KR20150070178A - 분자 접착에 의한 접합 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 분자 접착에 의한 접합 방법에 대한 것으로서, 밀폐된 베슬(hermetically-sealed vessel,210) 내에서 제1 및 제2 웨이퍼(202, 206)를 위치시키는 단계, 400 hPa과 동일 또는 미만의 제1 압력(P1)으로 베슬(210)의 진공(evacuation) 단계, 드라이 가스(214)의 주입에 의하여 제1 압력(P1)보다 더 큰 제2 압력으로 베슬 내의 압력의 조정 단계, 및 제1 및 제2 웨이퍼(202, 206)를 접촉시켜 베슬을 제2 압력(P2)에서 유지하는 동안 두 웨이퍼 사이에서 접합 파장의 전파의 개시단계를 포함한다.
Description
본 발명은 최종 기판상으로 적어도 한 층을 이송시킴으로써 형성되는 다층 반도체 구조 또는 웨이퍼(또는, 복합 구조체로 불림)의 제조 분야에 대한 것이다. 이러한 층 이송은, 제1 웨이퍼(또는 초기 기판)을 제2 웨이퍼(또는 최종 기판) 상으로 접합, 예를 들어 분자 접착에 의하여 획득되고, 상기 제1 웨이퍼는 일반적으로 접합(bonding) 후에 씨닝(thinned)된다. 이송된 층은 부품(component) 또는 복수의 마이크로-부품의 전부 또는 일부를 더 포함할 수 있다.
더욱 상세하게, 본 발명은 분자 접착에 의하여 접합된 두 웨이퍼 사이의 접합 인터페이스에서 국소적 방식으로 일어날 수 있는 접합 결함(bonding defect)의 문제에 대한 것이다.
분자 접착에 의한 접합은 잘 알려진 기술이다.
다시 살펴보면, 분자 접착에 의한 접합 원리는 두 표면의 직접 접촉에 기초하는 것으로서, 다시 말해 특정 물질(글루, 왁스, 납땜 등)의 사용없이 이루어진다. 상기 공정은 접합 표면이 충분히 평탄화(smooth)되고 입자 또는 오염이 없음을 요구한다. 이로써, 이들은 충분히 서로 근접하여, 통상적으로 수 나노미터 미만의 거리에서 접촉이 개시되도록 한다. 이 경우, 상기 두 표면 사이의 인력이 분자 접착(접합되는 두 표면의 원자 또는 분자 사이의 모든 끌어당기는 전기적 상호작용력(반데르발스력)에 의하여 유도되는 접합)을 야기할 정도로 충분히 높다.
도 1a 내지 1d는 제1 웨이퍼(102)의 제2 웨이퍼(106) 상으로의 분자 접착에 의한 접합을 포함하는 다층 구조의 일 실시 예를 도시하고, 상기 제2 웨이퍼는 지지 웨이퍼를 형성한다.
상기 제1 웨이퍼(102)는 그 접합면(102a) 상의 마이크로부품 시리즈를 포함한다(도 1a). 상기 마이크로부품(104)은, 형성될 마이크로부품(104)에 대응하는 패턴 형성 영역이 정의되도록 하는 마스크 수단에 의한 포토리소그래피(photolithography)에 의하여 형성된다.
본 명세서에서, 용어 "마이크로-부품"은 그 위치가 정밀하게 제어되어야만하고, 상기 층들 상 또는 내에서 수행되는 기술 단계들에 의해 형성된 장치 또는 임의의 다른 패턴을 의미하는 것으로 이해된다. 그러므로 이들은 능동 부품(active component)또는 수동 부품(passive component), 단순 컨택(simple contact), 인터커넥션(interconnection) 등이 될 수 있다.
상술한 예에서, 지지 웨이퍼(106)는, 예를 들어 상기 지지 웨이퍼의 산화에 의하여 형성되는 열산화막(108)(또는 산화막 증착막)에 의하여 커버되어 상기 제1 웨이퍼(102)와의 분자 접착이 이루어지도록 한다(도 1a).
몇몇 형태의 처리가 제1 웨이퍼(102)의 접합 표면(102a)과 상기 제2 웨이퍼 (106)의 접합 표면(106a)을 준비하기 위하여 일반적으로 사용되고, 상기 처리는 획득하고자 하는 접합 에너지에 따라 다양하다(화학-기계적 연마(CMP), 세척(cleaning), 브러싱(brushing), 소수성/친수성 처리 등).
