIIYCISHV-UHFFFAOYSA-N neon atom Chemical compound [Ne] GKAOGPIIYCISHV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 239000010453 quartz Substances 0.000 claims description 6
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 229910052724 xenon Inorganic materials 0.000 claims description 6
- FHNFHKCVQCLJFQ-UHFFFAOYSA-N xenon atom Chemical compound [Xe] FHNFHKCVQCLJFQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 230000007547 defect Effects 0.000 abstract description 11
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 10
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 125000000524 functional group Chemical group 0.000 description 5
- 238000009832 plasma treatment Methods 0.000 description 5
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 5
- 238000004381 surface treatment Methods 0.000 description 5
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 4
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 3
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 2
- 230000014509 gene expression Effects 0.000 description 2
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 description 2
- 238000010884 ion-beam technique Methods 0.000 description 2
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 2
- 239000000356 contaminant Substances 0.000 description 1
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
- H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
- H01L21/185—Joining of semiconductor bodies for junction formation
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
- H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
- H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
- H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
- H01L21/324—Thermal treatment for modifying the properties of semiconductor bodies, e.g. annealing, sintering
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
- H01L21/67005—Apparatus not specifically provided for elsewhere
- H01L21/67011—Apparatus for manufacture or treatment
- H01L21/67092—Apparatus for mechanical treatment
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
- H01L21/67005—Apparatus not specifically provided for elsewhere
- H01L21/67011—Apparatus for manufacture or treatment
- H01L21/67098—Apparatus for thermal treatment
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J2237/00—Discharge tubes exposing object to beam, e.g. for analysis treatment, etching, imaging
- H01J2237/32—Processing objects by plasma generation
- H01J2237/33—Processing objects by plasma generation characterised by the type of processing
- H01J2237/338—Changing chemical properties of treated surfaces
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Pressure Welding/Diffusion-Bonding (AREA)
Abstract
Description
본 발명은 웨이퍼 본딩 방법 및 웨이퍼 본딩 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 결함으로 작용할 수 있는 요인들을 차단할 수 있고, 저온에서 처리가 가능하고, 공정 간소화로 인해 경제적으로 웨이퍼를 본딩할 수 있는 웨이퍼 본딩 방법 및 웨이퍼 본딩 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a wafer bonding method and a wafer bonding system. More specifically, wafer bonding can block factors that may act as defects, can be processed at low temperatures, and can bond wafers economically due to process simplification. It relates to a method and wafer bonding system.
반도체 소자의 종류가 다양해지면서, 반도체 기판의 접합기술은 발전해왔다. As the types of semiconductor devices have become more diverse, semiconductor substrate bonding technology has developed.
종래의 웨이퍼 본딩은 플라즈마를 이용한 표면 처리 후 H2O 등을 이용하여 Si 표면에 -OH 기를 생성시켜 silanol 결합을 형성한 후 이를 어닐링 공정을 거쳐 siloxane 결합을 형성하여 웨이퍼 본딩을 이루는 방식이었다. 본딩이 이루어지기 위해 결함이 발생할 경우 이는 본딩 에너지에 큰 영향을 미치기 때문에 오염 등의 관리가 필수적이며 특히 강한 본딩 에너지를 형성하기 위해서는 높은 온도에서의 어닐링 공정이 필수적이었다.Conventional wafer bonding was a method of forming a silanol bond by generating -OH groups on the Si surface using H 2 O, etc. after surface treatment using plasma, and then forming a siloxane bond through an annealing process to achieve wafer bonding. If a defect occurs to achieve bonding, it has a significant impact on bonding energy, so management of contamination, etc. is essential. In particular, an annealing process at a high temperature is essential to form strong bonding energy.
이에 H2O를 이용하지 않는 방법으로는 표면 활성 본딩(Surface Activated Bonding, SAB) 방식이 있으며 이는 고진공 상태에서 빠른 이온 빔으로 표면의 오염원 등을 제거하며 붙이는 방식이 있으나, 고진공이 필요하고 이온 빔에 의한 표면 손상이 초래될 수 있는 문제점이 있다. Accordingly, a method that does not use H 2 O is Surface Activated Bonding (SAB), which removes contaminants on the surface and attaches them using a fast ion beam in a high vacuum. However, it requires a high vacuum and uses an ion beam. There is a problem that surface damage may result.
또한 종래의 웨이퍼 본딩 기술의 경우 H2O 처리 등의 추가적인 공정을 필요로 하는데 이는 어닐링 공정 중 H2 가스 등의 버블(bubble) 가스가 형성되어 나오기 때문에 결함의 원인이 되었다. 또한 높은 온도에서 어닐링이 이루어질 경우 소자 구동에 영향을 줄 수 있기에 낮은 온도에서의 어닐링 공정이 필요로 하였다.In addition, conventional wafer bonding technology requires additional processes such as H 2 O treatment, which causes defects because bubble gas such as H 2 gas is formed during the annealing process. Additionally, annealing at a high temperature may affect device operation, so an annealing process at a low temperature was required.
