[发明专利]晶圆键合中的退火装置及退火方法

说明书

本发明涉及半导体制造技术领域，尤其涉及一种晶圆键合中的退火装置及退火方法。所述晶圆键合中的退火装置，包括加热盘；所述加热盘包括同轴设置的多个区域；多个区域相互独立加热且沿所述加热盘的中心向边缘分布，用以实现对晶圆键合界面从中心到边缘的逐步加热。本发明减少了晶圆键合界面中空洞的产生，提高了晶圆的键合强度。

技术领域

本发明涉及半导体制造技术领域，尤其涉及一种晶圆键合中的退火装置及退火方法。

背景技术

经过半个世纪的高速发展，微电子技术和依托于微电子技术的信息技术已经对人类社会的发展产生了革命性的影响。然而，当今必须面对的问题是：传统晶体管的物理极限不断逼近，更小尺寸的制造技术越来越困难，集成电路的功耗不断增大，晶圆厂的投资迅速攀升等。在这种情况下，如何继续保持微电子技术以摩尔定律所描述的速度持续发展，已经成为今天整个行业都在努力解决的问题。

三维集成电路的出现，为半导体和微电子技术的持续发展提供了一个新的技术解决方案。所谓三维集成电路，广义上是将具有集成电路的晶圆经过键合工艺形成键合晶圆，通过穿透晶圆的三维结构互连实现多层之间的信号连接。三维集成电路能够实现更小的芯片面积、更短的芯片间互连、更高的数据传输带宽以及不同工艺技术的异质集成，从而大幅度降低芯片功耗，减小延时，提高性能，扩展功能，并为实现复杂功能的片上系统(SOC)提供可能。

在半导体制造过程中，晶圆间的键合非常关键。目前，低温晶圆键合技术已广泛应用于先进半导体领域。所谓晶圆键合，是指将两片平整的晶圆面对面贴合起来，并施加以一定的压力、温度、电压等外部条件，在原有的两片晶圆间的界面产生原子或分子间的结合力，如共价键、金属键、分子键等。然而，在晶圆键合过程中，如何减少键合界面空洞的产生是一个长期研究的问题。

在刚完成晶圆键合后，键合界面由单层水分子之间的共价键连接在一起，为了加强键合强度，需要后面的退火工艺形成硅氧烷和硅硅原子的结合形成更牢固的键合界面。在退火过程中水汽会沿键合界面逸出，如水汽被困在界面内，在该区域形成空洞。当前退火工艺在炉管机台内完成，退火过程中晶圆加热方式为从外至内，存在水汽被困在键合界面产生空洞的问题，严重影响晶圆之间的键合强度。

发明内容

本发明提供一种晶圆键合中的退火方法及退火装置，用以解决现有技术中晶圆键合后在退火过程中易产生空洞的问题，以提高晶圆间的键合强度。

为了解决上述问题，本发明提供了一种晶圆键合中的退火装置，包括加热盘；所述加热盘包括同轴设置的多个区域；多个区域相互独立加热且沿所述加热盘的中心向边缘分布，用以实现对晶圆键合界面从中心到边缘的逐步加热。

优选的，多个区域包括一个圆形区域以及多个环形区域；所述圆形区域位于所述盘的中心，用于与所述晶圆键合界面的中心接触；多个环形区域与所述圆形区域同心设置且围绕所述圆形区域的外周分布。

优选的，还包括控制器，每一区域包括加热器和处理器；所述加热器，用于对所述区域进行加热；所述处理器，连接所述加热器，用于检测并控制所述区域的温度；所述控制器，连接所述加热器、所述处理器，用于根据当前加热区域的温度确定与其相邻区域的加热开始时间。

优选的，所述加热器为灯管。

优选的，所述处理器通过热电偶采用积分微分比例调节的方式检测并控制所述区域的温度。

为了解决上述问题，本发明还提供了一种晶圆键合中的退火方法，包括如下步骤：

提供一加热盘，所述加热盘包括同轴设置的多个区域，多个区域相互独立加热且沿所述加热盘的中心向边缘分布；

多个区域沿所述加热盘的中心到边缘的方式逐步开始加热；

控制所有区域均加热到一预设温度后保持一预定时间。