상기 웨이퍼들이 준비되면, 상기 지지 웨이퍼(106)는 접합 기계(bonding machine,115)에 위치된다. 더욱 상세하게, 상기 지지 웨이퍼(106)는 상기 제1 웨이퍼(102)와 분자 접착에 의하여 어셈블리를 형성할 목적으로 상기 접합 기계(115)의 기판 홀더(110) 상에 위치된다.
상기 기판 홀더(110)는 예를 들어 정전기적 또는 흡입 시스템의 수단에 의하여 제2 웨이퍼(106)를 홀딩한다.
순차적으로, 상기 제1 웨이퍼(102)는 상기 제2 웨이퍼(106)상에 위치되어 상기 제2 웨이퍼와 치밀한 접촉(intimate contact)이 되도록 한다(도 1b). 상기 분자 접착의 개시는 상기 제1 웨이퍼(102) 상에서 접촉력(기계적 압력)의 적용에 의하여 수행된다(도 1c). 상기 접촉력의 적용이 접합 파장(bonding wave, 122)의 전파(propagation)가 개시점으로부터 출발하여 개시되도록 한다(도 1d). 상기 접합 파장(122)은 접합 기계(115)가 구비한 적용 장치(114)(예를 들어, Teflon® stylus)에 의하여 개시된다.
본 명세서에서, "접합 파장(bonding wave)"은 개시점으로부터 전파되는 분자 접합 또는 접착 파면(wavefront)을 의미하는 것으로, 이것은, 접촉점에서부터 두 웨이퍼 사이의 전체 치밀한 접촉 표면(접합 인터페이스)에 걸친, 인력(반데르발스력)의 확산에 대응된다.
그러므로, 웨이퍼들(102 및 106)의 접합 표면 전체에 걸친 접합 파장(122)의 전파는 상기 두 웨이퍼의 분자 접착에 의한 접합을 가능하게 하여, 다층 구조 (112)가 획득되도록 한다.
일단 접합이 야기되면, 열적 어닐링(thermal annealing) 수행에 의하여 강화될 수 있다. 이어서, 제1 웨이퍼(122)는 씨닝되어 결과적으로, 지지 웨이퍼(106)상으로 이송된 층을 형성한다.
그러나 출원인은 상기 두 웨이퍼 사이의 접합 인터페이스에서, 더욱 정확하게는, 접합 개시점(116)의 맞은편에 위치하는 영역(120)에서 국소화된 접합 결함 (118)의 존재를 발견하였다(도 1e). 상기 결함은, 두 웨이퍼(102 및 106)가 매우 낮은 접합력를 보이거나, 또는 아예 접합이 부존재하는 영역에 대응한다.
상기 접합 결함은 제조자에게는 바람직하지 않은데 이들은 웨이퍼 사이의 접합의 품질을 감소시키기 때문이다. 더욱 일반적으로, 이러한 결함은 최적화되지 않은 제조 공정의 지표이며, 따라서, 생산된 다층 구조에 대한 수요를 감소시킨다.
그러므로, 현재 분자 접착에 의하여 어셈블리된 다층 구조의 제조 품질의 개선이 필수적이다. 특히, 두 웨이퍼 사이의 접합 인터페이스에서 상기 언급된 접합 결함이 감소되거나, 완전히 방지되도록 하는 분자 접착을 이용한 접합 공정에 대한 요구가 존재한다.
상기 목적을 위하여, 본 발명은 다음을 포함하는 분자 접착에 의한 접합 방법을 제공한다:
- 밀폐된 베슬(hermetically-sealed vessel) 내에서 제1 및 제2 웨이퍼의 위치단계;
- 400 hPa과 동일 또는 미만의 제1 압력이 되도록 상기 베슬을 진공( evacuation)(또는, 배기(排氣))시키는 단계;
- 10,000 ppm 미만의 수분 함유량을 갖는 드라이 가스의 주입에 의하여 상기 베슬 내의 압력을 제2 압력으로의 조정 단계; 및
- 상기 제1 및 제2 웨이퍼를 접촉시켜 상기 제2 압력(P2)에서 상기 베슬을 유지하는 동안 상기 두 웨이퍼 사이에서 접합 파장의 전파의 개시단계.