이에 본 발명자는 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해, 기존의 H2O 등의 추가적인 처리 없이 플라즈마 방전 상태에서 웨이퍼를 본딩할 수 있음을 발견하였으며, 이를 통해 기존에 결함으로 작용할 수 있는 것들을 차단하고 저온에서 처리가 가능한 공정이고 또한 공정 간소화로 비용면에서 저렴한 웨이퍼 본딩 방법 및 웨이퍼 본딩 시스템을 발명하였다.Accordingly, in order to solve the above problems, the present inventor discovered that wafers can be bonded in a plasma discharge state without additional treatment such as existing H 2 O, and through this, existing defects that can act as defects are blocked and low temperature invented a wafer bonding method and wafer bonding system that can be processed in a process that is inexpensive and cost-effective by simplifying the process.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위해, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 대향하는 웨이퍼들 사이에 가스 분위기에서 플라즈마 방전을 시행하여 웨이퍼 표면을 활성화하는 웨이퍼 활성화 단계; 및 상기 플라즈마 방전을 유지하면서 웨이퍼 표면이 활성화된 대향하는 웨이퍼들을 접합하여 화학 결합을 형성하는 웨이퍼 접합 단계;를 포함하는 웨이퍼 본딩 방법를 제공하는 것이다.In order to solve the above problems, the technical problem to be achieved by the present invention is a wafer activation step of activating the wafer surface by performing a plasma discharge in a gas atmosphere between opposing wafers; and a wafer bonding step of forming a chemical bond by bonding opposing wafers with activated wafer surfaces while maintaining the plasma discharge.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 웨이퍼 본딩 시스템은, 대향하는 웨이퍼들 사이에 가스 분위기에서 플라즈마 방전을 시행하여 웨이퍼 표면을 활성화하는 플라즈마 방전부; 및 상기 플라즈마 방전을 유지하면서 웨이퍼 표면이 활성화된 대향하는 웨이퍼들을 접합하여 화학 결합을 형성하도록 하는 웨이퍼 가압고정부;를 포함하는 웨이퍼 본딩 시스템을 제공하는 것이다. Another technical problem to be achieved by the present invention is a wafer bonding system, which includes a plasma discharge unit that activates the wafer surface by performing a plasma discharge in a gas atmosphere between opposing wafers; and a wafer pressurizing unit that bonds opposing wafers with activated wafer surfaces to form a chemical bond while maintaining the plasma discharge.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The technical problem to be achieved by the present invention is not limited to the technical problem mentioned above, and other technical problems not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the description below. There will be.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 일실시예는 대향하는 웨이퍼들 사이에 가스 분위기에서 플라즈마 방전을 시행하여 웨이퍼 표면을 활성화하는 웨이퍼 활성화 단계; 및 상기 플라즈마 방전을 유지하면서 웨이퍼 표면이 활성화된 대향하는 웨이퍼들을 접합하여 화학 결합을 형성하는 웨이퍼 접합 단계;를 포함하는 웨이퍼 본딩 방법를 제공한다.In order to achieve the above technical problem, an embodiment of the present invention includes a wafer activation step of activating the wafer surface by performing a plasma discharge in a gas atmosphere between opposing wafers; and a wafer bonding step of forming a chemical bond by bonding opposing wafers with activated wafer surfaces while maintaining the plasma discharge.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 가스는 헬륨 가스, 네온 가스, 아르곤 가스, 크립톤 가스 및 제논 가스로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 것일 수 있다.In an embodiment of the present invention, the gas may be characterized as including one or more selected from the group consisting of helium gas, neon gas, argon gas, krypton gas, and xenon gas.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 가스는 산소, 질소 및 수증기로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 것일 수 있다.In an embodiment of the present invention, the gas may further include one or more selected from the group consisting of oxygen, nitrogen, and water vapor.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 웨이퍼 접합 단계 후 접합된 웨이퍼들을 어닐링하는 어닐링 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 것일 수 있다.In an embodiment of the present invention, an annealing step of annealing the bonded wafers may be further included after the wafer bonding step.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 어닐링 단계는 10시간 이하의 시간 동안 500℃이하의 온도에서 어닐링하는 것을 특징으로 하는 것일 수 있다.In an embodiment of the present invention, the annealing step may be characterized as annealing at a temperature of 500° C. or less for a time of 10 hours or less.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 웨이퍼 활성화 단계 전 또는 상기 웨이퍼 활성화 단계에서 상기 웨이퍼를 가열하는 것을 특징으로 하는 것일 수 있다.In an embodiment of the present invention, the wafer may be heated before or during the wafer activation step.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 플라즈마 방전은, 대향하는 웨이퍼의 활성화되는 표면의 반대면에 단락 방지층을 구비하고, 상기 단락 방지층이 웨이퍼와 접촉하는 면의 반대면에 전극을 접촉시켜 방전하는 것을 특징으로 하는 것일 수 있다.In an embodiment of the present invention, the plasma discharge is performed by providing a short circuit prevention layer on the opposite side of the activated surface of the opposing wafer, and contacting an electrode with the surface opposite to the surface where the short circuit prevention layer is in contact with the wafer. It may be a feature.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 단락 방지층은 세라믹 및 석영으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상인 것을 특징으로 하는 것일 수 있다.In an embodiment of the present invention, the short circuit prevention layer may be one or more selected from the group consisting of ceramic and quartz.
전술한 상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 다른 일실시예는 대향하는 웨이퍼들 사이에 가스 분위기에서 플라즈마 방전을 시행하여 웨이퍼 표면을 활성화하는 플라즈마 방전부; 및 상기 플라즈마 방전을 유지하면서 웨이퍼 표면이 활성화된 대향하는 웨이퍼들을 접합하여 화학 결합을 형성하도록 하는 웨이퍼 가압고정부;를 포함하는 웨이퍼 본딩 시스템을 제공한다.In order to achieve the above-described technical problem, another embodiment of the present invention includes a plasma discharge unit that activates the wafer surface by performing a plasma discharge in a gas atmosphere between opposing wafers; and a wafer pressurizing unit that bonds opposing wafers with activated wafer surfaces to form a chemical bond while maintaining the plasma discharge.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 가스는 헬륨 가스, 네온 가스, 아르곤 가스, 크립톤 가스 및 제논 가스로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 것일 수 있다.In an embodiment of the present invention, the gas may be characterized as including one or more selected from the group consisting of helium gas, neon gas, argon gas, krypton gas, and xenon gas.
본 발명의 실시예에 있어서 상기 가스는 산소, 질소 및 수증기로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 것일 수 있다.In an embodiment of the present invention, the gas may further include one or more selected from the group consisting of oxygen, nitrogen, and water vapor.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 웨이퍼 접합 후 접합된 웨이퍼들을 어닐링하는 어닐링부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 것일 수 있다.In an embodiment of the present invention, the wafer may further include an annealing unit that anneals the bonded wafers after bonding the wafer.
본 발명의 실시예에 있어서 상기 어닐링부는 10시간 이하의 시간 동안 500℃이하의 온도에서 어닐링하는 것을 특징으로 하는 것일 수 있다.In an embodiment of the present invention, the annealing portion may be annealed at a temperature of 500° C. or less for 10 hours or less.
본 발명의 실시예에 있어서 상기 웨이퍼를 가열하는 웨이퍼 가열부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 것일 수 있다.In an embodiment of the present invention, the wafer heating unit may further include a wafer heating unit that heats the wafer.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 플라즈마 방전은, 대향하는 웨이퍼의 활성화되는 표면의 반대면에 단락 방지층을 구비하고, 상기 단락 방지층이 웨이퍼와 접촉하는 면의 반대면에 전극을 접촉시켜 방전하는 것을 특징으로 하는 것일 수 있다.In an embodiment of the present invention, the plasma discharge is performed by providing a short circuit prevention layer on the opposite side of the activated surface of the opposing wafer, and contacting an electrode with the surface opposite to the surface where the short circuit prevention layer is in contact with the wafer. It may be a feature.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 단락 방지층은 세라믹 및 석영으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상인 것을 특징으로 하는 것일 수 있다.In an embodiment of the present invention, the short circuit prevention layer may be one or more selected from the group consisting of ceramic and quartz.
