[发明专利]一种利用水蒸气辅助及紫外光活化的被键合物键合装置及方法

说明书

技术领域

本发明属于半导体制造技术领域，涉及一种能同时去除被键合表面有机污染物和表面激活处理的水蒸气辅助及紫外光活化键合装置及方法。

背景技术

键合是指在一定外部条件(如温度、压力、电压等)的作用下，将两个衬底材料(如硅片、硅片上镀有金属层或钎料合金层等)形成足够近的接触，最终接合为一体的技术。为保证键合界面具有良好的键合质量，在键合之前往往需要对被键合物表面进行清洗以除去表面所吸附的灰尘及有机污染物，如利用乙醇及丙酮等有机溶剂、RCA溶液(NH₄OH∶H₂O₂∶H₂O＝0.01～0.25∶1∶5)或Piranha溶液(H₂O₂∶H₂SO₄＝1∶3)等。

为了避免清洗后的表面再次受到周围环境所带来的污染(如灰尘颗粒)，键合一般需要在洁净室(Clean room)的环境中进行。但由于客观条件所限，部分研究机构或工厂不具备洁净室的条件，很难保证被键合物表面不被再次污染，导致键合界面存在较多缺陷。另一方面，研究表明在键合之前利用等离子体对表面激活处理，能够提高表面的亲水性和羟基数量，对于获得高质量的键合具有重要的作用。但等离子体系统价格相对昂贵(特别针对大尺寸样品的表面处理)，且往往与现有的键合装置相互独立。若将等离子体装置和键合设备相整合，则极大地增加了键合设备的复杂性和困难度，因此能够将表面清洗及活化和键合过程相结合的简单易行的装置具有广泛的需求。

发明内容

针对上述存在的问题，本发明提供了一种能减少键合缺陷、提高键合质量的利用水蒸气辅助及紫外光活化的被键合物键合装置及方法。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种利用水蒸气辅助及紫外光活化的被键合物键合装置，包括压力施加装置、静电发生器、活化气体供给系统，真空抽气系统、升降温控制平台及紫外光光照控制部分，其中：

所述真空抽气系统由密闭箱体及真空泵组成，真空泵与密闭箱体连接；

所述压力施加装置由气缸、上压头、下压头及下压头支柱组成，上压头、下压头及下压头支柱位于密封箱体内部，气缸固定连接在密闭箱体的上端，缸推杆与上压头相连，下压头、下压头支柱与密闭箱体三者两两顺次固定连接；

所述静电发生器与上压头相连；

所述活化气体供给系统由氧气或氮气瓶及水蒸气发生装置组成，氧气或氮气瓶和水蒸气发生装置分别与密闭箱体连接；

所述升降温控制平台由上、下压头内的电阻丝、直流恒流电源及温度控制器组成，直流恒流电源经导线分别与电阻丝、温度控制器连接，温度控制器经导线分别与电阻丝、下压头连接；

所述紫外光光照控制部分由推杆及紫外光发生装置组成，紫外光发生装置和推杆的一端相连且位于密闭箱体的内部。

一种使用上述装置对被键合物进行键合的方法，按照以下步骤实现键合：将两个被键合样品分别吸附在上、下压头上→开启真空泵对密闭箱体抽真空→向密闭箱体内通入一定压强的氧气和水蒸汽(或氮气和水蒸汽)的混合气体→紫外光照射上、下被键合物表面一定时间→对上压头施加压力进行预键合→键合后的退火处理，具体实施步骤如下：

一、对第一被键合物和第二被键合物表面分别进行清洗；

二、将清洗过的第一被键合物和第二被键合物分别贴合在密闭箱体内的上压头和下压头上；

三、开启真空泵对密闭箱体进行抽真空，使箱体内的压强降至1kPa以下；

四、先后开启氧气或氮气瓶及水蒸气发生装置，分别向密闭箱体中一定压强的O₂或N₂及水蒸气，使箱体内的压强应不高于2.3kPa；

五、开启紫外光发生装置，对第一被键合物和第二被键合物表面进行紫外光光照10秒～30分钟；

六、进行预键合，对上压头施加0～300kgf的压力，并保压0.5～4h；

七、启动直流恒流电源，升高上、下压头温度至100～300℃，在压力小于2000kgf的条件下对被键合物进行1～24h的退火处理。

本发明中，所述第一被键合物和第二被键合物各自尺寸任意。

本发明中，所述第一被键合物和第二被键合物可以是半导体材料(如：Si、Ge、GaAs晶圆片等)，也可以是金属及其合金材料(如：Cu、Ag、Sn及其合金等)。

本发明中，所述第一被键合物和第二被键合物可以是同种材料，也可以是异种材料。