상기 본 발명의 방법은, 접합 이전에, 상기 웨이퍼의 표면에 존재하는 수분을 (탈착(desorption)에 의하여) 제거되도록 하고, 진공될 베슬의 대기 내에서 가스 형태로 존재하는 포화된 수분의 많은 부분이 제거 되도록 한다. 이런 방식으로, 상기 (접합 후의) 접합 인터페이스에서 트랩된 수분의 양이 현저하게 감소될 수 있고, 이러한 사실은 상기 두 웨이퍼 사이의 접합 인터페이스에서 상기 언급된 접합 결함의 존재가 감소되거나, 완전히 예방되도록 한다.
게다가, 1000 ppm보다 낮은 수분 농도는, 상기 분자 접착에 의한 접합 동안 상기 베슬의 대기 내에서 가스 형태로 존재하는, 포화된 수분의 농도가 효과적으로 제한되도록 한다.
게다가, 상기 드라이 가스는 다음으로부터 적어도 어느 하나가 될 수 있다: 질소, 헬륨, 공기, 아르곤 및 네온.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 제2 압력은 적어도 1 atm이다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따라, 상기 웨어퍼들 중 적어도 어느 하나는 그 접합 표면 상에 적어도 하나의 캐비티(cavity)를 포함한다. 또한, 상기 제2 압력은 접합 후에 상기 캐비티 내의 압력을 상기 제2 압력으로 조절하도록 고정(fixed)된다.
어느 일 특정 실시예에서, 상기 웨이퍼들은 실리콘 웨이퍼이다.
본 발명의 다른 특징 및 효과는 아래에 기술된 설명과 첨부된 도면에 의해 명백해질 것이다. 첨부된 도면은 어느 하나의 예시적 실시 예를 설명하는 것으로서, 본 발명을 어떠한 방식으로든 제한하는 것이 아니다. 도면은 다음과 같다:
- 도 1a 내지 1d는, 개략적으로, 당업자에게 잘 알려진 분자 접착에 의한 접합 방법의 일 예시를 도시한다;
- 도 1e는, 도 1a 내지 1d에서 설명되는 상기 접합 방법 동안 나타나는 접합 결함을 개략적으로 도시한다;
- 도 1f는, 도 1e에서 도시된 접합 결함의 형성 메카니즘을 개략적으로 설명한다;
도 2a 내지 2d는, 본 발명의 일 실시 예에 따른 분자 접착에 의한 접합 방법을 개략적으로 도시한다.
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도 2a 내지 2d는, 본 발명의 일 실시 예에 따른 분자 접착에 의한 접합 방법을 개략적으로 도시한다.
본 발명은, 일반적으로 말해서, 접합 인터페이스에서 바람직하지 못한 접합 결함의 존재가 감소 또는 예방되도록 하는 분자 접착에 의한 접합 방법에 대한 것이다.
이전에 설명한 바와 같이, 출원인은 제2 웨이퍼 상에서 제1 웨이퍼의 분자 접착 접합에 의하여 형성되는 다층 구조의 접합 인터페이스에서 나타나는 국소화된 접합 결함을 발견하였다.
다층 구조를 구성하는 평평한 요소(flat element)는 일반적으로 원형 윤곽(circular contour)을 갖는 웨이퍼 형태이고, 다양한 직경들, 100mm(밀리미터), 200mm, 또는 300mm의 직경을 가질 수 있다. 그러나 이들은 임의의 형태의 평면 요소, 예를 들어 직사각형-형태의 평평한 요소일 수 있다.
도 1e에 도시한 것처럼, 접합 결함(118)에 대한 상세한 연구가 이러한 결합이 형성되는 메카니즘을 주목받게 하였고, 이러한 결함을 막는 방법이 수립되도록 하였다.
상기 결함 118의 형성에 대하여 책임이 있는 메카니즘은 도 1a 내지 1f를 참조하여 지금 설명한다.
이전에 설명한 바와 같이, 분자 접착에 의한 접합 개시는 통상적으로 제1 웨이퍼(102)의 가장자리에 가까이에서 위치되는 개시점(116)에서의 접촉력의 적용에 의하여 수행된다(도 1c). 상기 접촉력의 적용은, 접합 파장(122)의 전파가 개시점 (116)으로부터 출발하여 개시되도록 한다(도 1d).