본 발명의 실시예에 따르면, 웨이퍼 본딩 방법을 구현하여 결함으로 작용할 수 있는 요인들을 차단할 수 있고, 저온에서 처리가 가능하고, 공정 간소화로 인해 경제적인 효과가 있다.According to an embodiment of the present invention, by implementing a wafer bonding method, factors that may act as defects can be blocked, processing is possible at low temperatures, and there is an economic effect due to process simplification.
본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 특허청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.The effects of the present invention are not limited to the effects described above, and should be understood to include all effects that can be inferred from the configuration of the invention described in the detailed description or claims of the present invention.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 웨이퍼 본딩 방법을 나타내는 개념도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 웨이퍼 본딩 방법을 시스템에서 구현하는 것을 나타내는 개념도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 플라즈마 처리 시간에 따른 접촉각을 측정 실험을 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 플라즈마 처리 시간에 따른 접촉각을 측정한 그래프를 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 웨이퍼 본딩 방법으로 본딩한 웨이퍼의 단면의 SEM 사진을 나타내는 도면이다.1 is a conceptual diagram showing a wafer bonding method according to an embodiment of the present invention.
Figure 2 is a conceptual diagram showing the implementation of a wafer bonding method in a system according to an embodiment of the present invention.
Figure 3 is a diagram showing an experiment measuring contact angle according to plasma treatment time according to an embodiment of the present invention.
Figure 4 is a diagram showing a graph measuring the contact angle according to plasma treatment time according to an embodiment of the present invention.
Figure 5 is a diagram showing an SEM photograph of a cross section of a wafer bonded using a wafer bonding method according to an embodiment of the present invention.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시예로 한정되는 것은 아니다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.Hereinafter, the present invention will be described with reference to the attached drawings. However, the present invention may be implemented in various different forms and, therefore, is not limited to the embodiments described herein. In order to clearly explain the present invention in the drawings, parts that are not related to the description are omitted, and similar parts are given similar reference numerals throughout the specification.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결(접속, 접촉, 배치, 결합)"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다.Throughout the specification, when a part is said to be "connected (connected, contacted, placed, combined)" with another part, this is not only the case when it is "directly connected" but also when it is "indirectly connected" with another member in between. Also includes cases where it is connected to. Additionally, when a part is said to “include” a certain component, this does not mean that other components are excluded, but that other components can be added, unless specifically stated to the contrary.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terms used herein are only used to describe specific embodiments and are not intended to limit the invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In this specification, terms such as “comprise” or “have” are intended to indicate the presence of features, numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof described in the specification, but are not intended to indicate the presence of one or more other features. It should be understood that this does not exclude in advance the possibility of the existence or addition of elements, numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof.
이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 제1측면에 따른 웨이퍼 본딩 방법를 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, the wafer bonding method according to the first aspect of the present invention will be described in detail with reference to the attached drawings.
전술한 상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 일실시예는 대향하는 웨이퍼들 사이에 가스 분위기에서 플라즈마 방전을 시행하여 웨이퍼 표면을 활성화하는 웨이퍼 활성화 단계; 및 상기 플라즈마 방전을 유지하면서 웨이퍼 표면이 활성화된 대향하는 웨이퍼들을 접합하여 화학 결합을 형성하는 웨이퍼 접합 단계;를 포함하는 웨이퍼 본딩 방법를 제공한다.In order to achieve the above-described technical problem, an embodiment of the present invention includes a wafer activation step of activating the wafer surface by performing a plasma discharge in a gas atmosphere between opposing wafers; and a wafer bonding step of forming a chemical bond by bonding opposing wafers with activated wafer surfaces while maintaining the plasma discharge.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 웨이퍼 본딩 방법을 나타내는 개념도이다.1 is a conceptual diagram showing a wafer bonding method according to an embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 웨이퍼 두 장을 대향시키고 가스 분위기에서 상기 웨이퍼 사이에 플라즈마 방전을 일으켜 웨이퍼 표면을 활성화할 수 있다. 상기 웨이퍼 표면은 상기 가스에 의해 웨이퍼 표면에 목적하는 작용기를 형성할 수 있다. 상기 웨이퍼 활성화 단계에서 플라즈마 방전이 존재함은 물론 웨이퍼 표면이 활성화된 대향하는 웨이퍼들을 접합하여 화학 결합을 형성하는 웨이퍼 접합 단계에서도 상기 플라즈마 방전을 유지될 수 있다. 상기 웨이퍼 접합 단계에서도 상기 플라즈마 방전을 유지됨으로써 종래의 웨이퍼 본딩 기술은 플라즈마 표면 처리 후 물을 이용하여 목적하는 작용기를 형성하는 과정에서 계면에서 발생하는 H2O 버블, H2 가스 버블 등이 발생하여 어닐링 진행 후에 상기 버블이 웨이퍼 밖으로 빠져나가지 못하고 계면에 머물러 결함이 발생할 수 있는 문제점을 해결할 수 있다. 즉 상기 플라즈마 방전을 시행하여 웨이퍼 표면을 활성화하는 웨이퍼 활성화 단계 수행한 후, 상기 플라즈마 방전을 유지하면서 웨이퍼 표면이 활성화된 대향하는 웨이퍼들을 접합하여 화학 결합을 형성하는 웨이퍼 접합 단계를 수행하는 바 물을 이용하는 과정이 웨이퍼 본딩 과정에서 존재하지 않아 상기와 같은 문제점은 발생하지 않을 수 있다.Referring to FIG. 1, two wafers are placed opposite each other and a plasma discharge is generated between the wafers in a gas atmosphere to activate the wafer surface. The wafer surface can form a desired functional group on the wafer surface by the gas. Not only does a plasma discharge exist in the wafer activation step, but the plasma discharge can also be maintained in the wafer bonding step in which chemical bonds are formed by bonding opposing wafers with activated wafer surfaces. By maintaining the plasma discharge even in the wafer bonding step, the conventional wafer bonding technology generates H 2 O bubbles, H 2 gas bubbles, etc. at the interface in the process of forming the desired functional group using water after plasma surface treatment. This can solve the problem that the bubbles cannot escape out of the wafer after annealing and remain at the interface, causing defects. That is, after performing the wafer activation step of activating the wafer surface by applying the plasma discharge, a wafer bonding step of forming a chemical bond is performed by bonding opposing wafers with activated wafer surfaces while maintaining the plasma discharge. Since the process used does not exist in the wafer bonding process, the above problems may not occur.