TWI762469B - 利用局部電磁波退火移除接合基板內未接合區域之裝置及方法 - Google Patents

利用局部電磁波退火移除接合基板內未接合區域之裝置及方法 Download PDF

Info

Publication number
TWI762469B
TWI762469B TW106107644A TW106107644A TWI762469B TW I762469 B TWI762469 B TW I762469B TW 106107644 A TW106107644 A TW 106107644A TW 106107644 A TW106107644 A TW 106107644A TW I762469 B TWI762469 B TW I762469B
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
substrate
bonded
pair
substrates
electromagnetic wave
Prior art date
Application number
TW106107644A
Other languages
English (en)
Other versions
TW201802986A (zh
Inventor
葛洛力 哈森Ｓ 艾爾
劉銘璿
凱密希瓦 耶達維利
偉龍 唐
班傑明 A 哈斯寇
周海隆
Original Assignee
美商傲思丹度科技公司
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 美商傲思丹度科技公司 filed Critical 美商傲思丹度科技公司
Publication of TW201802986A publication Critical patent/TW201802986A/zh
Application granted granted Critical
Publication of TWI762469B publication Critical patent/TWI762469B/zh

Links

Images

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
    • H01L21/187—Joining of semiconductor bodies for junction formation by direct bonding
    • 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
    • H01L21/26—Bombardment with radiation
    • 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
    • H01L21/67005—Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67011—Apparatus for manufacture or treatment
    • H01L21/67098—Apparatus for thermal treatment
    • H01L21/67115—Apparatus for thermal treatment mainly by radiation
    • 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
    • H01L21/683—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 for supporting or gripping
    • H01L21/687—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 for supporting or gripping using mechanical means, e.g. chucks, clamps or pinches
    • H01L21/68714—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 for supporting or gripping using mechanical means, e.g. chucks, clamps or pinches the wafers being placed on a susceptor, stage or support
    • H01L21/68764—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 for supporting or gripping using mechanical means, e.g. chucks, clamps or pinches the wafers being placed on a susceptor, stage or support characterised by a movable susceptor, stage or support, others than those only rotating on their own vertical axis, e.g. susceptors on a rotating caroussel
    • 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
    • H01L21/70—Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components formed in or on a common substrate or of parts thereof; Manufacture of integrated circuit devices or of parts thereof
    • H01L21/71—Manufacture of specific parts of devices defined in group H01L21/70
    • H01L21/76—Making of isolation regions between components
    • H01L21/762—Dielectric regions, e.g. EPIC dielectric isolation, LOCOS; Trench refilling techniques, SOI technology, use of channel stoppers
    • H01L21/7624—Dielectric regions, e.g. EPIC dielectric isolation, LOCOS; Trench refilling techniques, SOI technology, use of channel stoppers using semiconductor on insulator [SOI] technology
    • H01L21/76251—Dielectric regions, e.g. EPIC dielectric isolation, LOCOS; Trench refilling techniques, SOI technology, use of channel stoppers using semiconductor on insulator [SOI] technology using bonding techniques
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L22/00—Testing or measuring during manufacture or treatment; Reliability measurements, i.e. testing of parts without further processing to modify the parts as such; Structural arrangements therefor
    • H01L22/10—Measuring as part of the manufacturing process
    • H01L22/12—Measuring as part of the manufacturing process for structural parameters, e.g. thickness, line width, refractive index, temperature, warp, bond strength, defects, optical inspection, electrical measurement of structural dimensions, metallurgic measurement of diffusions

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • High Energy & Nuclear Physics (AREA)
  • Pressure Welding/Diffusion-Bonding (AREA)

Abstract

本發明揭示一種電磁波輻照裝置及將未接合區域接合在接合基板對中之方法。藉由該等未接合區域中之熱活化來消除該等基板之間的該等未接合區域，該熱活化係藉由具有經選擇以實現聲子或電子激勵之波長的電磁波輻照來誘發。該接合基板對之第一基板吸收該電磁輻射，且所得熱能之一部分傳遞至在該等未接合區域處之該接合基板對的界面，該熱能具有引起該第一基板及該第二基板之對置側相互作用且脫水以形成鍵(例如，Si-O-Si鍵)的足夠通量。

