[发明专利]晶圆键合方法及异质衬底制备方法

说明书

本发明提供一种晶圆键合方法及异质衬底制备方法，所述晶圆键合方法至少包括：S1：提供第一晶圆及第二晶圆，其中，所述第一晶圆具有第一键合面，所述第二晶圆具有第二键合面；S2：对所述第一晶圆及所述第二晶圆进行键合前预加热处理；S3：将所述第一晶圆的第一键合面与所述第二晶圆的第二键合面进行键合。通过上述方案，本发明对晶圆键合前预加热，可以有效降低异质键合结构在高温后退火中的热应变，进而扩大异质键合的使用范围，提高异质集成材料的可靠性；同时，解决异质键合结构在高温后退火工艺中，因为热应变而发生的解键合以及键合结构碎裂的问题。

技术领域

本发明属于材料结构工艺制备领域，特别涉及一种晶圆键合方法及异质衬底制备方法。

背景技术

随着摩尔定律的发展遇到瓶颈，单一材料已经不能满足半导体技术的快速发展。超越摩尔的技术发展路线提出了对异质集成技术的迫切需求，异质集成技术是将具有不同性质的材料集成在一起，从而实现多种功能器件的高密度集成。例如，将GaN与Si集成实现GaN基高电子迁移率器件与硅基集成电路集成，将压电材料与Si集成实现滤波器件与集成电路集成等。

目前，键合工艺广泛应用于半导体材料与器件工艺领域中，例如利用Smart-cut工艺制备绝缘体上硅(Silicon-on-Insulator,SOI)结构材料，利用键合工艺进行MEMS器件制备及封装等，以及利用键合工艺对集成电路进行高密度三维集成等。

在众多异质集成技术中，由于键合技术对材料晶格匹配没有要求，因此具有较高的灵活性。然而，由于异质材料之间存在热膨胀系数失配，异质的键合结构在高温加固、缺陷恢复、材料薄膜转移等高温工艺下会产生巨大的热应变。热应变可能导致键合结构发生解键合甚至出现异质键合结构的碎裂，无法实现大范围的异质集成。

因此，如何提供一种减小异质键合结构在高温后退火工艺中的热应变，以扩大异质集成的材料范围，提高异质集成材料的可靠性的键合方法实属必要。

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晶圆键合方法及异质衬底制备方法，用于解决现有技术中键合结构在后退火工艺中因热应变而发生解键合或碎裂的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种晶圆键合方法，所述方法至少包括：

S1：提供第一晶圆及第二晶圆，其中，所述第一晶圆具有第一键合面，所述第二晶圆具有第二键合面；

S2：对所述第一晶圆及所述第二晶圆进行键合前预加热处理；

S3：将所述第一键合面与所述第二键合面进行键合。

作为本发明的一种优选方案，步骤S1中，所述第一晶圆的材料为Si、SiO₂、Ge、GaN、AlN、SiC、铌酸锂、钽酸锂、III-V族化合物半导体、蓝宝石或金刚石；所述第二晶圆的材料为Si、SiO₂、Ge、GaN、AlN、SiC、铌酸锂、钽酸锂、III-V族化合物半导体、蓝宝石或金刚石，且所述第二晶圆的材料与所述第一晶圆材料不同。

作为本发明的一种优选方案，步骤S2中，所述键合前预加热处理的温度为50℃～500℃，所述键合前预加热处理的时间为10s～12h。

作为本发明的一种优选方案，步骤S2中，所述键合前预加热处理在真空环境下或在空气、N₂、O₂、Ar、He、H₂中至少一种气体形成的保护气氛下进行。

作为本发明的一种优选方案，在步骤S3前还包括对所述第一键合面和/或所述第二键合面进行等离子体活化处理的过程。