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 웨이퍼는 실리콘 기반의 웨이퍼 또는 3-5족 웨이퍼일 수 있다. 바람직하게는 실리콘 기반의 웨이퍼일 수 있다. In an embodiment of the present invention, the wafer may be a silicon-based wafer or a Group 3-5 wafer. Preferably, it may be a silicon-based wafer.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 가스는 헬륨 가스, 네온 가스, 아르곤 가스, 크립톤 가스 및 제논 가스로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 것일 수 있다. 상기 가스는 불활성 기체로 플라즈마 형성으로 인해 웨이퍼 본딩시 친수성기 형성에 직접적인 요인이 될 수 있으며 또한 추가적인 가스 유입시 플라즈마 방전의 도움을 줄 수 있다. In an embodiment of the present invention, the gas may be characterized as including one or more selected from the group consisting of helium gas, neon gas, argon gas, krypton gas, and xenon gas. The gas is an inert gas and can be a direct factor in the formation of hydrophilic groups during wafer bonding due to plasma formation and can also help plasma discharge when additional gas is introduced.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 추가적인 가스는 산소, 질소 및 수증기로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 것일 수 있다. 바람직하게는 산소일 수 있다. 상기 가스가 산소인 경우, 종래의 웨이퍼 본딩 기술은 플라즈마 표면 처리 후 물을 이용하여 silanol 결합을 형성 후 이를 어닐링 공정을 거쳐 siloxane 결합을 형성하는 방법으로 진행하였다. 이러한 방식은 공정 과정이 많을 뿐만 아니라 웨이퍼를 접착 후 계면에서 발생하는 H2O bubble 또는 silanol 결합이 siloxane 결합으로 변하면서 발생하는 H2O 버블, H2 가스 버블 등이 발생하여 어닐링 진행후에 버블이 웨이퍼 밖으로 빠져나가지 못하고 계면에 머물러 결함이 발생할 수 있는 문제점이 있었다. 이에 기 플라즈마 방전을 시행하여 웨이퍼 표면을 활성화하는 웨이퍼 활성화 단계 수행한 후, 상기 플라즈마 방전을 유지하면서 웨이퍼 표면이 활성화된 대향하는 웨이퍼들을 접합하여 화학 결합을 형성하는 웨이퍼 접합 단계를 수행하는 바 물을 이용하는 과정이 웨이퍼 본딩 과정에서 존재하지 않아 상기와 같은 문제점을 해결할 수 있다. In an embodiment of the present invention, the additional gas may further include one or more selected from the group consisting of oxygen, nitrogen, and water vapor. Preferably it may be oxygen. When the gas is oxygen, the conventional wafer bonding technology proceeds by forming a silanol bond using water after plasma surface treatment and then forming a siloxane bond through an annealing process. This method not only involves many processes, but also generates H 2 O bubbles at the interface after bonding the wafer, or H 2 O bubbles and H 2 gas bubbles generated when silanol bonds change to siloxane bonds, resulting in bubbles after annealing. There was a problem in that it could not escape out of the wafer and stayed at the interface, causing defects. Accordingly, after performing a wafer activation step of activating the wafer surface by performing a plasma discharge, a wafer bonding step of forming a chemical bond is performed by bonding opposing wafers with activated wafer surfaces while maintaining the plasma discharge. Since the process used does not exist in the wafer bonding process, the above problems can be solved.
상기 플라즈마는 펄스 DC 또는 교류 전압을 에너지원으로 하여 생성될 수 있다. 예를 들면, 상기 DC나 교류 전압의 범위는 0~5 kV 일 수 있다. 교류 전압 역시 펄스를 이용하여 인가할 수도 있다. 또한 상기 플라즈마는 고주파를 에너지원으로 하여 생성될 수 있다. 상기 플라즈마는 대기압 및 대기압보다 낮은 압력에서 생성될 수 있다. 예를 들어, 상기 압력은 5 torr이하일 수 있다.The plasma can be generated using pulsed DC or alternating current voltage as an energy source. For example, the range of the DC or AC voltage may be 0 to 5 kV. Alternating voltage can also be applied using pulses. Additionally, the plasma can be generated using high frequency as an energy source. The plasma can be generated at atmospheric pressure and sub-atmospheric pressure. For example, the pressure may be 5 torr or less.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 웨이퍼 접합 단계 후 접합된 웨이퍼들을 어닐링하는 어닐링 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 것일 수 있다. 상기 어닐링 단계을 거치게 되면 약하게 결합되어 있던 웨이퍼 본딩이 강하게 형성될 수 있다.In an embodiment of the present invention, an annealing step of annealing the bonded wafers may be further included after the wafer bonding step. By going through the annealing step, wafer bonding that was weakly bonded can be strengthened.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 어닐링 단계는 10시간 이내동안 500℃ 이하의 저온에서 어닐링하는 것을 특징으로 하는 것일 수 있다. 상기 어닐링 시간이 10시간 이내가 적당하며 10시간보다 클 경우에는 비효율적일 수 있다. 상기 어닐링은 저온에서 이루어지는 공정으로 그 온도가 클 경우에는 웨이퍼 또는 그 소자에 손상이 발생할 수 있기 때문에 500℃ 이하에서 어닐링 할 수 있다.. In an embodiment of the present invention, the annealing step may be characterized as annealing at a low temperature of 500°C or less for less than 10 hours. The annealing time is suitable within 10 hours, but if it is longer than 10 hours, it may be inefficient. The annealing process is performed at a low temperature, and if the temperature is high, damage may occur to the wafer or its devices, so annealing can be performed below 500°C.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 웨이퍼 활성화 단계 전 또는 상기 웨이퍼 활성화 단계에서 상기 웨이퍼를 가열하는 것을 특징으로 하는 것일 수 있다.In an embodiment of the present invention, the wafer may be heated before or during the wafer activation step.
상기 웨이퍼 활성화 단계 전 또는 상기 웨이퍼 활성화 단계에서 상기 웨이퍼를 가열하여 본딩시 웨이퍼 활성화 상태에서 어닐링이 추가적으로 되는 역할을 하여 기존보다 본딩에너지가 높게 되도록 할 수 있다.By heating the wafer before or during the wafer activation step, annealing can be performed additionally in the wafer activation state during bonding, thereby making the bonding energy higher than before.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 플라즈마 방전은, 대향하는 웨이퍼의 활성화되는 표면의 반대면에 단락 방지층을 구비하고, 상기 단락 방지층이 웨이퍼와 접촉하는 면의 반대면에 전극을 접촉시켜 방전하는 것을 특징으로 하는 것일 수 있다. 상기 단락 방지층을 구비함으로써 상기 웨이퍼 접합 단계에서 단락이 발생되는 것을 방지할 수 있어 상기 플라즈마 방전 상태를 유지할 수 있다. In an embodiment of the present invention, the plasma discharge is performed by providing a short circuit prevention layer on the opposite side of the activated surface of the opposing wafer, and contacting an electrode with the surface opposite to the surface where the short circuit prevention layer is in contact with the wafer. It may be a feature. By providing the short circuit prevention layer, it is possible to prevent a short circuit from occurring in the wafer bonding step, thereby maintaining the plasma discharge state.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 단락 방지층은 세라믹 및 석영으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상인 것을 특징으로 하는 것일 수 있다. 상기 단락 방지층은 절연 특성을 가지는 것으로 바람직하게는 세라믹일 수 있다. In an embodiment of the present invention, the short circuit prevention layer may be one or more selected from the group consisting of ceramic and quartz. The short circuit prevention layer has insulating properties and may preferably be ceramic.