접합 파장(122)이 개시되면, 상기 두 웨이퍼 사이에 존재하는 주위 공기 및 상기 웨이퍼들 사이의 표면에서 흡수된 과잉의 수분 분자들을 외부로 내보낸다. 상기 두 웨이퍼 사이에서 내보내진 공기는 가스 형태로 특정 농도의 수분을 포함한다.
접합 파장이 개시점(116)의 맞은편 상의 웨이퍼의 가장자리의 이웃 부분에 도달할 때 두 웨이퍼 102 및 106 사이에서 급작스런 압력 하강이 일어난다. 이러한 급작스런 압력 하강은, 온도에서도 대응되는 하강을 이끌어(단열 공정의 경우), 상기 접합 표면(102a 및 106a) 상에서, 상기 접합 파장에 의하여 내보내진 공기에 존재하는 포화 수분을 응결시킨다. 상기 응결은 개시점(116)의 맞은편 상의 영역(120)에서 주로 일어난다.
상기 응결이, 특히 상기 웨이퍼(102 및 106)의 각각의 접합 표면상에 존재할 수 있는 표면 불규칙(surface irregularity,124)(표면 토폴로지(surface topology) 또는 나노-토폴로지(nano-topology), 미세 입자, 마이크로 스크래치, 등)에서 일어난다(도 1f).
상기 접합이 수행되면, 과잉의 수분 분자가 다층 구조(112)의 접합 인터페이스에 위치하는 영역(120)에서 응결의 형태로 잡힌다.
상기 표면 불규칙(124) 상에서 응결되는 수분은, 분자 접착에 의한 두 웨이퍼의 접합의 품질을 악화시킨다. 이후에 상기 다층 구조(112)가 어닐링되는 동안(또는 100℃ 보다 더 높은 온도에서 어떤 다른 열처리 동안), 수분 분자가 가스 상태로 되돌아와서 상기 다층 구조(112)의 접합 인터페이스에서 "에지 보이드(edge voids)" (또는 "접합 보이드(bonding voids)")로 알려진 접합 결함(118)의 존재를 야기시킨다. 이러한 접합 결함(118)은 특히 웨이퍼 경계에서 국소화된 다양한 사이즈(일반적으로 50 내지 500㎛)의 공기 버블의 형태를 취하게 된다.
상술하였듯이, 접합 결함(118)은 바람직하지 않고, 특히 상기 웨이퍼(102)에 씨닝 단계(예를 들어 그라인딩 및/또는 화학적 에칭)가 수행될 때 상기 결함 주위에 있는 웨이퍼(102) 부분의 비의도적 분리를 야기시킨다.
이런 목적을 위하여, 본 발명은 상기 접합 결함의 문제를 해결하기 위하여 접합 이전에 웨이퍼에 적용되는 압력을 제어하는 것과 관련된 분자 접착에 의한 접합 방법을 제공한다.
본 발명에 따른 접합 방법의 특정 일 실시에는 도 2a 내지 2d를 참조하여 지금 설명한다.
본 발명의 목적은, 분자 접착에 의하여, 제1 웨이퍼(202)를 제2 웨이퍼(206) 상에 접합시키는 방법에 대한 것으로서, 제2 웨이퍼는 지지 웨이퍼를 구성한다(도 2a). 이 웨이퍼들은 각각 도 1a의 웨이퍼들 102 및 106과 동일하다.
더욱 상세하게, 본 실시예에서, 제1 웨이퍼(202)는 그 접합 표면(202a) 상에 마이크로-부품(204)을 포함한다. 그리고, 산화가 제2 웨이퍼(206) 상에서 수행되어 그 전체 표면에 대하여 열산화막(208)이 형성되도록 한다. 상기 제2 웨이퍼(206)의 접합 표면(206a) 상에서만 산화막을 증착하는 것이 가능하다. 대안으로, 산화막은 제1 웨이퍼(202)의 접합 표면(202a) 상에서 형성될 수도 있다.
게다가, 제1 웨이퍼(202) 및 제2 웨이퍼(206)는 동일한 직경을 가진다. 그러나 이들은 다른 직경 또는 비-원형 형태를 가질 수도 있다. 게다가, 본 발명의 방법은 상기 접합되는 두 웨이퍼들 중 적어도 어느 하나가 마이크로-부품을 가지지 않는 버진 웨이퍼(virgin wafer)이거나 또는 그 접합 표면상에 캐비티(cavity)(또는 채널)을 포함하는 경우에도 적용될 수도 있다.
