[发明专利]一种低温晶圆键合方法

说明书

技术领域

本发明涉及晶圆键合技术领域，尤其是一种低温晶圆键合方法，在该方法中两个晶圆中的至少一个可以具有处理过的或者至少部分可以处理过的器件。这种制备的方法用于硅与非硅基CMOS器件、IC器件、光电器件集成的晶圆键合技术。

背景技术

随着集成电路的发展，绝缘体硅(SOI)技术被业界公认为纳米技术时代取代现有单晶硅材料的解决方案之一，是维持摩尔定律走势的一大利器。

SOI材料是SOI技术发展的基础，高质量的SOI材料一直是制约SOI技术进入大规模工业生产的首要因素。近年来，随着SOI材料制备技术的不断成熟，制约SOI技术发展的材料问题正逐步被解决。SOI材料的制备技术归根结底包括两种，即以离子注入为代表的注氧隔离技术(Sepration-by-oxygen implantation，即SIMOX)和晶圆键合技术。

SIMOX技术需要高温离子注入和后续超高温退火，这种技术会对SIMOX材料有损坏。由于材料质量的稳定性没有保证从而使得成本在增加。晶圆键合技术是同SIMOX同步发展起来的技术，两者各自侧重于不同应用需求。晶圆键合技术(Wafer Bonding)是利用两片镜面抛光的、干净的晶圆表面结合在一起。采用晶圆键合与减薄技术形成SOI结构时，不仅具有工艺简单、成本低廉、对器件无损伤等优点，且制备出的SOI材料仍然具有优良特性。目前晶圆键合技术主要包括阳极键合、硅片直接键合、共晶键合、热压键合、金属键合、玻璃焊料键合等，上述的晶圆键合技术都涉及到高温退火处理，工艺时间长，键合过程中产生的高温对MEMS器件性能造成不利影响，比如高温对晶圆上的温度敏感电路和微结构造成热损坏(如超过400℃的高温就会对CMOS铝电路造成破坏)；高温易引入杂质，造成衬底掺杂的重新分布；对于热膨胀系数差异较大的两个晶圆，经过高温处理后会导致很大的变形和残余热应力，直接影响到器件性能和封装成品率。

近年来提出了低温晶圆键合的思想，低温晶圆键合主要有低温焊料键合、黏胶键合、表面活化键合等。但是由于黏胶键合和低温焊料键合的键合强度较低，器件使用温度有限，应用受到很大限制。而低温表面活化键合虽然键合工艺时间比较长，但是由于表面活化处理和低温退火，从而使得键合强度能够满足后续的器件制作。

MEMS和光电技术的发展，对三维集成和系统封装提出了新的要求，研究能够满足热膨胀系数差较大同质或者异质的两个衬底材料键合要求且键合后对器件无损坏的新的低温晶圆键合技术成为技术发展的必然。

发明内容

(一)要解决的技术问题

有鉴于此，本发明的主要目的在于克服现有技术的缺陷，提供了一种低温晶圆键合的方法，以满足任意两个平滑的衬底材料之间的键合，使得键合技术不受衬底材料性质的影响。

(二)技术方案

为达到上述目的，本发明提供了一种低温晶圆键合方法，包括：对两个晶圆进行清洗；在清洗后的两个晶圆表面沉积一层氧化物；对两个晶圆中的至少一个进行表面活化处理；将表面活化处理后的两个晶圆在非真空环境下表面相对彼此接触并施加外力使其键合；以及对键合后的晶圆进行低温退火处理。

上述方案中，所述对两个晶圆进行清洗的步骤中，采用化学清洗方法。

上述方案中，所述对两个晶圆进行清洗之后还包括：对两个晶圆进行擦洗和/或抛光。

上述方案中，所述在清洗后的两个晶圆表面沉积一层氧化物的步骤中，所述沉积采用MOCVD、PECVD、ALD、溅射、电子束沉积法或激光脉冲沉积法，所述氧化物为氧化硅、氧化铝、氧化铪或氧化镧中的一种。

上述方案中，所述对两个晶圆中的至少一个进行表面活化处理的步骤中，所述表面活化处理是采用O₂、N₂、SF₆等离子体活化处理的中一种对两个晶圆中的至少一个进行表面活化处理，或者是采用O₂、N₂、SF₆等离子体活化处理的中多种依次对两个晶圆中的至少一个进行表面活化处理。

上述方案中，所述对两个晶圆中的至少一个进行表面活化处理的步骤中，所述表面活化处理是在16℃-26℃的温度范围内进行。

上述方案中，所述将表面活化处理后的两个晶圆在非真空环境下表面相对彼此接触并施加外力使其键合的步骤中，非真空环境是指空气环境或者千级超净间的环境。