이하, 본 발명의 제2측면에 따른 웨이퍼 본딩 시스템을 설명한다. 상기 본원의 제 1 측면과 중복되는 부분들에 대해서는 상세한 설명을 생략하였으나, 본원의 제 1 측면에 대해 설명한 내용은 제 2 측면에서 그 설명이 생략되었더라도 동일하게 적용될 수 있다.Hereinafter, a wafer bonding system according to the second aspect of the present invention will be described. Detailed description of parts overlapping with the first aspect of the present application has been omitted, but the content described in the first aspect of the present application can be applied equally even if the description is omitted in the second aspect.
전술한 상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 다른 일실시예는 대향하는 웨이퍼들 사이에 가스 분위기에서 플라즈마 방전을 시행하여 웨이퍼 표면을 활성화하는 플라즈마 방전부; 및 상기 플라즈마 방전을 유지하면서 웨이퍼 표면이 활성화된 대향하는 웨이퍼들을 접합하여 화학 결합을 형성하도록 하는 웨이퍼 가압고정부;를 포함하는 웨이퍼 본딩 시스템을 제공한다.In order to achieve the above-described technical problem, another embodiment of the present invention includes a plasma discharge unit that activates the wafer surface by performing a plasma discharge in a gas atmosphere between opposing wafers; and a wafer pressurizing unit that bonds opposing wafers with activated wafer surfaces to form a chemical bond while maintaining the plasma discharge.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 웨이퍼 본딩 방법을 시스템에서 구현하는 것을 나타내는 개념도이다.Figure 2 is a conceptual diagram showing the implementation of a wafer bonding method in a system according to an embodiment of the present invention.
도 2를 참조하면, 상기 플라즈마 방전부를 구비함으로써 웨이퍼 두 장을 대향시키고 가스 분위기에서 상기 웨이퍼 사이에 플라즈마 방전을 일으켜 웨이퍼 표면을 활성화할 수 있다. 상기 웨이퍼 표면은 상기 가스에 의해 웨이퍼 표면에 목적하는 작용기를 형성할 수 있다. 상기 웨이퍼 가압고정부에 의해 상기 웨이퍼 표면이 활성화된 대향하는 웨이퍼들을 접합하여 화학 결합을 형성할 수 있다. 상기 웨이퍼 본딩 시스템은 플라즈마 표면 처리 후 물을 이용하여 목적하는 작용기를 형성하는 과정에서 계면에서 발생하는 H2O 버블, H2 가스 버블 등이 발생하여 어닐링 진행 후에 상기 버블이 웨이퍼 밖으로 빠져나가지 못하고 계면에 머물러 결함이 발생할 수 있는 문제점을 해결할 수 있다. 즉 상기 플라즈마 방전을 시행하여 웨이퍼 표면을 활성화한 후, 상기 플라즈마 방전을 유지하면서 웨이퍼 표면이 활성화된 대향하는 웨이퍼들을 접합하여 화학 결합을 형성하는 바 물을 이용하는 과정이 웨이퍼 본딩 과정에서 존재하지 않아 상기와 같은 문제점은 발생하지 않을 수 있다.Referring to FIG. 2, by providing the plasma discharge unit, the surface of the wafer can be activated by opposing two wafers and generating a plasma discharge between the wafers in a gas atmosphere. The wafer surface can form a desired functional group on the wafer surface by the gas. Opposing wafers whose surfaces are activated by the wafer pressure fixing unit can be bonded to form a chemical bond. In the wafer bonding system, in the process of forming the desired functional group using water after plasma surface treatment, H 2 O bubbles, H 2 gas bubbles, etc. are generated at the interface, so the bubbles cannot escape out of the wafer after annealing and form a surface at the interface. You can solve problems that may cause defects by staying at . That is, after the plasma discharge is performed to activate the wafer surface, the plasma discharge is maintained and opposing wafers with activated wafer surfaces are bonded to form a chemical bond. Since the process of using water does not exist in the wafer bonding process, the wafer surface is activated. Problems like this may not occur.
본 발명의 실시예에 있어서, 본 발명의 실시예에 있어서, 상기 웨이퍼는 실리콘 기반의 웨이퍼 또는 3-5족 웨이퍼일 수 있다. 바람직하게는 실리콘 기반의 웨이퍼일 수 있다.In an embodiment of the present invention, the wafer may be a silicon-based wafer or a Group 3-5 wafer. Preferably, it may be a silicon-based wafer.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 가스는 헬륨 가스, 네온 가스, 아르곤 가스, 크립톤 가스 및 제논 가스로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 것일 수 있다. 상기 가스는 불활성 기체로 플라즈마 형성으로 인해 웨이퍼 본딩시 친수성기 형성에 직접적인 요인이 될 수 있으며 또한 추가적인 가스 유입시 플라즈마 방전의 도움을 줄 수 있다.In an embodiment of the present invention, the gas may be characterized as including one or more selected from the group consisting of helium gas, neon gas, argon gas, krypton gas, and xenon gas. The gas is an inert gas and can be a direct factor in the formation of hydrophilic groups during wafer bonding due to plasma formation and can also help plasma discharge when additional gas is introduced.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 추가적인 가스는 산소, 질소 및 수증기로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 것일 수 있다. 바람직하게는 산소일 수 있다. 상기 가스가 산소인 경우, 종래의 웨이퍼 본딩 기술은 플라즈마 표면 처리 후 물을 이용하여 silanol 결합을 형성 후 이를 어닐링 공정을 거쳐 siloxane 결합을 형성하는 방법으로 진행하였다. 이러한 방식은 공정 과정이 많을 뿐만 아니라 웨이퍼를 접착 후 계면에서 발생하는 H2O bubble 또는 silanol 결합이 siloxane 결합으로 변하면서 발생하는 H2O 버블, H2 가스 버블 등이 발생하여 어닐링 진행후에 버블이 웨이퍼 밖으로 빠져나가지 못하고 계면에 머물러 결함이 발생할 수 있는 문제점이 있었다. 이에 기 플라즈마 방전을 시행하여 웨이퍼 표면을 활성화하는 웨이퍼 활성화 단계 수행한 후, 상기 플라즈마 방전을 유지하면서 웨이퍼 표면이 활성화된 대향하는 웨이퍼들을 접합하여 화학 결합을 형성하는 웨이퍼 접합 단계를 수행하는 바 물을 이용하는 과정이 웨이퍼 본딩 과정에서 존재하지 않아 상기와 같은 문제점을 해결할 수 있다. In an embodiment of the present invention, the additional gas may further include one or more selected from the group consisting of oxygen, nitrogen, and water vapor. Preferably it may be oxygen. When the gas is oxygen, the conventional wafer bonding technology proceeds by forming a silanol bond using water after plasma surface treatment and then forming a siloxane bond through an annealing process. This method not only involves many processes, but also generates H 2 O bubbles at the interface after bonding the wafer, or H 2 O bubbles and H 2 gas bubbles generated when silanol bonds change to siloxane bonds, resulting in bubbles after annealing. There was a problem in that it could not escape out of the wafer and stayed at the interface, causing defects. Accordingly, after performing a wafer activation step of activating the wafer surface by performing a plasma discharge, a wafer bonding step of forming a chemical bond is performed by bonding opposing wafers with activated wafer surfaces while maintaining the plasma discharge. Since the process used does not exist in the wafer bonding process, the above problems can be solved.