게다가, 상기 웨이퍼(202 및 206)은 도 1f에서 설명된 표면 불규칙(124)과 유사한 표면 불규칙들(미도시)을 가질 수 있다.
단계 E2 동안, 제1 및 제2 웨이퍼들은 우선 밀폐된 베슬(hermetically-sealed vessel,210) 내에 위치된다. 본 실시 예에서, 상기 제1 웨이퍼(202)는 제2 웨이퍼(206)의 위쪽에 위치되고, 스페이스(212)는 상기 웨이퍼들(202 및 206) 사이에서 웨이퍼의 가장자리 주위에 위치되어 이들 웨이퍼 사이의 분리를 유지시킨다.
이 단계에서, 상기 베슬(210) 내에 존재하는 주위 대기(ambient atmosphere)는 환경에 따라 가스 형태의 더 큰 또는 더 적은 수분 농도 Ceau를 가질 수 있음에 유의한다. 그리고, 이 단계에서 상기 베슬 내 압력은 정의되지 않는다(예를 들어 1atm일 수 있다).
이어서, 상기 베슬(210)은 400hPa(즉, 400mbars와 동일한 40,000pa)의 임계 압력과 동일 또는 더 낮은 제1 압력 P1으로 진공(또는, 배기(排氣))된다(단계 E4). 이 목적을 위하여, 예를 들어 상기 목적에 적절한 진공 펌프(213)가 사용된다. 상기 베슬 210 내에 수립되는 진공은 더 높은 또는 더 낮은 진공(예를 들어 P1=1 hPa, 100hPa, 400 hPa, 등)일 수 있고, 그러나 어느 경우에, 웨이퍼들(202 및 206)의 접합 표면들(202a 및 206a) 각각에 응결 형태로 존재하는 수분 분자가 탈착되도록 하기 위하여, P1 ≤ 400 hPa이 되는 것이 중요하다.
그러므로 단계 E4는 접합되는 웨이퍼들의 표면 상에 존재하는 수분의 양을 감소시키는 효과를 갖는다. 상기 웨이퍼들 사이의 표면 상에 수분이 과잉으로 존재할 때, 수분은 정말로 분자 접착 접합 공정 동안 "에지 보이드" 타입의 접합 결함에 대하여 책임을 갖는다. 그러나, 상기 접합 표면들(202a 및 206a) 상에 최소 양의 수분이 존재해야만 하는데, 이는, 추후 분자 접착에 의한 웨이퍼들(202 및 206)의 접합(친수성 접합)이 가능하도록 하기 때문이다. 그러므로 단계 E4는 접합 결함의 존재를 제한시키는 동시에 추후에 친수성 접합이 가능할 수 있도록, 웨이퍼의 표면 상에 존재하는(흡수되는) 수분의 양이 조절되도록 한다.
상기 압력 P1이 되도록 하는 진공(E4)은 또한 상기 베슬(210) 내의 대기 내에 존재하는 포화된 수분의 농도 Ceau가 현저히 감소되도록 한다.
상기 단계 E4는 수 초 또는 그 이상(예를 들어 2 또는 3분)일 수 있는 시간 동안 수행된다. 상기 시간은 바람직하게 상기 접합 표면(202a 및 206a) 상에서 수분의 탈착이 최적화되는 방식으로 선택되어, 상기 수분의 농도가 10,000 ppm보다 더 낮게, 바람직하게 1000 ppm보다 더 낮게 되도록 하는 동시에, 분자 접착에 의한 접합이 이루어지도록 한다. 상기 두 웨이퍼(202 및 206)가 Si(실리콘)으로 제조되는 경우, 5 hPa의 압력 P1은, 예를 들어 2분 동안 일정한 레벨로 수립될 수 있다.
압력 P1이 수립되면, 상기 베슬 내로 드라이 가스(214)를 주입함으로써, 상기 베슬(210) 내의 압력이 제1 압력 P1보다 더 크거나 같은 제2 압력 P2로 조정된다(E6).
