[发明专利]用于图形化表面的金锡键合方法

说明书

技术领域

本发明属于键合领域，涉及一种用于图形化表面的金锡键合方法。

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主要采用的金属有AuSn、AuSi、AuGe、CuSn、AlGe等。

其中，工业上最常用的共晶键和技术为金锡键合。晶片在进行金锡键合过程中，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，还需要考虑晶片间的表面结合度问题，一般要求晶片表面平整光滑无颗粒，键合前需要进行清洗及去氧化和去有机物处理，确保键合后的金属层紧密均匀无明显空洞。但对于某些具有图形化表面的晶片来说，当它与表面平滑的衬底贴合在一起时，就会形成阵列型的空洞。如采用常规的金锡配比为80％：20％的键合工艺，由于金的占比较高，整个金属层流动性较差，较难填满这种空洞阵列。而这种阵列型的空洞会对后续加工过程中的其他工艺如切割、劈裂等产生重要影响，并最终影响晶片的光电特性。

目前，工业上的金锡键合工艺主要指金锡质量比为80％：20％，共晶点为278℃的共晶键合。如图1所示，显示为现有技术中常用金锡键合工艺示意图，将一片晶片101和一片目标衬底102重叠摆放，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，通过施加一定和温度和压力，将晶片101和目标衬底102键合在一起。在键合过程中，金锡两种金属在温度大于278℃时熔合为金锡合金。这种工艺非常适合表面平整光滑的晶片键合，但很难将具有图形化表面的晶片与目标衬底无缝连接。

因此，如何提供一种用于图形化表面的金锡键合方法，以实现晶片与目标衬底间的无缝键合，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用于图形化表面的金锡键合方法，用于解决现有技术中很难将具有图像化表面的晶片与目标衬底无缝连接，导致对后续工艺中产生不良影响，降低晶片的光电特性的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种用于图形化表面的金锡键合方法，所述用于图形化表面的金锡键合方法包括如下步骤：

S1：将目标衬底及晶片叠放于键合机的下加热基板与上加热基板之间，其中，所述晶片的待键合面设有至少一个凹槽；所述目标衬底的待键合面形成有用于金锡共晶键合的第一键合材料层，所述晶片的待键合面形成有用于金锡共晶键合的第二键合材料层；所述第一键合材料层与第二键合材料层中，总的锡质量配比大于20％；

S2：通过所述上加热基板及所述下加热基板对所述晶片及所述目标衬底施加压力，并将所述晶片及所述目标衬底加热到预设温度，使所述晶片与所述目标衬底键合。

可选地，所述第一键合材料层为Sn层，所述第二键合材料层为Au层。

可选地，所述第一键合材料层包括Au层及Sn层，所述第二键合材料层包括Au层及Sn层。

可选地，所述第一键合材料层及所述第二键合材料层均为AuSn合金层。

可选地，所述第一键合材料层与第二键合材料层中，总的锡质量配比范围是25％～95％。

可选地，所述第一键合材料层与第二键合材料层中，总的锡质量配比范围是30％～50％。

可选地，所述第一键合材料层与第二键合材料层中，总的锡质量配比范围是55％～85％。

可选地，键合之后，由所述第一键合材料层及第二键合材料层熔合的AuSn合金层部分填充进所述凹槽。

可选地，键合之后，由所述第一键合材料层及第二键合材料层熔合的AuSn合金层填充满所述凹槽。

可选地，所述凹槽的位置与切割道相对应。

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，所述第一键合材料层及第二键合材料层均采用蒸镀法形成。