상기 플라즈마는 펄스 DC 또는 교류 전압을 에너지원으로 하여 생성될 수 있다. 예를 들면, 상기 DC나 교류 전압의 범위는 0~5 kV 일 수 있다. 교류 전압 역시 펄스를 이용하여 인가할 수도 있다. 또한 상기 플라즈마는 고주파를 에너지원으로 하여 생성될 수 있다. 상기 플라즈마는 대기압 및 대기압보다 낮은 압력에서 생성될 수 있다. 예를 들어, 상기 압력은 5 torr이하일 수 있다.The plasma can be generated using pulsed DC or alternating current voltage as an energy source. For example, the range of the DC or AC voltage may be 0 to 5 kV. Alternating voltage can also be applied using pulses. Additionally, the plasma can be generated using high frequency as an energy source. The plasma can be generated at atmospheric pressure and sub-atmospheric pressure. For example, the pressure may be 5 torr or less.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 웨이퍼 접합 후 접합된 웨이퍼들을 어닐링하는 어닐링부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 것일 수 있다.In an embodiment of the present invention, the wafer may further include an annealing unit that anneals the bonded wafers after bonding the wafer.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 웨이퍼 접합 단계 후 접합된 웨이퍼들을 어닐링하는 어닐링 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 것일 수 있다. 상기 어닐링 단계을 거치게 되면 약하게 결합되어 있던 웨이퍼 본딩이 강하게 형성될 수 있다.In an embodiment of the present invention, an annealing step of annealing the bonded wafers may be further included after the wafer bonding step. By going through the annealing step, wafer bonding that was weakly bonded can be strengthened.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 어닐링 단계는 10시간 이내동안 500℃ 이하의 저온에서 어닐링하는 것을 특징으로 하는 것일 수 있다. 상기 어닐링 시간이 10시간 이내가 적당하며 10시간보다 클 경우에는 비효율적일 수 있다. 상기 어닐링은 저온에서 이루어지는 공정으로 그 온도가 클 경우에는 웨이퍼 또는 그 소자에 손상이 발생할 수 있기 때문에 500℃ 이하에서 어닐링 할 수 있다. In an embodiment of the present invention, the annealing step may be characterized as annealing at a low temperature of 500°C or less for less than 10 hours. The annealing time is suitable within 10 hours, but if it is longer than 10 hours, it may be inefficient. The annealing process is performed at a low temperature, and if the temperature is high, damage may occur to the wafer or its devices, so annealing can be performed below 500°C.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 웨이퍼를 가열하는 웨이퍼 가열부를 더 포함하여 것을 특징으로 하는 것일 수 있다. 상기 웨이퍼를 가열하는 웨이퍼 가열부를 더 포함하여 본딩시에 웨이퍼 활성화 상태에서 어닐링이 추가적으로 되도록 하며 이를 통해 기존보다 본딩에너지가 높게 되도록 할 수 있다. In an embodiment of the present invention, the wafer heating unit may further include a wafer heating unit that heats the wafer. By further including a wafer heating unit that heats the wafer, annealing is additionally performed while the wafer is activated during bonding, and through this, bonding energy can be made higher than before.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 플라즈마 방전은, 대향하는 웨이퍼의 활성화되는 표면의 반대면에 단락 방지층을 구비하고, 상기 단락 방지층이 웨이퍼와 접촉하는 면의 반대면에 전극을 접촉시켜 방전하는 것을 특징으로 하는 것일 수 있다.In an embodiment of the present invention, the plasma discharge is performed by providing a short circuit prevention layer on the opposite side of the activated surface of the opposing wafer, and contacting an electrode with the surface opposite to the surface where the short circuit prevention layer is in contact with the wafer. It may be a feature.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 단락 방지층은 세라믹 및 석영으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상인 것을 특징으로 하는 것일 수 있다. 상기 단락 방지층은 절연 특성을 가지는 것으로 바람직하게는 세라믹일 수 있다. In an embodiment of the present invention, the short circuit prevention layer may be one or more selected from the group consisting of ceramic and quartz. The short circuit prevention layer has insulating properties and may preferably be ceramic.
이하 실시예를 통하여 상술한 구현예를 보다 상세하게 설명한다. 다만 하기의 실시예는 단지 설명의 목적을 위한 것이며 범위를 제한하는 것은 아니다.The above-described implementation example will be described in more detail through examples below. However, the following examples are for illustrative purposes only and do not limit the scope.
실시예 1. 웨이퍼 본딩 방법의 실시Example 1. Implementation of wafer bonding method
상 하부 기판에 본딩하고자 하는 웨이퍼를 각각 로딩 한 후, Ar가스와 O2 가스를 혼합하여 공정 압력 200 Torr에서 전압을 1.3 Kv를 인가하여 플라즈마를 띄운 후 기판을 서로 접근시켜 웨이퍼를 맞닿게 한다.After loading the wafers to be bonded onto the upper and lower substrates, Ar gas and O 2 gas are mixed, a voltage of 1.3 Kv is applied at a process pressure of 200 Torr to create plasma, and the substrates are brought close to each other so that the wafers touch each other.
그 후에 상기 웨이퍼를 어닐링 장비에서 어닐링을 시작한다. 어닐링이 마무리되면 본딩이 마무리되게 된다.Afterwards, annealing of the wafer begins in an annealing equipment. When annealing is completed, bonding is completed.