단계 E6에서 상기 베슬(210) 내로 주입된 드라이 가스(214)는, 바람직하게 10,000 ppm보다 더 낮은, 또는 1000 ppm보다 더 낮은 수분 농도를 갖는다. 이런 방식으로, 상기 단계 E6 동안 상기 베슬(210)의 대기 내로 재-주입되는 수분의 양이 제한된다.
제2 압력 P2는, 예를 들어, 표준 대기압(즉, P2=1atm)에 대응되거나, 또는 웨이퍼들(202 및 206) 중 적어도 어느 하나가 그 접합 표면 상에 캐비티를 가지는 경우엔 표준대기압보다 더 낮은 압력에 대응될 수 있다.
단계 E6 이후에, 상기 웨이퍼들(202 및 206)이 접촉 되도록 한다(E8). 이 경우, 상기 접촉은, 상기 제2 웨이퍼(206) 위쪽의 일정 거리에 있는 제1 웨이퍼(202)를 홀딩하고 있었던 스페이서(212)를 제거함으로써 이루어진다.
이어서, 접합 파장은 상기 웨이퍼들(202 및 206) 사이에서 개시되어(E10), 분자 접착에 의하여 웨이퍼들이 접합되도록 한다.
단계 E8 및 E10은 상기 베슬(210)이 제2 압력 P2에서 유지되는 동시에 수행된다.
본 실시예에서, 접합 파장의 개시 E10는, 상기 웨이퍼 가장자리(202)의 근처에 위치된 개시점(218)으로의 접촉력 적용 장치(216)(예를 들어 Teflon®으로 만들어진 stylus)을 이용하는 방식에 의하여 수립된다(도 2d). 상기 접촉력의 적용은 접합 파장의 전파가 개시점9218)으로부터 출발되어 트리거(trigger)되도록 한다.
P2 = 1 atm의 선택은 두 웨이퍼의 접합 E10 동안 스퓨리어스 접합 파장(spurious bonding waves)의 생성이 회피되도록 한다.
그러나 다른 동작 모드가 접합 파장의 전파가 개시되도록 할 수 있음에 유의할 것이다. 특정 압력 조건(P2 < 1 atm)에서, 그러한 파장 전파의 개시는 제1 웨이퍼(202) 상으로의 기계적 압력의 적용 없이 트리거되는 것이 가능하다.
몇몇 응용에 있어서, 그리고 접합될 웨이퍼가 심각한 변형을 나타내는 경우에 있어서, P2를 1 atm보다 더 높은 수치(예를 들어 2 atm)로 고정하는 것이 유리할 수 있다. 따라서, 상기 접합 E10 동안 스퓨리어스 접합 파장의 생성을 더욱더 제한하는 것이 가능하다.
상기 웨이퍼들(202 및 206)이 접합되면, 전체 어셈블리(220)의 접합 강화를 위해, 예컨대 1100℃의 온도에서 어닐링(E12)이 수행될 수 있다.
이후, 제1 웨이퍼(202)는 그라인딩(또는 다른 어떠한 적절한 기술)에 의하여 씨닝(thinned)될 수 있어, 제2 웨이퍼 206 상에, 초기 제1 웨이퍼 202로부터 시작된 이송된 층 형성될 수 있다.
Claims (6)
- 분자 접착(molecular adhesion)에 의한 접합 방법에 있어서,
- 밀폐된 베슬(hermetically-sealed vessel,210) 내에, 제1 웨이퍼(202) 및 제2 웨이퍼(206)를 위치시키는 단계;
- 베슬(210)의 압력이, 400 hPa과 동일 또는 미만의 제1 압력(P1)이 되도록 하는 진공(evacuation) 단계;
- 10,000 ppm 미만의 수분 함유량을 갖는 드라이 가스(214)를 주입함으로써 상기 베슬 내의 압력을 제1 압력(P1)보다 큰 제2 압력(P2)으로 조절하는 단계; 및
- 상기 베슬을 상기 제2 압력(P2)으로 유지시키면서 상기 제1 웨이퍼(202)와 상기 제2 웨이퍼(206)를 접촉시켜, 두 웨이퍼 사이에서 접합 파장(bonding wave)의 전파가 개시되는 단계;를 포함하는 분자 접착에 의한 접합 방법. - 제1항에 있어서,
상기 드라이 가스(214)는,
1000 ppm보다 낮은 수분 농도를 갖는 것인, 분자 접착에 의한 접합 방법. - 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 드라이 가스(214)는,
질소, 헬륨, 공기(air), 아르곤 및 네온 중 적어도 하나인 것인, 분자 접착에 의한 접합 방법. - 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제2 압력(P2)은,
적어도 1 atm인 것인, 분자 접착에 의한 접합 방법. - 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 웨이퍼들 중 적어도 하나는,
접합 표면상에 적어도 하나의 캐비티(cavity)를 포함하고,
상기 제2 압력(P2)은,
접합 후에 상기 캐비티 내의 압력을 상기 제2 압력으로 조절하도록 고정되는 것인, 분자 접착에 의한 접합 방법. - 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 웨이퍼들은 실리콘 웨이퍼인 것인, 분자 접착에 의한 접합 방법.