Description

利用局部電磁波退火移除接合基板內未接合區域之裝置及方法
本發明大體上係關於半導體製造程序之領域。更特定言之，本發明係關於一種電磁波輻照裝置及一種接合在接合基板對之界面處之空隙或未接合區域的方法，該等缺陷可在基板接合製程中發生。本發明同樣係關於基板接合及電子與光子器件之下游製造。
直接基板接合一般係指一種半導體製程，其中使化學機械平坦化(「CMP」)之平坦表面、幾乎任何材料之平滑且潔淨的基板在室溫下接觸，且藉由凡得瓦爾力及/或氫接合力來彼此局部吸引且彼此黏附或接合。此類型之基板接合可在半導體處理技術中已知為「直接接合」或「冷焊」。 一般而言，接合製程中之基板為由諸如如常用於微電子或光電子中之矽、氮化鎵或砷化鎵之單晶材料組成的半導體基板或晶圓。不幸地，在室溫下使用凡得瓦爾力及/或氫接合力之接合基板的鍵與共價接合或離子接合材料之鍵相比不合需要地弱。 在以晶圓級執行以用於製造微機電系統(MEMS)、奈機電系統(NEMS)、微電子及光電子之大多數直接接合操作中，表面處理(例如，表面平坦化、水合作用、電漿活化)係在基板表面接觸之前進行，以促進表面吸引及接合製程。通常，藉由在直接接合製程期間將兩個基板表面壓縮在一起來輔助直接接合。另外，不常見的是，視特定應用而定，兩個接合基板中之一者或兩者回變薄至可在數微米(µm)下至數奈米(nm)之範圍內的厚度。 不幸地，基板接合技術之當前狀態不合需要地產生在基板活性表面之界面處引入或形成的未接合區域或接合空隙。此等未接合區域(或空隙)可能係來自蝕刻系統、植入、化學氣相沈積(CVD)及/或CMP步驟或任何數目個製程之非所需粒子或雜質的結果。有缺陷的光微影步驟亦可引起表面缺陷，該等表面缺陷之位置在基板接合界面處保持未接合。極其重要的是最小化或較佳消除在基板/晶圓接合界面處之所有未接合區及接合空隙，此係由於此類未接合區域可最終導致器件故障及低晶圓產量。
相關申請案之交叉參考 本申請案主張2016年3月8日申請之美國臨時專利申請案第62/305,454號的權益。 如本文所使用，術語「晶圓」及「基板」可各自稱作「基板」，且應理解，出於簡潔起見該等術語可在本文中互換使用。本發明揭示一種電磁波輻照裝置及一種最小化或消除接合基板總成中(諸如，直接接合或冷焊基板總成中)之未接合區域(亦稱作「空隙」)的基板總成接合方法。所揭示方法可容易地用於具有直接接合步驟之材料以及用於具有不同熱膨脹行為同時仍在界面處之基板對之間達成較高接合強度的材料。 根據本發明的一個態樣，提供一種藉由電磁波輻照移除接合基板界面中之未接合區域的方法，其中在第一製程步驟中藉由使兩個基板直接接觸而使用凡得瓦爾力及/或氫接合力將兩個基板接合，該步驟可進一步包含使用壓縮或力以在接合製程期間機械地促使兩個基板表面在一起。使用所揭示方法，未接合區藉由在未接合區中藉助於接合對上之所誘發電磁波輻照而變為熱活性來消除及接合。有益地，可根據所描述方法在同一裝置中處理所有多個基板對。 在本發明之方法之一個態樣中，未接合區域之消除係藉由熱活化來完成，該熱活化藉由在基板表面上之入射電磁波輻照來誘發；較佳根據準則選擇電磁波能量以使得在熱活化期間不存在基板材料之不良相位變化或不良變換。由於在所描述製程中未達至基板材料之熔化溫度，因此維持基板之表面之初始分佈。 使用本發明之方法，無不良材料相變出現，且在未接合區域處之所供應電磁波能量轉化為基板的聲子(或電子)激勵，該等基板在所選擇電磁波之波長上吸收所選電磁波(hc/λa ＞Eg )，其中h為普朗克(Planck)常數，c為光速，λa 為電磁波之波長，且Eg 為基板(例如，正經輻照之基板)之材料之帶隙。 使用最佳化電磁波能量，經吸收能量用於熱活化及接合基板，使得未接合區域消除。較佳如上文選擇電磁波輻照之波長，且選擇電磁波輻照之聚焦，使得僅頂部基板或頂部及底部基板兩者經輻照以激活未接合區域之消除。 基板中之每一者可為非晶形、部分結晶及/或結晶材料。電磁波束精確聚焦在基板上係較佳但非必需的。可經由許多製程參數來調整未接合區域之活化，該等製程參數諸如變化的電磁波聚焦、電磁波強度或輻照束之光斑大小等。具有不同波長之若干電磁波亦可用於本發明之方法中，該等電磁波中之一些或全部可短於指定波長λa (hc/λa ＞Eg )。 照射在基板上之所得能量之控制可經由聚焦、波長及束大小之合適選擇來實現。聲子躍遷(phonon transition)及因此在束位置處之能量擴散由此很大程度上取決於電磁波功率。 不存在對於實踐本發明之方法之基板類型或材料的限制。所使用基板可為非晶形或結晶材料，且可選自包括聚合物、金屬、玻璃、陶瓷及半導體之群。其他基板塗層/沈積材料可包含來自非晶形材料、部分結晶或結晶材料之彼等材料，特定言之，二氧化矽、氮化矽、半導體、光學晶體及塑膠材料。結晶基板較佳選自由以下各者組成之群：半導體、陶瓷、壓電陶瓷或單晶。 在半導體中，矽、鍺、磷化銦、砷化鎵、砷化鋁鎵、銻化鎵、砷化銦、氮化鋁或氮化鎵用於在各種實施例中之本發明之方法。 