실험예 1. 특성 관찰Experimental Example 1. Characteristic observation
표면 친수성 기에 대해 측정하기 위해 샘플 위에 물방울을 올려 놓고 샘플과 물방울이 맺혀있는 각도를 측정하는 방식을 통해 Contact Angle 측정을 진행하였고 그 결과를 도 3 내지 도 5에 나타내었다. To measure the surface hydrophilic group, contact angle measurement was performed by placing a water droplet on the sample and measuring the angle between the sample and the water droplet, and the results are shown in Figures 3 to 5.
이하에서 상기 실험예의 결과를 나타내는 그래프에 대해 설명한다.Below, a graph showing the results of the above experimental example will be described.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 플라즈마 처리 시간에 따른 접촉각을 측정 실험을 나타내는 도면이다.Figure 3 is a diagram showing an experiment measuring contact angle according to plasma treatment time according to an embodiment of the present invention.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 플라즈마 처리 시간에 따른 접촉각을 측정한 그래프를 나타내는 도면이다.Figure 4 is a diagram showing a graph measuring the contact angle according to plasma treatment time according to an embodiment of the present invention.
도 3 및 도 4를 참조하면 플라즈마 처리 시간이 20초가 지나면서 Contact Angle이 5도 미만으로 처음의 물방울의 모양이 급격히 사라짐을 알 수 있고, 완전한 친수성으로 표면이 처리된 것을 확인할 수 있다. 따라서 20초부터 웨이퍼 표면에 친수성의 작용기가 생성됨을 알 수 있다.Referring to Figures 3 and 4, it can be seen that as the plasma treatment time passes for 20 seconds, the contact angle is less than 5 degrees, and the initial shape of the water droplet suddenly disappears, confirming that the surface has been treated to be completely hydrophilic. Therefore, it can be seen that hydrophilic functional groups are created on the wafer surface starting from 20 seconds.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 웨이퍼 본딩 방법으로 본딩한 웨이퍼의 단면의 SEM 사진을 나타내는 도면이다. Figure 5 is a diagram showing an SEM photograph of a cross section of a wafer bonded using a wafer bonding method according to an embodiment of the present invention.
도 5를 참조하면 상기 웨이퍼는 실리콘 웨이퍼이고Si와 SiO2(Dielectric Layer)의 경계가 확실히 보이며 SiO2간의 계면이 명확히 구분하기 힘들정도로 본딩이 잘 형성된 것을 확인할 수 있다.Referring to Figure 5, the wafer is a silicon wafer, and the boundary between Si and SiO 2 (Dielectric Layer) is clearly visible, and it can be seen that the bonding is well formed to the extent that the interface between SiO 2 is difficult to clearly distinguish.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.The description of the present invention described above is for illustrative purposes, and those skilled in the art will understand that the present invention can be easily modified into other specific forms without changing the technical idea or essential features of the present invention. will be. Therefore, the embodiments described above should be understood in all respects as illustrative and not restrictive. For example, each component described as unitary may be implemented in a distributed manner, and similarly, components described as distributed may also be implemented in a combined form.
본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.The scope of the present invention is indicated by the patent claims described below, and all changes or modified forms derived from the meaning and scope of the claims and their equivalent concepts should be construed as being included in the scope of the present invention.
Claims (16)
상기 플라즈마 방전을 유지하면서 웨이퍼 표면이 활성화된 대향하는 웨이퍼들을 접합하여 화학 결합을 형성하는 웨이퍼 접합 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하고,
상기 가스는 헬륨 가스, 네온 가스, 아르곤 가스, 크립톤 가스 및 제논 가스로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상을 포함하는 것이고,
상기 대향하는 웨이퍼의 활성화되는 표면의 반대면에 단락 방지층을 구비하여, 상기 단락 방지층이 웨이퍼와 접촉하는 면의 반대면에 전극을 접촉시켜 상기 플라즈마 방전을 시행 및 유지하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 본딩 방법.
A wafer activation step of activating the wafer surface by performing a plasma discharge in a gas atmosphere between opposing wafers; and
A wafer bonding step of forming a chemical bond by bonding opposing wafers with activated wafer surfaces while maintaining the plasma discharge,
The gas includes one or more selected from the group consisting of helium gas, neon gas, argon gas, krypton gas, and xenon gas,
A wafer bonding method comprising providing a short-circuit prevention layer on the opposite side of the activated surface of the opposing wafer, and performing and maintaining the plasma discharge by contacting an electrode with the side opposite to the side where the short-circuit prevention layer is in contact with the wafer. .
상기 가스는 산소, 질소 및 수증기로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 본딩 방법.According to clause 1,
A wafer bonding method, wherein the gas further includes one or more selected from the group consisting of oxygen, nitrogen, and water vapor.
상기 웨이퍼 접합 단계 후 접합된 웨이퍼들을 어닐링하는 어닐링 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 본딩 방법. According to claim 1,
A wafer bonding method further comprising an annealing step of annealing the bonded wafers after the wafer bonding step.
상기 어닐링 단계는 10시간 이하의 시간 동안 500℃이하의 온도에서 어닐링하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 본딩 방법.According to claim 4,
The annealing step is a wafer bonding method characterized in that annealing is performed at a temperature of 500° C. or less for a time of 10 hours or less.
상기 웨이퍼 활성화 단계 전 또는 상기 웨이퍼 활성화 단계에서 상기 웨이퍼를 가열하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 본딩 방법.According to claim 1,
A wafer bonding method, characterized in that heating the wafer before or during the wafer activation step.
상기 단락 방지층은 세라믹 및 석영으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상인 것을 특징으로 하는 웨이퍼 본딩 방법.According to clause 1,
A wafer bonding method, wherein the short circuit prevention layer is at least one selected from the group consisting of ceramic and quartz.
상기 플라즈마 방전을 유지하면서 웨이퍼 표면이 활성화된 대향하는 웨이퍼들을 접합하여 화학 결합을 형성하도록 하는 웨이퍼 가압고정부; 및
상기 대향하는 웨이퍼의 활성화되는 표면의 반대면에 단락 방지층을 구비하는 단락 방지부를 포함하는 것을 특징으로 하고,
상기 가스는 헬륨 가스, 네온 가스, 아르곤 가스, 크립톤 가스 및 제논 가스로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상을 포함하는 것이고,
상기 단락 방지부에서, 상기 단락 방지층이 웨이퍼와 접촉하는 면의 반대면에 전극을 접촉시켜 상기 플라즈마 방전을 시행 및 유지하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 본딩 시스템.
A plasma discharge unit that activates the wafer surface by performing a plasma discharge in a gas atmosphere between opposing wafers;
a wafer pressurizing unit that bonds opposing wafers with activated wafer surfaces to form a chemical bond while maintaining the plasma discharge; and
Characterized in that it includes a short-circuit prevention portion having a short-circuit prevention layer on a surface opposite to the activated surface of the opposing wafer,
The gas includes one or more selected from the group consisting of helium gas, neon gas, argon gas, krypton gas, and xenon gas,
A wafer bonding system, characterized in that, in the short circuit prevention unit, the plasma discharge is performed and maintained by contacting an electrode with a surface opposite to the surface where the short circuit prevention layer is in contact with the wafer.
