[发明专利]一种键合方法

说明书

技术领域

本发明属于晶片键合领域，涉及一种键合方法。

背景技术

金属键合技术是指通过纯金属或合金，依靠金属键、金属与晶片表面间的扩散、金属熔融等作用使两个晶片面对面地键合在一起。金属键合可以代替厚外延薄膜材料的外延生长而直接把所需的外延层材料或器件键合到目标衬底上，从而可简化器件工艺，降低成本，改善器件的导电导热性能等。

金属键合的关键是选择合适的金属膜，即选择的金属膜要与晶片材料保持良好的欧姆接触，小的扩散系数，以及低的金属熔点等。在光电器件的金属键合中，有时还需考虑到选择的金属膜能改善光电器件的热学、电学、光学等性能。目前国内外金属键合通常采用的金属有Au、Cu、Sn、Ti、Pt、Cr、Ge、Ni等。

晶片在进行金属键合过程中，需要保持一定的温度和压力，在保证器件转移至目标衬底时，需要综合考虑键合温度、压力、时间等因素对键合质量的影响，此外还需要考虑施主衬底和受主衬底间的热失配问题，由于两个不同衬底材料的热膨胀系数不同，受热后两种衬底边缘的横向剪切应力有差异，会导致键合后晶片具有一定的翘曲度，同时对后续加工过程中的其他工艺如研磨、切割、劈裂等产生重要影响。晶片的翘曲会使得边缘的键合质量较差，翘曲度大小与两种不同衬底的热失配程度相关。

目前，工业上的金属键合工艺主要采用金属扩散键合和金属共晶键合，晶片摆法一般为单层结构。如图1所示，显示为现有技术中单层键合工艺示意图，其中，一次只将一片晶片101和一片目标衬底102键合在一起，其中，晶片101上方为上加热基板103，目标衬底102下方为下加热基板104。在键合过程中，两种金属通过原子扩散结合或熔合为合金并固化。可用于金属扩散键合包括Au-Au、Cu-Cu、Al-Al、Ti-Ti等常用及其它工艺；可用于共熔晶键合的金属材料有AuSi,、AuSn、AuGe、CuSn、AlGe，以及其它一些不常用的合金材料。键合过程中其中最显著的变化为晶片的翘曲度将极大地升高，边缘的键合质量也变得较差，而翘曲的升高会提高后续工艺的难度。目前常规金属键合工艺的缺点就在于：晶片的翘曲度不可控，并且边缘键合质量差。

因此，如何提供一种键合方法，以改善金属键合工艺中晶片边缘键合质量较差的问题，成为本领域技术人员亟待解决的一个重要技术问题。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种键合方法，用于解决现有技术中晶片的翘曲度不可控，并且边缘键合质量差的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种键合方法，所述键合方法包括如下步骤：

S1：在键合机的下加热基板与上加热基板之间叠放一组待键合结构；所述待键合结构包括叠加放置的目标衬底及晶片，其中，所述目标衬底与所述晶片中热膨胀系数较大的一个位于上方；

S2：在所述待键合结构上方叠放一组辅助键合结构；所述辅助键合结构包括相互结合的第一介质层及第二介质层，其中所述第一介质层与第二介质层中热膨胀系数较大的一个位于下方；

S3：通过所述上加热基板及所述下加热基板对所述辅助键合结构及所述待键合结构施加压力，并将所述待键合结构加热到预设温度，使所述晶片与所述目标衬底键合。

可选地，于所述步骤S3中，在加热过程中，所述辅助键合结构边缘向下翘曲，压迫所述待键合结构的边缘部分。

可选地，所述辅助键合结构的热膨胀系数差异大于或等于所述待键合结构的热膨胀系数差异。

可选地，所述第一介质层是通过化学气相沉积法、物理气相沉积法及外延法中的至少一种生长于所述第二介质层表面；或者所述第二介质层是通过化学气相沉积法、物理气相沉积法及外延法中的至少一种生长于所述第一介质层表面。

可选地，所述第一介质层及第二介质层选自以下任意一种组合：AlN-Al₂O₃、GaN-Al₂O₃、GaN-SiC、AlGaN-Al₂O₃、InGaN-Al₂O₃。可选地，所述目标衬底选自Si、Mo及CuMoCu衬底中的任意一种。

可选地，所述晶片包括基片及生长于所述基片上的三五族半导体化合物外延层。

可选地，所述基片选自蓝宝石、Si、SiC及氮化镓衬底中的任意一种。

可选地，于所述步骤S1中，所述目标衬底与所述晶片相对的一对表面中至少有一个表面形成有用于键合的键合材料层。