非線性晶體，特定言之三硼酸鋰、二硼酸鋇、鈮酸鋰或磷酸氧鈦鉀亦可用於本發明之方法中。 塑膠材料亦可用作本發明之方法中之基板，具體言之共聚物或環烯烴、聚碳酸酯或聚合物及聚甲基丙烯酸甲酯以及其複合材料。 根據本發明之方法極適合於在接合操作中接合之任何兩個基板。具體言之，可使用具有不同膨脹熱係數之基板，儘管用於該方法中之兩個基板亦可屬於相同材料。 未接合區域之消除可發生在整合建構(如圖2中所展示)中，在該整合建構中執行本發明之電磁波輻照步驟。在此步驟處，亦可在其他製造環境中執行整合建構，諸如，在真空中或在保護性氣體下。此類型之熱吸收製程為與波束強度相關的，波束強度又取決於EM束聚焦條件或電磁波輻照之強度。 以下描述說明在本發明中論述之接合基板之實施例。若不自製備處理之初始情形提供，則可(例如)藉由使用已知處理及清潔步驟減少基板表面上之粗糙度及粒子污染來實現關於其表面平坦度之基板的製備。基板預處理步驟可如下(但不限於) (例如)氧化層沈積、CMP、基板表面之電漿活化、去離子水沖洗及待接合基板之界面表面上之官能基(例如，-NH3 、-SO2 )之吸收。 在本發明之一個實施例中，藉由已知直接接合製程在直接接合步驟期間使用CMP之製程步驟、基板之清潔、電漿活化及基板表面之對準以及一個在另一個上之基板之壓縮來執行接合。圖3中所展示之所有預處理步驟均可以任何順序執行。本發明之方法亦適用於對準接合，其中基板表面之某些特徵需要在接合之前處於精確對準。 根據本發明之應用之一替代實施例係關於「混合材料整合」，其中不同材料經接合以官能化為單個單元。舉例而言，自矽(微電子)及GaAs或GaN (光學件) (其為光電組件)之接合及與由玻璃或透明塑膠材料(微透鏡陣列)製成之結構化元件之其他接合產生的未接合區域之消除包含在「混合材料整合」之術語內。 現在轉向諸圖，其中相似編號定義若干視圖中之相似元件，揭示一種器件及用於提供具有經減少或消除之未接合界面表面之接合基板的方法。 如本發明之方法之一般背景，當電磁輻射波照射在接合基板對中之吸收基板上時，電磁輻射轉化為局部在基板表面上之熱能。基於吸收器之熱及結晶特性，熱能經由吸收基板在所有方向上進行傳導。此熱能中之一些將傳播至接合界面。 對於在基板對之接合界面處之完全接合區，達至界面之熱能繼續經由材料傳播而不會不利地影響材料或器件特性同時合乎需要地保持基板對之所欲功能。接合基板之平均溫度較低，即使局部溫度可上升至數百攝氏度，且熱快速耗散，從而降低對於鄰近結構或基板自身之熱破壞的風險。應注意，本發明之方法中達成之局部溫度可大於經烘箱退火之接合基板對在先前技術退火製程中正常曝露於之彼等溫度。 如在圖1A至圖1C中最佳地所見，對於受在接合基板對之界面處之空隙影響的部分接合晶圓區或區域，所誘發熱能改變存在空隙之接合界面處的局部化學結構。一般而言，空隙為裸眼可見的。然而，在一些實施例中，顯微鏡(例如，產生聲波以偵測物件內之密度變化的掃描聲學顯微鏡)可用於偵測接合基板對內之空隙之位置。在一些實施例中，空隙之大小可為大約5 µm。 對於基於氧化物之熔融接合，主要藉由接合至Si原子之可認為呈以較小角度不平行的氫氧根(OH-)基團來填充兩個接合界面。在一些實施例中，待接合之一個或兩個表面可在分離操作中來填充或補充以具有預定OH-基團密度。 若界面可化學地縫合在一起，則此等界面具有與經消除之每一者相關聯的某一表面能。非平行之起源可來自各種源，但重點為，在初始接合按壓或退火期間，不存在遞送至未接合區之足夠的機械能或熱能以觸發脫水反應，該脫水反應係為密封及接合未接合區中所產生之空隙所必需的。 特定言之，就先前技術接合製程(其中，待接合之兩個基板之熱膨脹係數不匹配)而言，限制接合基板可經受之最大平均溫度，且歸因於將引起基板位移、開裂等之跨越基板界面的應變累積，過高溫度可導致接合失敗。 在本發明之紅外光(IR)退火方法中，在空隙之接合界面處之局部溫度遠高於可允許烘箱退火而不在宏觀上使接合對變形之溫度。在該方法中，入射電磁波之較高熱能輸入具有使接合界面之對置側上之OH-基團相互作用及脫水之足夠通量，藉此形成矽-氧-矽(Si-O-Si)鍵，且釋出H2 O，該H2 O經由基板擴散直至其被吸收或在接合晶圓對之自由邊緣處逸出。 使用本發明之自中心向外徑向雷射光柵化之電磁(EM)掃描方法，空隙消除自空隙之內邊緣(最接近基板之中心)朝向空隙之中心及繼續至空隙之外邊緣進行。 使用本發明之方法「合上(zipping up)」空隙係系統需要減少其自由表面能的結果，且藉由將接合界面局部加熱至足夠高的溫度來以動力學方式實現，使得隨著空隙消除製程進行及空隙直徑減小，界面之間的機械間隙被克服且界面之間的角度減小。 在圖1A中示意性地說明聚焦電磁波輻照之步驟，其中電磁波輻照聚焦於接合基板之間的界面處之未接合區域。 圖1A至圖1C描繪本發明之裝置及方法之一實施例，在該實施例中可執行圖1B及圖1C之未接合區域之消除。 在圖1A中，X-Y或掃描平台140為移動平台，其可包含X軸馬達總成及Y軸馬達總成。X-Y平台140控制材料(例如，接合基板130)在平台上之共平面移動(X軸及Y軸移動)。因此，藉由移動X-Y平台140來控制具有未接合區域之接合基板130之局部熱活化。豎直或Z軸移動可使用機械、電機械、壓電、氣動或等效致動構件(其可用於控制光學組件120 (例如，光學或磁透鏡、微鏡器件)之位置)來控制以聚焦由電磁波源110產生之電磁波束或光。另外，亦可藉由馬達總成來控制Z軸移動以可能地用於調整在接合基板130之間的界面處之未接合區域上之電磁波輻照(例如，脈衝式或連續波輻照)的聚焦深度。在一些實施例中，電磁波束之束大小為5 µm、5毫米(mm)或10 mm。 接合基板130位於X-Y平台140上。可在Z軸上使用機械控制器或電機械、壓電、氣動或等效定位構件來選擇電磁波輻照之聚焦，且因此電磁波輻照隨後僅聚焦在平台上之基板上。可例如使用任何波長之雷射來產生電磁波，該等雷射包括(但不限於)可見光、IR、紫外光(UV)、微波、射頻電磁波或X射線。在一些實施例中，結合X-Y平台140工作之光學組件120可將電磁波束導引至接合基板130之表面以在接合基板130之表面上產生掃描圖案。在一些實施例中，掃描圖案可包含圓形、光柵或螺旋形圖案。 參考圖1A，由電磁波源110產生的電磁波束經聚焦且經導引穿過光學組件120。在X-Y平台140之引導之情況下，光學組件120將電磁波束導引、引導且聚焦至接合基板130之主要平坦表面上，該主要平坦表面之厚度包含具有未接合區域或空隙之接合基板130之間的界面，如圖1B至圖1C所說明。電磁波束在接合基板130之表面上局部產生熱以將用於傳導之熱在接合基板130內自一個基板傳播至另一基板，其中來自電磁波束之熱能由在未接合區域處之接合基板130吸收。熱能具有足夠通量以引起(例如)接合基板130中之每一者上之OH-基團相互作用及脫水以在未接合區域處形成(例如) Si-O-Si鍵，藉此消除未接合區域或空隙。 圖1A中所說明之例示性電磁波輻照設定與通常在半導體製造中發現之許多設定相容，例如，如在互補金屬氧化物半導體(CMOS)製程中所使用之設定。因此，本發明可使用用於較快輸送以減少製造程序之成本的自動裝載及卸載機器人技術來執行。 圖2展示可用於消除在接合基板對內之未接合區的裝置之一替代實施例。 圖2包含電磁波源110、光纖200、光學顯微鏡240、接合基板130及X-Y平台140，該X-Y平台140可位於無振動台220上以提供無振動環境且可在電腦230之控制下於兩個維度中移動。在一些實施例中，光學顯微鏡240、接合基板130及X-Y平台140可圍封於光學保護盒210內(例如)以容納電磁波且預防潛在的危險。一般而言，光學保護盒210係出於安全性考慮而提供且對於未接合區域消除製程無影響。 在一些實施例中，電磁波源110可為相干高亮纖維陣列封裝(FAP)二極體雷射系統。在約810 nm之波長下，在聚焦束之直徑為約0.8 mm之情況下，雷射功率範圍可為約0.005 W至約60 W。雷射之掃描速率可為約4 mm/s，且步進電磁波束之重疊可為約0.5 mm。 舉例而言，電腦230經由串行埠控制件連接至雷射，且使用合適的製造可程式化界面軟體對雷射進行程式化。 光學顯微鏡240可包含經組態以用於雷射束導引及聚焦之光學件。光學顯微鏡240允許雷射束精確地聚焦於位於X-Y平台140上之接合基板130。在移除未接合區域之製程期間，X-Y平台140移動接合基板130。 X-Y平台140可包含具有將微米目標亞微米定位在X-Y平台140上之能力的預知電腦控制平台。 如在圖2中最佳展示，X-Y平台140包含X軸總成馬達、Y軸總成馬達，該等總成馬達皆受電腦230控制。電腦230經組態以控制X-Y平台140。 使用圖2中所描述之裝置，可在一般室內環境中執行電磁波輻照。使用電磁波輻照消除未接合區域不需要真空條件或潔淨的室內環境。另外，不需要額外加熱總成。在一些實施例中，可施加壓力至接合基板130之表面(例如)以促進未接合區域消除製程而不干擾電磁能之施加。 圖3說明根據本發明之態樣的製備用於接合及電磁波輻照之基板的製程。在區塊310處，製程執行基板清潔。舉例而言，待接合之基板對或矽晶圓可藉由移除有機雜質及/或離子雜質之溶劑清潔法或RCA清潔法來清潔。在區塊320處，製程執行氧化物沈積。舉例而言，電漿增強型化學氣相沈積(PECVD)可用於將薄膜在基板上自蒸汽沈積成固態。舉例而言，薄膜可用作金屬絕緣體結構(諸如，積體電路及多晶片模組)中之絕緣層。在區塊330處，製程執行基板表面拋光(例如，CMP拋光)以移除(例如)基板之表面上之非所需導電材料或介電材料且達成上面可建構積體電路層之幾乎完美的平坦且平滑表面。在區塊340處，製程執行電漿活化(例如)以改良基板之表面黏附性質，及在基板之表面上的去離子(DI)水沖洗。在區塊350處，使用(例如)凡得瓦爾力及/或氫接合力將基板接合在一起，且將基板彼此黏附或接合。在區塊360處，(例如)使用如在圖1及圖2中所論述之技術來移除在接合基板對之界面處之接合空隙或未完全接合區。本發明之方法亦適用於對準接合，其中基板表面之某些特徵需要在接合之前處於精確對準。 圖4為根據本發明之態樣的藉由用電磁波輻照製程移除未接合區域之接合基板之說明性超音掃描影像來消除未接合區域的製程的說明。在影像410中，由於電磁波輻照尚未施加至接合基板，因此未接合區域之側面大小較大(例如，大約5 µm)。在影像420中，未接合區域之側面大小在初始電磁波輻照製程期間部分地減小，且最終藉由電磁波輻照來移除，如影像430中所展示。在消除製程中使用電磁波強度之預定臨限值，例如，50 W。 已判定，可藉由使用較低電磁波強度之電磁波輻照來移除未接合區域，同時在電磁波強度超過臨限值之情況下未接合區域可擴大。如熟習半導體製造技術者容易地判定，電磁波強度之此臨限值取決於在此製程中所使用之不同基板材料而變化。 用於使用電磁波曝露基板之掃描圖案可包含圓形、光柵或螺旋形圖案。 儘管本發明之各種實施例可利用相對窄頻帶雷射輻照源，但替代輻照源可包含經選擇之聚焦寬頻帶輻照源，藉此基板材料可充分吸收所選擇輻射帶。 輻照源亦可包含非相干的、廣譜源。如吾人所知，雷射源並非在單一頻率下發射，而是在主要頻率/波長下發射，其中雜散波長照射在表面上以及可有助於本發明之退火製程。 輻射源無需具有大於待吸收之基板材料帶隙的能量。可存在中間間隙狀態或可發生子帶間吸收。只要可由基板以導致聲子產生之方式吸收輻射，則實現本發明之局部退火功能。 在又一替代實施例中，實現藉由氮化矽替代二氧化矽作為接合材料的熔融接合。在此類情況中，待接合之基板表面可填充有氫離子，且在引起基板對之未接合區接合的脫水製程期間釋放出氨氣(NH3)。本發明之方法涵蓋完成層之氮化矽接合的一實施例，其中藉由輻照源來激勵且移除-NH2 基團。 在不脫離本發明之精神及範疇的情況下，一般熟習此項技術者可進行許多更改及修改。因此，必須理解的是，已僅出於實例之目的闡述所說明實施例，且不應視為將本發明限制為由主張對本申請案之優先權的任何隨後申請案中之任何申請專利範圍定義。 舉例而言，儘管事實為此類請求項之要素可以某一組合來闡述，但必須明確地理解，本發明包括其在上文中所揭示之更少、更多或不同要素之其他組合，即使最初在此類組合中未主張。 在本說明書中用以描述本發明之詞語及其各種實施例應不僅以其通常所定義之含義來理解，而且應由本說明書中的特定定義包括在通常所定義含義之範疇以外的結構、材料或動作。因此，若要素在本說明書之上下文中可理解為包括多於一個含義，則其在隨後申請專利範圍中之使用必須理解為由本說明書及詞語自身所支援之一般至所有可能含義。 因此，在主張對本申請案之優先權之任何隨後申請案中之任何申請專利範圍的詞語或要素的定義應經定義以不僅包括字面上闡述之要素之組合，而且包括用於以實質上相同方法執行實質上相同功能以獲得實質上相同結果的所有等效結構、材料或動作。在此意義上，因此預期，在以下此類申請專利範圍中對於要素中之任一者可使用兩個或多於兩個要素之等效替代，或在此類申請專利範圍中單一要素可替代兩個或多於兩個要素。 儘管在上文此等要素可被描述為在某些組合中起作用，且甚至隨後如此主張，但應明確地理解，來自所主張組合之一或多個要素可在一些情況下自組合中去除且所主張組合可係關於子組合或子組合之變體。 將現在已知或日後設計的如由一般熟習此項技術者觀測到之自任何隨後所主張標的物之非實質改變明確地預期為等效地在此類申請專利範圍之範疇內。因此，將一般熟習此項技術者現在或日後已知之明顯替代界定為在所定義要素的範疇內。 因此，在對本申請案主張優先權之任何隨後申請案中之任何申請專利範圍應理解為包括上文所特定說明及描述的要素、概念上等效的要素、可明顯地替代的要素以及基本上併有本發明之基本想法的要素。
110‧‧‧電磁波源 120‧‧‧光學組件 130‧‧‧接合基板 140‧‧‧X-Y平台/掃描平台 200‧‧‧光纖 210‧‧‧光學保護盒 220‧‧‧無振動台 230‧‧‧電腦 240‧‧‧光學顯微鏡
參考隨後圖式更詳細地闡述根據本發明之方法而不將該方法限制於本文中所說明的實施例。 圖1A展示本發明之裝置之一個實施例之示意性表示及側視圖，在該裝置中基板之接合係使用X-Y平台來執行。 圖1B描繪在兩個基板之界面處具有未接合區或空隙的接合基板。 圖1C描繪具有未接合區域或空隙及局部自由界面之經接合基板對。 圖2展示本發明之裝置之一替代實施例之示意圖。 圖3展示根據本發明之態樣的製備用於接合及電磁波輻照之基板的製程。 圖4為根據本發明之態樣的藉由用電磁波輻照製程移除未接合區域之接合基板之說明性超音掃描影像來消除未接合區域的製程的說明。 本發明及其各種實施例現在可藉由轉向實施例之以下描述來更佳理解，該等實施例呈現為在任何隨後申請專利範圍中在主張對本申請案之優先權之任何申請案中之本發明的所說明實例。應明確理解，如由此類申請專利範圍所定義之本發明可比下文描述之所說明實施例更廣。
110‧‧‧電磁波源
120‧‧‧光學組件
130‧‧‧接合基板
140‧‧‧X-Y平台/掃描平台

Claims (20)

  1. 一種用於消除部分接合基板對之未接合區的方法，該方法包含：藉由電磁波源來產生具有波長之電磁波束；及藉由光學組件將來自該電磁波源之該電磁波束聚焦至第一基板或第二基板之表面上以在該表面上局部產生熱能及輻照該表面，該第一基板部分地接合至該第二基板，從而形成接合基板對且在該接合基板對之接合界面處界定至少一個未接合區；藉此將來自該經輻照表面之該熱能傳遞至該接合界面及在該接合界面之該未接合區處且進一步傳至未經輻照之基板以使吸收該熱能之該第一及第二基板產生聲子或電子激勵，該經吸收之熱能活化該第一及第二基板使得該未接合區之對置側形成一或多個鍵，藉此消除該未接合區域。
  2. 如請求項1之方法，其進一步包含：藉由平台控制該接合基板對之移動同時將該電磁波束聚焦至該第一基板或該第二基板之該表面上以便在該表面上產生掃描圖案，其中該平台經組態以固持該接合基板對。
  3. 如請求項2之方法，其進一步包含：藉由光纖將來自該電磁波源之該電磁波束導引至該光學組件中。
  4. 如請求項1之方法，其中該光學組件為光學透鏡、磁透鏡、微鏡裝置或光學顯微鏡。
  5. 如請求項1之方法，其中該波長為可見光、紅外光、紫外光、微波、射頻或X射線之波長。
  6. 如請求項2之方法，其中該平台包含第一馬達總成及第二馬達總成，該第一馬達總成及該第二馬達總成控制該接合基板對在該平台上之共平面移動及控制該接合基板對之局部熱活化。
  7. 如請求項6之方法，其中該第一馬達總成及該第二馬達總成耦接至經組態具有用於控制該第一馬達總成及該第二馬達總成之軟體的電腦。
  8. 如請求項6之方法，其中該平台進一步控制該接合基板對在該平台上之垂直移動。
  9. 如請求項2之方法，其中該掃描圖案包含圓形、螺旋形或光柵掃描圖案輻照。
  10. 如請求項1之方法，其中該電磁波束之束大小為5微米、5毫米或10毫米。
  11. 如請求項1之方法，其中(a)普朗克常數與光速之乘積與(b)該波長之間的比率大於該第一基板或該第二基板之材料之帶隙。
  12. 一種用於接合部分接合基板對之未接合區的方法，該方法包含：產生具有波長之電磁輻射；將該電磁輻射聚焦至第一基板或第二基板之表面上以在該表面上局部產生熱能及輻照該表面，該第一基板部分接合至該第二基板，從而形成接合基板對且在該接合基板對之接合界面處界定至少一個未完全接合區域；及控制該接合基板對之移動同時將該電磁輻射聚焦至該表面上以便在該表面上產生掃描圖案；其中該波長經選擇以在該接合基板對內實現聲子或電子激勵；藉此將來自該經輻照表面之該熱能之一部分傳遞至該接合基板對之該接合界面及在該接合界面之該未完全接合區域處並進一步傳至該未經輻照之基板以使在該波長吸收該電磁輻射之該第一及第二基板產生聲子或電子激勵，該經吸收之熱能活化該第一及第二基板使得該未完全接合區域之對置側形成一或多個鍵，藉此消除該未完全接合區域。
  13. 如請求項12之方法，其中控制該接合基板對之移動包含控制該接合基板對之共平面移動。
  14. 如請求項12之方法，其中該界面之該等對置側上之OH-基團相互作用且脫水以形成該(該等)鍵，其中該(該等)鍵為Si-O-Si鍵。
  15. 如請求項12之方法，其中該第一基板及該第二基板中之每一者為非晶形、部分結晶、結晶或其組合。
  16. 如請求項12之方法，其中該第一基板及該第二基板係用不同組材料形成。
  17. 如請求項12之方法，其中該第一基板及該第二基板係用相同材料形成。
  18. 如請求項12之方法，其中(a)普朗克常數與光速之乘積與(b)該波長之間的比率大於該第一基板或第二基板之材料之帶隙。
  19. 如請求項12之方法，其中該第一基板及該第二基板中之至少一者之分子或原子之熱激勵係藉由該所產生之電磁輻照在該界面之該至少一個未完全接合區域中來實現。
  20. 如請求項12之方法，其中該電磁輻照為脈衝式或連續波輻照。
TW106107644A 2016-03-08 2017-03-08 利用局部電磁波退火移除接合基板內未接合區域之裝置及方法 TWI762469B (zh)

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201662305454P 2016-03-08 2016-03-08
US62/305,454 2016-03-08
US15/452,005 2017-03-07
US15/452,005 US10373830B2 (en) 2016-03-08 2017-03-07 Apparatus and methods to remove unbonded areas within bonded substrates using localized electromagnetic wave annealing

Publications (2)

Publication Number Publication Date
TW201802986A TW201802986A (zh) 2018-01-16
TWI762469B true TWI762469B (zh) 2022-05-01

Family

ID=59786914

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW106107644A TWI762469B (zh) 2016-03-08 2017-03-08 利用局部電磁波退火移除接合基板內未接合區域之裝置及方法

Country Status (4)

Country Link
US (1) US10373830B2 (zh)
KR (1) KR102359549B1 (zh)
TW (1) TWI762469B (zh)
WO (1) WO2017156195A1 (zh)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11315789B2 (en) * 2019-04-24 2022-04-26 Tokyo Electron Limited Method and structure for low density silicon oxide for fusion bonding and debonding
US11239160B2 (en) 2020-06-16 2022-02-01 International Business Machines Corporation E-fuse with dielectric zipping
US11227997B1 (en) 2020-07-07 2022-01-18 International Business Machines Corporation Planar resistive random-access memory (RRAM) device with a shared top electrode

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20030071269A1 (en) * 2001-10-15 2003-04-17 Tseng Ampere A. Apparatus and method for laser selective bonding technique for making sealed or enclosed microchannel structures
US20100304151A1 (en) * 2007-02-21 2010-12-02 Fraunhofer-Gesellschaft Zur Foerderung Der Angewandten Forschung E.V. Method for laser-assisted bonding, substrates bonded in this manner and use thereof
US20130344302A1 (en) * 2011-01-10 2013-12-26 David Hélie Laser reinforced direct bonding of optical components

Family Cites Families (27)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4939101A (en) * 1988-09-06 1990-07-03 General Electric Company Method of making direct bonded wafers having a void free interface
JPH0691147B2 (ja) * 1988-10-14 1994-11-14 信越半導体株式会社 接合ウエーハ検査方法
US5451547A (en) * 1991-08-26 1995-09-19 Nippondenso Co., Ltd. Method of manufacturing semiconductor substrate
US6423613B1 (en) 1998-11-10 2002-07-23 Micron Technology, Inc. Low temperature silicon wafer bond process with bulk material bond strength
WO2001006546A2 (en) 1999-07-16 2001-01-25 Massachusetts Institute Of Technology Silicon on iii-v semiconductor bonding for monolithic optoelectronic integration
US6902987B1 (en) 2000-02-16 2005-06-07 Ziptronix, Inc. Method for low temperature bonding and bonded structure
US7323757B2 (en) 2002-01-24 2008-01-29 Massachusetts Institute Of Technology System for field assisted statistical assembly of wafers
US20030186521A1 (en) 2002-03-29 2003-10-02 Kub Francis J. Method of transferring thin film functional material to a semiconductor substrate or optimized substrate using a hydrogen ion splitting technique
US6822326B2 (en) 2002-09-25 2004-11-23 Ziptronix Wafer bonding hermetic encapsulation
US6962835B2 (en) * 2003-02-07 2005-11-08 Ziptronix, Inc. Method for room temperature metal direct bonding
US7109092B2 (en) 2003-05-19 2006-09-19 Ziptronix, Inc. Method of room temperature covalent bonding
EP1650597A4 (en) * 2003-08-01 2007-09-05 Nippon Telegraph & Telephone LASER LIGHT SOURCE
US7203387B2 (en) 2003-09-10 2007-04-10 Agency For Science, Technology And Research VLSI-photonic heterogeneous integration by wafer bonding
JP4759919B2 (ja) 2004-01-16 2011-08-31 セイコーエプソン株式会社 電気光学装置の製造方法
US7485968B2 (en) 2005-08-11 2009-02-03 Ziptronix, Inc. 3D IC method and device
JP2008010835A (ja) 2006-05-31 2008-01-17 Sumitomo Electric Ind Ltd 窒化物結晶の表面処理方法、窒化物結晶基板、エピタキシャル層付窒化物結晶基板および半導体デバイス、ならびにエピタキシャル層付窒化物結晶基板および半導体デバイスの製造方法
KR100748723B1 (ko) * 2006-07-10 2007-08-13 삼성전자주식회사 기판 접합 방법
US20090278233A1 (en) 2007-07-26 2009-11-12 Pinnington Thomas Henry Bonded intermediate substrate and method of making same
WO2010074091A1 (ja) * 2008-12-25 2010-07-01 旭硝子株式会社 脆性材料基板の割断方法、装置及び車両用窓ガラス
CN108766873B (zh) * 2011-01-25 2023-04-07 Ev 集团 E·索尔纳有限责任公司 用于永久接合晶片的方法
KR101985522B1 (ko) * 2011-01-31 2019-06-03 다다또모 스가 접합면 제작 방법, 접합 기판, 기판 접합 방법, 접합면 제작 장치 및 기판 접합체
EP2695183A1 (de) * 2011-04-08 2014-02-12 Ev Group E. Thallner GmbH Verfahren zum permanenten bonden von wafern
JP6322890B2 (ja) * 2013-02-18 2018-05-16 住友電気工業株式会社 Ｉｉｉ族窒化物複合基板およびその製造方法、ならびにｉｉｉ族窒化物半導体デバイスの製造方法
FR2997224B1 (fr) * 2012-10-18 2015-12-04 Soitec Silicon On Insulator Procede de collage par adhesion moleculaire
WO2014163188A1 (ja) * 2013-04-04 2014-10-09 富士電機株式会社 半導体デバイスの製造方法
US9870922B2 (en) * 2014-04-25 2018-01-16 Tadatomo Suga Substrate bonding apparatus and substrate bonding method
EP4102544A1 (de) * 2014-06-24 2022-12-14 EV Group E. Thallner GmbH Verfahren und vorrichtung zur oberflächenbehandlung von substraten

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20030071269A1 (en) * 2001-10-15 2003-04-17 Tseng Ampere A. Apparatus and method for laser selective bonding technique for making sealed or enclosed microchannel structures
US20100304151A1 (en) * 2007-02-21 2010-12-02 Fraunhofer-Gesellschaft Zur Foerderung Der Angewandten Forschung E.V. Method for laser-assisted bonding, substrates bonded in this manner and use thereof
US20130344302A1 (en) * 2011-01-10 2013-12-26 David Hélie Laser reinforced direct bonding of optical components

Also Published As

Publication number Publication date
WO2017156195A1 (en) 2017-09-14
KR20180132672A (ko) 2018-12-12
KR102359549B1 (ko) 2022-02-08
TW201802986A (zh) 2018-01-16
US10373830B2 (en) 2019-08-06
US20170263457A1 (en) 2017-09-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10297479B2 (en) Wafer debonding using mid-wavelength infrared radiation ablation
KR102474915B1 (ko) 동력학적으로 제한된 나노-스케일 확산 접합 구조 및 방법
US9586291B2 (en) Adhesives for bonding handler wafers to device wafers and enabling mid-wavelength infrared laser ablation release
US9171721B2 (en) Laser assisted direct bonding
TWI762469B (zh) 利用局部電磁波退火移除接合基板內未接合區域之裝置及方法
JP2016500918A (ja) 半導体ウェーハを処理するための方法
TWI681482B (zh) 用於預固定基板之方法及裝置
US20160133495A1 (en) Multi-layer laser debonding structure with tunable absorption
CN114830295A (zh) 基板处理方法和基板处理装置
WO2006068958A2 (en) Non-contact discrete removal of substrate surface contaminants/coatings, and method, apparatus, and system for implementing the same
JP7283886B2 (ja) スライス方法およびスライス装置
Witte et al. Laser joining of glass with silicon
US11862466B2 (en) Method and device for bonding substrates
US20210260688A1 (en) Method for production of a component by atomic diffusion bonding

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A Annulment or lapse of patent due to non-payment of fees