상기 가스는 산소, 질소 및 수증기로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 본딩 시스템.According to clause 9,
A wafer bonding system, wherein the gas further includes one or more selected from the group consisting of oxygen, nitrogen, and water vapor.
상기 웨이퍼 접합 후 접합된 웨이퍼들을 어닐링하는 어닐링부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 본딩 시스템.According to clause 9,
A wafer bonding system further comprising an annealing unit that anneals the bonded wafers after bonding the wafers.
상기 어닐링부는 10시간 이하의 시간 동안 500℃이하의 온도에서 어닐링하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 본딩 시스템.According to claim 12,
A wafer bonding system, characterized in that the annealing unit is annealed at a temperature of 500° C. or less for a time of 10 hours or less.
상기 웨이퍼를 가열하는 웨이퍼 가열부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 본딩 시스템.
According to clause 9,
A wafer bonding system further comprising a wafer heating unit that heats the wafer.
상기 단락 방지층은 세라믹 및 석영으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상인 것을 특징으로 하는 웨이퍼 본딩 시스템.According to clause 9,
A wafer bonding system, characterized in that the short circuit prevention layer is at least one selected from the group consisting of ceramic and quartz.
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020220087248A KR102586083B1 (en) | 2022-07-15 | 2022-07-15 | Wafer bonding method and wafer bonding system |
| PCT/KR2023/009551 WO2024014784A1 (en) | 2022-07-15 | 2023-07-06 | Wafer bonding method and wafer bonding system |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020220087248A KR102586083B1 (en) | 2022-07-15 | 2022-07-15 | Wafer bonding method and wafer bonding system |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR102586083B1 true KR102586083B1 (en) | 2023-10-05 |
Family
ID=88293564
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020220087248A KR102586083B1 (en) | 2022-07-15 | 2022-07-15 | Wafer bonding method and wafer bonding system |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR102586083B1 (en) |
| WO (1) | WO2024014784A1 (en) |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100442310B1 (en) * | 2001-11-28 | 2004-07-30 | 최우범 | Wafer bonding machine with plasma treatment and control method thereof |
| KR20050030138A (en) * | 2003-09-24 | 2005-03-29 | 에리히 탈너 | Device and method for bonding wafers |
| KR20080105956A (en) * | 2007-06-01 | 2008-12-04 | 참앤씨(주) | Wafer bonding method |
| KR20090021833A (en) * | 2007-08-28 | 2009-03-04 | 주식회사 실트론 | Method of fabricating soi wafer |
| JP2011025302A (en) * | 2009-07-29 | 2011-02-10 | Hiroshima Univ | Plasma substrate surface treatment joining method and device therefor |
| KR101503027B1 (en) | 2010-11-19 | 2015-03-18 | 한국전자통신연구원 | Method of wafer bonding |
-
2022
- 2022-07-15 KR KR1020220087248A patent/KR102586083B1/en active IP Right Grant
-
2023
- 2023-07-06 WO PCT/KR2023/009551 patent/WO2024014784A1/en unknown
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100442310B1 (en) * | 2001-11-28 | 2004-07-30 | 최우범 | Wafer bonding machine with plasma treatment and control method thereof |
| KR20050030138A (en) * | 2003-09-24 | 2005-03-29 | 에리히 탈너 | Device and method for bonding wafers |
| KR20080105956A (en) * | 2007-06-01 | 2008-12-04 | 참앤씨(주) | Wafer bonding method |
| KR20090021833A (en) * | 2007-08-28 | 2009-03-04 | 주식회사 실트론 | Method of fabricating soi wafer |
| JP2011025302A (en) * | 2009-07-29 | 2011-02-10 | Hiroshima Univ | Plasma substrate surface treatment joining method and device therefor |
| KR101503027B1 (en) | 2010-11-19 | 2015-03-18 | 한국전자통신연구원 | Method of wafer bonding |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Donato Pasquariello and Klas Hjort, "Plasma-Assisted InP-to-Si Low Temperature Wafer Bonding", IEEE JOURNAL ON SELECTED TOPICS IN QUANTUM ELECTRONICS, VOL. 8, NO. 1, JANUARY/FEBRUARY 2002, 118-132페이지. * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO2024014784A1 (en) | 2024-01-18 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR102027205B1 (en) | Semiconductor-on-insulator wafer manufacturing method for reducing light point defects and surface roughness | |
| JP5989642B2 (en) | Method of deconducting silicon-on-insulator wafers in situ | |
| TWI694497B (en) | Method for manufacturing composite wafer with oxide single crystal film | |
| JP4379943B2 (en) | Semiconductor substrate manufacturing method and semiconductor substrate manufacturing apparatus | |
| US8138064B2 (en) | Method for producing silicon film-transferred insulator wafer | |
| KR100972213B1 (en) | Process for producing soi wafer and soi wafer | |
| US20060273068A1 (en) | Methods for preparing a bonding surface of a semiconductor wafer | |
| KR101541940B1 (en) | Method for producing soi substrate | |
| EP3442005A1 (en) | Method for manufacturing composite wafer provided with oxide single crystal thin film | |
| Frye et al. | A Field‐Assisted Bonding Process for Silicon Dielectric Isolation | |
| JP2008288556A (en) | Method for manufacturing bonded substrate | |
| JP2006210898A (en) | Process for producing soi wafer, and soi wafer | |
| JP4671900B2 (en) | Joining method and joining apparatus | |
| CN107180754B (en) | Plasma processing method | |
| KR20080007094A (en) | Thermal treatment for bonding interface stabilization | |
| KR20150013556A (en) | Process for bonding in an atmosphere of a gas having a negative joule-thomson coefficient | |
| KR102138949B1 (en) | Method for producing sos substrates, and sos substrate | |
| US20060051893A1 (en) | Thin substrate support | |
| JP2006520088A (en) | Method and apparatus for pretreatment of substrates to be bonded | |
| CN112053939A (en) | Wafer bonding method | |
| KR102586083B1 (en) | Wafer bonding method and wafer bonding system | |
| Wang et al. | Void-free room-temperature silicon wafer direct bonding using sequential plasma activation | |
| US20020006724A1 (en) | Processing method for object to be processed | |
| US6548375B1 (en) | Method of preparing silicon-on-insulator substrates particularly suited for microwave applications | |
| JP4624812B2 (en) | Manufacturing method of SOI wafer |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant |