[发明专利]组合两个衬底的方法

说明书

本发明涉及一种组合两个衬底的方法。一种通过分子附着力组合两个衬底(1，2)的方法包括：第一步骤(a)，将第一衬底(1)和第二衬底(2)紧密接触以形成具有组合界面(4)的组件(3)；第二步骤(b)，将组件(3)的附着度增强至超过附着阈值的，在所述阈值，水不再能够沿着组合界面进行扩散。根据本发明，所述方法还包括：在露点低于‑10℃的处理气氛下对第一衬底(1)和第二衬底(2)进行无水处理的步骤(c)；以及从无水处理步骤(c)直至第二步骤(b)结束，对第一衬底(1)和第二衬底(2)所暴露于的工作气氛的露点进行控制，从而限制或避免键合缺陷在组合界面处的出现。

技术领域

本发明涉及一种通过分子附着力组合两个衬底的方法。

背景技术

通过分子附着力组合衬底(晶片直接键合)是一种应用在微电子、光电子、机电微系统领域中的公知技术，例如用于绝缘体上硅衬底、多结光伏电池的生产和3D结构的制造。

根据这种技术，两个衬底紧密接触以使它们的表面彼此充分接近，从而在它们之间形成原子键和/或分子键(羟基键或共价键)。在组合界面处水的存在有利于这些键的形成。以这种方式在接触的两个表面之间产生附着力，而无需使用任何的中间粘附层(如粘合剂层或聚合物层)。

然后通常对所得到的组件在可以在50℃和1200℃之间变化的温度下(取决于衬底的性质以及预期的应用)进行热处理，从而增强附着力。

在某些情况下，通过分子附着力获得的组件会导致在键合界面处出现缺陷，称为键合缺陷。其可以是“气泡”类型的缺陷(键合空隙)。键合缺陷可以是由于组合衬底的表面之间气体物质的捕获和积聚而造成的。这些物质可以对应于组合之前在制备衬底时衬底表面上所吸附的物质；这些物质可以对应于化学反应(特别的水的化学反应)的残留物，所述反应在将衬底紧密接触时或在键合增强退火过程中发生。对在通过分子附着力组合的过程中所发生的化学现象的描述在例如文章“Hydrophilic low-temperature direct waferbonding(亲水性低温直接晶片键合)”,C.Ventosa等,Journal of Applied Physics 104,123534(2008)或文章“A review of hydrophilic silicon wafer bonding(亲水性硅晶片键合综述)”V.Masteika等,ECS Journal of Solid State Science and Technology,3(4)Q42-Q54(2014)中进行描述。

在组合界面处键合缺陷的存在对于所制造的结构的品质非常不利。例如，当在组合步骤之后进行通过磨削或根据Smart Cut^TM技术将两个衬底减薄以形成层的步骤时，在键合缺陷处两个表面之间附着力的缺乏可能导致在此处层的局部撕开。对于部件的3D集成的情况而言，键合缺陷阻止在衬底的每个上所形成的部件形成电接触，这使得这些部件不能实现其功能。

为了减少组合缺陷(特别是键合缺陷)所设想的一个解决方案在文献US2013/0139946中提出。该文献公开了一种通过分子附着力进行组合的方法，所述方法包括在衬底组合之前在衬底的表面上进行气体流的循环。

这种方法通过气体流的循环而将在所述表面上解吸的水分子从键合腔室排出。并且，根据这篇文献，通过阻止腔室的气氛中水的饱和，所述方法保持了从一个组件至另一个组件的品质恒定。

然而，应用这种方法是棘手的并且会(例如根据所组合的衬底的性质以及进行增强处理之后的性质)导致衬底之间不充足的附着度或者导致残留物键合缺陷的存在。特别地，应当注意，气体流是微粒污染的重要载体，而因为微粒会产生键合缺陷，所以分子附着力对微粒污染非常敏感。

发明内容

因此本发明的一个目标为提出一种可靠的方法，其用于在通过分子附着力组合两个衬底时，减少键合缺陷的数量，或甚至完全避免键合缺陷的出现。本发明的另一目的为在组合的衬底之间提供令人满意的附着度。