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20180132672A (ko) * | 2016-03-08 | 2018-12-12 | 오스텐도 테크놀로지스 인코포레이티드 | 국부 전자파 어닐링을 이용하여 접착된 기판들내의 비접착 영역들을 제거하기 위한 장치 및 방법 |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102015103323A1 (de) * | 2015-03-06 | 2016-09-08 | Infineon Technologies Austria Ag | Verfahren zum Herstellen von Halbleitervorrichtungen durch Bonden einer Halbleiterscheibe auf ein Basissubstrat, zusammengesetzter Wafer und Halbleitervorrichtung |
| CN106816405B (zh) * | 2017-01-20 | 2020-03-27 | 中国科学院微电子研究所 | 一种晶圆临时键合方法 |
| US10497667B2 (en) * | 2017-09-26 | 2019-12-03 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. | Apparatus for bond wave propagation control |
| CN109887860B (zh) * | 2018-12-28 | 2020-12-25 | 上海集成电路研发中心有限公司 | 一种键合腔体结构及键合方法 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6180496B1 (en) * | 1997-08-29 | 2001-01-30 | Silicon Genesis Corporation | In situ plasma wafer bonding method |
| US20030211704A1 (en) * | 2002-05-07 | 2003-11-13 | Shaheen Mohamad A. | Thermally stable crystalline defect-free germanium bonded to silicon and silicon dioxide |
| KR20050030138A (ko) * | 2003-09-24 | 2005-03-29 | 에리히 탈너 | 웨이퍼 부착을 위한 장치 및 방법 |
| JP2010199477A (ja) * | 2009-02-27 | 2010-09-09 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | ウェハ接合装置およびウェハ接合方法 |
| WO2012010517A1 (en) * | 2010-07-22 | 2012-01-26 | Soitec | A method and apparatus for bonding together two wafers by molecular adhesion |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH01272766A (ja) * | 1988-04-25 | 1989-10-31 | Kobe Steel Ltd | マグネトロンスパッタ操業方法 |
| FR2915624A1 (fr) * | 2007-04-26 | 2008-10-31 | Soitec Silicon On Insulator | Procedes de collage et de fabrication d'un substrat du type a couche enterree tres fine. |
| FR2963848B1 (fr) * | 2010-08-11 | 2012-08-31 | Soitec Silicon On Insulator | Procede de collage par adhesion moleculaire a basse pression |
-
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Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6180496B1 (en) * | 1997-08-29 | 2001-01-30 | Silicon Genesis Corporation | In situ plasma wafer bonding method |
| US20030211704A1 (en) * | 2002-05-07 | 2003-11-13 | Shaheen Mohamad A. | Thermally stable crystalline defect-free germanium bonded to silicon and silicon dioxide |
| KR20050030138A (ko) * | 2003-09-24 | 2005-03-29 | 에리히 탈너 | 웨이퍼 부착을 위한 장치 및 방법 |
| JP2010199477A (ja) * | 2009-02-27 | 2010-09-09 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | ウェハ接合装置およびウェハ接合方法 |
| WO2012010517A1 (en) * | 2010-07-22 | 2012-01-26 | Soitec | A method and apparatus for bonding together two wafers by molecular adhesion |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20180132672A (ko) * | 2016-03-08 | 2018-12-12 | 오스텐도 테크놀로지스 인코포레이티드 | 국부 전자파 어닐링을 이용하여 접착된 기판들내의 비접착 영역들을 제거하기 위한 장치 및 방법 |
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|---|---|
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